Амбициозная авантюра инженеров из СССР: проект поезда с настоящим ядерным реактором

Но огуречные грядки за полярным кругом, разумеется, не были пределом мечтаний для тех, кто верил в светлое будущее железнодорожного атома. Куда более масштабно и пафосно выглядела идея мегапоездов. Они должны были состоять из могучего атомного локомотива и гигантских вагонов, поставленных на сверхширокую колею, которая в 2,5−3 раза превышала бы по ширине принятый в нашей стране стандарт — 1520 мм. При этом грузовместимость товарных вагонов этого класса могла бы быть сравнима с аналогичным показателем речного грузового судна, а двухэтажные пассажирские вагоны предложили бы путникам небывалый простор и комфорт. Картинка, представленная на первом развороте нашей статьи, представляет собой выполненный современным художником собирательный визуальный образ такого проекта.

Иногда приходится слышать о проектах «атомных паровозов», но конечно же никто не собирался вращать колеса локомотива силой пара. В качестве привода для колес планировалось использовать электродвигатели, которые в свою очередь запитывались бы от находящейся внутри локомотива атомной электростанции, построенной по классической схеме. В результате ядерной реакции вырабатывается тепло, которое передается теплоносителю, а он отдает тепло воде в парогенераторе. Образующийся пар поступает по трубам к турбине, а турбина в свою очередь приводит во вращение вал электрогенератора.

На рисунке внизу показана схема односекционного локомотива, в котором и реактор, и генератор, и электромоторы находятся внутри единого кузова, только реактор с теплообменником прикрыты перегородкой биозащиты. Есть сведения о том, что рассматривался и трехсекционный вариант, в котором для реактора была выделена специальная, изолированная биозащитой секция, соединенная с двумя другими сцепкой.

Обращает на себя внимание количество осей локомотива: проектировщики предвидели, что его огромный вес заставит более равномерно распределять нагрузку на пути. Идея поезда с ядерным реактором проста, и для ее реализации нет никаких препятствий фундаментального характера. Но почему же тогда мы до сих пор не ездим в вагонах-дворцах и не покоряем арктические просторы на атомных локомотивах?

Очевидно, что вопрос о целесообразности строительства гигантских поездов на атомной тяге распадается на два: о возможности применения ядерной энергии в пассажирском транспорте и о технико-экономической оправданности значительного расширения колеи железнодорожного пути.

Собственно, ничто не мешает использовать энергию распада атомного ядра в транспортной индустрии, и более того, она активно используется. Примерно 75% электроэнергии во Франции вырабатывается на АЭС, так что знаменитые высокоскоростные поезда TGV, питающиеся электричеством из контактной сети, можно в каком-то смысле считать «атомными поездами». Но можно или нужно ли возить всю электростанцию с собой? Единственный довод за — это возможность долговременной эксплуатации транспортного средства без дозаправки там, где нет топлива и подходящей инфраструктуры. Для ледоколов, совершающих длинные вояжи в арктических водах, или подводных лодок, находящихся на боевом дежурстве в другом полушарии, долговременная энергетическая автономность крайне важна. Не помешала бы она и стратегическим бомбардировщикам или противолодочным самолетам, которые могли бы сутками кружить над океаном вдали от аэродрома базирования. Однако от атомных самолетов пришлось отказаться, причем примерно по тем же причинам, которые помешали реализоваться проектам локомотивов с ядерными реакторами. И главная причина — биологическая защита.

Ядерный реактор локомотива пришлось бы изолировать толстым слоем свинца или бетона, причем со всех сторон. Ограничиться стенкой между реактором и кабиной машинистов нельзя — ведь в таком случае убийственное излучение будет поражать все, что находится по сторонам от колеи, под мостами и на проходящих над путями эстакадах. Общий вес такой биологической защиты составил бы сотни тонн, к тому же она занимала бы значительный объем. Если же учесть, что ядерные реакторы, создававшиеся в 1950-х, сами по себе отличались большими габаритами, то размеры и вес атомного локомотива оказались бы просто титаническими. Возможно, именно по этой причине проектировщики сразу стали задумываться о том, что стандартную колею придется заменить сверхшироким путем. Но достаточно ли для решения этой задачи просто раздвинуть рельсы?

Как рассказал нам советник директора ОАО «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» Виктор Михайлович Богданов, в прошлом действительно обсуждался весьма экзотический проект устройства в СССР сверхшироких железнодорожных магистралей. Авторы идеи предлагали на двухпутных железных дорогах снимать по два внутренних рельса. Оставшиеся внешние рельсы образовали бы собой колею шириной около шести метров!

