/
КонтактыО проекте Блог
Galaktika

Вход | Регистрация


Запомнить меня
Забыли пароль?

 

  ПОИСК


 
 

 

Экономика высоких технологий /  Исторический момент /  Hi Tech в СССР /  От ядерного оружия к ядерной энергетике и термоядерным исследованиям  

От ядерного оружия к ядерной энергетике и термоядерным исследованиям

Ядерная энергетика. После успешного решения первого этапа военной программы мощный ядерно-промышленный комплекс, в котором сосредоточились лучшие научные и технические кадры, начал активный поиск использования созданного атомного потенциала. Очевидным казался путь и последовательность этого поиска. Три среды: земля, вода, воздух, а позднее четвертая — космос. К каждой из них хотелось примерить атомную энергию и для каждой из них взвесить «за» и «против». Каждое направление было опробовано, в каждом направлении были поставлены исходные точки:

первая в мире АЭС; подводная лодка «Ленинский комсомол», ледокол «Ленин»; «Ласточка», ДОУД-3, «Ромашка», ИВГ-300, «Енисей»..., а за этими первенцами последовали атомные электростанции, ядерные силовые установки для подводных лодок и надводных судов, авиационные и ракетные ядерные двигатели, космические ядерные энергетические установки...

1. АЭС. В 1949 г. приступили к проектированию первого исследовательского реактора и первой АЭС. В Курчатовском институте проведены предварительные проработки реакторов разного типа. В конце 1949 г. И. В. Курчатов принимает решение и поручает своим сотрудникам приступить к разработке небольшой АЭС с уран-графитовым реактором канального типа с водой в качестве теплоносителя, используя опыт разработки плутониевого реактора. Была предложена схема реактора, выполнены основные нейтронные и тепловые расчеты. В 1951 г. работы по сооружению станции были переданы в Обнинск, а в ЛИПАНе велись нейтронно-физические расчеты, эксперименты по теплосъему, испытания твэлов. Первая атомная электростанция была пущена в 1954 г.

Первая атомная электростанция

В последующие годы мирная ядерная энергетика неоднократно опиралась на опыт оборонных разработок.

В 1958 г. на Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии прозвучало сообщение о пуске в Советском Союзе, в Сибири новой атомной электростанции мощностью 100 тыс. кВт. В этом случае атомная техника демонстрировала свою способность двойного применения: непосредственно в одном агрегате осуществлялось производство оружейного плутония и электричества, позднее добавилось еще производство бытового тепла.

Успешные работы по реакторам с водой под давлением для судовых установок обусловили предложения о применении реактора этого типа для АЭС. В 1954—1955 гг. под руководством И. В. Курчатова было разработано и выдано конструкторским организациям задание на проектирование реактора для Ново-Воронежской АЭС. И. В. Курчатов объяснял, что такие реакторы сравнительно невелики по размерам и просты по конструкции. Это позволяет рассчитывать на то, что затраты на сооружение атомной станции с водяным замедлителем будут минимальны. Пуск первого опытно-промышленного реактора ВВЭР-210 состоялся в сентябре 1964 г.

Техническим фундаментом реакторов АЭС являлись канальные уран-графитовые плутониевые реакторы и корпусные водо-водяные судовые реакторы. Этот выбор имел ясные предпосылки: оба типа имели хорошо освоенные прототипы в оборонной сфере.

2. Атомные суда. Следующим за атомными станциями важнейшим разделом деятельности Курчатовского института стала работа по созданию атомного флота. Еще в конце 40-х годов А. П. Александров предложил приступить к проекту атомной подводной лодки. Но решение правительства начать эти работы было подписано в 1952 г. При проведении работ было предложено использовать организацию работ, оправдавшую себя при проектировании плутониевых реакторов, т. е. нейтронная физика реактора, эскизные проработки конструкции, исследования по твэлам, теплофизике и руководство опытно-конструкторскими работами должно быть возложено на ЛИПАН. Принятие такого решения обеспечило привлечение к работе людей, имеющих наибольший опыт в реакторном деле, использование наиболее оперативным образом экспериментальной базы института. Научным руководителем был назначен А. П. Александров.

Различными институтами были предложены восемь реакторов для лодки. В начале 1953 г. в качестве основного был принят вариант водо-водяного реактора, предложенный Курчатовским институтом.

Строительство лодки начали в июне 1954 г., спуск на воду осуществили в августе 1957 г., комплексные швартовые испытания проходили в апреле-июне 1958 г., и, наконец, 4 июля 1958 г. был дан подводный ход под атомной установкой. Первое поколение атомных подводных лодок наглядно показало не только техническую осуществимость создания мощных компактных реакторных установок, но и их безопасность и надежность.

