Проектная работа История ядерной индустрии России

История ядерной индустрии России

Цель работы:познакомиться теоретически с историей ядерной индустрии во времена СССР, проанализировать и исследовать её.

Гипотеза:предположим, что в наше время человечество все сильнее нуждается в потреблении энергии. Развитие ядерной промышленности в данном случае должно иметь большой потенциал, но мы наблюдаем сложную ситуацию.

Задачи:
1. Рассмотреть хронологию событий, которые происходили в ходе развития ядерной промышленности.

2. Сравнить Российскую промышленность в советское время и в настоящее.

Метод исследования - Теоретический:

1. Сравнение.

2. Анализ.

3. Чтение научной литературы.

Содержание

Аннотация………..……………………………………………………………. 4

Введение……………………………………………………………………….. 5

1 Теоретическая часть………………………………………………………....8

1.1 Атомные электростанции……………………….………………………...8

1.1.1 Что представляет из себя АЭС?........................…..….………………… 9

1.1.2 Устройство АЭС………………………………………………………… 9

1.1.3Безопасность российских АЭС………………………………..……...... 9

2.1 Атомный ледокольный флот……………………………………………11

2.1.1Как устроены атомные ледоколы?......................................................... 11

3.1Атомные подводные лодки……………………………………………… 13

3.1.1 Устройство атомной подводной лодки……………………………… 13

2Практическая часть...………………………………………………………..

Вывод………………………………………………………………………….

Заключение……………………………………………………………………

Список анализируемой и используемой литературы………………………

Аннотация

Ядерная энергетика- отрасль энергетики, использующая ядерную энергию для электрификации и теплофикации; область науки и техники, разрабатывающая методы и средства преобразования ядерной энергии в электрическую и тепловую.

Основа ядерной энергетики — атомные электростанции. Первая атомная электростанция (5 МВт), положившая начало использованию ядерной энергии в мирных целях, была пущена в СССР в 1954. К нач. 90-х гг. в 27 странах мира работало св. 430 ядерных энергетических реакторов общей мощностью ок. 340 ГВт. По прогнозам специалистов, доля ядерной энергетики в общей структуре выработки электроэнергии в мире будет непрерывно возрастать при условии реализации основных принципов концепции безопасности атомных электростанций.

Главные принципы этой концепции — существенная модернизация современных ядерных реакторов, усиление мер защиты населения и окружающей среды от вредного техногенного воздействия, подготовка высококвалифицированных кадров для атомных электростанций, разработка надежных хранилищ радиоактивных отходов и др.

Рассмотрим эту отрасль в два периода времени. На примере, СССР после военное время и России в наше время.

Введение

Первые шаги атомной науки были робкими, часто случайными, никто из ученых не представлял тогда последствий, значимости своих работ, носивших отвлеченный характер, не связанный с практическим применением. Только в конце тридцатых годов стало прорисовываться то страшное будущее, к которому приведут их открытия.

В начале 1940 года советские ученые Г.Флеров и Константин Петржак открыли спонтанное (самопроизвольное) деление ядер урана. Чтобы исключить влияние космических лучей на результаты экспериментов, ученые проводили их глубоко под землей в московском метро. Это открытие было важным для конструирования ядерных бомб и атомных реакторов, так как нейтроны спонтанного деления вносили заметный вклад в развитие цепной ядерной реакции.

Таким образом, к концу тридцатых годов мировая наука приблизилась к пониманию многих самых существенных явлений необходимых для осуществления цепной ядерной реакции в уране.

27 ноября 1942 года, через 5 дней после окружения немцев под Сталинградом, Государственный Комитет Обороны принял решение о разведочных работах по урану и добыче урановой руды. Так был сделан шаг навстречу атомному будущему России. В феврале 1943 года ГКО принимает постановление об организации при Академии наук СССР лаборатории ядерных исследований, которая получила кодовое название — Лаборатория №2.

Важнейшей составной частью урановой проблемы был ясный, но невероятно трудный план - начать усиленные поиски месторождений урана и организовать его добычу. Эта задача была поставлена специальным Постановлением Государственного Комитета Обороны 27 ноября 1942 года.

