Розділ 2. Гідроенергетичні ресурси, їх використання. Принципові схеми, параметри, режими роботи ГЕС і ГАЕС

Початковий етап розвитку атомної енергетики (40–50-ті роки ХХ ст.) як в США, так і в СРСР пов'язаний з технічними потужностями і науковим потенціалом військовопромислового комплексу. У той період були розроблені та запущені перші дослідні ядерні реактори військового призначення: у 1942 р. – в м. Чикаго, США (уран-графітовий реактор СР-1, спроектований групою вчених-фізиків Чиказького університету під керівництвом Е. Фермі); в 1946 р. – у Москві, СРСР (уран-графітовий реактор Ф-1, створений групою фізиків та інженерів під керівництвом І. В. Курчатова).

Сполучені Штати Америки в рамках так званого Манхеттенського проекту створили перші атомні бомби. Необхідно відзначити, що перша в світі заявка на винахід з виготовлення атомної бомби була датована 17 жовтня 1940 р. Вона належала співробітникам Харківського фізико-технічного інституту Академії наук УРСР В.О. Маслову та В.С. Шпінелю «Про використання урану як вибухової і отруйної речовини».

Перша атомна бомба, яка отримала назву «Пристрій», була підірвана в рамках випробувань в штаті Нью-Мексико 16 липня 1945 р. У містах Хіросіма і Нагасакі (Японія) 6 і 9 серпня 1945 р. були підірвані друга і третя атомні бомби, які отримали назву відповідно «Малюк» (мал. 3.9) і «Товстун» (мал. 3.10). Військові експерти вважали, що бомби з урану-235 будуть мати низьку ефективність, оскільки в них розщеплюється лише 1,38% матеріалу. На сьогоднішній день це єдиний приклад бойового застосування атомної зброї.

На час атаки населення Хіросіми становило приблизно 255 000 чоловік. Від моменту скидання бомби до вибуху пройшло всього 45 секунд (мал. 3.11). Вона вибухнула в 600 метрах над поверхнею землі сліпучим спалахом у вигляді гігантської вогняної кулі, що мала температуру більш ніж 4000°С. Радіація поширювалася моментально у всіх напрямках з вибуховою хвилею надстислого повітря, що несла смерть і руйнування. Під час вибуху «Малюка» на місці загинуло приблизно 70–80 тисяч осіб. Радіус зони повного руйнування складав приблизно 1,6 кілометра, а пожежі виникли на площі в 11,4 км2. Понад 90% будівель Хіросіми було або пошкоджено, або повністю знищено (мал. 3.12, 3.13). Від невідомої хвороби, пізніше названої «променевою», почали вмирати десятки тисяч хіросімців і жителів околиць. Через променеву «епідемію» кількість загиблих в найближчі тижні зросла до 110 тисяч, а через декілька місяців – до 140 тисяч.

Мал. 3.9. Уранова бомба «Малюк» з вибуховим еквівалентом близько 20 кілотонн тротилу, яка була скинута на м. Хіросіму 6 серпня 1945 р.

Мал. 3.10. Плутонієва бомба «Товстун», скинута на м. Нагасакі 9 серпня 1945 р.

Ядерний вибух

Мал. 3.11. «Ядерний гриб», що утворився в результаті вибуху в атмосфері атомної бомби, скинутої на Хіросіму

Мал. 3.12. Вид зверху на Хіросіму після вибуху атомної бомби

Мал. 3.13. Вулиці Хіросіми після вибуху атомної бомби

Мал. 3.14. Місто Нагасакі на наступний день після вибуху бомби «Товстун»

Плутонієва бомба «Товстун» вибухнула біля поверхні землі над однією з церков в центральній частині м. Нагасакі. У результаті вибуху було практично повністю знищено місто і його жителів (мал. 3.14, 3.15).

Загальна кількість загиблих в Нагасакі склала 75 тис. осіб. В обох містах переважна більшість жертв були цивільними особами.

Це був період гонки озброєнь, який ознаменувався суперництвом двох основних світових надсистем, що утворилися після закінчення другої світової війни, – країн Варшавського договору на чолі з СРСР та країн блоку НАТО на чолі зі США. Пізніше до випробувань ядерної зброї підключилися Китай, Великобританія, Франція.

У результаті цих випробувань в атмосферу вперше надійшли радіоактивні речовини техногенного походження, які були раніше не властиві нашій планеті. Виник штучний радіаційний фон – глобальне, по всій земній кулі, забруднення навколишнього середовища радіонуклідами, які утворюються при ядерних вибухах. Особливо шкідливі були вибухи в атмосфері, коли продукти радіоактивного розпаду заражали великі території, населені людьми. При ядерних вибухах в атмосфері певна частина радіонуклідів (при наземних вибухах до 50%) випадає поблизу району випробувань. Проте значна частка радіоактивних речовин затримується в повітрі й під дією вітру переміщується на великі відстані, залишаючись приблизно на одній і тій же широті. Перебуваючи в повітрі приблизно місяць, радіоактивні речовини під час цього переміщення поступово випадають на землю. Більша частина радіонуклідів викидається в стратосферу (на висоту 10–15 км), а потім радіонукліди випадають по всій поверхні Землі. Радіоактивні опади містять велику кількість різних радіонуклідів, але з них найбільшу роль відіграють 95Cr, тритій, 137Cs, 90Sr і 14C, періоди напіврозпаду яких складають відповідно 64 доби, 12,4 років, 30 років (цезій і стронцій) і 5730 років.

