Ядерное топливо для автомобиля — фантастическая идея. Ториевый ядерный двигатель для автомобилей

Концепт автомобиля с силовой установкой на радиоактивных элементах был разработан компанией Cadillac еще в 2009 году. Никакого отношения к ядерным реакторам он не имеет, однако обладает таким же огромным потенциалом и практически бесконечным запасом топлива.

Лазер на основе тория

Американская компания Laser Power Systems разработала альтернативную конструкцию лазера, основанную на использовании энергии слаборадиоактивного элемента тория. Из-за ряда особенностей она не может использоваться в качестве аналога промышленных или научных лазеров. Однако установка излучает тепловую энергию огромной мощности и при этом обладает крайне низким расходом топлива.

На ее основе конструкторы фирмы Cadillac разработали силовую установку нового типа для автомобилей. Луч псевдо-лазера нагревает воду или аналогичный теплоноситель в специальном резервуаре, превращая его в пар, который затем используется для вращения турбины. Она, в свою очередь, может передавать крутящий момент колесам авто либо приводить в движение вал генератора, который будет вырабатывать электроэнергию. При весе в230 кгустановка обладает мощность около 250 КВт. В качестве топлива в ней используются соли тория,1 граммкоторых по уровню отдаваемой энергии аналогичен 7500 литрам бензина.

Концепт автомобиля

Данная силовая установка может быть использована в автомобиле гражданского назначения – его прототип в настоящее время проходит испытания. Принципиальной переделки ходовой части авто не требуется, однако немалый вес установки и специфическая система охлаждения существенно влияют на форму и размеры кузова авто. Особенное внимание уделено противорадиационной защите – хоть в системе и не происходит расщепления ядра, торий сам по себе является достаточно интенсивным источником радиации, представляющим угрозу организму человека.

Проблем с обслуживанием и заправкой авто не предвидится –8 граммовтория хватает на500 000 кмпробега, поэтому установка топлива будет происходить на заводе 1 раз за время эксплуатации машины. В отличие от плутония или урана, торий почти не используется в ядерной энергетике, а запасы его руды на планете в 3-4 раза выше. При их промышленной разработке стоимость ториевого топлива может оказаться достаточно низкой, чтобы авто оказалось рентабельным в производстве и эксплуатации. Однако остается открытым вопрос об утилизации отработанного топлива и влиянии таких авто на экологию.

Ядерное топливо , появившееся в 1950-х годах открыло захватывающие перспективы в получении нового вида энергии. Атомщики обещали производить чистое, безопасное электричество, которое будет очень дешево. Казалось, что ядерная энергия сможет без проблем решить энергетический вопрос любого масштаба.

Первый атомный автомобиль

Именно в это время в 1957 году компания Форд представила самый амбициозный проект в истории своего существования: концептуальный атомный автомобиль футуристического дизайна, с обтекаемым гладким корпусом. Автомобиль не выбрасывал в атмосферу вредных испарений, имел внушительный пробег до заправки и был вне досягаемости для самых экономичных машин того времени. Этот автомобиль будущего получил название Форд Нуклон (Ford Nucleon) благодаря уникальной конструкции и реактору, который находился на месте багажного отделения.

Перспективы атомного автомобиля

Инженеры Форд представляли себе мир, в котором топливные АЗС полностью вытеснят зарядные станции полного обслуживания, где отработанное топливо будет моментально заменяться новым. Капсула с ядерным реактором и топливом, установленная в задней части автомобиля планировалась такой же, как на подводной лодке, с той лишь разницей, что конструкция была меньше по размеру. В реакторе происходило деление ядер урана для нагрева парогенератора и быстрого превращения воды в пар высокого давления, который должен был использоваться для вращения лопастей турбины .

Прототип Ford Nucleon (вид слева)

Турбина должна была передавать крутящий момент на колеса автомобиля и вращать электрогенератор . Затем пар будет конденсироваться в контуре охлаждения обратно в воду, и отправляться для повторного использования. Такая система позволит реактору вырабатывать энергию, пока не расщепится весь радиоактивный материал .

Ядерный двигатель и конструкция автомобиля

Учитывая особенности конструкции ядерного двигателя , инженеры предположили, что Нуклон сможет проехать на одной зарядке 5000—8000 км. Так как источник питания будет заменяемым, владельцы транспортного средства могут свободно выбирать конфигурацию реактора исходя из своих потребностей. Например, со слабообогащенным ураном для получения небольшого крутящего момента до высокообогащенного – для увеличения пробега до заправки. Кроме того в машине не будет шума и токсичных выхлопов, как от двигателей внутреннего сгорания обычных автомобилей. Перемещаться Нуклон будет относительно тихо, разве что турбина будет немного «подвывать».

