Nu lijkt het vreemd, maar slechts tien jaar na het bombardement op Hiroshima, dat alle "charmes" van straling liet zien, werd de wereld letterlijk verliefd op atoomenergie. De ontwerpers van de USSR en de Verenigde Staten bedachten enthousiast welk ander transportmiddel om de kernreactor op te zetten. Naast nucleaire onderzeeërs en ijsbrekers, die tot op de dag van vandaag bestaan, werden nucleaire vliegtuigen, auto's en zelfs luchtschepen ontworpen. En de ingenieurs van het midden van de twintigste eeuw droomden serieus van gigantische treinen die duizenden en duizenden kilometers in de verte zouden worden getrokken door een diesellocomotief met een atoomhart.
Op een brede baan naar de toendra
Als we het over de realiteit hebben, dan ging de geschiedenis van het ontwerpen van nucleaire megatreinen niet zo ver als het programma voor het maken van nucleaire bommenwerpers - en de USSR testte zelfs een speciaal ontworpen reactor in de lucht. Er werden geen experimentele locomotieven gebouwd, noch sporen die overeenkwamen met het plan. Alles stopte op het niveau van schetsontwerpen. Tegelijkertijd werd het idee van diesellocomotieven aangedreven door reactoren gepromoot in kranten, boeken en populair-wetenschappelijke tijdschriften, in tegenstelling tot het diep geclassificeerde werk over de creatie van hetzelfde atoomaangedreven vliegtuig. De krant Gudok, de publicatie van het Ministerie van Spoorwegen van de USSR, schreef in 1956: “In de omstandigheden van het noorden, het Verre Oosten en de woestijnen van Centraal-Azië is het niet altijd aan te raden om nieuw aangelegde spoorlijnen te elektrificeren. Onder deze omstandigheden is het beter om nucleaire locomotieven te gebruiken,die autonoom zouden kunnen werken, zonder de levering van grote hoeveelheden brandstof of andere materialen … Natuurlijk zal een nucleaire locomotief veel zwaarder zijn dan een stoomlocomotief of diesellocomotief met hetzelfde vermogen. Maar als zo'n locomotief naar een afgelegen snelweg wordt gestuurd, bijvoorbeeld naar het noordpoolgebied, dan zal hij daar het hele winterseizoen met tussenpozen rijden zonder extra toevoer. Het is heel eenvoudig om er een mobiele energiecentrale van te maken. Bovendien zal het energie kunnen leveren aan baden, wasserijen, kassen voor het verbouwen van groenten. "dan zal hij daar het hele winterseizoen met tussenpozen werken zonder extra voorraden. Het is heel eenvoudig om er een mobiele energiecentrale van te maken. Bovendien zal het energie kunnen leveren aan baden, wasserijen, kassen voor het verbouwen van groenten. "dan zal hij daar het hele winterseizoen met tussenpozen werken zonder extra voorraden. Het is heel eenvoudig om er een mobiele energiecentrale van te maken. Bovendien zal het energie kunnen leveren aan baden, wasserijen, kassen voor het verbouwen van groenten."
Maar komkommerbedden in de poolcirkel waren natuurlijk niet de ultieme droom voor degenen die in de mooie toekomst van het spoorwegatoom geloofden. Het idee van megatreinen zag er veel ambitieuzer en pretentieuzer uit. Ze moesten bestaan uit een machtige nucleaire locomotief en gigantische rijtuigen, geplaatst op een ultrabreed spoor, dat 2,5-3 keer breder zou zijn dan de standaard die in ons land is aangenomen - 1520 mm. Tegelijkertijd zou de laadcapaciteit van goederenwagens van deze klasse vergelijkbaar kunnen zijn met die van een riviervrachtschip, en dubbeldeks personenauto's zouden reizigers ongekende ruimte en comfort bieden. De foto die op de eerste spread van ons artikel wordt gepresenteerd, is een collectief visueel beeld van een dergelijk project gemaakt door een hedendaagse kunstenaar.
NPP op wielen
Promotie video:
Soms horen we over projecten van "atomaire stoomlocomotieven", maar natuurlijk zou niemand de wielen van een locomotief met stoomkracht laten draaien. Het was de bedoeling om elektromotoren te gebruiken als aandrijving voor de wielen, die op hun beurt zouden worden aangedreven door een kerncentrale in de locomotief, gebouwd volgens het klassieke schema. Als gevolg van een kernreactie wordt warmte gegenereerd die wordt overgedragen aan het koelmiddel en die warmte afgeeft aan het water in de stoomgenerator. De resulterende stoom stroomt door pijpen naar de turbine, en de turbine drijft op zijn beurt de as van de elektrische generator in rotatie aan.
