Авиапромышленность



Скачать 43.78 Mb.
страница256/290
Дата02.03.2016
Размер43.78 Mb.
1   ...   252   253   254   255   256   257   258   259   ...   290

Параллельно с этим ведется работа по рациональной конструкции подшипников для компрессора.

В этой работе, кроме конструкторских бюро завода им. Сталина и Ленинградского Кировского завода, принимает участие Институт шарикоподшипниковой пр[омышленно]сти Министерства автомобильной промышленности.

Результатом исследований, указанных выше, явилось решение Правительства о постройке артиллерийским заводом им. Сталина и Ленинградским Кировским заводом двух опытных разделительных каскадов. Эти каскады устанавливаются в Лаборатории № 2, по двадцать ступеней в каждом. На них должны быть определены основные количественные характеристики работы разделительного диффузионного завода.

Машины для обоих каскадов уже изготовлены. Каскад завода им. Сталина сейчас проходит вакуумные испытания в Лаборатории № 2 АН [СССР] и в ближайшее время будет смонтирован и пущен в работу.

Машины Ленинградского Кировского завода проходят заводские вакуумные испытания, после чего они также будут установлены в Лаборатории № 2.

На каждом из этих каскадов, которые состоят из машин промышленного типа, при нормальной их работе можно будет получить небольшое (на 4 %) обогащение исходного продукта легким изотопом урана. Испытание их позволит более уверенно вести техническое и рабочее проектирование диффузионного завода.

На артиллерийском заводе им. Сталина и на Ленинградском Кировском з[авод]е ведется подготовка к массовому выпуску разделительных агрегатов.

Вопросы коррозии материалов в шестифтористом уране

Как было уже упомянуто, шестифтористый уран является весьма активным с точки зрения химической коррозии. Особенно, как это выяснилось из опытов, коррозионное действие этого газа усиливается в присутствии даже малых следов влаги.

Поэтому для выбора конструкционных материалов очень важно знать степень взаимодействия с шестифтористым ураном различных материалов.

В Лаборатории № 2 АН СССР производятся срочные предварительные испытания на коррозию разных металлов и других материалов.

Для более детальных и систематических исследований по решению Правительства от 29.VII.46 г. привлечены несколько научно-исследовательских организаций. Среди них: Всесоюзный институт авиационных материалов, Уральский индустриальный институт им. Кирова, Институт неорганической химии АН СССР, НИИ-42 Министерства химической промышленности и другие.

Была разработана подробная программа исследований на коррозию.

Необходимо отметить, что работа по исследованию коррозии сильно задержалась, хотя все необходимые условия для проведения ее имеются.

Теперь, когда заводы ведут интенсивную подготовку к промышленному выпуску машин, эти работы становятся особенно важными и должны вестись особенно интенсивными темпами.

Анализ обогащения легких изотопов

Как для опытных работ, так и для контроля производственного процесса необходимо иметь возможность анализировать степень обогащения шестифтористого урана легким изотопом. Если большие обогащения (увеличение концентрации легкого изотопа в несколько раз) обнаруживаются сравнительно легко, то анализировать малые изменения концентрации представляет большие трудности. Между тем наиболее важно анализировать обогащение на первых ступенях разделительного завода, т. е. там, где увеличение концентрации не превышает нескольких процентов.

В Лаборатории № 2 АН СССР разрабатывается метод анализа изотопов, основанный на том, что вместе с увеличением концентрации изотопа урана-235 увеличивается и концентрация урана-234. Увеличение же концентрации урана-234 вызывает увеличение количества .-частиц, испускаемых исследуемым образцом, т.е. увеличивается радиоактивность его.

В настоящее время, измеряя активность шестифтористого урана, абсорбируемого на стенках эталонного цилиндра, нам удается получать повторимые (т. е. стабильные) результаты с точностью до 4 %. Это означает, что таким образом мы сможем обнаруживать увеличение концентрации урана-235 на 8 %, что пока не удовлетворяет потребности как лабораторных работ, так и производства.

В настоящее время в Лаборатории № 2 монтируется более совершенная установка, которая должна позволить производить анализ обогащения с точностью до 1-2%, которая необходима для испытательных и промышленных целей.

Другие методы анализа изотопов разрабатываются в Ленинградском физико-техническом институте АН СССР.

Проблема автоматического регулирования на диффузионном заводе

Как уже было указано, диффузионный завод состоит из приблизительно трех тысяч ступеней, соединенных последовательно. В начале этого каскада подается исходное сырье, в конце, с последней ступени, отбирается конечный продукт.

