Nukleáris reaktor

VIII. fejezet Az atomreaktor működési elve és képességei I. Az atomreaktor tervezése Az atomreaktor a következő öt fő elemből áll: 1) nukleáris üzemanyag; 2) neutronmoderátor; 3) vezérlőrendszer; 4) hűtőrendszer; 5 ) védő

11. fejezet A DIELEKTROMOK BELSŐ SZERKEZETE 1. §. Molekuláris dipólusok§2. Elektronikus polarizáció 3. §. Poláris molekulák; orientációs polarizáció§4. Elektromos mezők dielektromos üregekben§5. A dielektromos állandó folyadékok; Clausius-Mossotti formula§6.

Ma egy rövid utazást teszünk a magfizika világába. Kirándulásunk témája a következő lesz nukleáris reaktor. Megtudhatja, hogyan működik, milyen fizikai elvek támasztják alá a működését, és hol használják ezt az eszközt.

Az atomenergia születése

A világ első atomreaktorát 1942-ben hozták létre az Egyesült Államokban a díjazott által vezetett fizikusok kísérleti csoportja Nóbel díj Enrico Fermi. Ezzel egy időben önfenntartó uránhasadási reakciót hajtottak végre. Az atomdzsinnt elengedték.

Az első szovjet atomreaktort 1946-ban indították. 8 évvel később pedig a világ első atomerőműve Obninsk városában termelt áramot. A Szovjetunió atomenergia-iparának tudományos főigazgatója kiváló fizikus volt Igor Vasziljevics Kurcsatov.

Azóta az atomreaktorok több generációja megváltozott, de kialakításának fő elemei változatlanok maradtak.

Az atomreaktor anatómiája

Ez a nukleáris létesítmény egy vastag falú acéltartály hengerűrtartalommal több köbcentitől sok köbméterig.

Ebben a hengerben van a szentek szentje - reaktormag. Itt játszódik le a maghasadási láncreakció.

Nézzük meg, hogyan zajlik ez a folyamat.

Különösen nehéz elemek magjai Urán-235 (U-235), kis energiasokk hatására 2, megközelítőleg egyenlő tömegű töredékre képesek szétesni. Ennek a folyamatnak a kórokozója a neutron.

A töredékek leggyakrabban bárium és kripton magok. Mindegyik pozitív töltést hordoz, ezért a Coulomb-taszító erők szétrepülésre kényszerítik őket különböző oldalak a fénysebesség körülbelül 1/30-ával. Ezek a töredékek kolosszális kinetikus energia hordozói.

Az energia gyakorlati felhasználásához szükséges, hogy felszabadulása önfenntartó legyen. Láncreakció, A szóban forgó hasadás különösen érdekes, mert minden hasadási esemény új neutronok kibocsátásával jár. Kezdeti neutrononként átlagosan 2-3 új neutron keletkezik. A hasadó urán atommagok száma lavinaszerűen növekszik, hatalmas energia felszabadulását okozva. Ha ezt a folyamatot nem irányítják, akkor meg fog történni atomrobbanás. ben játszódik.

A neutronok számának szabályozására neutronokat elnyelő anyagok kerülnek a rendszerbe, biztosítja az energia zökkenőmentes felszabadulását. A kadmiumot vagy a bórt neutronelnyelőként használják.

Hogyan lehet megfékezni és felhasználni a hatalmasat kinetikus energia töredékek? A hűtőfolyadékot ezekre a célokra használják, pl. egy speciális környezet, amelyben a töredékek lelassulnak és rendkívül magas hőmérsékletre hevítik. Ilyen közeg lehet közönséges vagy nehéz víz, folyékony fémek(nátrium), valamint néhány gáz. Annak érdekében, hogy a hűtőfolyadék gőzállapotba ne kerüljön, a magban támogatott magas nyomású(160 atm-ig). Emiatt a reaktor falai speciális minőségű tíz centiméteres acélból készülnek.

Ha a neutronok a nukleáris üzemanyagon túlra szöknek, a láncreakció megszakadhat. Ezért van egy kritikus tömegű hasadóanyag, pl. minimális tömege, amelynél a láncreakció fennmarad. Ez különböző paraméterektől függ, beleértve a reaktormagot körülvevő reflektor jelenlétét. Arra szolgál, hogy megakadályozza a neutronok beszivárgását környezet. A leggyakoribb anyag ehhez szerkezeti elem grafit.