De onderstaande figuur toont een diagram van een enkelsegmentlocomotief, waarbij zowel de reactor, de generator als de elektromotoren zich in één lichaam bevinden, alleen de reactor met een warmtewisselaar is bedekt met een biobeschermingswand. Er is informatie dat ook een optie in drie secties werd overwogen, waarbij een speciale sectie, geïsoleerd door biobescherming, verbonden met twee andere koppelingen, werd toegewezen voor de reactor.
Opvallend is het aantal locomotiefassen: de ontwerpers voorzagen dat het enorme gewicht ervoor zou zorgen dat de belasting gelijkmatiger over het spoor zou worden verdeeld. Het idee van een trein met een kernreactor is eenvoudig en er zijn geen fundamentele obstakels voor de implementatie ervan. Maar waarom rijden we dan nog steeds niet in paleisauto's en veroveren we de Arctische uitgestrekte gebieden op nucleaire locomotieven?
Het is duidelijk dat de vraag of het opportuun is om gigantische atoomaangedreven treinen te bouwen in tweeën splitst: de mogelijkheid om kernenergie te gebruiken in het personenvervoer en de technische en economische rechtvaardiging van een aanzienlijke uitbreiding van het spoor.
Beton en lood
Eigenlijk staat niets het gebruik van de vervallenergie van een atoomkern in de transportindustrie in de weg, en bovendien wordt het actief gebruikt. Ongeveer 75% van de elektriciteit in Frankrijk wordt opgewekt door kerncentrales, dus de beroemde hogesnelheidstreinen, aangedreven door elektriciteit van het bovengrondse netwerk, kunnen in zekere zin als "atoomtreinen" worden beschouwd. Maar is het mogelijk of nodig om de hele energiecentrale mee te nemen? De enige reden hiervoor is de mogelijkheid van langdurig gebruik van het voertuig zonder bij te tanken als er geen brandstof en geschikte infrastructuur is. Voor ijsbrekers op lange reizen in Arctische wateren, of onderzeeërs die alert zijn op een ander halfrond, is energie-autonomie op de lange termijn buitengewoon belangrijk. Het zou niet interfereren met strategische bommenwerpers of anti-onderzeeërvliegtuigen,die dagenlang over de oceaan konden cirkelen, ver van het thuisvliegveld. Kernvliegtuigen moesten echter worden achtergelaten en om ongeveer dezelfde redenen die de uitvoering van locomotieven met kernreactoren verhinderden. En de belangrijkste reden is biologische bescherming.
De kernreactor van de locomotief zou van alle kanten geïsoleerd moeten worden met een dikke laag lood of beton. Het is onmogelijk om je te beperken tot de muur tussen de reactor en de bestuurderscabine - in dit geval zal dodelijke straling immers alles treffen wat zich aan de zijkanten van het spoor bevindt, onder bruggen en op viaducten die over het spoor gaan. Het totale gewicht van een dergelijke biologische afscherming zou honderden tonnen zijn en bovendien zou het een aanzienlijk volume in beslag nemen. Als we er rekening mee houden dat kernreactoren die in de jaren vijftig zijn gemaakt zelf ook groot waren, dan zouden de afmetingen en het gewicht van een nucleaire locomotief gewoonweg titanisch zijn. Misschien om deze reden begonnen de ontwerpers meteen na te denken over het feit dat de standaardbaan vervangen zou moeten worden door een ultrabreed spoor. Maar is het voldoende om de rails uit elkaar te duwen om dit probleem op te lossen?
Waarom de rails losschroeven
Zoals Viktor Mikhailovich Bogdanov, adviseur van de directeur van het Wetenschappelijk Onderzoeksinstituut voor Spoorwegvervoer, ons vertelde, werd in het verleden echt gesproken over een zeer exotisch project voor de aanleg van ultrabrede spoorlijnen in de USSR. De auteurs van het idee stelden voor om twee interne rails op dubbelsporige spoorlijnen te verwijderen. De overgebleven buitenrails zouden een spoor vormen van ongeveer zes meter breed!
“Aanvankelijk werden in ons land spoorwegen ontworpen met de grootste totale afmetingen. Als in West-Europa de maximaal toegestane belasting per meter spoor 6 ton is, in de VS op de meeste snelwegen - 8,5-9 ton, dan kan deze waarde in Rusland 12 ton bedragen, legt Viktor Mikhailovich uit. - Spoorconstructies (bruggen, tunnels, bovenleidinginfrastructuur) zijn ook ontworpen voor wagons met grotere afmetingen. Er is zelfs een zekere marge voor oversized vracht. Maar dit alles is natuurlijk niet ontworpen voor gigantische wagons en locomotieven, die op een spoor van zes meter zouden kunnen rijden. Het is voldoende om het mogelijke volume en gewicht van zo'n auto in te schatten, en het wordt duidelijk dat bij volle belasting (zelfs met acht assen) de belasting per meter spoor tientallen tonnen zal zijn. En dit ondanks het feit dat de eigenschappen van het pad, taluds, bruggen hetzelfde blijven."
