Ora sembra strano, ma solo un decennio dopo il bombardamento di Hiroshima, che ha mostrato tutto il "fascino" delle radiazioni, il mondo si è letteralmente innamorato dell'energia atomica. I progettisti dell'URSS e degli Stati Uniti hanno escogitato con entusiasmo quale altro mezzo di trasporto mettere il reattore nucleare. Oltre ai sottomarini nucleari e ai rompighiaccio, che esistono fino ad oggi, sono stati progettati aerei nucleari, automobili e persino dirigibili. E gli ingegneri della metà del XX secolo hanno seriamente sognato treni giganti che sarebbero stati trascinati in lontananza da una locomotiva diesel con un cuore atomico per migliaia e migliaia di chilometri.
Nella tundra su un'ampia pista
Se parliamo di realtà, a differenza del programma per la creazione di bombardieri nucleari - e l'URSS ha persino testato un reattore appositamente progettato nell'aria - la storia della progettazione di mega-treni nucleari non è andata così lontano. Non sono stati costruiti né modelli sperimentali di locomotive, né binari corrispondenti al piano. Tutto si è fermato a livello di bozze di progetto. Allo stesso tempo, a differenza del lavoro profondamente classificato sulla creazione dello stesso aereo a propulsione atomica, l'idea di locomotive diesel alimentate da reattori è stata promossa su giornali, libri e riviste scientifiche popolari. Il quotidiano Gudok, pubblicazione del Ministero delle Ferrovie dell'URSS, scriveva nel 1956: “Nelle condizioni del Nord, dell'Estremo Oriente e dei deserti dell'Asia Centrale, non è sempre consigliabile elettrificare le linee ferroviarie di nuova costruzione. In queste condizioni, è meglio utilizzare locomotive nucleari,che potrebbe funzionare in modo autonomo, senza l'apporto di grandi quantità di carburante o altri materiali … Certo, una locomotiva nucleare sarà molto più pesante di una locomotiva a vapore o di una locomotiva diesel della stessa potenza. Ma se una tale locomotiva viene inviata a un'autostrada remota, ad esempio nell'Artico, funzionerà in modo intermittente per l'intera stagione invernale senza fornitura aggiuntiva. È molto facile trasformarlo in una centrale elettrica mobile. Inoltre, potrà fornire energia a bagni, lavanderie, serre per la coltivazione di ortaggi ".poi lavorerà lì a intermittenza per tutta la stagione invernale senza rifornimenti aggiuntivi. È molto facile trasformarlo in una centrale elettrica mobile. Inoltre, potrà fornire energia a bagni, lavanderie, serre per la coltivazione di ortaggi ".poi lavorerà lì a intermittenza per tutta la stagione invernale senza rifornimenti aggiuntivi. È molto facile trasformarlo in una centrale elettrica mobile. Inoltre, potrà fornire energia a bagni, lavanderie, serre per la coltivazione di ortaggi ".
Ma i letti di cetriolo nel Circolo Polare Artico, ovviamente, non erano il sogno finale per coloro che credevano nel brillante futuro dell'atomo ferroviario. L'idea dei mega-treni sembrava molto più ambiziosa e pretenziosa. Dovevano consistere in una potente locomotiva nucleare e carrozze giganti, posizionate su un binario ultra largo, che sarebbe stato 2,5-3 volte più largo dello standard adottato nel nostro paese - 1520 mm. Allo stesso tempo, la capacità di carico dei vagoni merci di questa classe potrebbe essere paragonabile a quella di una nave da carico fluviale e le autovetture a due piani offrirebbero ai viaggiatori uno spazio e un comfort senza precedenti. L'immagine presentata nella prima diffusione del nostro articolo è un'immagine visiva collettiva di un tale progetto realizzato da un artista contemporaneo.
NPP su ruote
Video promozionale:
A volte si sente parlare di progetti di "locomotive a vapore atomiche", ma ovviamente nessuno avrebbe fatto girare le ruote di una locomotiva a vapore. Si prevedeva di utilizzare motori elettrici come azionamento delle ruote, che a loro volta sarebbero alimentati da una centrale nucleare situata all'interno della locomotiva, costruita secondo lo schema classico. Come risultato di una reazione nucleare, viene generato calore, che viene trasferito al refrigerante e cede calore all'acqua nel generatore di vapore. Il vapore risultante fluisce attraverso i tubi verso la turbina e la turbina, a sua volta, aziona l'albero del generatore elettrico in rotazione.