Аэродинамический дизайн прототипа транспортного средства, цельное лобовое стекло, и два хвостовых киля (отсутствующие в некоторых моделях) напоминают космический корабль из научной фантастики 1950-х годов. Однако некоторые части машины имели практичный дизайн. Например, кабина с пассажиром была расположена очень близко к передней части автомобиля и выступала за передний мост. Такое решение позволяло расположить водителя и пассажиров на максимальном отдалении от реактора для защиты от радиоактивного облучения , к тому же способствовало более равномерному распределению нагрузки на оси автомобиля. Еще одно практичное решение заключалось в добавлении воздухозаборников у передней кромки крыши и основания кабины. По-видимому, такая конструкция являлась частью системы охлаждения реактора.

Прототип Ford Nucleon с хвостовым килем

Ядерный автомобиль был воплощением наивного оптимизма эпохи. Большинство людей были осведомлены об опасности радиоактивного излучения и понимали, что любая незначительная авария может стать причиной радиоактивной катастрофы. По сути, сам проект Нуклон был интересен и воспринят с большим энтузиазмом. Предполагается, что даже правительство США спонсировало программу Форда.

Бесшумный, обтекаемый и эффектный прототип Нуклона был готов, чтобы занять почетное место в будущем. Казалось, что бензиновый двигатель постепенно исчезнет в безызвестность, превратившись в причудливый пережиток начала атомного века. Дизайн Нуклона предполагал, что вскоре будут разработаны небольшие ядерные реакторы и легкие защитные материалы.

Закат атомного автомобилестроения

Когда стало понятно, что нововведений в ближайшее время не появиться, проект закрыли ввиду громоздкости машины и тяжелого свинцового защитного экрана, не позволяющих выйти на необходимый уровень безопасности и экономичности. Попутно широкая общественность все больше осведомлялась об опасности атомной энергии и проблеме складирования ядерных отходов и перспектива наличия атомных автомобилей в городе потеряла свою привлекательность. Так закончились «медовые годы» атомного автомобилестроения.

Ford Nucleon (вид сзади)

Форд так и не выпустил рабочий прототип. Тем не менее, Нуклон остается иконой атомного века. Несмотря на недостатки в конструкции машины дизайнеры заслуживают благодарность за их смекалку. Их безрассудный оптимизм показывает, что нельзя считать задачу невозможной только по тому, что за нее никто не брался – некоторые идеи должны быть проверены на собственном опыте, а мифы развенчаны.

В связи с надвигающимся в будущем энергетическим кризисом и плавным переходом на альтернативные источники энергии о концепции атомного двигателя для автомобиля, к сожалению или счастью ничего не слышно. Атом не может быть полностью безопасен, что неоднократно подтверждалось катастрофами. Но кто знает, может быть, однажды ископаемое топливо кончится, и на дорогах будут ездить много маленьких «Чернобылей» с паровыми турбинами.

Технологии

Американская компания собирается выпустить первый в мире автомобиль на ядерной энергии в ближайшие два года.

По словам директора Laser Power Systems , Чарльза Стевенса (Charles Stevens), всего одного грамма тория достаточно, чтобы заменить более 28 000 литров нефтепродукта .

Чтобы автомобиль проработал без дозаправки всю жизнь, ему понадобится лишь 8 грамм тория , считает Стивенс.

Торий

На данный момент фирма Laser Power Systems, с главным офисом в Коннектикуте, работает над новым двигателем, который будет использовать торий - тяжёлый слаборадиоактивный металл - чтобы создавать электричество для мотора .

Этот металл используется в области атомной энергии, а также применяется в металлургии . Он способен производить огромное количество тепла, будучи плотным материалом, схожим с ураном .

Ядерное топливо

В одном из интервью он объяснил принцип работы: небольшие частицы тория использовались для выработки тепла - был создан ториевый лазер и несколько подобных лазеров нагревали воду для получения пара , чтобы привести в действие серию мини-турбин .

Стивенс говорил, что двигатель с весом примерно 227 кг будет достаточно легок и компактен, чтобы уместится под капотом обычного автомобиля .

Все же, если бы все было так просто, то нефтепродукты уже бы канули в лету. По словам Стивенса, разработка работающих компактных турбин и генераторов намного сложнее, чем создание ториевого лазера .

На данном этапе команда из 40 рабочих во главе со Стивенсом пытается ответить на вопрос, как эффективнее совместить лазеры, турбины и генераторы. Если задумка удастся, то, по их мнению, автомобили с ториевым двигателем смогут покрывать расстояния в миллионы километров .

