Zdaj se zdi čudno, toda le desetletje po bombardiranju Hirošime, ki je pokazalo vse "čare" sevanja, se je svet dobesedno zaljubil v atomsko energijo. Oblikovalci ZSSR in Združenih držav Amerike so z navdušenjem izmislili, s kakšnim drugim transportom bodo postavili jedrski reaktor. Poleg jedrskih podmornic in ledolomcev, ki obstajajo do danes, so bila zasnovana jedrska letala, avtomobili in celo zračne ladje. In inženirji srede dvajsetega stoletja so resno sanjali o velikanskih vozovih, ki bi jih na tisoče in tisoče kilometrov v daljavo potegnila dizelska lokomotiva z atomskim srcem.
Do tundre na široki stezi
Če govorimo o resničnosti, potem za razliko od programa za ustvarjanje jedrskih bombnikov - in ZSSR je celo preizkusila posebej zasnovan reaktor v zraku - zgodovina načrtovanja jedrskih mega vlakov ni segla tako daleč. Niti eksperimentalni modeli lokomotiv, niti tiri, ki ustrezajo načrtu. Vse se je ustavilo na ravni osnutkov zasnov. Obenem je v nasprotju z globoko tajnim delom o ustvarjanju istega letala z atomsko energijo ideja o dizelskih lokomotivah, ki jih poganjajo reaktorji, promovirala v časopisih, knjigah in poljudnoznanstvenih revijah. Časopis Gudok, ki je izšel pri ministrstvu za železnice ZSSR, je leta 1956 zapisal: "V razmerah Sever, Daljni vzhod in puščave Srednje Azije ni vedno priporočljivo elektrificirati novo zgrajenih železniških prog. V teh pogojih je bolje uporabiti jedrske lokomotive oz.ki bi lahko delovale avtonomno, brez dobave velikih količin goriva ali drugih materialov … Seveda bo jedrska lokomotiva veliko težja od parne lokomotive ali dizelske lokomotive enake moči. Če pa bo takšna lokomotiva poslana na oddaljeno avtocesto, na primer do Arktike, bo tam neprekinjeno obratovala skozi celotno zimsko sezono brez dodatne oskrbe. Zelo enostavno ga je spremeniti v mobilno elektrarno. Poleg tega bo lahko oskrboval z energijo za kopeli, pralnice, rastlinjake za gojenje zelenjave. "potem bo tam delal občasno vso zimsko sezono brez dodatnih zalog. Zelo enostavno ga je spremeniti v mobilno elektrarno. Poleg tega bo lahko oskrboval z energijo za kopeli, pralnice, rastlinjake za gojenje zelenjave. "potem bo tam delal občasno vso zimsko sezono brez dodatnih zalog. Zelo enostavno ga je spremeniti v mobilno elektrarno. Poleg tega bo lahko oskrboval z energijo za kopeli, pralnice, rastlinjake za gojenje zelenjave."
Toda kumare postelje v Arktičnem krogu seveda niso bile končne sanje za tiste, ki verjamejo v svetlo prihodnost železniškega atoma. Ideja o mega vlakih je bila videti veliko bolj ambiciozno in pretenciozno. Sestavljeni naj bi bili iz mogočne jedrske lokomotive in velikanskih vagonov, postavljenih na ultra širok tir, ki bi bil 2,5-3-krat širši od standarda, ki je bil sprejet pri nas - 1520 mm. Obenem bi bila lahko tovorna zmogljivost tovornih avtomobilov tega razreda primerljiva z rečno tovorno ladjo, dvonadstropni osebni avtomobili pa bi nudili potnikom brez primere prostora in udobja. Slika, predstavljena ob prvem širjenju našega članka, je skupna vizualna podoba takšnega projekta sodobnega umetnika.
NPP na kolesih
Promocijski video:
Včasih slišimo za projekte "atomskih parnih lokomotiv", a seveda nihče ni šel vrteti koles lokomotive s paro. Načrtovali so, da bodo elektromotorje uporabljali kot pogon za kolesa, ki bi jih poganjali iz jedrske elektrarne, ki se nahaja znotraj lokomotive, zgrajene po klasični shemi. Kot posledica jedrske reakcije nastaja toplota, ki se prenaša na hladilno tekočino in oddaja toploto vodi v generatorju pare. Nastala para teče skozi cevi do turbine, turbina pa v glavnem poganja gred električnega generatorja.