La figura seguente mostra uno schema di una locomotiva a sezione unica, in cui sia il reattore, il generatore e i motori elettrici sono all'interno di un corpo unico, solo il reattore con uno scambiatore di calore è coperto da un divisorio di bioprotezione. Si ha notizia che è stata considerata anche un'opzione a tre sezioni, in cui per il reattore è stata assegnata una sezione speciale, isolata per bioprotezione, collegata ad altri due accoppiatori.
Degno di nota è il numero di assi della locomotiva: i progettisti prevedevano che il suo enorme peso avrebbe costretto il carico a essere distribuito in modo più uniforme sul binario. L'idea di un treno con un reattore nucleare è semplice e non ci sono ostacoli fondamentali alla sua attuazione. Ma perché, allora, non viaggiamo ancora su vagoni del palazzo e non conquistiamo le distese artiche su locomotive nucleari?
È ovvio che la questione dell'opportunità di costruire giganteschi treni a propulsione atomica si divide in due: la possibilità di utilizzare l'energia nucleare nel trasporto passeggeri e la giustificazione tecnica ed economica di un significativo ampliamento della linea ferroviaria.
Cemento e piombo
In realtà, nulla impedisce l'uso dell'energia di decadimento di un nucleo atomico nell'industria dei trasporti e, inoltre, viene utilizzata attivamente. Circa il 75% dell'elettricità in Francia è generata da centrali nucleari, quindi i famosi treni TGV ad alta velocità, alimentati dall'elettricità della rete di contatto aerea, possono in un certo senso essere considerati "treni atomici". Ma è possibile o necessario portare con sé l'intera centrale? L'unica ragione di ciò è la possibilità di un funzionamento a lungo termine del veicolo senza rifornimento dove non c'è carburante e infrastrutture adeguate. Per i rompighiaccio che effettuano lunghi viaggi nelle acque artiche o per i sottomarini in allerta in un altro emisfero, l'autonomia energetica a lungo termine è estremamente importante. Non interferirebbe con bombardieri strategici o aerei antisommergibili,che potrebbe girare sull'oceano per giorni, lontano dal campo d'aviazione di casa. Tuttavia, gli aeromobili nucleari dovevano essere abbandonati e per circa gli stessi motivi che hanno impedito l'attuazione di progetti di locomotive con reattori nucleari. E il motivo principale è la protezione biologica.
Il reattore nucleare della locomotiva dovrebbe essere isolato con uno spesso strato di piombo o cemento e da tutti i lati. È impossibile limitarsi al muro tra il reattore e la cabina di guida - dopotutto, in questo caso, radiazioni letali colpiranno tutto ciò che si trova ai lati della pista, sotto i ponti e sui cavalcavia che passano sui binari. Il peso totale di tale schermatura biologica sarebbe di centinaia di tonnellate, inoltre, occuperebbe un volume significativo. Se prendiamo in considerazione che i reattori nucleari creati negli anni '50 erano essi stessi di grandi dimensioni, allora le dimensioni e il peso di una locomotiva nucleare sarebbero semplicemente titanici. Forse per questo motivo, i progettisti hanno subito iniziato a pensare al fatto che la pista standard avrebbe dovuto essere sostituita da una pista ultra larga. Ma è sufficiente separare i binari per risolvere questo problema?
Perché svitare i binari
Come ci ha detto Viktor Mikhailovich Bogdanov, consigliere del direttore dell'Istituto di ricerca scientifica sul trasporto ferroviario, in passato si è discusso davvero di un progetto molto esotico per la costruzione di linee ferroviarie ultra larghe in URSS. Gli autori dell'idea hanno proposto di rimuovere due binari interni su binari a doppio binario. I restanti binari esterni formerebbero una pista larga circa sei metri!
“Inizialmente, nel nostro Paese, le ferrovie erano progettate con le maggiori dimensioni complessive. Se nell'Europa occidentale il carico massimo consentito per metro di binario è di 6 tonnellate, negli Stati Uniti sulla maggior parte delle autostrade è di 8,5-9 tonnellate, quindi in Russia questo valore può raggiungere le 12 tonnellate, spiega Viktor Mikhailovich. - Le strutture dei binari (ponti, gallerie, infrastrutture catenarie aeree) sono state progettate anche per carri di dimensioni maggiori. C'è anche un certo margine per carichi di grandi dimensioni. Ma tutto questo, ovviamente, non è progettato per vagoni e locomotive giganti, che potrebbero viaggiare su un binario di sei metri. È sufficiente stimare il volume e il peso possibile di una macchina del genere e diventa chiaro che a pieno carico (anche con otto assi) il carico per metro di binario sarà di decine di tonnellate. E questo nonostante le proprietà del sentiero, degli argini, dei ponti rimarranno le stesse.