Атомный ледокол

Практически одновременно и параллельно по инициативе И. В. Курчатова и А. П. Александрова проводились работы по атомным ледоколам. Проектирование атомных ледоколов началось в 1953 г., через год после начала проектирования атомных подводных лодок. Атомный ледокол «Ленин», сданный в эксплуатацию в 1959 г., эффективно проработал 30 лет и в 1990 г. выведен из эксплуатации. Всего построено восемь атомных ледоколов, девятый находится на стапеле Балтийского завода. Атомные ледоколы коренным образом изменили обстановку на Северном морском пути, расширили сроки навигации, которая в западном секторе Арктики стала круглогодичной. Столь мощный ледокольный флот для успешной работы требует крупных атомных грузовых судов. Такое судно было построено в 1988 г. — атомный лихтеровоз «Сев-морпуть» водоизмещением 6200 т. Он успешно работает на трассе Кольский п-ов — Дудинка.

3. Атомные летательные аппараты. Самостоятельным направлением в области разработки ядерных реакторов стало создание различных ядерных энергетических установок для самолетов, ракет и космических аппаратов. Пожалуй, в этом направлении наиболее ярко проявились особенности атомной энергии, ее «за» и «против».

Атомные самолеты. В начале июня 1952 г. в Курчатовском институте формируются основные проблемы создания атомного самолета. Прорабатываются пилотируемые и автономные самолеты, прямоточные и турбореактивные двигатели, реакторы с воздушным и промежуточным жидкометаллическим охлаждением, на тепловых и быстрых нейтронах, безоболочечные керамические твэлы и твэлы в металлических оболочках.

И. В. Курчатов и А. П. Александров договорились с А. Н. Туполевым о создании летающей атомной лаборатории на основе самолета Ту-95. Были созданы наземный стенд и летающая атомная лаборатория (в обиходе «Ласточка»). Исследования и разработки показали, что атомный самолет осуществим, он может обладать неограниченными дальностью и временем полета. Но работы были прекращены. Основная причина: не решены и не найдено путей решения безопасности таких самолетов при тяжелых авариях.

Ядерная ракета. Широко известна фотография «Три К», на которой запечатлены И. В. Курчатов, С. П. Королев и М. В. Келдыш, обсуждающие схемы реакторов с твердо-и газофазной активной зоной для ядерной ракеты.

С.П.Королев, И.В.Курчатов  и М.В.Келдыш

Где же можно испытать твэлы таких реакторов при температуре и удельной нагрузке, в десятки раз превосходящих освоенные для наземных систем? В 1957 г. возникает идея создать импульсный графитовый реактор (ИГР). В 1960 г. реактор пущен на Семипалатинском полигоне, и на нем выполнены уникальные испытания твэлов реакторов ядерных ракетных двигателей с достижением температуры нагрева водорода до 3100 К.

Успехи работ на ИГР подтолкнули к следующим шагам работ по реакторам для ядерных ракетных двигателей. Был сооружен реактор ИВГ-1, на котором отработаны сотни ТВС и достигнуты параметры по температуре подогрева водорода 3100 К. Вслед за ИВГ создается стендовый вариант реактора для ядерных ракетных двигателей минимальной размерности (ИРГИТ). Путь к ним открыт. Изучение архитектуры космических полетов и, в частности, экспедиции на Марс показало, что без ядерного ракетного двигателя такой полет невозможен. Использование ядерного двигателя с параметрами, достигнутыми при испытаниях на реакторах, при осуществлении экспедиции на Марс обеспечит время экспедиции около года. Это в 2 раза больше, чем при использовании двигателей на химическом топливе, и считается приемлемым с точки зрения жизнеобеспечения космонавтов.

Космические ядерные установки. После первых полетов в космос начали думать о больших долговременных орбитальных станциях, космических технологических комплексах, непосредственном телевещании, больших информационных и навигационных спутниках, об экспедициях к планетам Солнечной системы. Энергопотребности этих задач в области больших мощностей и энергозатрат можно обеспечить только ядерными источниками, вырабатывающими электроэнергию или тягу или и то и другое.

В Курчатовском институте в содружестве с другими институтами создан первый в мире реактор-преобразователь «Ромашка». В нем в одном агрегате объединены высокотемпературный реактор и термоэлектрические полупроводниковые преобразователи. Все это создавало предпосылки получения большого ресурса, что и было подтверждено в процессе двухлетних стендовых испытаний в ИАЭ, начатых в августе 1964 г. На следующем этапе возникло новое направление: реактор-преобразователь с термоэмиссионными элементами. В этом направлении разработаны и испытаны космические ядерные установки с термоэмиссионными элементами, которые показали возможность достижения длительного ресурса при высокой безопасности на всех стадиях работы на земле и в космосе.

Использование ЯЭУ для различного рода космических задач особенно перспективно в энергодвигательных комплексах с электрореактивными двигателями. Научно-исследовательские работы в этой области ведутся в ИАЭ с начала 60-х годов. Разработанные в ИАЭ первые электрореактивные двигатели — импульсные плазменные были испытаны в космосе в 1964 г. на спутнике «Зонд-2». Затем были испытаны ионный с объемной ионизацией и стационарный плазменный двигатели на спутнике «Метеор».

