— То же самое. Преимуществ у него много, но и недостатки имеются, — ответил Александров. — Прежде всего, тория в 4-5 раз больше, чем урана. Его добыча менее опасна в части радиоактивности. Торий — тугоплавкий металл. При температуре 1405 градусов уран уже плавится, а в кристаллической решётке тория только-только начинаются фазовые превращения, плавится же он лишь при 2028 градусах. То есть, ториевый реактор может работать при более высоких температурах.

Ториевый реактор более безопасен. Он не обладает запасом реактивности. В случае отказа систем управления урановый реактор превращается в атомную бомбу огромной мощности, а в ториевом реакторе просто прекратится реакция.

С точки зрения экономики ториевая энергетика превышает урановую энергетику не в проценты, а в разы. В ходе модернизации действующих атомных электростанций при переводе их на торий, в тех же габаритах, в корпусе ядерного реактора можно разместить ториевые тепловыделяющие элементы, которые с этого же объема активной зоны дают в 2-3 раза больше энергии. В ходе реконструкции не надо строить новую АЭС, а простой сменой топлива, пусть и с добавлением паровых турбин, теплообменников и электрических машин удваивается мощность старой. Важно так же, что ториевая энергетика позволяет обеспечить непрерывную работу реактора, теоретически — на 30-50 лет, реально мы рассчитываем достичь срока в 5-10 лет между перезагрузками. Сегодня атомная станция раз в год или в полтора года останавливается для перезагрузки.

(источник — И.Н.Бекман. Ядерная индустрия. Лекция 19. Топливные циклы)

— Это за счёт чего? — заинтересованно перебил Хрущёв.

— Торий в реакторе под действием нейтронного излучения от урана-235 превращается в уран-233, который, в свою очередь, тоже является ядерным топливом и участвует в выработке энергии, — пояснил Александров. — Можно часть получаемого в реакторе урана-233 отводить в виде сульфида протактиния-233, а часть оставлять, не вынимая, для продолжения реакции. Пусть превращается в уран-233 прямо в реакторе.

Соответственно, ядерных отходов и отработанного ядерного топлива получается в разы меньше, останавливать реактор для перегрузки придётся реже, КПД станции за счёт этого повышается.

— Гм... — Первый секретарь недоверчиво обвёл взглядом учёных. — И что, одни только плюсы, и никаких недостатков? Так не бывает.

— Недостатки есть, конечно, — согласился Александров. — Считается, что ториевый цикл в целом несколько дороже, чем урановый, но это — смотря как считать. Если брать совокупную стоимость с учётом хранения, переработки и захоронения ядерных отходов, то ториевый цикл выйдет много дешевле уранового. Просто за счёт меньшего количества отходов, которые, в случае с ураном приходится хранить и перерабатывать.

Вторая проблема — если торий превращается в уран-233 в реакторе и потом в нём же используется как ядерное топливо, то в нём образуется некоторый процент урана-232, который при своём распаде даёт очень нехороший изотоп таллий-208, порождающий высокоэнергетическое жёсткое гамма-излучение. То есть, нужна более серьёзная радиационная защита реактора и полная автоматизация всех работ на реакторе, прежде всего перегрузки топлива. Разумеется, она и так проводится дистанционно. Это тоже удорожание, хотя и не слишком большое, так как у нас уже в существующих проектах АЭС закладывается автоматизированная перегрузка топлива.

К счастью, этот изотоп короткоживущий, его период полураспада примерно 3 минуты. То есть, достаточно небольшой выдержки отработанного топлива после извлечения из реактора, чтобы его опасность по гамма-излучению снизилась до допустимых значений.

— Спасибо, товарищи, очень хорошо всё разъяснили. Вижу, работа у вас идёт, — одобрил Хрущёв. — А что по космическим реакторам? Виталий Михалыч? — он нашёл взглядом Иевлева.

— Сейчас нас держит строительство стенда для масштабных экспериментов, — ответил Иевлев. — Стенд будет готов к концу года. Параллельно продолжаем эксперименты на опытном реакторе ИГР, и собираем реактор ИВГ — прототип двигательного реактора. Его конструкция достаточно сложная, многое приходится делать впервые, можно сказать — наощупь. С начала следующего года планируем начать эксперименты с реактором ИВГ, то есть, следующий этап отработки. Параллельно изготовим несколько прототипов двигателя.

Когда эксперименты будут закончены — это, полагаю, может занять года три-четыре, у нас будут несколько образцов двигателя, готовых к запуску. Эта программа нами сейчас согласуется с Главным конструктором, чтобы к моменту окончания наших работ подоспел прототип космического корабля под наш двигатель. В общем, работаем по плану, больших задержек пока не было.

Параллельно ведём вместе с Александром Ильичом исследовательские работы по газофазному реактору для ГФЯРД, но там пока рано говорить о каких-либо результатах. Тематика крайне сложная, раньше ничего подобного никто не делал, поэтому на быстрый успех рассчитывать не приходится, — закончил Иевлев. — Вот наш отчёт о работе.

Он передал Хрущёву несколько листков бумаги — сетевой график, где был изображен ход ведущихся работ.