A reaktorban lezajló folyamatokat a felszabadulás kíséri veszélyes megjelenésű sugárzás – gamma-sugárzás. Ennek a veszélynek a minimalizálása érdekében sugárzás elleni védelemmel van felszerelve.

Hogyan működik egy atomreaktor?

A nukleáris üzemanyagot, úgynevezett fűtőelem-rudakat helyeznek a reaktor zónájába. Zúzható anyagból készült tabletták, amelyeket körülbelül 3,5 m hosszú és 10 mm átmérőjű vékony csövekben helyeznek el.

Több száz hasonló tüzelőanyag-kazettát helyeznek el a zónában, amelyek a láncreakció során felszabaduló hőenergia forrásaivá válnak. A fűtőelemrudak körül áramló hűtőközeg alkotja a reaktor első körét.

Magas paraméterekre hevítve egy gőzfejlesztőbe szivattyúzzák, ahol energiáját a szekunder kör vízébe adja, gőzzé alakítva. A keletkező gőz forgatja a turbógenerátort. Az egység által termelt villamos energia a fogyasztóhoz kerül. A hűtőtóból vízzel lehűtött kipufogó gőz pedig kondenzátum formájában visszatér a gőzfejlesztőbe. A ciklus befejeződött.

A nukleáris létesítménynek ez a kétkörös működése kiküszöböli a zónában végbemenő folyamatokat kísérő sugárzások behatolását a nukleáris létesítmény határain túlra.

Tehát a reaktorban energiaátalakulások láncolata zajlik: a hasadóanyag nukleáris energiája → töredékek mozgási energiája → hőenergia hűtőfolyadék → turbina mozgási energiája → és elektromos energiává a generátorban.

Az elkerülhetetlen energiaveszteséghez vezet Az atomerőművek hatásfoka viszonylag alacsony, 33-34%.

A gyártás mellett elektromos energia Az atomerőművekben az atomreaktorokat különféle radioaktív izotópok előállítására, az ipar számos területén végzett kutatásra, valamint az ipari reaktorok megengedett paramétereinek vizsgálatára használják. Egyre szélesebb körben terjednek el a szállítóreaktorok, amelyek a járműmotorok számára biztosítják az energiát.

Az atomreaktorok típusai

Az atomreaktorok jellemzően U-235 uránnal működnek. A tartalma azonban az természetes anyag rendkívül kicsi, mindössze 0,7%. A természetes urán nagy része az U-238 izotóp. Csak a lassú neutronok okozhatnak láncreakciót az U-235-ben, és az U-238 izotópot csak a gyors neutronok hasítják. Az atommag felhasadásának eredményeként lassú és gyors neutronok is születnek. A gyors neutronok, amelyek gátlást tapasztalnak a hűtőfolyadékban (vízben), lelassulnak. De az U-235 izotóp mennyisége a természetes uránban olyan kicsi, hogy dúsításhoz kell folyamodni, így koncentrációja 3-5%-ra emelkedik. Ez az eljárás nagyon költséges és gazdaságilag veszteséges. Ráadásul az idő is fogy természetes erőforrások Ez az izotóp a becslések szerint csak 100-120 évig él.

Ezért a nukleáris iparban Fokozatosan áttérnek a gyors neutronokon működő reaktorokra.

Legfőbb különbségük, hogy hűtőközegként folyékony fémeket használnak, amelyek nem lassítják a neutronokat, az U-238-at pedig nukleáris üzemanyagként használják. Ennek az izotópnak a magjai egy nukleáris átalakuláson keresztül haladnak át plutónium-239-be, amely ugyanúgy láncreakciónak van kitéve, mint az U-235. Vagyis a nukleáris fűtőanyag újratermelésre kerül, mégpedig a fogyasztását meghaladó mennyiségben.

Szakértők szerint Az urán-238 izotóp tartalékai 3000 évre elegendőek. Ez az idő elég ahhoz, hogy az emberiségnek legyen elég ideje más technológiák fejlesztésére.

Az atomenergia felhasználásának problémái

Az atomenergia nyilvánvaló előnyei mellett nem lebecsülhető a nukleáris létesítmények üzemeltetésével kapcsolatos problémák mértéke.

Az első az radioaktív hulladékok és leszerelt berendezések elhelyezése nukleáris energia. Ezek az elemek aktívak háttérsugárzás, amely hosszú ideig fennáll. Ennek a hulladéknak az ártalmatlanításához speciális ólomtartályokat használnak. Állítólag 600 méteres mélységig permafrost területeken temetik el őket. Ezért folyamatosan dolgoznak azon, hogy megtalálják a radioaktív hulladékok újrahasznosításának módját, amely megoldja az ártalmatlanítás problémáját, és segít megőrizni bolygónk ökológiáját.