Spodnja slika prikazuje diagram enosekcijske lokomotive, v kateri so reaktor, generator in elektromotorji znotraj enega telesa, le reaktor s toplotnim izmenjevalnikom je pokrit s predeljem za bioprotekcijo. Obstajajo informacije, da je bila obravnavana tudi možnost triosekcije, v kateri je bil za reaktor dodeljen poseben odsek, izoliran z bioprotekcijo, povezan z dvema drugim spojnicama.
Omeniti je treba število lokomotivnih osi: konstruktorji so predvideli, da bo njegova ogromna teža prisilila, da bo tovor enakomerneje razporejen na tir. Zamisel vlaka z jedrskim reaktorjem je preprosta in za njegovo izvajanje ni bistvenih ovir. Toda zakaj se potem še vedno ne vozimo v palačnih avtomobilih in osvajamo arktična prostranstva na jedrskih lokomotivah?
Očitno se vprašanje izvedljivosti gradnje velikanskih vlakov z atomsko energijo razdeli na dvoje: možnost uporabe jedrske energije v potniškem prometu in tehnična in ekonomska utemeljitev pomembne širitve železniške proge.
Beton in svinec
Pravzaprav nič ne preprečuje uporabe energije razpada atomskega jedra v prometni industriji, poleg tega pa se aktivno uporablja. Približno 75% električne energije v Franciji proizvedejo jedrske elektrarne, zato se znani hitri vlaki TGV, ki jih poganja elektrika iz nadzemnega kontaktnega omrežja, v nekem smislu štejejo za "atomske vlake." Toda ali je mogoče ali potrebno nositi celotno elektrarno s seboj? Edini razlog za to je možnost dolgotrajnega delovanja vozila brez dotoka goriva, kjer ni goriva in primerne infrastrukture. Dolgoročna energetska avtonomija je izredno pomembna za ledolomnike na dolgih plovbah v arktičnih vodah ali podmornice, ki so pripravljene na drugi polobli. Ne bi posegal v strateške bombnike ali podmornice,ki bi lahko dneve krožil nad oceanom, daleč od domačega letališča. Vendar pa je bilo treba opuščati jedrska letala in iz približno istih razlogov, ki so preprečevali izvajanje projektov lokomotiv z jedrskimi reaktorji. In glavni razlog je biološka zaščita.
Jedrski reaktor lokomotive bi moral biti izoliran z debelo plastjo svinca ali betona in to z vseh strani. Nemogoče se je omejiti na steno med reaktorjem in voznikovo kabino - navsezadnje bo v tem primeru smrtonosno sevanje udarilo vse, kar je ob straneh proge, pod mostovi in na nadvozih, ki prehajajo čez tire. Skupna teža takega biološkega ščita bi bila na stotine ton, poleg tega bi potrebovala veliko količino. Če upoštevamo, da so bili jedrski reaktorji, ustvarjeni v petdesetih letih prejšnjega stoletja, sami velike velikosti, potem bi bila velikost in teža jedrske lokomotive preprosto titanska. Morda so zato projektanti takoj začeli razmišljati o tem, da bi standardno stezo morali nadomestiti z ultra široko progo. Toda, ali je dovolj, da le rešite tirnice narazen, da rešite to težavo?
Zakaj odvijte tirnice
Kot nam je povedal Viktor Mihajlovič Bogdanov, svetovalec direktorja Znanstvenoraziskovalnega inštituta za železniški promet, so v preteklosti resnično razpravljali o zelo eksotičnem projektu gradnje ultra širokih železniških prog v ZSSR. Avtorji ideje so predlagali odstranitev dveh notranjih tirnic na dvotirnih železnicah. Preostale zunanje tirnice bi tvorile stezo široko približno šest metrov!
»Sprva so bile pri nas železnice zasnovane z največjimi dimenzijami. Če je v zahodni Evropi največja dovoljena obremenitev na meter proge 6 ton, v ZDA na večini avtocest 8,5-9 ton, potem lahko v Rusiji ta vrednost doseže 12 ton, razlaga Viktor Mihajlovič. - Tirne konstrukcije (mostovi, predori, nadzemna kanalizacijska infrastruktura) so bile zasnovane tudi za vagone z večjimi dimenzijami. Obstaja tudi določena rezerva za prevelik tovor. A vse to seveda ni zasnovano za velikanske vagone in lokomotive, ki bi lahko potovali po šestmetrski progi. Dovolj je oceniti možno prostornino in težo takšnega avtomobila in jasno je, da bo ob polni obremenitvi (tudi z osmimi osmi) obremenitev na meter proge več deset ton. In to kljub temu, da bodo lastnosti poti, nasipov, mostov ostale enake."
