Авиапромышленность



Скачать 43.78 Mb.
страница254/290
Дата02.03.2016
Размер43.78 Mb.
1   ...   250   251   252   253   254   255   256   257   ...   290

Торий

Советский Союз имеет следующие важнейшие месторождения тория:



а) Актюзское месторождение (Киргизская ССР) с запасами по всем категориям 7,7 тыс. тонн со средним содержанием тория в руде 0,06 %;

б) Куперлисайское месторождение (Киргизская ССР) с запасами по всем категориям 2000 тонн со средним содержанием 0,05 %;

в) Таракское месторождение (Красноярский край) с запасами 500 тонн со средним содержанием 0,003 %;

г) Алданское месторождение (Якутская АССР) с запасами 500 тонн в монацитовых песках со средним содержанием 0,0015%;

д) Аллуайвское месторождение (Кольский полуостров) с запасами 1 000 тонн со средним содержанием 0,025%;

е) Юкспорское месторождение (Кольский полуостров) с запасами 1000 тонн со средним содержанием 0,035 %;

ж) Новотроицкое месторождение (Читинская область) с запасами 50 тонн со средним содержанием 0,002%;

з) Канайское месторождение (Восточный Казахстан) с запасами 100 тонн со средним содержанием 0,0015%;

и) Башелакское месторождение с запасами 35 тонн со средним содержанием 0,0015 %5

Общие запасы тория перечисленных месторождений составляют 25 885 тонн.

В эксплуатации в настоящее время находятся месторождения Актюзское и Таракское. На первом из них торий добывается вместе со свинцовыми и цинковыми рудами и извлекается в процессе обогащения.

Добыча ториевых руд и получение чистого тория и ториевых солей возложены на Министерство цветной металлургии.

Технология переработки руд и получения металла разрабатывается Гиредметом Министерства цветной металлургии и одновременно группой доктора Риля на заводе № 12 Первого главного управления.5

Получены первые партии окиси тория и образцы металлического тория.

[II.] О работе по уран-графитовому котлу

За период с октября 1945 года по настоящее время работа по уран-графитовому котлу велась под общим научным руководством академика И.В. Курчатова и научно-организационным руководством Первого главного управления (Научно-технического совета и 1-й секции Научно-технического совета) следующими научно-исследовательскими институтами и проектными бюро.

Научно-исследовательские и проектные институты, конструкторские бюро и лаборатории, привлеченные к разработке уран-графитового котла

Лаборатория № 2 АН СССР – руководитель академик Курчатов И.В.

Радиевый институт АН СССР – руководитель академик Хлопин В.Г.

Институт физической химии АН СССР – руководитель академик Фрумкин.

Институт геохимических проблем АН СССР – руководитель профессор Виноградов.

Лаборатория завода № 12 Первого главного управления – руководитель немецкий специалист доктор Риль.

Всесоюзный институт авиационных материалов – руководители профессор Кишкин [Р. С] и профессор Амбарцумян.

Научно-исследовательский институт химического машиностроения – [руководитель] профессор Доллежаль.

Научно-исследовательский институт № 13 М[инистерства] в[ооружения] – руководитель т. Шипулин.

Центральный научно-исследовательский институт тяжелого машиностроения – руков[одитель] профес[сор] Одинг.

Лаборатория Московского электродного завода – руководитель т. Банников.

Институт геологических наук – руководитель профессор Боровский.

Всесоюзный теплотехнический институт – руководители проф. Роом и проф. Прохоров.

Центральный котлотурбинный институт – руководитель профессор Шубин -Шубенко.

Государственный проектный институт № 11 Первого главного управления – руководители т. Черняков и т. Родшильд.

Особое конструкторское бюро при Подольском заводе Минист[ерства] тяжел[ого] машиност[роения] – руков[одитель] т. Шолкович.

Особое конструкторское бюро при Научно-исследовательском институте химического машиностр[оения] Минист[ерства] машиностр[оения] и приборостр[оения] – рук[оводитель] Доллежаль.

Особое конструкторское бюро № 2 Министерства авиационной промышл[енности] – руковод[итель] т. Абрамов.

Трест «Союзпроммеханизация» – руководитель т. Шевлякин.

Трест «Союзцентроэлектромонтаж» – руководитель т. Кержанович.

Привлечение большого количества научных и инженерных работников, работающих в перечисленных исследовательских институтах и проектных бюро, было связано с новизной и сложностью вопросов, охватывающих разнообразные области техники, возникших при проектировании уран-графитового котла.