Существенной особенностью такого разделительного завода является то, что количество отбираемого в единицу времени конечного продукта в сотни тысяч раз меньше количества вещества, циркулирующего по ступеням вперед (от первой ступени к последней) и назад (от последней ступени к первой). Для того чтобы поддержать с достаточно большой точностью соотношение потоков, циркулирующих между ступенями, необходимо их регулировать. А в условиях столь большого числа соединенных друг с другом ступеней это регулирование должно быть автоматическим.

Таким образом, возникает еще одна важная проблема проектирования и осуществления системы автоматического регулирования процесса разделения в промышленном масштабе.

Автоматическое регулирование процесса Принципиальные вопросы регулирования процесса промышленного разделения изотопов (разделение изотопов в лабораторном масштабе не требует регулирования) разрабатываются в Лаборатории № 2 АН СССР.

Для технического проектирования системы регулирования по решению Правительства привлечено Центральное бюро турбомашиностроения, в составе которого имеется одно из самых квалифицированных бюро по регулированию (Невский завод им. Ленина в г. Ленинград).

На это бюро совместно с Лабораторией № 2 АН СССР Ленинградским Кировским заводом и заводом им. Сталина возложена задача проектирования системы регулирования диффузионного завода.

В настоящее время разработана основная схема регулирования диффузионного завода и составлены проекты регуляторов. Образцы регуляторов сейчас изготовляются на артиллерийском заводе им. Сталина и будут испытываться на опытном разделительном каскаде в Лаборатории № 2 АН СССР.

После испытания будут сделаны рабочие проекты системы регулирования.

[IV.] Электромагнитные методы разделения изотопов

и электромагнитные установки

Разработка электромагнитного метода разделения изотопов урана была начата в условиях отсутствия какого-либо опыта проведения аналогичных работ, а также отсутствия технической информации о состоянии работ по электромагнитному методу разделения изотопов.

Основные задачи

Для проведения научно-исследовательских работ, связанных с разработкой электромагнитного метода разделения изотопов и осуществления непосредственных опытов по разделению, а также для обеспечения работ по разделению изотопов другими методами и оснащения лабораторий и институтов, работающих в области ядерной физики, необходимой аппаратурой,22 потребовалось проектирование, изготовление и исследование совершенно новых, никогда не изготовлявшихся установок и изделий:

а) электромагнитных установок для исследования ионных потоков, для масс-спектрографов, для ускорителей электронов (бетатрон) и протонов (циклотрон), специальных устройств для разделения изотопов и др.;

б) стабилизаторов высокой степени точности для стабилизации напряжения, частоты и магнитного поля;

в) сложных радиотехнических установок для укомплектования ускорителей23 элементарных частиц;

г) высоковольтных выпрямительных установок для укомплектования разделительных устройств и ускорителей;

д) высокопроизводительных диффузионных насосов большой степени разрежения и приборов для измерения высокого вакуума;

е) комплектных радиометров и счетчиков радиоактивности;

ж) различных конструкций индукционных электропечей и печей сопротивления, в том числе высокочастотных вакуумных электропечей, изготовляемых и применяемых только в Америке, для обеспечения нужд металлургии тяжелых металлов;

з) большого количества специальных агрегатных установок, электромоторов, трансформаторов, конденсаторов, аппаратуры, радиоизделий, электроизмерительных приборов, кабелей и проводов, изоляционных материалов и пр.

Решение основной проблемы требовало создания, в первую очередь, коллективов научных работников для разработки теоретических основ электромагнитного метода разделения изотопов, изучения основных физических процессов, связанных с этим методом, и осуществления экспериментов по разделению.

Наряду с этим было необходимо создать высококвалифицированные инженерно-технические коллективы, способные решить задачи проектирования, изготовления и исследования перечисленных выше установок, аппаратуры, приборов и других изделий.

В связи с новизной работы было признано целесообразным проведение ее по единому для научно-исследовательских и инженерных организаций плану.

Институты, конструкторские бюро и лаборатории,

участвующие в разработке методов, и их задачи

Для разработки электромагнитного метода разделения изотопов были созданы следующие основные научно-исследовательские и проектные организации:

а) сектор № 5 Лаборатории № 2 АН СССР под руководством члена-корреспондента АН СССР проф. Арцимовича;

б) сектор № 1 Ленинградского физико-технического института (ЛФТИ) АН СССР, также руководимый Л.А. Арцимовичем;

в) Особое конструкторское бюро (ОКБ) при заводе «Электросила» Министерства электропромышленности под руководством профессора Ефремова;

г) Центральная вакуумная лаборатория (ЦВЛ) Министерства промышленности средств связи под руководством члена-корреспондента АН СССР Векшинского.

