Началото на 20 век наистина може да се нарече време на електричество. За сравнително кратък период тя прониква в абсолютно всички аспекти на човешката дейност и до края на 30-те вече е невъзможно да си представим човечеството без него. И като имаме такъв пример пред очите си, през втората половина на 40-те те очакваха точно същата победна стъпка от атомната енергия. Атомът трябваше да реши основния проблем с електричеството - необходимостта да се свързва към мрежата или постоянно да променя захранванията.
Ядрената батерия в кафемашина ще издържи десетилетия и най-вероятно устройството ще бъде изхвърлено поради повреда, преди да изтече зареждането. В допълнение, такава батерия ще направи кафемашината мобилна, може да се използва у дома, можете да я вземете на посещение или в екскурзия. Но преди да достигне домакинските уреди, атомът трябваше да се покаже в големи неща - ядрени кораби, ядрени самолети, ядрени машини и влакове. Именно за последното бих искал да говоря. В руския сегмент на Интернет съветските проекти са леко обхванати и само няколко думи за американските творби по тази тема. И бих искал да го поправя.
Те започнаха да говорят за атомни влакове почти веднага след края на Втората световна война, затова през март 1946 г. списание „Механикс Илюстрид“публикува статия „Атомни двигатели за мир“, която обхваща възможността за използване на атомен реактор във влаковете. Предложено е с помощта на топлина от реактора за загряване на водата, която задвижва парните турбини, което от своя страна ще захранва електрическите генератори. Загрятата вода може да се използва и за отопление на автомобилите. Според предварителни изчисления, ядрен двигател ще бъде с 40% по-лек от конвенционалния двигател с вътрешно горене на дизелов локомотив със същата мощност. Освен това такъв ядрен локомотив не е необходимо да се презарежда, което означава, че той не може да бъде променен по целия маршрут. Но засега идеите останаха идеи.
Ядрен локомотив, представен от Mechanix Illustrated.
Проектиране на ядрен локомотив в изглед на Механикс.
За първи път те сериозно се заеха със създаването на атомен двигател за локомотив през 1952 г. Освен това всичко започна с студентски проект. През пролетта на 52 г. професор Лайл Борст, който имаше време да участва в проекта в Манхатън и след това преподава ядрени технологии в Университета на Юта, реши да даде на старшата група студенти най-трудната задача за завършването им. След известно обсъждане той реши, че това ще бъде създаването на реактор, подходящ за използване в локомотиви, и задвижваща система за него. Според Борст тази задача по онова време беше доста трудна и той не можа да намери нито едно известно проучване по тази тема, което означава, че студентите не можеха да изневеряват. Групата включваше аспиранти, които вече са завършили института за помощ, а основата е съставена от старши студенти. До лятото на 52 г. те бяха проверили предварителни проучвания и ги представиха на Borst - резултатът беше обнадеждаващ, създаването на малък реактор беше напълно възможно. И това привлече интереса на самия професор, той видя в атомния локомотив не само влак, но и възможност за създаване на достатъчно компактни ядрени реактори и по този начин да подпомогне мирното развитие на ядрената енергия. От този момент нататък Борст лично ръководеше групата изследователи и беше тясно ангажиран с проекта. От този момент нататък Борст лично ръководи групата изследователи и е бил тясно ангажиран с проекта. От този момент нататък Борст лично ръководеше групата изследователи и беше тясно ангажиран с проекта.
Сравнение на ядрения локомотив X-12 и други варианти на локомотиви.
Основното предизвикателство пред екипа беше размерът на реактора. Ако теглото почти не беше проблем, тогава за да се инсталира ядрен котел на локомотив, беше необходимо стриктно да се спазват всички размери - височината и най-важното - ширината на реактора. Имаше и други проблеми. Тъй като първоначалният състав на групата почти не се разбираше с локомотивната сграда, от 1953 г. Borst започва активно да привлича за работа, първо своите познати, железопътни инженери, а по-късно и специалисти от такива известни компании като Commonwealth Edison, Westinghouse и Babcock & Wilcox. Това стана възможно, след като получи федерална грант за научни изследвания през есента на 1953 г. Получената сума, въпреки че беше малка, направи възможно спокойното проектиране на ядрен локомотив, въпреки че засега не може да се говори за пълномащабни тестове. Именно през този период проектът получи името - X-12. Създаденият локомотив беше предназначен изключително за товарен трафик, тъй като съществуващите и перспективни технологии все още не можеха да помогнат за създаването на атомен пътнически влак.