Očitno je, da jedrski mega-vlak ne bi moral le položiti širše proge, ampak ponovno izračunati in ustvariti celotno infrastrukturo. Zaradi tega je bila iz tehničnih in ekonomskih razlogov zavrnjena ideja o ustvarjanju enega širokega tira iz dveh standardnih. Precej dlje pri razvoju ultra širokih trakov (3000 mm) cest je šlo v nacistični Nemčiji (naša revija je o tem podrobno govorila v marčevski številki), a tudi tam to ni preseglo projektne dokumentacije, po propadu Hitlerjevega režima pa se ta ideja ni več vrnila, če upoštevamo njegova manifestacija ekonomsko neupravičene gigantomanije.
Černobil.
Novice z juga
Če Hiroshime ni motila ljubezen, ki je pred pol stoletja gorela za vse jedrsko (razen bomb, seveda), potem je černobilska katastrofa nasprotno povzročila val radiofobije in zavrnitev "mirnega atoma" na svetu. Mnogi se bojijo same ideje, da bo nekje v bližini človeških stanovanj atomski reaktor hitil po tirnicah. Kaj, če pride do nesreče in se lokomotiva zruši? Kaj pa, če bodo tej katastrofi pomagali teroristi, ki zagotovo ne bodo zamudili priložnosti, da bi izrisali pot pred hitrim vlakom?
Toda ne glede na to, kako velik je strah pred sevanjem, človeštvo vse bolj skrbi zaradi možnosti svetovne energetske krize, povezane s pomanjkanjem fosilnih goriv, pa tudi zaradi okoljskih težav, ki jih še poslabšujejo onesnaževanje ozračja zaradi izgorevanja ogljikovodikov. Zato ni mogoče izključiti, da bo napredek na področju jedrskih tehnologij (predvsem pri zagotavljanju njihove večje varnosti) v bližnji prihodnosti postal razlog za oživitev zanimanja za jedrski promet.
V zadnjem času se v različnih državah sveta razvijajo nove vrste jedrskih reaktorjev - kompaktnejši in varnejši od obstoječih. Južnoafriška državna družba Escom je že v 90. letih prejšnjega stoletja objavila namero o gradnji tako imenovanega modularnega reaktorja s kroglicami (PBMR), pred kratkim (30. januarja 2020) pa je bilo objavljeno, da podjetje upa, da bo nadaljevalo delo na projektu. PBMR modularni reaktor ne bo imel običajnih gorivnih palic. Kot gorivne celice se predlaga uporaba kroglic, ki so sestavljene iz grafita, vključno z mikroskopskimi vključki uranovega oksida v kapsulah silicijevega karbida. Skozi kroglice se razpihuje inertni plin (najbolj primeren je helij), ki odstrani toploto, nastalo med reakcijo. PMBR spada v vrsto visokotemperaturnih reaktorjev,in ogrevani plin ima dovolj energije, da neposredno poganja nizkotlačno turbino ali prenaša toploto na drug medij za prenos toplote skozi izmenjevalec toplote. To močno izboljša učinkovitost celotnega sistema.
Toda glavna stvar v takšnem reaktorju je visoka pasivna varnost. Načeloma z eksplozijo po scenariju černobilske nesreče v njej ne more biti pregrevanja, saj je v zasnovo vgrajen naravni sistem povratnih informacij. Tudi če se pretok hladilnega plina ustavi in temperatura začne naraščati, ko dosežemo določeno vrednost, se reakcija sama ustavi.
Drug projekt kompaktnega, varnega in ne predragega jedrskega reaktorja so predlagali znanstveniki z zvezne univerze v Rio Grande do Sul (Brazilija). Na osnovi tehnologije vrelega jedrskega reaktorja naprava uporablja tudi gorivo v obliki kroglic, prepletenih z uranovim oksidom - vendar voda deluje kot hladilno sredstvo.
Če bomo oba in številne druge podobne projekte pripeljali do deklariranih parametrov, bo mogoče razmišljati o uporabi manjših in varnejših jedrskih naprav v prometu. Kdo ve, morda bo Južna Afrika ali Brazilija - država z dolgimi razdaljami in dolgoletnim zanimanjem za alternativne vire energije - vseeno našla drug veter.
Avtor: Oleg Makarov