Фриш Отто - О Возможности Создания Электростанций На Угле
Отто Фриш
О возможности создания электростанций на угле
От редактора. Приводимая ниже статья перепечатана из ежегодника
Королевского института по использованию энергетических ресурсов за 40905
год, стр. 1001.
В связи с острым кризисом, вызванным угрозой истощения урановых и
ториевых залежей на Земле и Луне, редакция считает полезным призвать к
самому широкому распространению информации, содержащейся в этой статье.
Введение. Недавно найденный сразу в нескольких местах уголь (черные,
окаменевшие остатки древних растений) открывает интересные возможности для
создания неядерной энергетики. Некоторые месторождения несут следы
эксплуатации их доисторическими людьми, которые, по-видимому, употребляли
уголь для изготовления ювелирных изделий и чернили им лица во время
погребальных церемоний.
Возможность использования угля в энергетике связана с тем фактом, что
он легко окисляется, причем создается высокая температура с выделением
удельной энергии, близкой к 0,0000001 мегаватт-дня на грамм. Это, конечно,
очень мало, но запасы угля, по-видимому, велики и, возможно, исчисляются
миллионами тонн.
Главным преимуществом угля следует считать его очень маленькую по
сравнению с делящимися материалами критическую массу. Атомные
электростанции, как известно, становятся неэкономичными при мощности ниже
50 мегаватт, и угольные электростанции могут оказаться вполне эффективными
в небольших населенных пунктах с ограниченными энергетическими
потребностями.
Проектирование угольных реакторов. Главная трудность заключается в
создании самоподдерживающейся и контролируемой реакции окисления топливных
элементов. Кинетика этой реакции значительно сложнее, чем кинетика
ядерного деления, и изучена еще слабо. Правда, дифференциальное уравнение,
приближенно описывающее этот процесс, уже получено, но решение его
возможно лишь в простейших частных случаях. Поэтому корпус угольного
реактора предлагается изготовить в виде цилиндра с перфорированными
стенками. Через эти отверстия будут удаляться продукты горения. Внутренний
цилиндр, коаксиальный с первым и также перфорированный, служит для подачи
кислорода, а тепловыделяющие элементы помещаются в зазоре между
цилиндрами. Необходимость закрывать цилиндры на концах торцовыми плитами
создает трудную, хотя и разрешимую математическую проблему.
Тепловыделяющие элементы. Изготовление их, по-видимому, менее сложно,
чем изготовление элементов для ядерных реакторов, так как нет
необходимости заключать горючее в оболочку, которая в этом случае даже
нежелательна, поскольку она затрудняет доступ кислорода. Были рассчитаны
различные типы решеток, и уже самая простая из них - плотноупакованные
сферы, - по-видимому, вполне удовлетворительна. Расчеты оптимального
размера этих сфер и соответствующих допусков находятся сейчас в стадии
завершения. Уголь легко обрабатывается, и изготовление таких сфер,
очевидно, не представит серьезных трудностей.
Окислитель. Чистый кислород идеально подходит для этой цели, но он
дорог, и самым дешевым заменителем является воздух. Однако нельзя
забывать, что воздух на 78% состоит из азота. Если даже часть азота
прореагирует с углеродом, образуя ядовитый газ циан, то и она будет
источником серьезной опасности для здоровья обслуживающего персонала (см.
ниже).
Управление и контроль. Реакция начинает идти лишь при довольно высокой
температуре (988ь по Фаренгейту). Такую температуру легче всего получить,
пропуская между внешним и внутренним цилиндрами реактора элек