— Отлично, — одобрил Первый секретарь. — Работаете по плану, график выдерживаете, результаты, как я понимаю, положительные?

— Да, теперь мы знаем куда больше о поведении такого реактора, чем даже год назад, — подтвердил Иевлев.

— Очень хорошо. Михаил Макарович, а у вас как дела? — Хрущёв переключил внимание на Бондарюка.

До того дремавший, по своему обыкновению, Мстислав Всеволодович Келдыш 'включился', перевернул несколько листков в лежавшей перед ним папке, и отложил один из них в сторону.

— Реактор ТЭМ изготовлен и сейчас на нём ведётся экспериментальная работа, — ответил Бондарюк. — Систему охлаждения для наземных испытаний мы немного изменили для работы при обычной гравитации. Она тоже работает по принципу градирни. Сейчас мы корректируем техническую документацию на реактор и готовимся делать полётный образец.

Архип Михалыч Люлька сейчас дорабатывает турбогенератор, по его готовности приступаем к совместным испытаниям системы. О двигателях пусть лучше их конструкторы расскажут.

Академик Келдыш кивнул Михаилу Васильевичу Хруничеву, и председатель ГКНТ тут же перехватил нить разговора:

— Сразу после прошлогоднего совещания решением ГКНТ была образована группа разработчиков, занявшихся проблематикой ионных и плазменных двигателей, под общим руководством Льва Андреевича Арцимовича. Финансирование работ пока велось из фондов ГКНТ, сейчас, я считаю, пора принимать принципиальное решение о продолжении работ уже по постановлению ЦК и Совета министров. Лев Андреич, вам слово.

Доклад продолжил один из новоприбывших, академик Арцимович:

— До образования объединённой рабочей группы эту работу вёл в ЦАГИ Георгий Львович Гродзовский. (Гирш Лейбович Гродзовский в период 1947-1953 гг вынужденно указывал в публикациях 'русифицированные' данные, см. http://search.rsl.ru/ru/record/01006923437). В течение 1959 года он проводил испытательные запуски разрабатываемого им ионного двигателя малой тяги на переделанных противоракетах В-1000 конструкции Петра Дмитриевича Грушина. С 1953 года Алексей Иванович Морозов занимался теоретическим обоснованием и предварительными экспериментами по созданию плазменного двигателя, а Александр Михайлович Андрианов предложил довольно простой по конструкции плазменно-эрозионный двигатель. Все предложенные конструкции объединяла одна особенность — разгон ионизированного рабочего тела электромагнитным полем.

(источник — http://рустрана.рф/article.php?nid=345751)

Поэтому на общем совещании в Институте атомной энергии 2 июля 1959 года было решено объединить усилия всех разработчиков, обеспечить обмен идеями, научной информацией, совместное обсуждение результатов экспериментов. (АИ)

Для создания рабочей системы я предложил следующие характеристики двигателя: тяга около 10 килограмм-сил, скорость истечения 100 километров в секунду при электрической мощности 10 мегаватт. Сотрудники ИАЭ предложили несколько проектов.

К разработке были приняты плазменный импульсный эрозионный двигатель товарища Андрианова, магнитно-плазменный двигатель с электромагнитным аналогом сопла Лаваля конструкции Алексея Ивановича Морозова и двигатель на основе однощелевого источника ионов, практически такого же, какой применялся для электромагнитного разделения изотопов, его предложил Павел Матвеевич Морозов, однофамилец Алексея Ивановича.

Используя наработанные производственные связи товарища Гродзовского с ОКБ-2, наладили изготовление экспериментальных образцов двигателей. Для их испытания на базе изделия В-1000 была в кратчайшие сроки разработана геофизическая ракета 1Я2ТА.

Работа пошла достаточно быстро, сейчас под руководством товарища Андрианова на геофизических ракетах испытывается плазменно-эрозионный двигатель, и одновременно в ОКБ-301 товарища Лавочкина проектируется тяжёлая АМС с ядерным реактором конструкции товарища Бондарюка, для полёта к Марсу.

— Эк вы лихо завернули, Лев Андреич! — улыбнулся Хрущёв. — Не торопитесь, расскажите поподробнее, что это за зверь такой, ионный двигатель, и почему им вдруг атомщики занимаются?

— Исследования плазмы с самого начала велись у нас в ИАЭ. А ионный двигатель — это, прежде всего, плазма, — пояснил Арцимович. — Александр Михалыч, вам слово.

Александр Михайлович Андрианов, несколько волнуясь, вышел к стойке и повесил на неё плакат, где гуашью в цвете были изображены внешний вид, разрез и схема двигателя.

— Это импульсный плазменный ускоритель, который может быть использован как в качестве эрозионного импульсного плазменного двигателя, для решения задач, требующих малых суммарных импульсов тяги, так и в качестве импульсного плазменного инжектора, например, для активных воздействий на ионосферу. Ускоритель содержит разрядный канал с коаксиальными электродами и расположенное между ними твердое диэлектрическое рабочее вещество, например, фторопласт.