Кроме того, для разработки основных технических проблем, связанных с проектированием новых мощных установок для ускорения частиц (мощный циклотрон, синхронотрон), были созданы следующие организации:

а) лаборатория № 11 Физического института Академии наук СССР под руководством члена-корреспондента АН СССР Минца;

б) Специальное конструкторское бюро (СКБ) при заводе № 678 Министерства промышленности средств связи под руководством инж. Соболева;

в) Специальное конструкторское бюро (СКБ) при заводе № 624 Министерства электропромышленности под руководством инж. Кронгауза.

Задачами сектора № 5 Лаборатории № 2 АН СССР и сектора № 1 ЛФТИ являются теоретическая и экспериментальная разработка основных физических процессов, связанных с электромагнитным разделением, разработка необходимой лабораторной аппаратуры для проведения научно-исследовательских работ и осуществление опытов по разделению изотопов на опытных электромагнитных установках, которые должны быть специально спроектированы для этой цели.

Основной задачей Особого конструкторского бюро при заводе «Электросила» Министерства электропромышленности является проектирование специальных электромагнитных установок для разделения изотопов и комплектующих их устройств стабилизации магнитного поля электромагнитов, стабилизованных высоковольтных выпрямительных установок, разделенных вакуумных камер и пр.

Наряду с указанным, на ОКБ возложено проектирование комплектных циклотронных установок и специальных электромагнитов для оснащения лабораторий и институтов АН СССР, а также высших учебных заведений.

Задачами Центральной вакуумной лаборатории Министерства промышленности средств связи являются разработка и изготовление опытных образцов отдельных элементов разделительных установок, разработка вакуумных систем для разделительных установок и высокопроизводительных диффузионных фракционирующих насосов для их укомплектования, разработка технических условий на проектирование ротационных масляных насосов, изготовляемых другими ведомствами, испытание их образцов, а также разработка отдельных вопросов вакуумной химии соединений урана.

Задачей лаборатории № 11 ФИАН является научная и техническая разработка всего комплекса вопросов, связанных с проектированием мощного циклотрона (установка М).

На СКБ при заводе № 678 возложено проектирование генераторов высокой частоты для установки М и большого синхронотрона (установка С).

На СКБ при заводе № 624 возложено проектирование уникального электромагнита переменного тока для установки С.

Наряду с основными проектными организациями были созданы проектные группы на заводах электропромышленности и промышленности средств связи: «Электрик», «Динамо», №211, 299, 326, 498, 519, 528, 531, 596 и др. для разработки вопросов, связанных с решением перечисленных задач.

Работа указанных основных коллективов проходила в трудных условиях укомплектования кадрами необходимой квалификации, систематического обучения этих кадров новым отраслям знаний (физика атомного ядра), позволявшего вести исследовательскую и проектную работу при необходимости одновременной разработки метода исследований и аппаратуры для их производства.

Работа проектантов характеризовалась целым рядом смелых решений сложных технических задач.

Разработка новых методов расчета

В процессе работы оказалось необходимым осуществить разработки методики ряда специальных расчетов, важнейшими из которых являются следующие:

а) теория расчета движения ионов в электромагнитных полях и условий формирования ионных потоков;

б) расчет магнитного рассеяния мощных электромагнитов с большими воздушными зазорами;

в) расчет конфигурации электромагнита и его полюсных наконечников, обеспечивающий заданную форму магнитного поля в зазоре электромагнита;

г) расчет нагрева мощных электромагнитов и систем охлаждения их.

Потребовалось создание ряда моделей для экспериментальной проверки теоретических предпосылок.

Истекший период времени характеризуется следующим состоянием выполнения основных работ.

Работа сектора № 5 Лаборатории №2 АН СССР

В секторе № 5 Лаборатории № 2 АН СССР:

1. Были разработаны лабораторные типы ионных источников для разделительных устройств, основанные на создании электрического разряда в парах четырехфтористой и четыреххлористой соли урана. Эти ионные источники позволяют в течение длительного времени получать ионные токи плотностью до 20 миллиампер на квадратный сантиметр, что является достаточным не только для лабораторных экспериментов, но также и для технических целей. Анализ состава ионов, образующихся в ионном источнике, показал, что около 50 % общего ионного тока приходится на ионы урана и его соединений.