Промоционално видео:
Ядрен локомотив X-12.
Към средата на 1954 г. проектът започва да се оформя. Локомотивът X-12 е трябвало да се състои от две секции. Първите помещавали реактор, турбина, кондензатори и генератори. Освен това кабината на водача беше разположена в първата секция, така че реакторът беше добре екраниран. Всичко това тежеше 720 тона, защото първата секция беше поставена на три триосни талига. Също така, реакторът отделя твърде много излишна топлина и цялата втора секция е заета от радиатори, използващи тази топлина. Тя имаше две колички - първата с три оси, а втората с две. Общата дължина на двата участъка беше 49 метра - по този начин, въпреки че Х-12 не беше най-големият локомотив по това време, той очевидно беше в челната петица. Борст и неговата група решиха да не са умни и използваха вече разработената схема на дизелов локомотив в локомотива, като замениха само дизеловия двигател с реактор и турбина. Реакторът генерира пара, която върти турбините, които захранват генераторите.
Дизайнът на турбината X-12.
Локомотивът разполагаше с една турбина, която захранва четири генератора, всеки с мощност 1,3 MW. Всички 9 оси от първата секция и три оси на първия талиг на втората секция са водещи. В резултат на това локомотивът произвежда 8000 конски сили в нормален режим и може да бъде увеличен до 10 000 конски сили за кратко време. За съжаление в ограничен обем не беше възможно да се постави двуконтурна система за пренос на топлина и радиоактивната вода влезе в турбината директно от реактора и я замърси. Следователно турбината е трябвало да бъде направена без възможност за поддръжка - на всеки година и половина замърсената турбина ще бъде изваждана от локомотива и ще бъде заменена с нова. Въпреки че това би довело до увеличаване на експлоатационните разходи, ползите от използването на ядрен реактор все пак биха ги покрили.
Вътрешна структура на X-12.
Сърцето на X-12 трябваше да бъде воден ядрен реактор с хомогенна сърцевина. В това изпълнение ядрото на реактора е хомогенна смес от ядрено гориво с модератор; нямаше горивни елементи. Изборът в полза на подобна схема се дължи на факта, че този тип реактор по онова време беше най-малко таен и достатъчно прост за създаване. В допълнение, беше лесно да се поддържа и в случай на прегряване на реактора и неговото кипене, поради ниския парен коефициент на реактивност, реакцията беше прекъсната самостоятелно. Също така тази схема се отличаваше с ниска консумация на ядрено гориво и способността за бърза промяна на изходната мощност. Основният недостатък на такава конструкция е, че е предложено да се преодолее бързото влошаване на структурата на реактора, като се използват нови материали, включително тези, които все още са в процес на разработка.
Ранен дизайн на ядрения реактор X-12.
В резултат размерът на реактора беше висок 1 метър, широк 1 метър и дължина 0,4 метра. Реакторът съдържа 19,8 килограма високообогатен уран (80% уран-235), разтворен в 357 литра вода. Изборът в полза на уран с оръжие е направен поради изключително малкия обем на реактора. Средната температура на използваната смес е 237 градуса по Целзий. Постоянната циркулация на сместа, за да се избегне отлагането на уран и за поддържане на постоянна температура, се осигурява от две помпи в горната част на реактора. За да се контролира реакцията, имало отражатели и пръти, изработени от бор и стомана. При нормална работа реакторът произвежда 30 MW топлинна енергия. За да пренесат тази енергия през работната зона на реактора, преминаха 10 000 тръби с вода. Водата в тях се превърнала в пара, която навлязла в турбината, въртейки я до 6000 об / мин. След това парата навлезе в секцията на кондензатора, където отново се превърна във вода и се изпрати обратно в реактора.
Късен дизайн на ядрения реактор X-12.
За да го предпази от радиация, реакторът беше заобиколен от вода и защитен от стоманен щит с интервали от восък и гипс. Освен това е трябвало да се използва подобен материал при изграждането на генератори, като по този начин ги използва като защита. Реакторът трябваше да бъде контролиран от двама специално обучени инженери, разположени в максимална близост до зоната на реактора. Според изчисленията максималният период на безопасна работа за тях е бил година, на смени за три дни. След това, за да се избегне натрупването на радиационни щети, беше предложено да се преместят тези инженери на други позиции. Сериозно внимание беше обърнато на аварийното спиране на реактора в случай на авария на локомотив. Дизайнът на локомотива беше специално изчислен, за да поеме удара (подобен дизайн се използва в съвременните автомобили). Освен това,защитната обвивка също е проектирана за допълнително усвояване на удар. В конструкцията на контролните пръти е включен механизъм, който освобождава всички пръчки с рязка промяна в скоростта, като по този начин, в случай на авария, реакторът ще бъде изключен. Имаше и най-простата и надеждна система за охлаждане на реактора, която можеше да функционира дори след удара и да попречи на реактора да се разтопи преди пристигането на аварийни екипи.