К началу целенаправленных поисков в СССР было известно пятьместорождений с общим запасом около 500 тонн урана. Эти месторождения и послужили базой, с которой начала свое развитие урановая промышленность Советского Союза.

К 1948 году были созданы технические и организационные предпосылки для успешной реализации разведки урановых месторождений. Были созданы и выпускались в необходимых количествах поисковые гамма-радиометры, позволяющие определять интенсивность гамма-излучения на поисковых маршрутах без отбора отдельных образцов; были разработаны и выпущены опытные серии аэро-гамма-радиометров, устанавливаемых на самолетах или вертолетах и измеряющие уровень гамма-излучения в процессе полета.

В итоге десятилетней деятельности крупных коллективов геологов, геофизиков и других специалистов в целом в СССР и странах Восточной Европы было открыто, разведано и передано в эксплуатацию более 50 месторождений урана с общими запасами 84 000 тонн. Таким образом, устойчивая база для реализации атомного проекта была успешно создана.

Для строительства атомной индустрии впервые были созданы особые условия. Финансирование отрасли шло через Госбанк СССР. Госплан беспрепятственно обеспечивал объекты всеми видами материалов, оборудования, приборов, причем, все они должны были быть советского производства, чтобы исключить даже малейшую зависимость от иностранных поставок. Для нужд строительства и промышленности беспрекословно выделялась рабочая сила, армейские строительные подразделения, войска НКВД, специалисты и рабочие различных Наркоматов, заключенные, причем последним за превышение норм выработки сокращали срок заключения. Заключенных в основном использовали на земляных работах, строительстве дорог, строительстве временного и капитального жилищного фонда.

Строили города и поселки городского типа со всеми видами удобств, со школами, медицинскими центрами, стадионами, кинотеатрами и т. под. В городах при крупных объектах селились десятки тысяч человек. Заработная плата всем категориям работников была существенно увеличена, налажено хорошее снабжение продуктами питания, выдаваемых до 1947 года по карточкам повышенной категории.

Объекты и населенные пункты при них окружали пограничной полосой с очень строгим пропускным режимом, все работы на объектах велись в строжайшем секрете.

Сталин оказался прав, настаивая на широком развертывании атомной индустрии. Помимо сокращения сроков создания атомного оружия при этом решались важные народнохозяйственные задачи:

• Быстро развивались ключевые отрасли науки и техники на самом высоком современном уровне.

• Росло число ученых и специалистов различных квалификаций.химиков, физиков, металлургов, электронщиков, машиностроителей и многих других. ВУЗы страны расширили выпуск специалистов по атомной тематике.

• Широкий набор ядерных технологий вызвал всеобщий подъем промышленности СССР. Были освоены новые виды продукции: разнообразные типы нержавеющих сталей и изделия из них, сложные высокоточные приборы, ЭВМ, автоматические системы управления и многое другое.

Помимо ядерных объектов, строились многочисленные вспомогательные сооружения, электростанции и т.д. Сотни тысяч строителей, инженеров, конструкторов, ученых принялись за новое дело поистине с русским размахом.

Атомные электростанции

Обнинская АЭС - атомная электростанция, расположенная в городе Обнинске Калужской области. Является первой в мире промышленной атомной станцией, подключенной в единую энергетическую сеть. В настоящее время Обнинская АЭС выведена из эксплуатации. Её реактор был заглушён 29 апреля 2002 года, успешно проработав почти 48 лет. Остановка реактора была вызвана научно-технической нецелесообразностью его дальнейшей эксплуатации. Обнинская АЭС является первой остановленной атомной электростанцией в России.