В ходе испытаний для питания двигателя использовалась конденсаторная батарея ёмкостью 100 микроФарад, рабочее напряжение составляло около 1 киловольт. При испытаниях получаемые плазменные сгустки имели температуру около 30 000 Кельвинов и истекали со скоростью до 16 километров в секунду.

(реальные параметры двигателей ориентации, испытывавшихся в 1964 г на АМС 'Зонд-2')

— Это что же, у вас двигатель на фоторопласте работает? — удивился Никита Сергеевич.

— Да, электрический разряд испаряет фторопласт, в результате образуются ионы, которые собираются в плазменные сгустки и разгоняются электромагнитным полем до очень высокой скорости. Отбрасываемая масса невелика, зато импульс такого двигателя очень большой, — ответил Андрианов.

— Следует понимать, что это экспериментальный прототип, — вставил Арцимович. — Проект, на который мы возлагаем основные надежды — плазменный двигатель, разрабатываемый по проекту Алексея Ивановича Морозова. Он будет использовать ксенон в качестве рабочего тела. Алексей Иванович, расскажите, как у вас идут дела.

(Двигатель Морозова по принципу напоминал не так давно разрекламированный VASIMR см. http://extremal-mechanics.org/archives/390 http://galspace.spb.ru/orbita/ximdv.htm http://рустрана.рф/article.php?nid=345751)

— Сам по себе стационарный плазменный двигатель устроен довольно просто, — Морозов сменил Андрианова и повесил на стойку свой плакат. — Хотя его теория весьма сложна.

(устройство двигателя СПД см http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/popul-meh/2005/12/potomki.pdf)

— СПД — это кольцевой электромагнит, в зазор которого помещена камера из керамики. В торце камеры расположен анод. Снаружи, возле среза канала двигателя, два катода-нейтрализатора — рабочий и резервный. Рабочее вещество — ксенон — подается в камеру и вблизи анода ионизуется. Ионы ускоряются в электрическом поле и истекают из двигателя, создавая реактивную тягу. Их объемный заряд нейтрализуется электронами, подаваемыми с катода-нейтрализатора. Если этого не сделать, спутник будет приобретать отрицательный электрический заряд.

Сейчас наш двигатель пока существует в виде лабораторного образца с водяным охлаждением. Отработка идёт полным ходом, но проблем там хватает. В ближайшие 2-3 года он вряд ли будет готов к полёту.

(В реальной истории разработка СПД началась в 1962 году, первый полёт — в 1970-м, двигатель был подготовлен к полёту по ТЗ академика Иосифьяна в течение 5 месяцев, включая систему питания ксеноном, пригодную для установки на спутнике, но до этого было 7 лет лабораторной проработки. С 1980 г МКБ 'Факел' серийно выпускает двигатели следующего поколения СПД-70, для установки на спутниках)

— Основная проблема этих двигателей — малая тяга и большая потребная электрическая мощность, — добавил Арцимович. — Есть ещё один перспективный вариант, основанный на эффекте поверхностной ионизации цезия при испарении с поверхности вольфрамового катода. Сталь Яковлевич Лебедев предложил трёхэлектродную схему с пористыми вольфрамовыми решётками, к 1965-му году мы рассчитываем получить работоспособный образец.

(Описание устройства двигателя см. в статье доктора физико-математических наук Ю. Стависского http://rufact.org/blog/2011/jul/4/radiotehnicheskaya-razvedka-2/)

— Пока всё упирается в создание источника электрической энергии достаточной мощности. Именно поэтому мы возлагаем особые надежды на реактор товарища Бондарюка и турбогенератор, который делает товарищ Люлька. Надо сказать, что Мстислав Всеволодович нас недавно сильно удивил.

— То есть? — спросил Хрущёв.

— Дело в том, что двигатель СПД несколько не укладывается в теорию, — пояснил Арцимович. — Он показывает наибольшую тягу при конфигурации электромагнитных полей, явно неоптимальной для этого. При этом расходимость плазменного пучка получается около 45 градусов, а КПД не более 50 процентов. Мы сейчас пытаемся понять, почему так происходит, это необходимо для расчёта параметров двигателя.

Мстислав Всеволодович посмотрел на наши муки творчества, проанализировал тенденции по результатам лабораторных измерений, и предложил изменить конфигурации анода, плазменного канала и магнитного поля, чтобы формировать именно 'неоптимальную' по расчёту геометрию поля. Мы сначала спорили, но потом решили попробовать. И неожиданно получили КПД около 70 процентов и расходимость пучка менее 10 градусов. Сейчас работаем, чтобы найти этому объяснение...

(В реальной истории этот факт имел место уже после 1992 года, на этой модернизации основано производство двигателей СПД 2-го поколения. См. Статью Д. О. Волков, А. П. Ганущенко 'Применение плазменных двигателей в ракетно-космической технике')

— То есть, практика у вас опередила теорию? — слегка усмехнулся Хрущёв.

— Да, в науке иногда и так случается, — развёл руками Арцимович.

— Так вы говорите, что АМС у вас уже проектируется, а двигателей для неё у вас, выходит, ещё нет? — спросил Первый секретарь.