A második nem kevésbé súlyos probléma a biztonság biztosítása az atomerőmű üzemeltetése során. Az olyan súlyos balesetek, mint a csernobili, sokakat elvihetnek emberi életeketés hatalmas területeket tegyen ki a használatból.

A japán Fukushima-1 atomerőmű balesete csak megerősítette azt a potenciális veszélyt, amely akkor nyilvánul meg, amikor a nukleáris létesítményekben veszélyhelyzet alakul ki.

Az atomenergia lehetőségei azonban olyan nagyok, hogy ökológiai problémák háttérbe szorul.

Ma az emberiségnek nincs más módja az egyre növekvő energiaéhség kielégítésére. A jövő atomenergiájának alapját valószínűleg a „gyors” reaktorok jelentik, amelyek nukleáris fűtőanyagot reprodukálnak.

Ha ez az üzenet hasznos volt számodra, szívesen látlak

Az atomreaktor zökkenőmentesen és hatékonyan működik. Ellenkező esetben, mint tudod, bajok lesznek. De mi történik odabent? Próbáljuk meg röviden, érthetően, megállásokkal megfogalmazni az atom(atom)reaktor működési elvét.

Lényegében ugyanaz a folyamat zajlik ott, mint egy atomrobbanáskor. Csak a robbanás történik nagyon gyorsan, de a reaktorban mindez hosszú ideig elnyúlik. Ennek eredményeként minden épségben marad, és energiát kapunk. Nem annyira, hogy egyszerre minden elpusztuljon a környéken, de elég ahhoz, hogy a várost árammal láthassa el.

Hogyan működik egy reaktor?Atomerőművi hűtőtornyok
Mielőtt megértené, hogyan megy végbe egy szabályozott nukleáris reakció, tudnod kell, mi a nukleáris reakció általában.

A magreakció az atommagok átalakulási (hasadási) folyamata, amikor kölcsönhatásba lépnek elemi részecskékkel és gamma-sugárzással.

A nukleáris reakciók energia elnyelésével és felszabadulásával egyaránt előfordulhatnak. A reaktor a második reakciókat használja.

Az atomreaktor egy olyan berendezés, amelynek célja az irányítás fenntartása nukleáris reakció energia felszabadulásával.

Az atomreaktort gyakran atomreaktornak is nevezik. Vegye figyelembe, hogy alapvető különbség nem, de tudományos szempontból helyesebb a „nukleáris” szó használata. Manapság sokféle atomreaktor létezik. Ezek hatalmas ipari reaktorok, amelyeket erőművek energiatermelésére terveztek, tengeralattjárók atomreaktorai, tudományos kísérletekben használt kis kísérleti reaktorok. Vannak még tengervíz sótalanítására használt reaktorok is.

Az atomreaktor létrehozásának története

Az első atomreaktort a nem is olyan távoli 1942-ben indították el. Ez az USA-ban történt Fermi vezetésével. Ezt a reaktort Chicago Woodpile-nek hívták.

1946-ban megkezdte működését az első szovjet reaktor, amelyet Kurcsatov vezetésével indítottak. Ennek a reaktornak a teste hét méter átmérőjű golyó volt. Az első reaktorok nem rendelkeztek hűtőrendszerrel, teljesítményük minimális volt. Egyébként a szovjet reaktor átlagos teljesítménye 20 watt volt, az amerikaié pedig csak 1 watt. Összehasonlításképpen a modern reaktorok átlagos teljesítménye 5 Gigawatt. Kevesebb mint tíz évvel az első reaktor elindítása után Obnyinszk városában megnyílt a világ első ipari atomerőműve.

A nukleáris (atom) reaktor működési elve

Bármely atomreaktor több részből áll: egy mag üzemanyaggal és moderátorral, egy neutron reflektor, egy hűtőfolyadék, egy vezérlő és védelmi rendszer. Az urán (235, 238, 233), a plutónium (239) és a tórium (232) izotópjait használják leggyakrabban üzemanyagként a reaktorokban. Az aktív zóna egy kazán, amelyen keresztül áramlik tiszta víz(hűtőfolyadék). Egyéb hűtőfolyadékok között ritkábban használják a „nehézvizet” és a folyékony grafitot. Ha az atomerőművek működéséről beszélünk, akkor hőtermelésre atomreaktort használnak. Magát a villamos energiát ugyanazzal a módszerrel állítják elő, mint más típusú erőművekben - a gőz forgatja a turbinát, és a mozgás energiája elektromos energiává alakul.

Az alábbiakban egy atomreaktor működési diagramja látható.

atomreaktor működésének diagramja Atomerőmű atomreaktorának diagramja

Mint már említettük, egy nehéz uránmag bomlása során könnyebb elemek és több neutron keletkezik. A keletkező neutronok más atommagokkal ütköznek, ami szintén hasadást okoz. Ugyanakkor a neutronok száma lavinaszerűen nő.

Itt meg kell említenünk a neutronszorzótényezőt. Tehát, ha ez az együttható meghaladja az eggyel egyenlő értéket, akkor nukleáris robbanás következik be. Ha az érték kisebb, mint egy, akkor túl kevés a neutron, és a reakció kialszik. De ha az együttható értékét eggyel egyenlőnek tartja, a reakció sokáig és stabilan megy végbe.

A kérdés az, hogyan kell ezt megtenni? A reaktorban a tüzelőanyagot úgynevezett fűtőelemek (fűtőelemek) tartalmazzák. Ezek olyan rudak, amelyek nukleáris üzemanyagot tartalmaznak kis tabletták formájában. A tüzelőanyag rudak hatszögletű kazettákba vannak kötve, amelyekből több száz is lehet egy reaktorban. Az üzemanyagrudakkal ellátott kazetták függőlegesen vannak elrendezve, és minden üzemanyagrúdnak van egy olyan rendszere, amely lehetővé teszi a magba merülés mélységének szabályozását. Magukon a kazettákon kívül vannak köztük vezérlőrudak és vészvédelmi rudak is. A rudak olyan anyagból készülnek, amely jól elnyeli a neutronokat. Így a vezérlőrudak a magban különböző mélységekbe süllyeszthetők le, ezáltal beállítható a neutronszorzótényező. A vészhelyzeti rudakat arra tervezték, hogy vészhelyzet esetén leállítsák a reaktort.

Hogyan indul el egy atomreaktor?

Magát a működési elvet kitaláltuk, de hogyan kell elindítani és működőképessé tenni a reaktort? Nagyjából itt van - egy darab urán, de a láncreakció nem kezdődik meg benne magától. A tény az, hogy a magfizikában létezik a kritikus tömeg fogalma.

Nukleáris üzemanyag Nukleáris üzemanyag

A kritikus tömeg a nukleáris láncreakció elindításához szükséges hasadóanyag tömege.

A fűtőelem- és vezérlőrudak segítségével a reaktorban először egy kritikus tömegű nukleáris üzemanyag jön létre, majd több lépcsőben hozzák létre a reaktort az optimális teljesítményszintre.

Tetszeni fog: Matematikai trükkök bölcsészhallgatóknak és nem annyira (1. rész)
Ebben a cikkben megpróbáltuk megadni alapgondolat a nukleáris (atom)reaktor felépítéséről és működési elvéről. Ha kérdése van a témával kapcsolatban, vagy az egyetemen magfizikai problémát kérdezett, forduljon cégünk szakembereihez. Szokás szerint készek vagyunk segíteni a tanulmányaival kapcsolatos minden sürgető probléma megoldásában. És ha már itt tartunk, itt van még egy oktatóvideó a figyelmedbe!

blog/kak-rabotaet-yadernyj-reaktor/

Ez a leírhatatlan szürke henger az orosz nukleáris ipar kulcsfontosságú láncszeme. Természetesen nem néz ki túl reprezentatívnak, de érdemes megérteni a célját és egy pillantást vetni rá specifikációk, ahogy kezd rájönni, hogy létrejöttének és felépítésének titkát miért védi az állam, mint a szeme fényét.

Igen, elfelejtettem bemutatni: itt van egy gázcentrifuga a VT-3F uránizotópok szétválasztására (n-edik generáció). A működési elve olyan elemi, mint a tejleválasztó, a nehezéket centrifugális erő hatására választják el a könnyűtől. Mi tehát a jelentősége és az egyediség?

Először is válaszoljunk egy másik kérdésre – általában miért kell különválasztani az uránt?

A természetes urán, amely közvetlenül a földben fekszik, két izotóp koktélja: urán-238És urán-235(és 0,0054% U-234).
Urán-238, csak nehéz, szürke fém. Készíthetsz belőle tüzérségi lövedéket, vagy... kulcstartót. Íme, mit tehet ebből urán-235? Először atombomba másodszor az atomerőművek üzemanyaga. És itt elérkeztünk a kulcskérdéshez – hogyan lehet ezt a két, szinte azonos atomot elválasztani egymástól? Nem igazán HOGYAN?!

Apropó: Az uránatom magjának sugara 1,5 10 -8 cm.

Ahhoz, hogy az uránatomok bekerülhessenek a technológiai láncba, azt (uránt) gáz halmazállapotúvá kell alakítani. Nincs értelme forralni, elég az uránt fluorral kombinálni, és urán-hexafluoridot kapunk HFC. Az előállítás technológiája nem túl bonyolult és drága, ezért HFC pont ott kapják, ahol ezt az uránt bányászják. Az UF6 az egyetlen erősen illékony uránvegyület (53 °C-ra melegítve a hexafluorid (a képen) közvetlenül átalakul szilárd halmazállapotból gáz halmazállapotúvá). Ezután speciális tartályokba szivattyúzzák és dúsításra küldik.

Egy kis történelem

A nukleáris verseny legelején mind a Szovjetunió, mind az USA legnagyobb tudományos elméi elsajátították a diffúziós szétválasztás gondolatát - az urán szitán való áthaladását. Kicsi 235 az izotóp átcsúszik, és a „zsír” 238 elakad. Ezenkívül készítsen nano-lyukú szitát szovjet ipar 1946-ban nem ez volt a legnehezebb feladat.

Isaac Konstantinovich Kikoin jelentéséből a Tanácshoz tartozó Tudományos és Műszaki Tanácsban Népbiztosok(a Szovjetunió atomprojektjére vonatkozó, minősített anyagok gyűjteményében (szerk. Ryabev)) Jelenleg megtanultunk kb 5/1000 mm-es furatú hálókat készíteni, pl. 50-szer nagyobb, mint a molekulák szabad útja légköri nyomáson. Következésképpen annak a gáznyomásnak, amelynél az izotópszétválasztás az ilyen rácsokon megtörténik, 1/50-nél kisebbnek kell lennie. légköri nyomás. A gyakorlatban feltételezzük, hogy körülbelül 0,01 atmoszféra nyomáson dolgozunk, azaz. jó vákuumkörülmények között. A számítások azt mutatják, hogy egy könnyű izotóppal 90%-os koncentrációra dúsított termék előállításához (ez a koncentráció elegendő egy robbanóanyag előállításához) körülbelül 2000 ilyen szakaszt kell kombinálni egy kaszkádban. Az általunk tervezett és részben gyártott gépben napi 75-100 g urán-235 előállítása várható. A telepítés hozzávetőlegesen 80-100 „oszlopból” áll majd, amelyek mindegyike 20-25 fokozatot tartalmaz.

Az alábbiakban egy dokumentum található - Beria jelentése Sztálinnak az első atombomba-robbanás előkészítéséről. Az alábbiakban rövid tájékoztatást adunk az 1949 nyarának elejéig előállított nukleáris anyagokról.

És most képzelje el magát – 2000 tetemes telepítés mindössze 100 gramm erejéig! Hát mit csináljunk vele, bombák kellenek. És elkezdtek gyárakat építeni, és nem csak gyárakat, hanem egész városokat. És oké, csak a városok, ezek a diffúziós erőművek igényeltek annyi áramot, hogy külön erőműveket kellett építeni a közelben.

A Szovjetunióban a 813. számú üzem első D-1 fokozatát napi 140 gramm 92-93%-os urán-235 teljes kibocsátására tervezték, 2 kaszkádban, 3100 azonos teljesítményű elválasztási fokozatban. A Szverdlovszktól 60 km-re lévő Verkh-Neyvinsk faluban egy befejezetlen repülőgépgyárat osztottak ki gyártásra. Később Sverdlovsk-44-é, a 813-as üzemből (a képen) pedig az Uráli Elektrokémiai Üzemé, a világ legnagyobb szeparáló üzemévé változott.

És bár a diffúziós elválasztás technológiáját, bár nagy technológiai nehézségekkel, hibakeresésre került sor, a gazdaságosabb centrifugálási eljárás kidolgozásának ötlete nem hagyta el a napirendet. Hiszen ha sikerül létrehoznunk egy centrifugát, akkor az energiafogyasztás 20-ról 50-szeresére csökken!

Hogyan működik a centrifuga?

Felépítése több mint elemi és hasonló a régihez mosógép„Centrifugálás/szárítás” üzemmódban működik. A forgó rotor tömített házban található. A gázt ehhez a rotorhoz szállítják (UF6). A Föld gravitációs mezőjénél több százezerszer nagyobb centrifugális erő hatására a gáz elkezd szétválni „nehéz” és „könnyű” frakciókra. A könnyű és nehéz molekulák a rotor különböző zónáiban kezdenek csoportosulni, de nem a közepén és a kerület mentén, hanem a tetején és az alján.

Ez a konvekciós áramok miatt következik be - a forgórész burkolata felmelegszik, és a gáz ellenáramlása következik be. A henger tetején és alján két kis szívócső található. Az alsó csőbe sovány keverék, a felső csőbe pedig nagyobb atomkoncentrációjú keverék kerül. 235U. Ez a keverék bekerül a következő centrifugába, és így tovább, amíg a koncentráció el nem éri 235 az urán nem éri el a kívánt értéket. A centrifugák láncát kaszkádnak nevezzük.

Műszaki jellemzők.

Nos, először is, a forgási sebesség - a centrifugák modern generációjában eléri a 2000 ford./s-t (nem is tudom, mivel hasonlítsam össze... 10-szer gyorsabb, mint egy repülőgép-hajtómű turbinája)! És megállás nélkül működik HÁROM ÉVTizede! Azok. Most a Brezsnyev alatt bekapcsolt centrifugák kaszkádban forognak! A Szovjetunió már nem létezik, de folyamatosan pörögnek és pörögnek. Nem nehéz kiszámítani, hogy a forgórész munkaciklusa során 2 000 000 000 000 (két billió) fordulatot tesz meg. És melyik csapágy fogja ezt kibírni? Igen, egyik sem! Ott nincsenek csapágyak.

Maga a rotor egy közönséges tetejű, alul egy erős tű van, amely korund csapágyon nyugszik, a felső vége vákuumban lóg, tartva elektromágneses mező. A tű sem egyszerű, közönséges drótból készült zongorahúrokhoz, nagyon ravasz módon temperált (mint a GT). Nem nehéz elképzelni, hogy ilyen eszeveszett forgási sebesség mellett magának a centrifugának nemcsak tartósnak, hanem rendkívül tartósnak kell lennie.

Joseph Friedlander akadémikus így emlékszik vissza: „Háromszor is lelőhettek volna. Egyszer, amikor már megkaptuk a Lenin-díjat, volt egy nagy baleset, leszállt a centrifuga fedele. A darabok szétszóródtak és más centrifugákat megsemmisítettek. Radioaktív felhő emelkedett. Meg kellett állítanunk az egész vonalat – egy kilométernyi telepítést! A Sredmashban Zverev tábornok irányította a centrifugákat; az atomprojekt előtt Berija osztályán dolgozott. A tábornok az ülésen azt mondta: „A helyzet kritikus. Az ország védelme veszélyben van. Ha nem orvosoljuk gyorsan a helyzetet, a ’37 megismétlődik neked.” És azonnal bezárta az ülést. Aztán teljesen rájöttünk új technológia teljesen izotróp egységes fedőszerkezettel, de nagyon bonyolult beépítésekre volt szükség. Azóta gyártják az ilyen típusú fedőket. Több baj nem volt. Oroszországban 3 dúsító üzem van, több százezer centrifuga.”
A képen: az első generációs centrifugák tesztjei

A rotorházak is kezdetben fémből készültek, amíg le nem cserélték... szénszálas. Könnyű és nagy szakítószilárdságú, az ideális anyag forgó hengerhez.

Az UEIP vezérigazgatója (2009-2012) Alexander Kurkin így emlékszik vissza: „Egyre nevetséges volt. Amikor egy új, „találékonyabb” centrifugagenerációt teszteltek és ellenőriztek, az egyik alkalmazott nem várta meg, hogy a rotor teljesen leálljon, lekapcsolta a kaszkádról, és úgy döntött, hogy kézzel viszi az állványra. De ahelyett, hogy előre haladt volna, bárhogyan is ellenállt, átölelte ezt a hengert, és elkezdett hátrafelé haladni. Tehát saját szemünkkel láttuk, hogy a föld forog, és a giroszkóp hatalmas erő.”

Ki találta ki?

Ó, ez egy rejtély, rejtélybe burkolva és feszültségbe burkolózva. Itt találhat fogságba esett német fizikusokat, a CIA-t, a SMERSH tiszteket és még a leütött Powers kémpilótát is. Általánosságban elmondható, hogy a gázcentrifuga elvét a 19. század végén írták le.

Viktor Szergejev, a Kirovi Üzem Speciális Tervező Iroda mérnöke még az Atomprojekt hajnalán centrifugás elválasztási módszert javasolt, de kollégái eleinte nem helyeselték az ötletét. Ugyanebben az időben a legyőzött Németország tudósai egy elválasztó centrifuga létrehozásán dolgoztak egy speciális kutatóintézet-5-ös szuhumiban: Dr. Max Steenbeck, aki Hitler vezetésével a Siemens vezető mérnökeként dolgozott, és volt szerelő"Luftwaffe", a Bécsi Egyetemen végzett Gernot Zippe. A csoportba összesen mintegy 300 „exportált” fizikus tartozott.

Emlékszik vezérigazgató CJSC Centrotech-SPb Állami Társaság, Rosatom Alekszej Kalitejevszkij: „Szakértőink arra a következtetésre jutottak, hogy a német centrifuga erre abszolút alkalmatlan ipari termelés. Steenbeck készülékében nem volt olyan rendszer, amely a részben dúsított terméket a következő fokozatba továbbította volna. Javasolták, hogy a fedél végeit lehűtsék és lefagyasztják a gázt, majd leolvasztják, összegyűjtik és a következő centrifugába helyezik. Vagyis a séma nem működik. A projekt azonban számos nagyon érdekes és szokatlan műszaki megoldást tartalmazott. Ezek az „érdekes és szokatlan megoldások"egyesítették a szovjet tudósok eredményeivel, különösen Viktor Szergejev javaslataival. Viszonylagosan szólva, kompakt centrifugánk egyharmada a német gondolkodás gyümölcse, kétharmada pedig szovjet. Mellesleg, amikor Szergejev Abháziába érkezett, és ugyanannak Steenbecknek és Zippének fejtette ki gondolatait az urán kiválasztásával kapcsolatban, Steenbeck és Zippe megvalósíthatatlannak minősítette őket.

Szóval mit talált ki Szergejev?

És Szergejev javaslata az volt, hogy hozzon létre gázválasztókat pitot-csövek formájában. De Dr. Steenbeck, aki, mint hitte, megette a fogát ebben a témában, kategorikusan fogalmazott: „Lelassítják az áramlást, turbulenciát okoznak, és nem lesz szétválás!” Évekkel később, amikor emlékiratain dolgozott, megbánta: „Méltó ötlet, hogy tőlünk származzon! De ez eszembe sem jutott..."

Később, a Szovjetunión kívül Steenbeck már nem dolgozott centrifugákkal. De mielőtt elindult Németországba, Geront Zippe-nek lehetősége volt megismerkedni Szergejev centrifugájának prototípusával, és ragyogóan egyszerű elv a munkáját. Egyszer Nyugaton „a ravasz Zippe”, ahogyan gyakran nevezték, saját neve alatt szabadalmaztatta a centrifuga kialakítását (1957. évi 1071597. számú szabadalom, 13 országban bejelentették). 1957-ben, miután az Egyesült Államokba költözött, Zippe működő installációt épített ott, amely emlékezetből reprodukálta Szergejev prototípusát. És elnevezte, tisztelegjünk, „orosz centrifugának” (a képen).

Az orosz mérnöki tudomány egyébként sok más esetben is megmutatta magát. Példa erre az alapvető vészhelyzet elzáró szelep. Nincsenek érzékelők, detektorok ill elektronikus áramkörök. Csak egy szamovár csaptelep van, amely szirmával érinti a kaszkád keretet. Ha valami elromlik, és a centrifuga megváltoztatja a helyzetét a térben, egyszerűen elfordul és lezárja a bemeneti vezetéket. Ez olyan, mint a vicc egy amerikai tollról és egy orosz ceruzáról az űrben.

A mi napjaink

Ezen a héten e sorok írója vett részt jelentős esemény– az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának megfigyelőinek orosz irodájának szerződés szerinti bezárása HEU-LEU. Ez az egyezmény (magasan dúsított urán – alacsony dúsítású urán) volt és maradt a legnagyobb megállapodás az atomenergia területén Oroszország és Amerika között. A szerződés értelmében orosz atomtudósok 500 tonna fegyverminőségű (90%) uránt dolgoztak fel fűtőanyaggá (4%) az amerikai atomerőművek számára. Az 1993-2009 közötti időszak bevételei 8,8 milliárd dollárt tettek ki. Ez volt a logikus eredménye az atomtudósaink által az izotópleválasztás terén a háború utáni években elért technológiai áttörésnek.
A képen: gázcentrifugák kaszkádjai az UEIP egyik műhelyében. Körülbelül 100 ezren vannak itt.

A centrifugáknak köszönhetően több ezer tonna viszonylag olcsó, katonai és kereskedelmi termékhez jutottunk. A nukleáris ipar azon kevesek közé tartozik (katonai repülés, űr), ahol Oroszország vitathatatlanul elsőbbséget élvez. Csak külföldi megrendelések tíz évre előre (2013-tól 2022-ig), a Rosatom portfóliója a szerződés nélkül HEU-LEU 69,3 milliárd dollár. 2011-ben meghaladta az 50 milliárdot...
A képen az UEIP HFC-t tartalmazó konténerek raktára látható.

1942. szeptember 28-án elfogadták az Állami Védelmi Bizottság 2352ss számú határozatát „Az uránnal kapcsolatos munka megszervezéséről”. Ezt a dátumot tekintik az orosz nukleáris ipar történetének hivatalos kezdetének.

Az atomenergia jelentősége a modern világban

Az atomenergia hatalmas előrelépést tett az elmúlt néhány évtizedben, és számos ország számára az egyik legfontosabb villamosenergia-forrássá vált. Ugyanakkor nem szabad elfelejteni, hogy a nemzetgazdaság e szektorának fejlődése mögött tudósok, mérnökök és hétköznapi munkások tízezreinek hatalmas erőfeszítései állnak, akik mindent megtesznek annak érdekében, hogy a „békés atom” ne forduljon el valós veszélyt jelent több millió ember számára. Minden atomerőmű igazi magja az atomreaktor.

Az atomreaktor létrehozásának története

Az első ilyen eszközt a második világháború tetőpontján építette az USA-ban a híres tudós és mérnök E. Fermi. Az övé miatt szokatlan megjelenésű, egymásra rakott grafittömbökből álló halomra hasonlít, ezt az atomreaktort Chicago Stacknek hívták. Érdemes megjegyezni, hogy ez az eszköz uránnal működött, amely közvetlenül a blokkok közé került.

Atomreaktor létrehozása a Szovjetunióban

Nálunk a nukleáris kérdések is adottak voltak fokozott figyelem. Annak ellenére, hogy a tudósok fő erőfeszítései az atom katonai felhasználására összpontosultak, a kapott eredményeket aktívan használták békés célokra. Az első F-1 kódnevű atomreaktort a híres fizikus, I. Kurcsatov vezette tudóscsoport építette meg 1946 decemberének végén. Jelentős hátránya volt a hűtőrendszer hiánya, így az általa leadott energia ereje rendkívül jelentéktelen volt. Ezzel egy időben a szovjet kutatók befejezték a megkezdett munkát, amelynek eredményeként mindössze nyolc évvel később megnyílt a világ első atomerőműve Obnyinszk városában.

A reaktor működési elve

Az atomreaktor rendkívül összetett és veszélyes műszaki eszköz. Működési elve azon alapul, hogy az urán bomlása során több neutron szabadul fel, amelyek viszont kiütik az elemi részecskéket a szomszédos uránatomokból. A láncreakció eredményeként jelentős mennyiségű energia hő és gamma-sugárzás formájában. Ugyanakkor figyelembe kell venni azt a tényt, hogy ha ezt a reakciót semmilyen módon nem szabályozzuk, akkor az urán atomok hasadása rövid idő vezethet erős robbanás nemkívánatos következményekkel.

Annak érdekében, hogy a reakció szigorúan meghatározott határok között menjen végbe, nagy jelentősége van egy atomreaktor tervezésének. Jelenleg minden ilyen szerkezet egyfajta kazán, amelyen keresztül a hűtőfolyadék áramlik. Általában vizet használnak ebben a minőségben, de vannak olyan atomerőművek, amelyek folyékony grafitot vagy nehézvizet használnak. Lehetetlen elképzelni egy modern atomreaktort több száz speciális hatszögletű kazetta nélkül. Tüzelőanyag-termelő elemeket tartalmaznak, amelyek csatornáin keresztül hűtőfolyadék áramlik. Ez a kazetta speciális réteggel van bevonva, amely képes visszaverni a neutronokat és ezáltal lelassítani a láncreakciót

Az atomreaktor és védelme

Több védelmi szinttel rendelkezik. Maga a karosszéria mellett speciális hőszigeteléssel és felül biológiai védelemmel van ellátva. Mérnöki szempontból ez az építmény egy erős vasbeton bunker, amelynek ajtói a lehető legszorosabban záródnak.