За истекшее время работа велась в следующих основных направлениях:

1. Проверка металлического урана и изготовление из него блоков для применения в котле.

2. Проверка чистого графита.

3. Изучение с помощью испытательных стендов гидродинамических вопросов проекта.

4. Изучение устойчивости против коррозии материалов, применяемых для изготовления котла.

5. Техническое проектирование уран-графитового котла и завода №817.

6. Строительство уран-графитового котла и завода № 817.

Чистый металлический уран поставляется заводом № 12.

Лаборатория № 2 АН СССР производила проверку его качеств физическими методами.

[1.] Работа по защите урановых блоков от коррозии

Металлический уран подвергается сильной коррозии под действием горячей воды, и поэтому цилиндрические блоки, выпускаемые заводом № 12, не могут быть применены в котлах без предохранения их поверхности от действия воды специальной защитной оболочкой.

Защитная оболочка должна быть абсолютно герметичной и иметь надежный тепловой контакт с поверхностью металлического урана.

В результате работ, проведенных во Всесоюзном институте авиационных металлов11, Научно-исследовательском институте № 13, Научно-исследов[ательском институте] химического машиностроен[ия] и Центрально[м] научно-исследоват[ельском] инст[итуте] тяжелого машиностроен[ия], были предложены 4 способа осуществления защитной оболочки из алюминия путем механического обтягивания, заделки уранового блока в горячую алюминиевую трубу и горячей запрессовки урана в алюминиевый корпус при таких температурах, когда происходит взаимная диффузия урана и алюминия. В процессе выполнения этих работ были найдены способы исследования герметичности, промышленного контроля защиты оболочки и испытания надежности теплового контакта.

Опытами во Всесоюзном институте авиационных металлов11 было показано, что разработанные способы не дают зазоров между защитными оболочками и ураном, больших, чем 0,02 мм, даже при резких изменениях температуры. Было показано также, что пропускание токов силой 10 000 ампер через охлаждаемый водой урановый цилиндр не приводит к расплавлению урана и ухудшению оболочки.

Таким образом, задача защиты урана от коррозии также получает научно-техническое решение.

2. Изготовление чистого графита

Для изготовления котла применим только графит с зольностью, не превышающей 0,02%. Естественный графит совершенно непригоден для котла, но и более чистый, искусственный, графит, изготовляемый нашей промышленностью из спрессованного нефтяного кокса путем прокаливания при высокой температуре, имеет зольность около 2%, т. е. в 100раз больше требуемой.

Работы по получению чистого графита

В результате длительной работы, проводившейся с 1940 года Московским электродным заводом и Лабораторией №2 АН СССР по подбору специальных сортов нефтяных коксов и их технологии, разработке хлорирования спрессованного нефтяного кокса при прокаливании в печах, удалось решить задачу изготовления чистейшего графита. В 1946 г. при Московском электродном заводе был построен, а в июне 1946 г. введен в эксплуатацию специальных цех, выпускающий 150 тонн чистейшего графита, [с] не превышающей 0,01% зольностью.

Производительность цеха обеспечивает выпуск необходимого количества – 1000 тонн графита – к моменту окончания строительства уран-графитового котла.

3. Изучение с помощью испытательных стендов гидродинамических вопросов проекта

Отвод тепла

Отвод тепла, выделяющегося при освобождении атомной энергии урана при работе котла, осуществляется потоком воды, протекающей со скоростью около 3метров в секунду через узкий кольцевой зазор между поверхностью труб и поверхностью блока.

Гидродинамические вопросы протекания воды в этих особых условиях не изучались ранее, и поэтому оказалось необходимым провести опытные исследования на испытательных стендах.

Испытательные стенды

При разработке эскизного проекта были построены в Центральном котло-турбинном институте, Научно-исследовательском институте химического машиностроения и в Лаборатории № 2 испытательные стенды, воспроизводящие в натуральную величину одну из 1200 трубок уран-графитового котла.

Для осуществления стендов заводом № 95 Министерства авиационной промышленности были изготовлены специальные тонкостенные алюминиевые (сплав АВ) трубы длиной 12 метров, с продольными ребрами.

Исследования, проведенные с помощью испытательных стендов, дали возможность получить исходные гидродинамические данные для проектирования и показали, что защитная оболочка выдерживает механические усилия и удары, которые возможны в процессе загрузки и выгрузки из труб урановых блоков. В настоящее время опыты на стендах продолжаются с целью изучения физических явлений (в частности кавитации) в быстро протекающей воде в условиях выделения в ней растворенных газов и пара.