Локомотивна схема X-12.
През януари 1954 г. Borst стартира рекламна кампания за X-12 в популярната научна преса - през зимата и пролетта почти всяка научно-популярна публикация в Америка и много в света пише за атомния локомотив. Основната цел на тази компания беше да намери инвеститор за по-нататъшното развитие на проекта. Според изчисленията, за да изгради първия тестов локомотив, екипът на Borst се нуждаеше от 4 милиона долара за изследвания и 1,2 милиона долара за самото строителство (разбира се, всички цени по курс от 1954 г.). Освен това беше необходим достъп до съоръженията на голям железопътен завод. Такива разходи се компенсират от ползата от липсата на необходимост от постоянно зареждане на локомотива, от възможността за неговото непрекъснато използване дни или дори седмици. В резултат един локомотив би платил за 10 години работа,и с изграждането на 5 локомотива всички разходи ще бъдат възстановени след 12 години. Основната полза беше използването на X-12 по маршрути на дълги разстояния и ултра дълги маршрути. Така екипът на Borst предложи използването на X-12 на Панамериканската магистрала, която се проектираше по това време, минавайки през цяла Северна и Южна Америка. Средният товарен влак за X-12 беше оценен на 120 автомобила с тегло до 20 000 тона със скорост 80 километра в час.
Илюстрация на локомотива X-12.
Забавна особеност беше, че реакторът се пуска изключително в завода, когато локомотивът беше пуснат от магазините и след това беше почти невъзможно да се получи достъп до него. Предполагаше се, че реактор от този тип спокойно ще служи 3 години, след което локомотивът отново ще дойде в централата, където реакторът ще бъде заменен. Както бе споменато по-горе, турбината се сменяше всяка година и половина, но това може да се направи и на специално създадена сервизна станция. На всеки шест месеца, в същата станция, 50 литра водно-урана смес се добавят в реактора за зареждане с гориво. В този момент екипът на Borst направи грешка или умишлено изневери - тъй като цената на урана с оръжие по това време беше секретна, Borst го посочи на 20 долара за грам, докато в действителност по това време уранът с клас на оръжие струваше до 120 долара за грам. Ако се използва реална цифра, икономията на X-12 ще бъде сериозно намалена. Разработени са две версии на локомотив с екипаж от 2 и 4 души. В първия случай нямаше инженери, които да наблюдават реактора и тъй като екипът на Borst беше уверен в надеждността на ядрения си котел, това беше основната възможност.
Локомотив модел X-12.
До 1955 г. Borst представя проекта на своята група на няколко конференции и изложби, но при големия интерес на обществеността потенциалните клиенти имат много въпроси. Почти веднага военните се отказаха от проекта - те признаха, че в бъдеще ядрените влакове може да заемат мястото си по железниците, но засега всичките им изисквания са били удовлетворени от обикновените локомотиви. Частните фирми проявиха много по-голям интерес, най-голям интерес проявиха към Babcock & Wilcox, където през 1955 г. беше събрана комисия за анализ на проекта. След 2 месеца проучвания, изводите бяха разочароващи - Kh-12 беше признат, макар и обещаващ, но прекалено опасен, в случай на авария загубите ще бъдат толкова големи, че ще блокират всички възможни ползи.
Много изобретатели се фокусират върху своето дете, с години, ако не и десетилетия, опитвайки се да го тласнат в живота. Лайл Борст не беше такъв. Тъй като проектът нямаше перспективи в близко бъдеще, той реши да го затвори. Целият екип получи безценен трудов опит и сега спокойно може да продължи както в науката, така и в кариерата. Самият Борст продължи научната си дейност, без съмнение оставяйки X-12 след себе си. По-късно той припомни, че ако беше проявил голяма постоянство, може би би могъл да проправи пътя към X-12, поне като прототип. Но шансовете за това бяха откровено малки и затова Борст никога не се съмняваше в правилността на решението за затваряне на проекта за ядрен локомотив. Тук приключва историята на X-12, но историята на атомните влакове едва започва.