2. В июле 1946 года была смонтирована первая экспериментальная установка для разделения изотопов урана с 60-тонн[ым] электромагнитом (электромагнит от немецкой циклотронной установки, которая строилась в г. Цейтен).

Для этой установки в Лаборатории № 2 АН СССР была спроектирована и изготовлена разделительная камера упрощенного типа – трубчатый ионопровод и в ОКБ завода «Электросила» спроектировано и построено выпрямительное высоковольтное устройство с высокой стабилизацией напряжения; начиная с августа с.г. на этой установке производились непрерывные экспериментальные исследования, задачей которых являлось:

а) испытание и отработка конструкций ионных источников и устройств для ускорения ионов;

б) изучение движения ионов в разделительном пространстве и выяснение условий, необходимых для проведения больших ионных токов;

в) разработка методов наблюдения ионных пучков и методов контроля за качеством разделения изотопов;

г) изучение молекулярного состава ионов и выбор оптимального режима работы ионного источника, при котором наибольший ток приходится на ионы металлического урана;

д) испытание лабораторных моделей приемников ионов;

е) проведение опытов по накоплению разделенных изотопов урана.

Основные результаты, полученные при работе на этой установке, сводятся к следующему.24

Во-первых, была доказана возможность проведения через разделительные пространства больших ионных токов и таким образом разрешен основной промышленный вопрос электромагнитного метода разделения изотопов, от которого зависели перспективы технического использования этого метода.

На основании результатов исследований, проведенных на первой экспериментальной установке, можно утверждать, что электростатическое расталкивание положительных ионов может быть практически полностью скомпенсировано при движении ионов через разреженный газ в пространстве разделения.

Во-вторых, были разработаны методы, позволяющие непрерывно контролировать процесс разделения изотопов.

В-третьих, был подобран такой режим работы ионного источника, при котором наибольший ионный ток приходится на металлический уран (до 50 % от общего тока, приходящегося на все ионы урановой группы).10

На установке с 60-тонн[ым] электромагнитом были впервые проведены опыты по накоплению разделенных изотопов урана.

Первый опыт был проведен при ионном токе в 3 сотых миллиампера, что соответствует накоплению трех сотых миллиграмма урана-235 в сутки. Накопление продолжалось 4 часа.10 Анализ полученных образцов, произведенный в Лаборатории № 2 А[кадемии] H[аук], показал исключительно высокое обогащение легким изотопом. Следов урана-238 в образце обнаружить не удалось ввиду недостаточной точности метода анализа (точность порядка 10 %).

Следующее накопление было произведено при токе в 5 сотых миллиампера, также в течение 4 часов. В дальнейшем ток был увеличен до 3 десятых миллиампера, и при этом токе было произведено накопление урана-235 в течение двух часов.

В настоящее время опыты по накоплению можно производить при токе, достигающем 2 миллиампер (что соответствует накоплению 2 миллиграммов урана-235 в сутки). Длительное проведение опытов по накоплению разделенных изотопов сейчас приписывается только недостаточной мощности насосов, откачивающих разделительную камеру.

3. В соответствии с Постановлением Совета Министров СССР от 29 мая с. г.25, 14 производится монтаж установки для разделения изотопов с электромагнитом весом 220 тонн. На этой установке будут отрабатываться все основные элементы разделительных камер, которые в дальнейшем будут служить образцами проектирования промышленных разделительных установок.

Работа сектора № 1 ЛФТИ

В секторе № 1 ЛФТИ:

1. Была разработана теория движения ионов в магнитных полях различной формы и выяснены условия, необходимые для концентрации широких ионных пучков.

На основе указанных теоретических расчетов был произведен выбор основных параметров электромагнитов (ширина и форма полюсных наконечников, высота зазора между полюсами и напряженность магнитного поля).

2. Был разработан лабораторный тип ионного источника с дуговым разрядом в парах четырехфтористого урана, позволяющий получать ионные токи плотностью до 10-15 миллиампер на квадратный сантиметр. Теоретически и экспериментально исследованы системы для ускорения ионов, образующихся в источнике, и установлена форма и расположение электродов в ускоряющем устройстве.

3. Проведены усиленные опыты по разделению изотопов рубидия в ионопроводах с использованием 75-тонн[ого] циклотронного электромагнита.

Целью этих опытов была экспериментальная проверка теоретических расчетов движения ионов в неоднородных магнитных полях. Начаты13 опыты по разделению изотопов урана на опытном электромагните весом 220 тонн, построенном на заводе «Электросила».

Опыты проводятся совместно с ОКБ завода «Электросила» на упрощенной разделительной камере типа трубчатого ионопровода.