В октябре 1945 года Технический комитет рассмотрел записку академика Петра Капицы «О применении внутриатомной энергии в мирных целях». Общее руководство работами по мирному атому взял на себя президент Академии наук Сергей Вавилов. Вскоре Игорь Курчатов изложил свои соображения о возможности использования графитового реактора-наработчика плутония и для производства электроэнергии. Приняв во внимание доводы учёных, правительство СССР 16 мая 1949 года выпустило постановление о создании первой атомной электростанции. Научным руководителем работ был назначен Курчатов (в то же время занимавшийся созданием атомной бомбы), а главным конструктором реактора — Николай Доллежаль.

В мае 1950 года вышло постановление Правительства страны о начале работ по строительству первой АЭС. Через год был решён вопрос о месте её сооружения. В 1951 году вышло второе Постановление Совета министров СССР о разработке мероприятий по сооружению первой АЭС.

К сооружению был принят проект уран-графитового реактора канального типа с трубчатыми тепловыделяющими элементами (твэлами) с теплосъёмом некипящей воды под давлением 100 атмосфер. При выборе типа реактора учитывался опыт, который был накоплен при создании и эксплуатации промышленных реакторов, производивших плутоний. Техника получения тепловой и электрической энергии за счёт деления ядерного топлива в значительной мере использовала технику обычной тепловой энергетики.

Строительство здания АЭС началось в 1952 году на месте бывшей деревни Пяткино. Незадолго перед пуском реактора, в феврале 1954 года в ФЭИ был сооружён реактор нулевой мощности («критический стенд»). Он был собран в одной из лабораторных комнат, расположенных на первом этаже главного корпуса ФЭИ. Целью создания стенда, по мнению руководителя физических расчётов реактора АЭС М. Е. Минашина, была необходимость экспериментальной проверки пригодности расчётных методик, использовавшихся при определении характеристик реактора первой АЭС. На этом стенде 3 марта 1954 года впервые в ФЭИ (и на территории Калужской области) была осуществлена само-поддерживающаяся цепная реакция деления урана.

Что представляет из себя АЭС?

Атомная станция в любой стране обычно представляет собой комплекс зданий, в которых размещено соответствующее технологическое оборудование. Основным является главный корпус, где находится реакторный зал. В нем размещается сам реактор, бассейн выдержки ядерного топлива, перегрузочная машина (для осуществления перегрузок топлива), за всем этим наблюдают операторы с блочного щита управления (БЩУ).

Основным элементом реактора является активная зона. Она размещена в бетонной шахте. Обязательными компонентами любого реактора являются система управления и защиты, позволяющая осуществлять выбранный режим протекания управляемой цепной реакции деления, а также система аварийной защиты – для быстрого прекращения реакции при возникновении аварийной ситуации. Все это смонтировано в главном корпусе.

Есть также второе здание, где размещается турбинный зал: парогенераторы, сама турбина. Далее по технологической цепочке следуют конденсаторы и высоковольтные линии электропередач, уходящие за пределы площадки станции. На территории находятся также корпус для перегрузки и хранения в специальных бассейнах отработавшего ядерного топлива, административные здания. Кроме того, станции комплектуются, как правило, какими-то элементами оборотной системы охлаждения – градирнями (бетонная башня, сужающаяся кверху), прудом-охладителем (это либо естественный водоем, либо искусственно созданный) или брызгальными бассейнами (большие бассейны с разбрызгивающими устройствами).

Устройство АЭС

На АЭС происходит три взаимных преобразования форм энергии: ядерная энергия переходит в тепловую, тепловая – в механическую, механическая – в электрическую.

Основой станции является реактор - конструктивно выделенный объем, куда загружается ядерное топливо и где протекает управляемая цепная реакция. Наиболее часто на АЭС применяются 4 типа реакторов на тепловых нейтронах: 1) водо-водяные с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя; 2) графито-водные с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем; 3) тяжеловодные с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя; 4) графито-газовые с газовым теплоносителем и графитовым замедлителем.

Уран-235 делится медленными (тепловыми) нейтронами, в результате выделяется огромное количество тепла. Оно отводится из активной зоны теплоносителем - жидким или газообразным веществом, проходящим через ее объем. В качестве теплоносителя чаще всего используются вода, а в реакторах на быстрых нейтронах – расплавы металлов. Так осуществляется самое сложное превращение: ядерной энергии – в тепловую.