«Изначально в нашей стране железные дороги проектировались с наибольшими габаритными возможностями. Если в Западной Европе максимально допустимая нагрузка на метр пути равна 6 т, в США на большей части магистралей — 8,5−9 т, то в России это значение может достигать 12 т, — объясняет Виктор Михайлович. — Под вагоны увеличенных габаритов спроектированы и путевые сооружения (мосты, тоннели, инфраструктура контактной сети). Существует даже определенный запас для негабаритных грузов. Но все это, разумеется, не рассчитано на гигантские вагоны и локомотивы, которые могли бы ездить по шестиметровой колее. Достаточно оценить возможный объем и вес такого вагона, и станет понятно, что при полной загрузке (даже при наличии восьми осей) нагрузка на метр пути составит десятки тонн. И это при том, что свойства пути, насыпей, мостов останутся прежними».

Очевидно, что для атомного мегапоезда пришлось бы не просто прокладывать более широкую колею, но заново просчитывать и создавать всю инфраструктуру. В итоге по техническим и экономическим соображениям идея создания одной широкой колеи из двух стандартных была отклонена. Гораздо дальше в области разработки сверхширококолейной (3000 мм) дороги зашли в нацистской Германии (об этом наш журнал подробно рассказывал в мартовском номере), но и там дело не пошло дальше проектной документации, а после краха гитлеровского режима к этой идее больше не возвращались, сочтя ее проявлением экономически необоснованной гигантомании.

Если Хиросима не помешала вспыхнувшей полвека назад любви ко всему ядерному (кроме бомб, разумеется), то чернобыльская катастрофа, напротив, вызвала в мире волну радиофобии и неприятия «мирного атома». Многих пугает сама мысль о том, что где-то рядом с человеческими жилищами будет носиться по рельсам атомный реактор. Что, если случится катастрофа и локомотив разрушится? Что, если этой катастрофе «помогут» террористы, которые наверняка не упустят возможности разобрать путь перед мчащимся поездом?

Но как бы ни был велик страх перед радиацией, человечество все больше и больше волнуют перспективы глобального энергетического кризиса, связанного с дефицитом ископаемого топлива, а также проблемы окружающей среды, которые усугубляются загрязнением атмосферы в результате сжигания углеводородов. Поэтому нельзя исключить, что прогресс в области ядерных технологий (в первую очередь в вопросах обеспечения их большей безопасности) станет в недалеком будущем причиной возрождения интереса к атомному транспорту.

В последнее время в разных странах мира ведутся разработки новых типов ядерных реакторов — компактных и более безопасных, чем ныне существующие. Еще в 90-е годы южноафриканская государственная компания Escom объявляла о намерении построить так называемый модульный реактор с шариковой засыпкой (PBMR), а недавно (30 января 2020 года) была опубликована информация о том, что компания надеется возобновить работы по проекту. В модульном реакторе PBMR не будет привычных стержней с ТВЭЛ. В качестве топливных элементов предполагается использовать шарики, состоящие из графита, включающего в себя микроскопические вкрапления оксида урана в капсулах из карбида кремния. Через шарики продувается инертный газ (лучше всего подходит гелий), который отводит тепло, возникающее в ходе реакции. PMBR относится к типу высокотемпературных реакторов, и разогретый газ обладает достаточной энергией, чтобы непосредственно приводить в движение турбину низкого давления или передавать тепло другому теплоносителю через теплообменник. Это значительно повышает КПД всей системы.

Но главное в таком реакторе — высокая пассивная безопасность. Никакого перегрева со взрывом по сценарию чернобыльской аварии в нем не может быть в принципе, так как в конструкцию встроена система естественной обратной связи. Даже если поступление охлаждающего газа прекратится и температура начнет расти, то при достижении определенного ее значения реакция остановится сама собой.

Другой проект компактного, безопасного и не слишком дорогого ядерного реактора был предложен учеными Федерального университета Рио-Гранде-ду-Сул (Бразилия). Имея в основе технологию кипящего ядерного реактора, устройство также использует топливо в виде шариков с вкраплениями оксида урана — правда, в качестве охладителя выступает вода.

Если оба эти и многие другие подобные проекты будут доведены до заявленных параметров, можно будет подумать и об использовании менее габаритных и более безопасных ядерных устройств в транспорте. Кто знает, возможно, именно в Южной Африке или в Бразилии — стране с большими расстояниями и давним интересом к альтернативным источникам энергии — идея атомных поездов все-таки обретет второе дыхание.