Ahora parece extraño, pero apenas una década después del bombardeo de Hiroshima, que mostró todos los "encantos" de la radiación, el mundo literalmente se enamoró de la energía atómica. Los diseñadores de la URSS y los Estados Unidos idearon con entusiasmo en qué otro transporte colocar el reactor nuclear. Además de los submarinos nucleares y rompehielos, que existen hasta el día de hoy, se diseñaron aviones, automóviles e incluso dirigibles nucleares. Y los ingenieros de mediados del siglo XX soñaban seriamente con trenes gigantes que serían arrastrados a la distancia por una locomotora diésel con un corazón atómico durante miles y miles de kilómetros.
A la tundra en una pista ancha
Si hablamos de la realidad, a diferencia del programa para crear bombarderos nucleares, y la URSS incluso probó un reactor especialmente diseñado en el aire, la historia del diseño de mega-trenes nucleares no llegó tan lejos. No se construyeron modelos experimentales de locomotoras ni vías correspondientes al plano. Todo se detuvo a nivel de borradores de diseños. Al mismo tiempo, en contraste con el trabajo profundamente clasificado sobre la creación del mismo avión de propulsión atómica, la idea de locomotoras diesel impulsadas por reactores se promovió en periódicos, libros y revistas de divulgación científica. El periódico Gudok, publicación del Ministerio de Ferrocarriles de la URSS, escribió en 1956: “En las condiciones del Norte, Extremo Oriente y los desiertos de Asia Central, no siempre es aconsejable electrificar las líneas ferroviarias de nueva construcción. En estas condiciones, es mejor utilizar locomotoras nucleares,que podría funcionar de forma autónoma, sin el suministro de grandes cantidades de combustible u otros materiales … Por supuesto, una locomotora nuclear será mucho más pesada que una locomotora de vapor o una locomotora diésel de la misma potencia. Pero si dicha locomotora se envía a una carretera remota, por ejemplo, al Ártico, operará allí de forma intermitente durante toda la temporada de invierno sin suministro adicional. Es muy fácil convertirlo en una central eléctrica móvil. Además, podrá suministrar energía a baños, lavanderías, invernaderos para el cultivo de hortalizas”.luego trabajará allí de forma intermitente durante la temporada de invierno sin suministros adicionales. Es muy fácil convertirlo en una central eléctrica móvil. Además, podrá suministrar energía a baños, lavanderías, invernaderos para el cultivo de hortalizas”.luego trabajará allí de forma intermitente durante la temporada de invierno sin suministros adicionales. Es muy fácil convertirlo en una central eléctrica móvil. Además, podrá suministrar energía a baños, lavanderías, invernaderos para el cultivo de hortalizas”.
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Pero los lechos de pepinos en el Círculo Polar Ártico, por supuesto, no eran el sueño definitivo para quienes creían en el brillante futuro del átomo ferroviario. La idea de mega-trenes parecía mucho más ambiciosa y pretenciosa. Se suponía que consistían en una poderosa locomotora nuclear y vagones gigantes, colocados en una pista ultra ancha, que sería 2,5-3 veces más ancha que el estándar adoptado en nuestro país: 1520 mm. Al mismo tiempo, la capacidad de carga de los vagones de carga de esta clase podría ser comparable a la de un buque de carga fluvial, y los vagones de pasajeros de dos pisos ofrecerían a los viajeros un espacio y una comodidad sin precedentes. La imagen presentada en la primera extensión de nuestro artículo es una imagen visual colectiva de un proyecto de este tipo realizado por un artista contemporáneo.
NPP sobre ruedas
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A veces escuchamos sobre proyectos de "locomotoras de vapor atómicas", pero por supuesto nadie iba a hacer girar las ruedas de una locomotora a vapor. Se planeó utilizar motores eléctricos como accionamiento de las ruedas, que a su vez serían propulsados por una central nuclear ubicada dentro de la locomotora, construida según el esquema clásico. Como resultado de una reacción nuclear, se genera calor, que se transfiere al refrigerante y emite calor al agua en el generador de vapor. El vapor resultante fluye a través de las tuberías hacia la turbina, y la turbina, a su vez, impulsa el eje del generador eléctrico en rotación.
La siguiente figura muestra un diagrama de una locomotora de una sola sección, en la que el reactor, el generador y los motores eléctricos están dentro de un solo cuerpo, solo el reactor con intercambiador de calor está cubierto con un tabique de bioprotección. Existe información de que también se consideró una opción de tres secciones, en la que se asignó una sección especial, aislada por bioprotección, conectada a otros dos acopladores para el reactor.
Es de destacar el número de ejes de la locomotora: los diseñadores previeron que su enorme peso obligaría a distribuir la carga de manera más uniforme en la vía. La idea de un tren con un reactor nuclear es simple y no existen obstáculos fundamentales para su implementación. Pero, ¿por qué, entonces, todavía no viajamos en autos palaciegos y conquistamos las extensiones árticas en locomotoras nucleares?
Evidentemente, la cuestión de la viabilidad de construir trenes gigantes de propulsión atómica se divide en dos: la posibilidad de utilizar energía nuclear en el transporte de pasajeros y la justificación técnica y económica de una importante ampliación de la vía férrea.
Concreto y plomo
En realidad, nada impide el uso de la energía de desintegración de un núcleo atómico en la industria del transporte y, además, se usa activamente. Aproximadamente el 75% de la electricidad en Francia se genera en centrales nucleares, por lo que los famosos trenes TGV de alta velocidad propulsados por electricidad de la red aérea de contacto pueden considerarse en cierto sentido "trenes atómicos". Pero, ¿es posible o necesario llevar consigo toda la central eléctrica? La única razón para esto es la posibilidad de operación a largo plazo del vehículo sin repostar donde no hay combustible e infraestructura adecuada. Para los rompehielos en viajes largos en aguas árticas o los submarinos en alerta en el otro hemisferio, la autonomía energética a largo plazo es extremadamente importante. No interferiría con bombarderos estratégicos o aviones antisubmarinos,que podría dar vueltas sobre el océano durante días, lejos del aeródromo local. Sin embargo, la aeronave nuclear tuvo que ser abandonada, y aproximadamente por las mismas razones que impidieron la implementación de proyectos de locomotoras con reactores nucleares. Y la razón principal es la protección biológica.
El reactor nuclear de la locomotora tendría que estar aislado con una gruesa capa de plomo u hormigón, y por todos lados. Es imposible limitarse a la pared entre el reactor y la cabina del conductor; después de todo, en este caso, la radiación letal golpeará todo lo que esté a los lados de la vía, debajo de los puentes y en los pasos elevados que pasan sobre las vías. El peso total de dicho blindaje biológico sería de cientos de toneladas, además, ocuparía un volumen significativo. Si tenemos en cuenta que los reactores nucleares creados en la década de 1950 eran en sí mismos de gran tamaño, entonces el tamaño y el peso de una locomotora nuclear serían simplemente titánicos. Quizás por esta razón, los diseñadores inmediatamente comenzaron a pensar en el hecho de que la pista estándar tendría que ser reemplazada por una pista ultra ancha. Pero, ¿es suficiente empujar los rieles para resolver este problema?
¿Por qué desenroscar los rieles?
Como nos dijo Viktor Mikhailovich Bogdanov, el asesor del director del Instituto de Investigación Científica del Transporte Ferroviario, en el pasado, se discutió realmente un proyecto muy exótico para la construcción de líneas ferroviarias ultraanchas en la URSS. Los autores de la idea propusieron eliminar dos rieles internos en los ferrocarriles de doble vía. ¡Los rieles exteriores restantes formarían una pista de unos seis metros de ancho!
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“Inicialmente, en nuestro país, los ferrocarriles se diseñaron con las mayores dimensiones generales. Si en Europa occidental la carga máxima permitida por metro de vía es de 6 toneladas, en los Estados Unidos en la mayoría de las carreteras es de 8,5 a 9 toneladas, entonces en Rusia este valor puede alcanzar las 12 toneladas, explica Viktor Mikhailovich. - También se han diseñado estructuras de vía (puentes, túneles, infraestructura de catenarias aéreas) para vagones de mayores dimensiones. Incluso hay un cierto margen para cargas de gran tamaño. Pero todo esto, por supuesto, no está diseñado para vagones y locomotoras gigantes, que podrían viajar en una vía de seis metros. Es suficiente estimar el posible volumen y peso de dicho automóvil, y queda claro que a plena carga (incluso con ocho ejes), la carga por metro de vía será de decenas de toneladas. Y esto a pesar de que las propiedades del camino, terraplenes, puentes seguirán siendo las mismas.
Obviamente, un mega tren nuclear no solo tendría que trazar una vía más ancha, sino también volver a calcular y crear toda la infraestructura. Como resultado, por razones técnicas y económicas, se rechazó la idea de crear una pista ancha a partir de dos estándar. Mucho más lejos en el desarrollo de carreteras de vía ultra ancha (3000 mm) fue en la Alemania nazi (nuestra revista habló de esto en detalle en la edición de marzo), pero incluso allí no fue más allá de la documentación del diseño, y después del colapso del régimen de Hitler, esta idea ya no fue devuelta, considerando su manifestación de gigantomanía económicamente injustificada.
Chernobyl.
Noticias del sur
Si Hiroshima no interfirió con el amor que estalló hace medio siglo por todo lo nuclear (salvo las bombas, claro), entonces el desastre de Chernobyl, por el contrario, provocó una ola de radiofobia y rechazo del "átomo pacífico" en el mundo. Muchos están asustados por la sola idea de que en algún lugar cerca de las viviendas humanas un reactor atómico correrá a lo largo de los rieles. ¿Qué pasa si ocurre un desastre y la locomotora colapsa? ¿Qué pasaría si esta catástrofe fuera "ayudada" por terroristas que ciertamente no perderán la oportunidad de distinguir el camino frente al tren a toda velocidad?
Pero no importa cuán grande sea el miedo a la radiación, la humanidad está cada vez más preocupada por las perspectivas de una crisis energética mundial asociada con la escasez de combustibles fósiles, así como por los problemas ambientales que se ven agravados por la contaminación atmosférica por la quema de hidrocarburos. Por tanto, no se puede descartar que los avances en el campo de las tecnologías nucleares (principalmente para garantizar su mayor seguridad) se conviertan en un futuro próximo en el motivo del resurgimiento del interés por el transporte nuclear.
Recientemente, en diferentes países del mundo, se están desarrollando nuevos tipos de reactores nucleares, compactos y más seguros que los existentes. Allá por los años 90, la empresa estatal sudafricana Escom anunció su intención de construir un reactor modular de lecho esférico (PBMR), y recientemente (30 de enero de 2020) se anunció que la empresa espera reanudar el trabajo en el proyecto. El reactor modular PBMR no tendrá las barras de combustible habituales. Como pilas de combustible, se propone utilizar bolas de grafito, incluidas inclusiones microscópicas de óxido de uranio en cápsulas de carburo de silicio. Se sopla un gas inerte (el helio es el más adecuado) a través de las bolas, lo que elimina el calor generado durante la reacción. PMBR pertenece al tipo de reactores de alta temperatura,y el gas calentado tiene suficiente energía para impulsar directamente la turbina de baja presión o transferir calor a otro medio de transferencia de calor a través del intercambiador de calor. Esto mejora enormemente la eficiencia de todo el sistema.
Pero lo principal en un reactor de este tipo es una alta seguridad pasiva. En principio, no puede haber sobrecalentamiento con una explosión de acuerdo con el escenario del accidente de Chernobyl, ya que un sistema de retroalimentación natural está integrado en el diseño. Incluso si el flujo de gas refrigerante se detiene y la temperatura comienza a subir, cuando se alcanza un cierto valor, la reacción se detendrá por sí sola.
Otro proyecto de un reactor nuclear compacto, seguro y económico fue propuesto por científicos de la Universidad Federal de Rio Grande do Sul (Brasil). Basado en la tecnología de un reactor nuclear en ebullición, el dispositivo también utiliza combustible en forma de bolas intercaladas con óxido de uranio; sin embargo, el agua actúa como refrigerante.
Si tanto estos como muchos otros proyectos similares se llevan a los parámetros declarados, será posible pensar en el uso de dispositivos nucleares más pequeños y seguros en el transporte. Quién sabe, tal vez sea en Sudáfrica o Brasil, un país con largas distancias y un interés de larga data en las fuentes de energía alternativas, donde la idea de los trenes atómicos encontrará un segundo aire.
Autor: Oleg Makarov
