Фриш Отто - Об Эффективности Использования Угольных Станций
Отто Фриш
Об эффективности использования угольных станций
ОТ РЕДАКЦИИ
Нижеследующая статья из ежегодника Института по использованию
источников энергии за 4995 год публикуется для ознакомления широких кругов
читателей с новыми данными, важными в настоящий момент в связи с угрозой
истощения запасов урана и тория в горнорудной системе Земля - Луна.
ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
В связи с недавним открытием угля (черные окаменевшие растительные
остатки) во многих районах Земли возникают интересные возможности для
получения энергии от реакции деления. В некоторых местах, где были
обнаружены месторождения угля, имеются несомненные признаки их
эксплуатации доисторическим человеком. По всей вероятности, уголь
использовался в те времена лишь для женских украшений и окраски лица при
различных племенных церемониях.
Энергетические возможности угля зависят от его способности легко
окисляться - при этом достигается высокая температура и выделяется
энергия, равная примерно 0,0000001 мегаваттдням/грамма. Это, конечно, не
высокий энергетический показатель, но при добыче угля в больших масштабах
этот недостаток будет компенсирован.
Главное преимущество угля - это то, что его критическая масса намного
меньше, чем у любого ядерного горючего. Известно, что атомные станции
неэкономичны при мощностях меньше 50 мегаватт; угольные же станции могут
быть эффективно использованы в районах с малым потреблением энергии.
РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ УГОЛЬНОГО РЕАКТОРА
Труднее всего оказалось получить свободную, но управляемую подачу
кислорода к топливным элементам. Кинетика реакции уголь - кислород намного
сложнее кинетики деления атомного ядра и до сих пор не раскрыта. Получено
дифференциальное уравнение, аппроксимирующее процесс протекания этой
реакции, но его решение пригодно только для простейших случаев.
Реакционный сосуд предлагается выполнить в виде двух концентрически
встроенных цилиндров. Внешний цилиндр должен быть выполнен с перфорациями
для выхода продуктов сгорания. Перфорации внутреннего цилиндра служат для
подачи кислорода к топливным элементам, расположенным между внешним и
внутренним цилиндрами.
ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
По всей вероятности, топливные элементы для угольных реакторов будет
легче производить, чем для ядерных. Элементы из угля не требуется и
нецелесообразно покрывать оболочкой, поскольку это препятствовало бы
проникновению кислорода. Расчеты решеток различной конфигурации показали,
что будет наилучшей в эксплуатации самая простая решетка с плотной
упаковкой из разных сфер. В настоящее время проводятся расчеты на
вычислительных машинах по определению оптимального размера сфер и
возможных допусков.
Уголь мягок и легко обрабатывается, так что производство угольных сфер
не представит большого труда.
ОКИСЛИТЕЛЬ
Чистый кислород, безусловно, является идеальным окислителем, но его
использование потребует больших затрат. Предлагается применять в угольных
реакторах просто воздух. Однако воздух содержит 78 процентов азота, и даже
небольшая доля этого газа в соединении с углеродом угля образует
высокотоксичный газ цианоген, очень вредный для здоровья человека (см.
ниже).
ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЕ
Для получения реакции требуется довольно высокая температура (примерно
530 градусов). Такой температуры легче всего достичь, пропустив между
внешним и внутренним цилиндрами электрический ток (торцевые крышки при
этом должны быть выполнены из изоляционной керамики). Для пропускания тока
в несколько ампер при напряжении примерно в