"Машина состарится раньше, чем мотор. Не будет ни нефтепродуктов, ни выхлопных газов - ничего" - говорит Стивенс.

Если торий станет главным источником энергии, то Австралия станет глобальным энергетическим гигантом. По данным Геологической службы США (US Geological Survey), в Австралии второе по объему месторождение тория на Земле - около 333 690 тонн (примерно 1/4 всех запасов тория на планете). Кроме Австралии, большое количество тория находится в США и Индии.

Автомобили и атомная энергия

В 1950-е Форд разработал концепт-кар под названием Ford Nucleon . Этот автомобиль на атомной энергии был разработан, по словам Форда, на основе предположения, что в будущем атомные реакторы станут компактнее, безопаснее и легче.

В основе дизайна была энергетическая капсула, которая находилась в задней части автомобиля. Форд предполагал, что зарядные станции заменят бензоколонки, а проехать без подзарядки можно будет более 8 000 км .

Сегодня можно задуматься, почему же до сих пор на дорогах не разъезжают автомобили на атомной энергии, ведь в мире уже существуют атомные электростанции, подлодки и авианосцы . Во время холодной войны СССР и США использовали небольшие реакторы для снабжения энергией спутников.

Ученые могли бы создать миниатюрную атомную станцию и вставить ее в автомобиль. Но не так все просто.

Использование автомобиля на атомной энергии

Возможно главная причина, по которой у нас улицы не забиты автомобилями с атомным двигателем это радиоактивность . Такие машины нуждались бы в соответствующей защите, иначе не только водитель, но и окружающие люди могли бы пострадать.

Если использовать всю необходимую защиту , то автомобиль был бы невероятно тяжелым, возможно даже настолько, что он не смог бы сдвинутся с места.

Также подобные автомобили могут быть использованы во вред людям , например, как опасное радиоактивное оружие.

В конце концов, энергетическим компаниям, автомобильным концернам и правительствам придется тесно сотрудничать , чтобы создать нужную инфраструктуру.

Им также придется установить стандартизированный процесс избавления от использованного энергопродукта, у которого еще сотни лет будет высокий уровень радиации .

Что будет, если мы скажем, будто избыток выбросов вредных веществ в результате сгорания бензина или обычного дизеля топлива можно решить, используя атомный двигатель? Впечатлит ли вас это? Если нет, то можно даже не начинать читать этот материал, а вот для тех, кому данная тема интересна, милости просим, потому, как речь у нас пойдет об атомном двигателе для автомобиля, который работает на изотопе тория-232.

Удивительно, но именно торий-232 обладает самым большим периодом полураспада среди изотопов тория и при этом является наиболее распространенным. Поразмыслив над этим фактом, ученые американской компании Laser Power Systems заявили о возможности сконструировать двигатель, который использует торий в качестве топлива и при этом является абсолютно реальным проектом на сегодняшний день.

Уже давно было определено, что торий, в случае использования его как топлива, имеет сильные позиции и при «работе» выделяет колоссальное количество энергии. По подсчетам ученых, всего 8 грамм тория-232 позволят работать двигателю в течение 100 лет, а 1 грамм произведет больше энергии, чем 28 тыс. литров бензина . Согласитесь, подобное не может не впечатлять.

Как сообщает генеральный директор Laser Power Systems Чарльз Стивенс, команда специалистов уже начала эксперименты, используя небольшое количество тория, однако самая ближайшая цель это создание необходимого для технологического процесса лазера. Описывая принцип работы подобного двигателя, можно привести в пример работу классической электростанции. Так, лазер, по планам ученых, будет нагревать емкость с водой, а полученный пар пойдет на работу мини-турбин.

Однако, каким бы прорывным не казалось заявление специалистов LPS , сама идея использовать атомный ториевый двигатель не нова. В 2009 году, Лорен Кулеусус показал мировому сообществу свое видение будущего и продемонстрировал концепт-кар Cadillac World Thorium Fuel Concept Car. И, несмотря на его футуристический внешний вид, главным отличием концепт-кара было наличие источника энергии для автономной работы, который использовал в качестве топлива торий.

«Учёными должен быть найден более дешёвый источник энергии в сравнении с углём, обладающий низким значением выброса диоксида углерода при сгорании или его отсутствием. В противном случае данная идея вовсе не сможет получить своего развития» - Роберт Харгрейв, специалист в области изучения свойств тория

На данный момент специалисты Laser Power Systems полностью сосредоточили свои силы на создании серийного образца двигателя для массового производства. Впрочем, не исчезает один из самых важных вопросов, как отреагируют на подобное новшество страны и компании, лоббирующие «нефтяные» интересы. Ответ подскажет только время.