Ovviamente, un mega-treno nucleare non dovrebbe solo tracciare un binario più ampio, ma ricalcolare e creare l'intera infrastruttura. Di conseguenza, per ragioni tecniche ed economiche, l'idea di creare un binario largo da due standard è stata respinta. Molto più lontano nello sviluppo di strade a scartamento ultra largo (3000 mm) è andato nella Germania nazista (la nostra rivista ne ha parlato in dettaglio nel numero di marzo), ma anche lì non è andata oltre la documentazione di progettazione, e dopo il crollo del regime di Hitler, questa idea non è stata più restituita, considerando la sua manifestazione di gigantomania economicamente ingiustificata.
Chernobyl.
Notizie dal sud
Se Hiroshima non ha interferito con l'amore divampato mezzo secolo fa per tutto il nucleare (tranne le bombe, ovviamente), allora il disastro di Chernobyl, al contrario, ha causato un'ondata di radiofobia e il rifiuto dell '"atomo pacifico" nel mondo. Molti sono spaventati dall'idea stessa che da qualche parte vicino alle abitazioni umane un reattore atomico correrà lungo i binari. E se si verifica un disastro e la locomotiva crolla? E se questa catastrofe fosse "aiutata" da terroristi che di certo non perderanno l'occasione di intravedere il percorso davanti al treno in corsa?
Ma per quanto grande sia la paura delle radiazioni, l'umanità è sempre più preoccupata per le prospettive di una crisi energetica globale associata a una carenza di combustibili fossili, nonché per i problemi ambientali che sono esacerbati dall'inquinamento atmosferico dovuto alla combustione di idrocarburi. Pertanto, non si può escludere che i progressi nel campo delle tecnologie nucleari (principalmente per garantire una loro maggiore sicurezza) diventeranno nel prossimo futuro la ragione della ripresa dell'interesse per il trasporto nucleare.
Recentemente, in diversi paesi del mondo, vengono sviluppati nuovi tipi di reattori nucleari, compatti e più sicuri di quelli esistenti. Negli anni '90, la società statale sudafricana Escom annunciò la sua intenzione di costruire un cosiddetto reattore modulare a letto di palla (PBMR) e recentemente (30 gennaio 2020) è stato annunciato che la società spera di riprendere i lavori sul progetto. Il reattore modulare PBMR non avrà le solite barre di combustibile. Come celle a combustibile, si propone di utilizzare sfere costituite da grafite, comprese le inclusioni microscopiche di ossido di uranio in capsule di carburo di silicio. Un gas inerte (l'elio è il più adatto) viene soffiato attraverso le sfere, che rimuove il calore generato durante la reazione. Il PMBR appartiene al tipo di reattori ad alta temperatura,e il gas riscaldato ha energia sufficiente per azionare direttamente la turbina a bassa pressione o trasferire calore ad un altro mezzo di trasferimento di calore attraverso lo scambiatore di calore. Ciò migliora notevolmente l'efficienza dell'intero sistema.
Ma la cosa principale in un simile reattore è un'elevata sicurezza passiva. In linea di principio, non può esserci surriscaldamento con un'esplosione secondo lo scenario dell'incidente di Chernobyl, poiché nel progetto è integrato un sistema di feedback naturale. Anche se il flusso del gas di raffreddamento si interrompe e la temperatura inizia a salire, quando viene raggiunto un certo valore, la reazione si ferma da sola.
Un altro progetto di un reattore nucleare compatto, sicuro e non troppo costoso è stato proposto dagli scienziati dell'Università Federale del Rio Grande do Sul (Brasile). Basato sulla tecnologia di un reattore nucleare bollente, il dispositivo utilizza anche combustibile sotto forma di palline intervallate da ossido di uranio, tuttavia l'acqua funge da refrigerante.
Se entrambi questi e molti altri progetti simili vengono portati ai parametri dichiarati, sarà possibile pensare di utilizzare dispositivi nucleari più piccoli e più sicuri nei trasporti. Chissà, forse è in Sud Africa o in Brasile - un paese con grandi distanze e un interesse di lunga data per le fonti energetiche alternative - che l'idea dei treni atomici troverà comunque un secondo vento.
Autore: Oleg Makarov