4. Изучение устойчивости против коррозии материалов, применяемых для изготовления уран-графитового котла

Условия работы уран-графитового котла

Изучение коррозии имеет крайне важное значение для всей научной и инженерной разработки проекта уран-графитового котла. Уже через несколько недель после работы котла большинство материалов получает настолько большую радиоактивность, что доступ человека к ним исключается, следовательно, должна быть обеспечена сохранность этих материалов по отношению к явлениям коррозии.

Трудность научно-технического разрешения подбора устойчивых против коррозии материалов усложняется тем обстоятельством, что все вещества, находящиеся в котле, подвергаются изменениям в результате действия на них сильного радиоактивного излучения (гамма-лучей и нейтронов).

Работы по исследованию коррозии и устойчивости различных материалов

против действия излучения

Научно-исследовательская работа по коррозии велась во Всесоюзном институте авиационных материалов, Институте химического машиностроения и в Институте физической химии АН СССР.

Ввиду того что можно было ожидать усиления коррозийного действия воды, в которой под влиянием радиоактивных излучений образуется перекись водорода и другие неустойчивые химические соединения, были поставлены опыты с электронным пучком и пучком рентгеновых лучей. С помощью высоковольтной установки на 310 000 вольт и высоковольтной вакуумной трубки Всесоюзного электротехнического института в воздух выпустили пучок электронов, проходивший затем через слой алюминия в воду, в которой создавалась ионизация, в десятки раз превосходящая ионизацию в котлах. Производилось сравнительное изучение коррозии в этой, ионизированной, и простой воде.

В результате исследований было показано, что могут быть подобраны материалы, устойчивые против коррозии и в ионизованной среде, но что это может быть достигнуто только при условии весьма тщательного изготовления всех деталей, отсутствия на них царапин и посторонних включений.

Было выяснено, что некоторые материалы (например, железо) требуют для защиты от действия ионизованной воды осуществления на их поверхности специальных защитных покрытий из цинка или алюминия.

Постройка уран-графитового котла требует применения в зоне излучения электрических кабелей, ведущих к аппаратуре, при помощи которой осуществляется регулирование и контроль работы отдельных узлов котла. С помощью электронов, получаемых в высоковольтной трубке, было изучено действие излучений на электроизолирующие материалы. Опыты показали, что электроизолирующие материалы, содержащие органические материалы, непригодны из-за резкого ухудшения изолирующих свойств. Наоборот, изолирующие материалы из неорганических веществ (фарфора, кварца, окиси магния и специальных сортов стеклоткани) достаточно устойчивы по отношению к излучению и поэтому могут быть использованы при изготовлении кабеля и проводов для котла.

5. Техническое проектирование уран-графитового котла и завода №817

В соответствии с решением Правительства от 9 апреля 1946 года12 конструкторским бюро при Научно-исследовательском институте химического машиностроения под руководством профессора Доллежаля и конструкторским бюро Подольского завода под руководством т. Шолковича были разработаны технические проекты уран-графитового котла.

Кроме того, два варианта (т. Рылина и Кондрацкого) проектов уран-графитового котла были подготовлены Государственным проектным институтом № 11 Первого главного управления при Совете Министров, осуществляющим генеральное проектирование завода.

Задачи проектирования

Основными задачами, подлежащими решению при проектировании, являлись надежность и безаварийность котла при длительной работе, а также возможность ремонта и допуска для осмотра и замены ответственных деталей, находящихся в зоне сильного радиоактивного излучения. С этой целью запроектирован индивидуальный подвод воды к каждой из 1 200 трубок охлаждения и всех механизмов, управляющих загрузкой и выгрузкой урановых блоков без длительной остановки котла и его разборки. В стадии эскизного проектирования некоторые из запроектированных узлов котла (в частности механизмы загрузки и выгрузки) были изготовлены в натуральную величину и испытаны.

В Научно-исследовательском институте химического машинострхоения] закончено сооружение большого стенда, воспроизводящего в натуральную величину со всеми деталями секцию котла из 16 трубок, исполненную по рабочему проекту. Этот стенд даст возможность проверить работу узлов котла, осуществленных в рабочем проекте, в том числе кладку графита, механизмы загрузки и выгрузки блочков, автоматику переключений и регулирующие устройства.

В Лаборатории № 2 АН СССР проводились систематические опыты по поглощению гамма-лучей в моделях экранов, которые по проекту намечено установить около уран-графитового котла.

После проведения экспертизы и тщательного рассмотрения представленных проектов Научно-технический совет рекомендовал для постройки первого уран-графитового котла технический проект Научно-исследовательского института химического машиностроения с вертикальным расположением оси агрегата.

