Железобетонная плотина. В ее теле турбины и генераторы. Рядом на фотографии: ГЭС на реке Арде (Народная Республика Болгария).
Генератор вырабатывает переменный ток напряжением от 10 до 18 тыс. в.
Но, оказывается, электроэнергию в таком виде невыгодно передавать на большие расстояния. Вот если повысить напряжение в 10— 15 раз, тогда другое дело: сила тока упадет, и он, проходя по проводам, будет меньше нагревать их. Станет меньше потерь, не понадобятся толстые и тяжелые провода.
Напряжение повышают на электростанции простые приборы — трансформаторы. Это стержни-сердечники, собранные из тонких листов мягкой стали. На каждом — две обмотки: одна с небольшим числом витков толстой медной проволоки, вторая с немногочисленными витками более тонкого провода. Мы подаем напряжение, скажем, в 10 тыс. в на первичную обмотку, а со вторичной получаем сразу 100 или 200 тыс. в — во столько раз больше, во сколько больше витков на вторичной обмотке. Чтобы трансформаторы не сильно нагревались при работе, их погружают в баки с жидким маслом, хорошо отводящим тепло. Итак, чем выше напряжение (и, значит, меньше сила тока), тем выгоднее передавать энергию.
Наши крупные ГЭС не имеют равных в мире по мощности. Совсем недавно чемпионом была
Волжская ГЭС им. XXII партсъезда—2 млн. 350 тыс. кет. Сейчас пальму мирового первенства держит Братская ГЭС — четыре с половиной миллиона. А скоро войдет в строй Красноярский энергетический гигант — станция мощностью в 5 млн. квт.
Вспомним, что турбины прославленного Днепрогэса имеют общую мощность в 650 тыс. квт, и тогда особенно яркой станет такая цифра: на р. Лене предполагается соорудить гидроузел с электростанцией в 20 млн. квт.
Советские ученые и конструкторы непрерывно ищут новые способы быстрого строительства ГЭС, создают для них необыкновенные машины. Есть предложение, например, перегораживать реку сомкнутыми кольцами, составленными из железобетонных труб, а внутри колец помещать турбины, генераторы и т. д. Расчеты показали, что это экономнее, прощен легче. Советские инженеры изобрели турбину двойного действия: под напором воды одно из ее рабочих колес вращается вправо, другое влево. Это дает скачок быстроходности и большую экономию металла.
...Шагают по стране стальные и бетонные мачты-опоры. Несут на своих плечах провода с дешевой электроэнергией, «выловленной» из рек умом и волей человека.
Вы уже знаете, что самая удобная энергия электрическая. Нашу страну перепоясывают линии высоковольтных передач, появляются все новые и новые электростанции. До сих пор электричество вырабатывали только тепловые и гидравлические станции. Вы уже прочитали об их работе. А в 1954 г. появилось еще одно название — атомная электростанция (АЭС). В основу этого нового типа электростанций легли теоретические и экспериментальные работы советских ученых во главе с акад. И. В. Курчатовым.
Ученые давно указывали, что в ядрах атомов скрыты поистине сказочные запасы энергии, которую можно освободить. Но человечество получило первую крошечную часть этих запасов совсем недавно — в конце 30-х годов нашего столетия. Оказалось, что ядра тяжелых элементов — урана и тория, сталкиваясь с нейтральными частицами — нейтронами, распадаются на осколки. Разлетаясь с огромной скоростью, эти осколки могут передать веществу, в котором они движутся, часть своей энергии. При делении появляются новые нейтроны. Они вызывают распад ядер других атомов. Так может возникнуть цепная реакция.
На этой основе была сконструирована атомная (правильнее было бы говорить «ядерная») бомба. В ней внутриядерная энергия освобождается мгновенно — со страшным взрывом. Но ученые выяснили, что можно построить установки, в которых ядерная энергия будет выделяться замедленно. Называются такие устройства атомными котлами или ядерными реакторами, а протекающие в них реакции — управляемыми.
Если паровые котлы и двигатели внутреннего сгорания сжигают тонны горючего, то атомные реакторы такой же мощности расходуют не тонны, а граммы. А в природе этого горючего достаточно — разведанные запасы урана и тория в 20 раз превосходят по количеству скрытой в них энергии все известные мировые запасы угля и нефти.
Единственное, что нам не покажут на действующей атомной электростанции,— это реактор. Потому что атомный реактор скрыт за тяжелой бетонной и водяной защитой. Его опасное излучение не должно достигать людей. А по реакторному залу можно прогуляться. Можно даже наступить на плиту, под которой расположен атомный котел,— между нашими ногами и реактором находится толстая бетонная кладка или мощный слой воды.
Реактор состоит из следующих главных частей.
Во-первых, это ядерное топливо — чаще всего обычный или обогащенный уран. В реактор его помещают в виде тонких длинных стержней. Природный уран состоит из смеси двух уранов, двух изотопов с атомными весами в 235 и 238 единиц (U-235 и U-238).
Ядра урана-238 капризны. Для деления им нужны нейтроны только очень высоких энергий. А нейтроны, рождающиеся при делении, быстро теряют скорость; такие нейтроны уран-238 может только захватить без всякой пользы — захватить и не разделиться. Зато урану-235 «по сердцу» нейтроны медленные. Чем медленнее, тем лучше. Но в природном уране всего лишь 0,7% урана-235. Поэтому ядерное топливо приходится обогащать, искусственно увеличивать этот процент. Обогащенное топливо, конечно, дороже, потому что искусственное обогащение — дело сложное.
Вторая главная часть реактора — замедлитель нейтронов. В самом деле, если родившийся при делении ядра нейтрон ничем не затормозить, он не будет захвачен другим ядром «рабочего» урана-235. Быстрый нейтрон попадет «в плен» к урану-238, а этот уран в обычном реакторе — бездельник. И нейтрон пропадет без пользы.
Очень хороший замедлитель — графит. Еще лучше тормозит нейтроны тяжелая вода (такая, в которой атомы водорода замещены атомами тяжелого водорода — дейтерия). Но в качестве замедлителя пригодна и обыкновенная вода. Летящий нейтрон отдает часть своей энергии ядрам замедлителя и теряет скорость. Теперь он готов к встрече с очередным ядром урана-235.
Третья главная часть реактора — отражатель. Это тот же замедлитель, но расположенный вокруг реактора. Его атомы отражают нейтроны, стремящиеся покинуть котел.
104