Исследовательские реакторы. В связи с интенсивным созданием, эксплуатацией и разработкой новых типов ядерных реакторов возникла необходимость изучения поведения материалов и оборудования в условиях интенсивных нейтронных полей. Специально для этих целей в Курчатовском институте были построены исследовательские реакторы. Самый большой из них на 40 МВт. Они стали основной экспериментальной базой для испытаний различных конструкционных материалов, используемых в ядерной энергетике и установках специального назначения.

Разделение изотопов. В связи с развитием ядерной энергетики, включая транспортные установки, в 50-е годы резко возрастала потребность в производстве обогащенного урана. Она должна была составить тысячи тонн в год. Обеспечение электроэнергией заводов с такой производительностью превращалось в трудную задачу, поскольку процесс диффузионного разделения изотопов, использовавшийся в те годы, связан с неустранимой тратой энергии на сжатие газообразного шестифтористого урана. Таких затрат энергии нет в центрифугах. Поэтому в начале 50-х годов в Курчатовском институте были возобновлены прерванные ранее работы по центрифугам. И это вскоре принесло успех. Сокращение длины ротора, магнитная подвеска и другие оригинальные научно-технические решения позволили в короткий срок организовать серийное производство центрифуг, бесшумно, без смены деталей, надежно и безостановочно работающих в течение нескольких лет. К середине 60-х годов основные каскады диффузионных заводов были заменены на центрифужные, что уменьшило расход электроэнергии на разделение изотопов в 20—30 раз и существенно удешевило обогащенный уран, обеспечив потребности ядерной энергетики. Компоновка каскадов дает теперь возможность выделять с нужной чистотой любой изотоп большинства многоизотопных элементов, что было раньше доступно только электромагнитному методу.

Термоядерный синтез и плазменные исследования. Следующим важнейшим научным направлением Курчатовского института является физика плазмы и управляемый термоядерный синтез. Предложенный И. Е. Таммом и А. Д. Сахаровым метод магнитного удержания плазмы лег в основу программы управляемого термоядерного синтеза, официально признанной важнейшей государственной задачей еще в 1951 г. Правда, тогда у этой задачи была явная оборонная направленность. Планировалось с помощью термоядерного реактора получать тритий для водородных бомб, а также плутоний и уран-233 для атомных. Но после испытания в 1955 г. водородной бомбы принципиально новой конструкции по инициативе И. В. Курчатова это направление исследований было рассекречено. В 1956 г. в своей знаменитой лекции в Харуэлле (Англия) Курчатов доложил о выполненных в его институте исследованиях возможности термоядерной реакции в газовом разряде и предложил развернуть международное сотрудничество в мирном использовании атомной энергии. Именно в Курчатовском институте созданы первые токамаки, на основе которых сейчас создается международный опытно-промышленный термоядерный реактор ИТЭР. В Курчатовском институте действует крупнейший Т-15 со сверхпроводящими катушками магнитного поля, первый Т-7 со сверхпроводящими обмотками был несколько лет назад передан в Китай и в модернизированном виде пущен в Хэйфейском институте физики плазмы.

Ядерная физика и физика твердого тела. Задачи, стоявшие перед Курчатовским институтом с момента его образования и до наших дней, требовали исследования фундаментальных вопросов физики ядра низкой и средней энергии. В Курчатовском институте и сегодня ведутся исследования по физике деления атомных ядер, оболочечной структуре ядер, нейтронной спектроскопии, мезонам, нейтрино, мюонию. Физики создали тончайшие измерительные методики, нашедшие и важное прикладное применение.

Источник: РНЦ "Курчатовский институт"


« Назад

Хиты

Жители Москвы и области в ближайшие дни смогут увидеть полет МКС
Жители Москвы и области в ближайшие дни смогут увидеть полет МКС
Международную космическую станцию (МКС) в ближайшие дни можно будет увидеть над Москвой и Подмосковьем, для этого ушедшим на изоляцию жителям даже не придется выходить на улицу - станция будет видна из окон квартир, сообщает Музей космонавтики. 
Первопроходцы Марса. Пять самых знаменитых марсоходов
Первопроходцы Марса. Пять самых знаменитых марсоходов
20 марта NASA сообщила о полной готовности марсохода Perseverance к полету. На него были установлены специальные пробоотборники для грунта. Именно в них марсоход может привезти на Землю образцы поверхности и, кто знает, возможно и жизнь. 
На Марсе обнаружили странную дыру
На Марсе обнаружили странную дыру
Ученые НАСА обнаружили на снимках Марса необычную дыру. Отверстие расположено на склоне потухшего вулкана и может намекать на живые организмы, сообщается в блоге НАСА.