Тепло, отбираемое теплоносителем в активной зоне реактора, используется для получения водяного пара, вращающего турбину электрогенератора. Механическая энергия пара, образующегося в парогенераторе, направляется к турбогенератору, где она превращается в электрическую и дальше по проводам поступает к потребителям. Так протекают второе и третье преобразования. Затем пар охлаждается, и водный конденсат вновь возвращается в реактор – на повторное использование.

Безопасность российских АЭС

АЭС Российской Федерации эксплуатируются надежно и безопасно, что подтверждается результатами регулярных проверок как независимых органов (Ростехнадзора), так и международных организаций (ВАО АЭС и др.) За последние 16 лет на российских АЭС не зафиксировано ни одного серьезного нарушения безопасности.

На всех российских станциях после аварии на Чернобыльской АЭС были проведены дополнительные исследования возможных аварийных ситуаций и путей их преодоления. Были предприняты усилия по минимизации роль человеческого фактора в кризисных ситуациях, была проведена модернизация систем безопасности на старых станциях. Где этого было сделать нельзя, старые реакторы были остановлены, в настоящее время ведутся работы по выводу их из эксплуатации.

Атомный ледокольный флот

Атомный ледокол — морское судно с ядерной силовой установкой, построенное специально для использования в водах, круглогодично покрытых льдом. В СССР они были разработаны для обеспечения судоходства в холодных водах Арктики.

Атомный ледокольный флот развивался почти параллельно с отечественной атомной энергетикой. Одно из главных преимуществ атомного ледокола — отсутствие необходимости в регулярной дозаправке топливом, которое необходимо в плавании во льдах, когда такой возможности нет или дозаправка сильно затруднена. Единственной страной, обладающей флотом атомных ледоколов, является Россия.

На момент своей закладки ледокол «Ленин» был первым в мире судном, оснащенным ядерной силовой установкой и первым атомным гражданским судном. Спущен на воду 5 декабря 1957 года.Самыми главными его отличиями являются - высокий уровень автономности и мощность. Уже в ходе своего первого использования судно продемонстрировало превосходную работоспособность, благодаря чему удалось существенно увеличить период навигации. На протяжении первых шести лет использования атомный ледокол преодолел более 82 000 морских миль, проведя свыше 400 судов. Ледокол «Ленин» проработал 30 лет и в 1989 году был выведен из эксплуатации и поставлен на вечную стоянку в Мурманске. Сейчас на ледоколе действует музей, ведутся работы по расширению экспозиции.

В 2007 году, после 15-летнего перерыва на Балтийском заводе в Санкт-Петербурге был достроен ледокол «50 лет Победы» мощностью 75 тыс. л.с. Он был введен в эксплуатацию в марте 2007 года. На сегодняшний день это крупнейший в мире атомный ледокол.

Как устроены атомные ледоколы?

Атомные паропроизводящие установки (АППУ), являющиеся по сути плавучими мини-АЭС, состоят из 4 изолированных контуров.Вода первого контура прокачивается через активную зону и нагревает воду второго контура, превращая ее в перегретый пар. Пар с температурой 3000С подается на главные турбины, вырабатывающие электрический ток для вращения винтов. Третий контур охлаждает оборудование АППУ, его вода имеет незначительную радиоактивность. Четвертый контур охлаждает пар второго контура, в качестве теплоносителя используется забортная вода. Современные АППУ изготовлены так, чтобы защитить экипаж и население от облучения, а окружающую среду — от загрязнения радиоактивными веществами. При этом исключается попадание продуктов деления в теплоноситель, а на возможных путях выхода радиоактивных веществ созданы защитные барьеры между ядерным топливом и окружающей средой.

Атомные подводные лодки

Половина мирового запаса ядерного оружия спрятана под водой — в пусковых шахтах атомных подводных лодок, бороздящих 70% поверхности земного шара. Объекты космической сложности — атомные субмарины — умеют строить всего шесть стран: Индия, Китай, Великобритания, Франция, США и Россия.