Работа ОКБ завода «Электросила»

Особым конструкторским бюро при заводе «Электросила» спроектированы, а заводом «Электросила» в кооперации с другими заводами изготовлены следующие специальные установки и аппаратура:

а) система стабилизации магнитного поля, обеспечивающая неизменность последнего с точностью до 0,03 % при колебаниях частоты питающей сети в пределах ± 3 % и напряжения сети в пределах ± 10 %.

Указанными системами стабилизации магнитного поля укомплектованы:

1) 75-т[онная] циклотронная установка ЛФТИ АН [СССР],

2) 60-т[онная] электромагнитная установка Лаборатории № 2 АН СССР,

3) 330-т[онная] циклотронная установка Лаборатории № 2 АН СССР,

4) 220-т[онная] электромагнитная установка Лаборатории № 2 АН СССР,

5) 220-т[онная] электромагнитная установка ОКБ при заводе «Электросила»;

б) система стабилизации напряжения выпрямительных установок, обеспечивающая неизменность напряжения с точностью до 0,03 % при колебаниях частоты питающей сети в пределах ± 3 %, напряжения сети в пределах ± 10 % и изменений нагрузки от 40 до 100% от ее номинальной величины.

Осуществление системы стабилизации напряжения с указанными параметрами представляет собой значительное техническое достижение.

Указанными системами стабилизации напряжения укомплектованы:

1) 60-тон[ная] электромагнитная установка Лаборатории №2 АН СССР,

2) 220-тон[ная] электромагнитная установка Лаборатории № 2 АН СССР,

3) 220-тон[ная] электромагнитная установка ОКБ при заводе «Электросила».

Кроме того, аналогичная установка в соответствии с Постановлением Совета Министров СССР передана 9-му Управлению МВД для укомплектования электромагнитной установки Института «А»;

в) различные электромагниты для нужд лабораторий и институтов (для исследования ионных источников, для масс-спектрографов, для камер Вильсона и пр.);

г) циклотронная установка для Лаборатории № 2 АН [СССР] с электромагнитом весом 330 тонн, агрегатом его питания, системой охлаждения и вышеуказанной системой стабилизации магнитного поля.

Генератор высокой частоты для этой циклотронной установки разработан и изготовлен заводом № 678 Министерства промышленности средств связи.

Указанная циклотронная установка в настоящее время заканчивается монтажом и является самой большой циклотронной установкой в Советском Союзе;5

д) опытная разделительная установка для Лаборатории № 2 АН [СССР] с электромагнитом весом 220 тонн, агрегатом его питания, системой охлаждения, вышеуказанной системой стабилизации магнитного поля, высоковольтной выпрямительной установкой на 60 кВ с вышеуказанной системой стабилизации напряжения.

Опытная разделительная установка в настоящее время монтируется в Лаборатории № 2 АН [СССР];

е) аналогичная установка поставлена в Лаборатории завода «Электросила» и используется для лабораторных работ ОКБ и сектора № 1 ЛФТИ АН [СССР].

В результате проектных и экспериментальных работ ОКБ при заводе «Электросила» разработан эскизный проект многокамерной электромагнитной разделительной установки,14 позволявший практически подойти к выбору оборудования для промышленного предприятия по электромагнитному разделению и к строительству такого предприятия.

Предложенная оригинальная конструкция многокамерного электромагнита26 позволяет при изготовлении оборудования для предприятия электромагнитного разделения с производительностью 150 г урана-235 в сутки уменьшить количество перерабатываемого металла в 4-5 раз (25 000-30 000 тонн вместо 150 000 тонн) по сравнению с выполнением отдельных (однокамерных) электромагнитов и существенно сократить объем работ по строительству цехов электромагнитного разделения.

Применение многокамерной конструкции электромагнитов разделительных установок облегчит изготовление основного электрооборудования для предприятия электромагнитного разделения.

Работа Центральной вакуумной лаборатории

Центральной вакуумной лабораторией Министерства промышленности средств связи:

а) разработана конструкция и изготовлены для оснащения лабораторий и институтов 675 штук диффузионных фракционирующих насосов на скорость откачки 100 л/сек.

Разработанная конструкция насосов передана для освоения заводу № 44 Министерства вооружения, который уже изготовил первую партию этих насосов в количестве 50 штук;

б) разработана конструкция и изготовлен опытный образец диффузионно-фракционирующего насоса на скорость откачки 1 000 л/сек. В настоящее время насос находится на испытании;




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   252   253   254   255   256   257   258   259   ...   290


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

    Главная страница