Het is duidelijk dat een nucleaire megatrein niet alleen een breder spoor moet aanleggen, maar ook de volledige infrastructuur opnieuw moet berekenen en creëren. Als gevolg hiervan werd om technische en economische redenen het idee om één breed spoor te creëren uit twee standaardsporen afgewezen. Veel verder in de ontwikkeling van wegen met ultrabreed spoor (3000 mm) ging in nazi-Duitsland (ons tijdschrift sprak hierover uitgebreid in het maartnummer), maar zelfs daar ging het niet verder dan de ontwerpdocumentatie, en na de ineenstorting van het Hitler-regime kwam dit idee niet meer terug, gezien het feit dat zijn manifestatie van economisch ongerechtvaardigde gigantomanie.
Tsjernobyl.
Nieuws uit het zuiden
Als Hiroshima zich niet bemoeide met de liefde die een halve eeuw geleden oplaaide voor alles wat nucleair is (behalve voor bommen natuurlijk), dan veroorzaakte de ramp in Tsjernobyl daarentegen een golf van radiofobie en verwerping van het 'vreedzame atoom' in de wereld. Velen zijn bang voor het idee dat ergens in de buurt van menselijke woningen een atoomreactor langs de rails zal razen. Wat als er een ramp toeslaat en de locomotief instort? Wat als deze catastrofe wordt "geholpen" door terroristen die de kans zeker niet zullen laten voorbijgaan om het pad voor de sneltrein uit te stippelen?
Maar hoe groot de angst voor straling ook is, de mensheid maakt zich steeds meer zorgen over de vooruitzichten van een wereldwijde energiecrisis in verband met een tekort aan fossiele brandstoffen, en over milieuproblemen die worden verergerd door atmosferische vervuiling door de verbranding van koolwaterstoffen. Het valt dan ook niet uit te sluiten dat de vooruitgang op het gebied van nucleaire technologieën (vooral om hun grotere veiligheid te verzekeren) in de nabije toekomst de reden zal worden voor de heropleving van de belangstelling voor nucleair transport.
Onlangs zijn in verschillende landen van de wereld nieuwe typen kernreactoren ontwikkeld - compact en veiliger dan de bestaande. In de jaren 90 kondigde het Zuid-Afrikaanse staatsbedrijf Escom het voornemen aan om een zogenaamde ball-bed modulaire reactor (PBMR) te bouwen, en onlangs (30 januari 2020) werd aangekondigd dat het bedrijf hoopt de werkzaamheden aan het project te hervatten. De modulaire reactor PBMR zal niet de gebruikelijke splijtstofstaven hebben. Als brandstofcel wordt voorgesteld kogels van grafiet te gebruiken, inclusief microscopisch kleine insluitsels van uraniumoxide in siliciumcarbidecapsules. Een inert gas (helium is het meest geschikt) wordt door de ballen geblazen, waardoor de warmte die tijdens de reactie wordt gegenereerd, wordt afgevoerd. PMBR behoort tot het type hogetemperatuurreactoren,en het verwarmde gas heeft voldoende energie om de lagedrukturbine direct aan te drijven of om warmte via de warmtewisselaar over te dragen aan een ander warmteoverdrachtmedium. Dit verbetert de efficiëntie van het hele systeem aanzienlijk.
Maar het belangrijkste in zo'n reactor is een hoge passieve veiligheid. In principe kan er geen oververhitting zijn met een explosie volgens het scenario van het ongeluk in Tsjernobyl erin, omdat een natuurlijk feedbacksysteem in het ontwerp is ingebouwd. Zelfs als de stroom koelgas stopt en de temperatuur begint te stijgen, stopt de reactie vanzelf wanneer een bepaalde waarde wordt bereikt.
Een ander project van een compacte, veilige en niet te dure kernreactor werd voorgesteld door wetenschappers van de Federale Universiteit van Rio Grande do Sul (Brazilië). Gebaseerd op de technologie van een kokende kernreactor, gebruikt het apparaat ook brandstof in de vorm van kogels afgewisseld met uraniumoxide - water werkt echter als koelmiddel.
Als beide en vele andere soortgelijke projecten op de aangegeven parameters worden gebracht, zal het mogelijk zijn om kleinere en veiligere nucleaire apparaten in het transport te gebruiken. Wie weet, misschien is het in Zuid-Afrika of Brazilië - een land met grote afstanden en een langdurige interesse in alternatieve energiebronnen - dat het idee van atoomtreinen toch een tweede wind zal vinden.
Auteur: Oleg Makarov