Особливо інтенсивно випробування ядерної зброї проводилися в періоди 1954–1958 та 1961–1962 років.

За офіційними даними, на існуючих п'яти ядерних полігонах – Невада (США, Великобританія), Нова Земля (СРСР, тепер Росія); Семипалатинський (СРСР, тепер Казахстан), атол Муруроа (Франція), Лобнор (Китай) – була виконана більша частина з 2059 експериментальних ядерних вибухів різних типів, у тому числі 501 випробування проводилося безпосередньо в атмосфері. За весь період випробувань активності головних радіонуклідів, що надійшли на земну поверхню з глобальних випадінь, склали: 949 ПБК 137Сs, 578 ПБК 90Sr і 5550 ПБК 131I. Однак багато експертів вважають, що наведені дані з радіоактивних викидів у навколишнє середовище занижені, у зв'язку з чим реальні показники необхідно збільшити на 20–30%.

Мал. 3.15. Місто Нагасакі через кілька місяців після атомного вибуху

Поняття «радіоактивне забруднення» в ті роки ще не існувало, і тому це питання тоді навіть не піднімалося. Люди продовжували жити і відбудовувати зруйновані будівлі там же, де вони були раніше. Навіть надзвичайно високу смертність населення в наступні роки, а також хвороби і генетичні відхилення у дітей, які народилися після бомбардувань, спочатку не пов'язували з впливом радіації. Евакуація населення із заражених районів не проводилася, оскільки ніхто не знав про саму наявність радіоактивного забруднення. Ступінь цього забруднення зараз оцінити досить важко через нестачу інформації. Проте, враховуючи, що скинуті бомби були другим і третім екземплярами атомної зброї, вони були технічно недосконалими, «брудними» на мові фахівців, тобто залишали після вибуху сильне радіоактивне забруднення місцевості.

З військової точки зору атомне бомбардування було безглуздою жорстокістю, оскільки результат другої світової війни до цього часу був вже вирішений і дії уряду США були демонстрацією сили.

Це призвело до суттєвого прискорення темпів реалізації радянської ядерної програми. 25 жовтня 1946 р. в Москві був здійснений пуск експериментального графітового реактора. Він складався з 450 т графітових блоків, усередині яких були розміщені блоки з природного урану. Експериментальні роботи, проведені на цьому реакторі, дозволили оцінити принципові особливості та перспективи нової ядерної технології, а також дали вихідні дані для проектування більш складних конструкцій реакторів. Зокрема, у червні 1948 р. в СРСР почав працювати перший промисловий реактор, який використовувався переважно у військових дослідницьких цілях.

Випробування першого радянського ядерного пристрою, що отримав назву РДС-1, було проведено 29 серпня 1949 р. на Семипалатинському полігоні. Потужність здійсненого вибуху відповідала розрахунковій потужності пристрою і склала 22 кВт.

У ході випробувань, що відбулися в 1951 р., було здійснено вибух більш досконалого ядерного вибухового пристрою, а також була вперше здійснена доставка ядерного боєприпасу за допомогою бомбардувальника. Для відпрацювання дій військ в умовах застосування ядерної зброї у вересні 1954 р. на полігоні Таромське (Нова Земля) були проведені військові навчання, в ході яких здійснили підрив ядерного боєзаряду.

Паралельно з вдосконаленням атомних бомб, заснованих на некерованій ланцюговій реакції поділу 235U та 239Pu, в США і СРСР активно велися роботи зі створення термоядерних вибухових пристроїв, заснованих на реакції синтезу важких ізотопів водню (дейтерію і тритію). Першим радянським термоядерним пристроєм став заряд РДС-6, вибух якого був проведений 12 серпня 1953 р. Після проведення цього випробування була розпочата робота по створенню на його основі боєприпасу, а також робота зі створення двоступеневих термоядерних пристроїв, які дозволяли отримувати заряди більшої потужності. Доставлюваний варіант заряду РДС-6 і двоступеневий термоядерний пристрій, що отримали позначення РДС-37, були випробувані в жовтні-листопаді 1955 р. Потужність вибуху, що був здійснений 22 листопада 1955 р. в ході випробування термоядерного пристрою РДС-37, склала 1,6 МВт.

До кінця 50-х років ХХ ст. в СРСР і США було в основному закінчено формування інфраструктури, необхідної для масового виробництва матеріалів, що розщеплюються, і ядерних боєзарядів.

Природно, що про проблеми збереження і охорони навколишнього природного середовища в той період практично ніхто всерйоз не замислювався. Випробування ядерної зброї призвели до тяжких екологічних наслідків глобального масштабу: вперше в історії планети Земля в результаті радіоактивних випадінь практично на всій її поверхні помітно підвищився радіаційний фон.

У цей період, поряд з військовими ядерними програмами, активізувалися науковотехнічні програми з використання ядерної енергії для енергетичних цілей і в першу чергу для вирішення завдань отримання електричної енергії.

У 1951 році в США, в штаті Айдахо, на експериментальному реакторі ЕВR-1 була вперше отримана електрична енергія за рахунок теплоти від реакції поділу ядер урану.

Радянський Союз першим у світовій історії відкрив еру промислового використання атомної енергії в мирних цілях. Це відбулося 27 червня 1954 р., коли була пущена в експлуатацію перша в світі Обнінська АЕС.