Научно-технический совет утвердил также проектное задание завода №817 со всеми вспомогательными сооружениями для уран-графитового котла, включая транспортную систему, станцию водоподготовки, насосное и электрическое хозяйство, вентиляцию и систему автоматического регулирования процесса в котле.

Выбор вертикального варианта НИИхиммаша, сделанный Научно-техническим советом, был утвержден Правительством, в соответствии с чем НИИхиммаш выполняет рабочий проект вертикального котла.

За истекший период времени ГСПИ № 11 и НИИхиммаш вместе с другими привлеченными организациями закончили чертежи на строительные сооружения котла и металлические опорные конструкции защитных баков.

Строительные чертежи переданы на строительную площадку, а чертежи на конструкцию – для заказа металла.

После проверки на опытном стенде будут переданы заводам-изготовителям чертежи узлов и механизмов котла.

В связи с трудностью поставки новых видов материалов (чистого, соответствующим образом обработанного графита, разнообразных труб специального профиля и повышенного качества металла) проектные работы задержались против установленного Правительством срока на один-два месяца.

Транспортировка продукта из котла

Проект транспортной системы, принимающей уран из котла и направляющей его после 15-дневного хранения в глубоком бассейне с водой в химический цех для выделения плутония, был разработан «Союзпроммеханизацией».

Основные трудности, которые были преодолены при проектировании транспортной системы, заключались в обеспечении защиты работающих от радиоактивности излучения, интенсивность которого для ежедневного выгружения из котла количества урана в 1 тонну равна интенсивности излучения нескольких тонн радия.

Проектирование водоочистки

Проектирование водоочистки и насосного хозяйства выполнялось Всесоюзным теплотехническим институтом и также потребовало особых технических решений.

Вода, протекающая через трубы уран-графитового котла, как и в обычных котельных установках, должна быть очищена во избежание явлений накипеобразования и коррозии. Но в то время, как при эксплуатации обычных котельных установок один и тот же объем очищенной воды много раз циркулирует в трубах, при эксплуатации атомных котлов приходится выбрасывать воду уже после одного прохождения через трубы из-за того, что вода становится радиоактивной. Объем водоподготовки поэтому получается очень большим.

Регулирование мощности котла

Регулирование котла – системы, выделяющей 100 000 киловатт энергии, представляет собой сложную и ответственную задачу. Неправильное решение этой задачи легко может привести к взрыву котла, так как скорость выделения энергии в котле может быть крайне высокой, если неправильно выбраны характеристики регулирования.

Регулирование котла осуществляется введением в него веществ, сильно поглощающих нейтроны бора и кадмия.

При увеличении количества этих веществ в котле часть нейтронов, вызывающих деление урана и освобождение внутриатомной энергии, уменьшается – процесс затухает, и наоборот, при уменьшении количества поглощающих нейтроны веществ число нейтронов возрастает, выделение энергии также увеличивается – процесс разгорается.

Проектные работы по регулированию процесса в котлах проводились под научным руководством Лаборатории № 2 Особым конструкторским бюро (ОКБ) Министерства авиационной промышленности.

По проекту предусматривается автоматическое и ручное регулирование котла и аварийная защита.

Автоматическое и ручное регулирование осуществляется путем передвижения стержней из бора, перемещающихся по каналам, параллельным оси котла. Движение стержней задается механизмом, управляемым током специальной ионизационной камеры, который усиливается радиосхемой. Аварийная защита осуществляется путем быстрого ввода в каналы, параллельные оси котла, водного раствора борной кислоты и буры. Аварийная защита приводится в действие при выделении энергии в котле, выходящей за пределы режима нормальной работы, а также при уменьшении подачи охлаждающей воды и при ненормальностях в снабжении агрегата электроэнергией.

Проектные работы по регулированию были закончены в ноябре 1946 года. В январе 1947 г. будет изготовлена (один комплект) и испытана на стенде НИИхиммаша запроектированная аппаратура регулирования и аварийной защиты.

Выделение плутония из урана

В заключение раздела о техническом проектировании котла необходимо сказать, что Радиевым институтом Академии наук СССР, Лабораторией №2 АН СССР и Институтом физической13 химии АН СССР разработано 5 технологических схем выделения плутония из урана.

Разработка схем выделения плутония представляет трудности вследствие того, что все химические процессы из-за отсутствия заметных количеств плутония14 приходится вести радиохимическими методами, оперируя с практически невесомыми (одна стомиллионная доля грамма) количествами плутония. В этих условиях изучались схемы промышленного отделения плутония от урана и его осколков.

