/
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

В России начались испытания аппарата «Луна-25»
В России начались испытания аппарата «Луна-25»
Российские специалисты начали испытания аппарата «Луна-25» («Луна-Глоб»), который в 2019 году должен приступить к изучению спутника Земли. Об этом в ходе выставки Paris Air Show-2015 в Ле-Бурже РИА Новости сообщил представитель «Объединения имени Лавочкина», представившего там макет аппарата. 
Первый в истории частный спутник на солнечном парусе вышел на орбиту
Первый в истории частный спутник на солнечном парусе вышел на орбиту
Разработан и построен он был на деньги некоммерческого Планетарного общества США, объединяющего энтузиастов исследования дальнего космоса. 
Роскосмос отложил оглашение результатов расследования аварии «Прогресса»
Роскосмос отложил оглашение результатов расследования аварии «Прогресса»
Роскосмос продлил на неопределенный срок работу комиссии по расследованию причин произошедшей 28 апреля 2015 года аварии транспортного грузового корабля (ТГК) «Прогресс М-27М».