Начало советскому атомному флоту было положено в 1952 году, когда разведка доложила Сталину, что американцы приступили к строительству атомной субмарины. Одновременно с ледоколом строилась атомная подводная лодка (АПЛ). Правительственное решение о строительстве атомной подводной лодки было подписано в 1952 году, а в августе 1957 года лодку спустили на воду. Эта первая советская АПЛ получила название — «Ленинский комсомол». Она совершила подледный поход к Северному полюсу и благополучно вернулась на базу.

Устройство атомной подводной лодки

Топливом на атомной подводной лодке служит металл уран. Тепло выделяется в урановых стержнях, ядерного реактора. Чтобы регулировать количество тепла, в реактор между урановыми стержнями вставляют стержни из металла кадмия, которые жадно поглощают «спички», «поджигающие» деление урана. Этими «спичками» служат нейтроны, которые блуждают по реактору. Выньте из зоны реакции регулирующие стержни, и реактор будет выделять наибольшее количество тепла. Вдвиньте регулирующие стержни в реактор до конца, и реактор погаснет.

Выделяемое в реакторе тепло выносится из зоны реакции текущей между урановыми стержнями водой. Нагретая до высоких температур вода поступает в первый теплообменник, где отдает свое тепло другому контуру воды. Эта уже вода второго контура. Превращается в пар, который направляется на лопатки турбины, которая вращает и гребной винт, и электрогенератор, снабжающий электричеством все помещения и оборудование подлодки, и подзаряжает электроаккумуляторы.

Когда пар пройдет через турбину, его нужно превратить в воду. Для этого пар проходит через второй теплообменник, который охлаждается забортной водой. Вода, вернувшись в первый теплообменник, повторяет цикл рождения пара.

За атомной подводной лодкой тянется след более теплой воды, нежели температура моря. Теплый след можно определить и по «теплой» воде найти атомную подводную лодку. Этим обстоятельством пользуются боевые вертолеты. Они опускают в море буи, которые измеряют температуру воды.

Вокруг реакторного моноблока расположены продублированные средства биологической защиты. Отключение реактора в аварийной ситуации — автоматическое.

Если же полученные при аварии повреждения окажутся столь значительны, что экипажу придется покинуть судно, на борту предусмотрена мини-подлодка, способная принять весь экипаж.

Практическая часть

I.Атомные электростанции

СССР

Россия

Обнинская (1954г)

Сибирская (1957г)

Белоярская (1964г)

Нововоронежской (1964г)

Билибинской (1974г)

Армянской (1975г)

Игналинской (1983г)

Курской (1976г)

Ленинградская (1973г)

Чернобыльская (1976г)

Игналинская АЭС (1983г)

Балаковская (1985г)

Калининская (1984г)

Кольская (1973г)

Смоленская (1982г)

Балаковская

Белоярская

Билибинская

Калининская

Кольская

Курская

Ленинградская

Нововоронежская

Ростовская (2001г)

Смоленская

Табл.1

В настоящее время в Российской Федерации 10 действующих АЭС . Практически все действующие АЭС введены в эксплуатацию в 70-80 гг. прошлого века. Проектный срок службы существующих атомных блоков ограничен 30 годами, хотя и может быть увеличен в ходе комплекса организационно-технических мер до 45 лет. Бесконечное продление эксплуатации АЭС не представляется возможным из-за накапливающихся эффектов от воздействия радиационного излучения на конструкционные материалы блоков, поэтому после 2010 г. все энергоблоки советской постройки придется выводить из эксплуатации.