На основе одной из разработанных схем (ацетатно-фторидной схемы), предложенной академиком В.Г. Хлопиным, Государственный проектный институт № 11 Первого главного управления разработал проектное задание химического цеха завода № 817.

После проведения экспертизы и тщательного рассмотрения на секциях проектное задание химического цеха завода № 817 было утверждено Научно-техническим советом. На основе утвержденного проектного задания ведется разработка рабочего проекта. Часть чертежей уже передана на строительную площадку.

6. Строительство уран-графитового котла и завода №817

С февраля 1946 г. в соответствии с решением Правительства на Южном Урале на берегу озера Кизил-Таш в 13 км от г. Кыштым началось строительство завода № 817.10

Ориентировочная стоимость завода (без стоимости урана) составляет по проектному заданию 280-300 миллионов рублей.

Объем строительно-монтажных работ Объем строительных работ характеризуется следующими основными показателями:

земляные работы________ - 1 300 000 м3

бетонные работы________ - 110000 м3

кирпичная кладка - 87000 м3

металлоконструкции - 6200 т

водопровод и канализация - 100 км

железные дороги - 40 км

электрический кабель - 90 км

жилой поселок на - 5000 чел.

За истекшее время построено около 40 км постоянных железнодорожных путей со всеми искусственными сооружениями, в том числе около 5 км станционных путей; на станции Теча закончено строительство трех постоянных пакгаузов.

Построено около 15 км профилированных шоссейных дорог.

Ведется строительство постоянной линии электропередачи [на] 110 кВ между г. Челябинск и заводом протяженностью 80 км.

Закончено строительство линии электропередачи [на] 110 кВ между г. Кыштым и заводом протяженностью 15 км. Построены и эксплуатируются две подстанции [на] 35 кВ в г. Кыштым и на площадке.

Ведется разработка котлована по объекту «А» (здание, в котором располагается уран-графитовый котел) на отметке 24 метра при общей глубине залегания 44 метра.

Заканчивается сборка каркаса здания химводоочистки и ведутся работы по котловану насосной [станции] 1-го подъема. Ведутся работы по промводопроводу и насосным станциям 2-го и 3-го подъема.

Ведутся подготовительные работы по котловану здания химического цеха.

Заканчиваются строительные работы по корпусу, где будет размещен опытный котел, и лабораторному корпусу при этом опытном котле.

Заканчивается строительство гаража и ремонтно-механического цеха, в последнем ведется монтаж оборудования.

С октября 1946 года введен в действие постоянный хлебозавод на 10 тонн хлеба в сутки.

Ведутся строительные работы по постоянному жилфонду (4 500 м2), коммунально-бытовым объектам, водоснабжению, канализации и отопительной котельной жилгородка.5

В настоящее время на стройке находится около 25 000 рабочих.

На стройку завезено 727 автомашин, 28 паровозов, 64 вагона, 90 металлорежущих станков, 12 экскаваторов, 79 тракторов, 9 лесорам, 44 растворо- и бетономешалки.

[III.] О разделении по диффузионному методу разделения изотопов

До американских работ по использованию атомной энергии разделение изотопов было осуществлено только в лабораторном масштабе в весьма небольших количествах, измеряемых тысячными долями грамма, а для тяжелых веществ, как уран, даже в миллионных долях грамма.

При этом опыты по разделению изотопов относились всегда к труднейшим физическим опытам. Поэтому задача получения промышленных количеств изотопов урана явилась беспрецедентной в истории техники и осуществлению ее должна предшествовать громадная сложная теоретическая и экспериментальная работа.

После детального рассмотрения различных молекулярных методов разделения изотопов мы остановились, для промышленного использования, на диффузионном методе разделения.

Диффузионный метод разделения изотопов Сущность этого метода состоит, вкратце, в следующем.

Если газообразная смесь двух изотопов проходит (диффундирует) через пористую перегородку (фильтр), то более легкий изотоп диффундирует быстрее более тяжелого. В результате относительная концентрация более легкого изотопа за фильтром становится большей, чем в исходной смеси изотопов, другими словами, смесь обогащается легким изотопом.

Необходимо тут же заметить, что такое обогащение действительно получится, если только часть исходной смеси проходит через фильтр, а другая пропускается мимо фильтра. Ибо если заставить данное количество смеси целиком пройти через фильтр, то, разумеется, никакого обогащения не получится.




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   250   251   252   253   254   255   256   257   ...   290


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница