Уран — обзор истории и текущего использования в ядерной энергетике

– главный металл атомной энергетики

Немного о родителях

В Рф 28 сентября 2005 г. впервые будет праздноваться профессиональный праздник – День работника атомной промышленности. Именно в этот день в 1942 г. Госкомитет обороны С.С.С.Р выпустил распоряжение «Об организации работ по урану» и одобрил создание при Академии наук специальной лаборатории атомного ядра.

Главный металл ядерной энергетики – – получил свое название от планеты , открытой в 1781 г. В. Гершелем и названной им в честь верховного божества древнегреческой мифологии бога Урана, владыки Неба, ставшего прародителем всех греческих богов. Можно сообщить, что бог , отец 45 детей, в представлении ученого выступил некой «фабрикой» по производству потомства. В атомной технике в роли такой фабрики выступает атомный реактор – настоящая фабрика новых элементов и изотопов периодической системы (в результате деления атомов урана получаются практически все элементы с массой от 70 до 160). История как самого урана, так и технологии его извлечения и производства связана с именами многих выдающихся химиков и физиков планеты. Это М.Г. Клапрот, Э. Пелиго, Мария и Жолио Кюри, И.В. Курчатов, Н.Н. Семенов, Ю.Б. Харитон, Б.П. Константинов, Я.Б. Зельдович, П.Л. Капица, Л.А. Арцимович, А.П. Александров, В.И. Вернадский, И.Е. Тамм, Я.И. Френкель, А.И. Алиханов, Л.С. Коловрат-Червинский и др. И первым в этом списке справедливо поставлено имя немецкого химика М.Г. Клапрота, открывшего элемент в 1789 г.. Клапроту удалось выделить из так называемой «смоляной болванки» не сам , а его окисел. В металлическом состоянии был получен в 1841 г. французским химиком Э. Пелиго при восстановлении тетрахлорида урана (UCl4) металлическим калием.

Судьба одаренного ребенка

Очень долго был интересен химикам исключительно в качестве ингредиента при производстве красок и стекла. Несколько позднее – в 1896 г. было открыто явление радиоактивности урана (французский физик Анри Беккерель зафиксировал испускание урановой солью невидимых лучей, отличающихся сильной проникающей способностью), и начались работы по переработке урановых руд с целью извлечения урана для исследовательских целей и использования в медицине (рентген). В 1919 г. в Физико-техническом институте (РСФСР) удалось осуществить искусственное превращение атомных ядер путем бомбардировки ядер легких элементов альфа-частиц, испускаемых естественными радиоактивными веществами. Физические исследования урана развернулись по всему миру. В 1935 г. Фредерик Жолио-Кюри, один из активных исследователей урана, получил Нобелевскую премию за открытие искусственной радиоактивности. Ученые долго не замечали способности ядер урана делиться. Ведь все другие элементы, облучающиеся нейтронами, превращались в более тяжелые ядра, и от урана ученые ожидали того же. В Рф только в 1939 г. было открыто явление деления ядер, и с тех пор начал волновать ученых в качестве ядерного топлива, а политиков — в качестве «начинки» для атомной бомбы. В 1939–1940 гг. Ю.Б. Харитон и Я.Б. Зельдович впервые теоретически показали, что при небольшом обогащении природного урана ураном-235 можно создать условия для непрерывного деления атомных ядер, то есть придать процессу цепной характер.

Выбор профессии

В 1943 г. группа советских физиков под руководством И.В. Курчатова осуществила монтаж модели реактора (графитовой призмы) для изучения замедления нейтронов и других нейтронно-физических процессов. Эти опыты позволили накопить данные, которые послужили основой для создания методов расчета атомных реакторов. В декабре 1944 г. в институте Гиредмет был произведен 1-ый в С.С.С.Р слиток чистого металлического урана массой более 1 кг (в США слиток урана был получен уже в 1942 г., но на работу по его получению у американцев ушло в четыре раза больше времени, чем у советских ученых).