Интересное:

• Природные запасы тория превышают запасы урана в 3-4 раза
• Специалисты называют торий и в частности торий -232 «ядерным топливом будущего»

В середине ХХ века человечество было покорено идеей мирного атома — казалось, это невероятная технология, способная дать миру почти вечную энергию, спасти от нефтяной зависимости. Строились атомные электростанции, атомные ледоколы и подводные лодки, проектировались атомные самолеты и даже автомобили! В 1958 году появился концепт-кар Ford Nucleon.

Концепты

Реального ядерного двигателя на нем, конечно, не стояло — только муляж. Но предполагалось, что в ближайшее время ученые смогут решить все проблемы и изобретут компактный реактор, который можно будет встраивать в задний свес автомобиля.

Вместо заправок такая машина должна была заезжать на смену капсулы с ядерным топливом, то есть сердечника реактора. Причем, по расчетам «фордовцев», примерно раз в 5000 километров. А для защиты от радиации пассажиры должны были сидеть в закрытой капсуле-полусфере. Про пешеходов, видимо, не подумали — а что, тестов Euro NCAP тогда не проводилось…

Через пять лет идея все еще была горяча — на Всемирной ярмарке появился Ford Seattle-ite XXI. Машина выглядела менее футуристично, но не менее необычно — шесть колес, огромный капот, подъемные двери-крылья. Под капотом, теперь уже спереди, также «как бы» располагался ядерный двигатель.

Для концепта придумали множество не просто передовых, а фантастических технологий — управляемые две передние оси для лучшего сцепления с дорогой, стекла переменной прозрачности, управление с тачскрина, навигация с маршрутным компьютером, и так далее.

Интересная фишка — передний объем машины полностью отсоединялся от салона и мог заменяться. В городском варианте там стоял 60-сильный моторчик, а в «трансконтинентальном» — 400-сильный ядерный реактор.

Какого-то продолжения эти фантазии не получили. Компактного и безопасного реактора так и не появилось. Бомбардировщики в СССР и США летали с тестовыми реакторами на борту, но в итоге от этой идеи отказались даже военные. Слишком сложным оказалось обеспечить даже радиационную защиту экипажа, не говоря уж о обеспечении безопасности реактора после аварии.

Торий

Возможно, в XXI веке ученые все-таки смогут сделать то, что не смогли в середине ХХ-го. Секрет — в топливе. Для ядерных двигателей может использоваться не уран и плутоний, а торий.

Он не такой радиоактивный и токсичный — для защиты от облучения достаточно слоя алюминиевой фольги. И цепной самоподдерживающейся ядерной реакции в тории быть не может, его тип реакции — так называемый суб-критический. При этом тепловой энергии в тории — в 30 000 000 раз больше, чем в бензине.

Изобретатель Чарльз Стивенс (Charles Stevens) из американского Массачусетса создал компанию Laser Power Systems, которая сейчас разрабатывает автомобильные ториевые силовые установки. Принцип действия их примерно такой (за правильность не ручаемся — химия и физика в школе были успешно прогуляны в пользу катания на папиной машине): торий служит источником энергии для лазера.

Ториевый лазер, в отличие от обычного, не дает направленного луча света, но излучает очень много тепла. Это тепло используется для разогрева воды, которая, превращаясь в пар, раскручивает турбину, которая, в свою очередь, вращает генератор, а он уже дает ток для электродвигателей.

Звучит сложновато, но Стивенс говорит, что весит такой двигатель всего 220 кг, а по размерам достаточно компактен, чтобы поместиться под капот обычного автомобиля. Мощность силовой установки — 250 кВт, то есть 335 лошадиных сил. Отличный показатель, правда? Вот только если обычные 300-сильные машины ездят на заправку через день, то торий-мобилю перезагрузка атомного горючего нужна значительно реже. На один миллион километров пробега хватит шестнадцати грамм тория.

Cadillac

Думаете, Стивенс — фанатик-глупец? Нет, ториевый лазер был создан им аж 25 лет назад и успешно применяется в разных отраслях. Главная проблема сейчас — это конвертация тепла лазера во вращательный момент, то есть создание компактной паровой турбины с закрытым контуром. Решение, на котором компания остановилась сейчас — это безлопастная турбина Теслы, пар в ней каким-то непонятным образом раскручивает секции дисков, похожие на фрикционы АКПП. Генератор в LPS также создают свой, уникальный. Похоже на Ё-мобиль, в общем.