В истории нацистской Германии документально зафиксировано, что немецкие ученые к 1945 г. уже имели собственную атомную бомбу. Работы по созданию ядерного оружия нацистами велись с 1944 г.: немецкие ученые вели опыты с тяжелой водой по расщеплению атома. В Германии в это время существовал экспериментальный ядерный реактор, и были созданы полигоны для испытания атомного оружия. Но для успешного завершения работ нацистам не хватало высокообогащенного урана, основные месторождения которого находились в Африке и Северной Америке. Во время 2-ой мировой войны нацистские ученые проводили испытания ядерных устройств на заключенных концлагерей. Сотни людей погибли в ходе этих зловещих экспериментов. Но созданная немецкими учеными опытная атомная бомба оказалась слишком громоздкой для доставки по воздуху, и поэтому Гитлер отказался от ее применения (см. книгу немецкого историка Райнера Карлша «Бомба Гитлера»). Кроме того, в военной промышленности Германии ощущалась явная нехватка вольфрама — с 1943 г. Португалия перестала экспортировать в нацистскую страну вольфрам (необходимый для производства бронебойных подкалиберных снарядов танковых и противотанковых пушек), и Гитлер вынужден был издать приказ по покрытию дефицита вольфрама ураном, который стали повсеместно добавлять в сплавы для производства сердечников снарядов. Для этих целей в 1943 г. было отгружено порядка 1200 тонн урана, накопленного в рамках программы по созданию немецкого ядерного оружия. Неизвестно, как бы далее сложилась мировая история, не окажись Гитлер таким слабым политиком. Немецкое правительство распыляло научные и материальные ресурсы сразу между несколькими программами вооружений, поэтому «Урановый проект» оказался (к счастью для мирового человечества) на задворках гитлеровского внимания. После захвата Германии советское правительство вывезло на территорию С.С.С.Р все документы по «Урановому проекту», а также специалистов-ядерщиков, занятых в этом проекте (Адольф Тиссен, Макс Штеенбек и др.). В 1946 г. специалисты института атомной энергии в Москве под руководством И.В. Курчатова, используя накопленный опыт советских и немецких специалистов, осуществили самоподдерживающую ядерную цепную реакцию. Был осуществлен физический пуск первого экспериментального реактора на тепловых нейтронах.

Рост и возмужание

9 декабря 1946 г. по Постановлению Совета Министров С.С.С.Р было организовано производство урана на базе бывшего патронного завода № 544 (г. Глазов, Удмуртия) Министерства Вооружения С.С.С.Р.

Но вопрос в министерстве решился –

Из руды извлекать здесь !

И по рельсам стальным устремился

В город Глазов людей караван.

Вышел город встречать пополненье

С керосиновой лампой в руке.

Без дорог был он, без освещенья,

В деревянном глухом сюртуке…

(Отрывок из баллады о заводе № 544 – слова автора)

В сентябре 1949 г. на патронном заводе было параллельно запущено производство кальция, который был необходим для восстановления урана. В ноябре 1948 г. на урановом производстве патронного завода № 544 был получен тетрафторид урана, из которого путем черновых и рафинировочных восстановительных плавок затем были получены урановые слитки. Ныне – это ОАО «Чепецкий механический завод».

Вот руду заменили уральцы

На урановый концентрат.

За ураном освоили кальций:

Монолит, медный сплав, дистиллят.

Получили и крупку и стружку,

Иодидный пруток. Наконец

День пришел, когда «лапотник русский»

Начал твэлы катать для А.Э.С.

(Отрывок из баллады о заводе № 544 – слова автора)

В апреле 1949 г. в Институте теоретической и экспериментальной физики был введен в действие тяжеловодный исследовательский реактор для получения радиоактивных изотопов. Мощность реактора составляла 500 кВт. Топливом являлся природный . Максимальный поток тепловых нейтронов 2•1012 нейтрон/(см2•с). Реактор предназначался для проведения исследовательских работ. А 23 сентября 1949 г. была успешно испытана первая советская атомная бомба. Немного позднее – 12 августа 1953 г. в Советском Союзе была испытана термоядерная (водородная) бомба. Через г. (27 июня 1954 года) в городе Обнинск была введена в строй первая в мире атомная электрическая станция мощностью 5000 кВт, положившая начало большому пути мировой атомной энергетики. Первая в мире атомная электрическая станция успешно проработала 48 лет (заглушен реактор был 29 апреля 2002 года). На первой в мире атомной электрические станции использовался реактор канального типа на медленных (тепловых) нейтронах, замедлителем служил графит, теплоносителем – вода. Надо сообщить, что путь превращения тепла в электрический ток сложный: пар – турбина – генератор. Из первого контура вода, охлаждающая реактор, под давлением 100 кгс/см2 при температуре 2800C поступала в парогенератор и отдавала тепло воде второго контура. Пар перегревался до 2700C под давлением 12 кгс/см2 и поступал в турбину.

Еще записи на эту же тему:

Метки:


Страницы: 1 2 3 4 5

Оставить комментарий (Зарегистрируйтесь и пишите коментарии без CAPTCHи !)

 
© 2008-2017 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.