Застой в развитии российского атомного комплекса создал дополнительные проблемы, связанные с потерей квалифицированных кадров и утратой культуры производства. Предприятия уже сегодня заказывают в 1,5–2 раза больше специалистов, чем можно предоставить при сегодняшнем уровне финансирования ВУЗов. Во времена СССР на территории России на строительстве АЭС было занято до 70 тыс. рабочих. Кроме этого, дополнительно 20% к общей численности занятых на сооружении АЭС составляли военные строители и кадры стран СЭВ. Только монтажников в системе Минсредмаша было 30 тыс. человек. Все это надо восстанавливать, поскольку в современной России основной контингент строителей составляют гастарбайтеры из Средней Азии и Молдавии, которых привлечь к строительству АЭС невозможно по определению. На сегодняшний день строительно-монтажный потенциал на площадках российских АЭС уменьшился до 5 тыс. человек, собранных со всей страны. Кадровые и организационные проблемы стоят и перед предприятиями атомного машиностроения России.

В истории развития ядерной энергетики сложилась парадоксальная ситуация: между пуском первой опытной АЭС и началом широкомасштабного ввода в строй энергетических реакторов прошло почти 20 лет. В годы СССР был большой интерес у властей к ядерной промышленности, чем в наше время.

II. Атомный ледокольный флот

СССР

Россия

8 атомных ледоколов:

«Ленин», «Сибирь», «Арктика», «Россия», «Советский Союз», «Ямал», «Таймыр» и «Вайгач»;

Лихтеровоз-контейнеровоз

«Севморпуть»;

Плавбазы:

«Лепсе» и «Володарский».

6 атомных ледоколов:

«Россия», «Советский Союз», «Ямал», «50 лет Победы», «Таймыр» и «Вайгач»;

Лихтеровоз-контейнеровоз

«Севморпуть»;

Плавтехбазы:

«Имандра» и «Лота»;

Спецтанкер для жидких радиоактивных отходов «Серебрянка»;

Судно для обеспечения санитарной обработки персонала и дозиметрического контроля «Роста-1».

Табл.2

Чтобы навечно не встать у причалов в сложные времена, пришлось искать способы заработать. Атомные гиганты стали круизными ледоколами - возили зажиточных туристов к Северному полюсу. За весомую сумму те получали экзотику. Стоя на носу ледокола, можно увидеть, кроме льдов, белых медведей и китов. А потом провести кругосветный хоровод вокруг Северного полюса. Туристов хватает и сейчас. А годы спада направили поток товаров в другое русло. Вместо льдов, караваны судов предпочитают идти по отлаженной системе: Суэцкий канал и далее по назначению. Не пугают ни расстояние, ни даже сомалийские пираты. Для того, чтобы груз опять пошел через Арктику, России нужно не только восстанавливать северную экономику, а снова убеждать, что так выгоднее.

В 2010 году отечественный атомный флот пополнится современным контейнеровозом водоизмещением 4 тыс. тонн, предназначенным для перевозки отработавшего ядерного топлива и радиоактивных отходов. Судно будет построено итальянской компанией Fincantieri в рамках соглашения между Госкорпорацией «Росатом» и Министерством экономического развития Италии.

Из таблицы 2 мы видим, что атомный ледокольный флот в наше время намного лучше развивается, чем во времена СССР.

III. Атомные подводные лодки

СССР

Россия

К-284 "Акула" (1984)

К-263 "Дельфин” (1985)

К-322 "Кашалот” (1986)

К-391 "Братск" (1987)

К-331 "Нарвал" (1989)

К-480 "Барс (1989)

К-317 "Пантера" (1990)

К-419 "Морж" (1992)

К-267 "Дракон" (1996)

К-461 "Волк" (1992)

К-157 "Вепрь" (1996)

К-328 "Леопард" (1993)

К-154 "Тигр" (1994)

К-335 "Гепард" (1998)

К-337 "Кугуар" (2001)

К-333 "Рысь" (2001)

К-152 "Нерпа" (2002)

Табл. 3

После распада СССР в России появился интерес к подводным лодкам, государство и правительство стали относиться намного серьезнее к атомному подводному флоту (табл.3).

Вывод

После исследования моей работы, можно сделать следующие выводы:

В связи с угрозой ядерной войны Советский Союз вынужден был принять все меры для развития атомной энергетике, создавая наилучшие условия. Не смотря на тяжелое военное время, власти выделяли огромные средства для развития данной промышленности. Сталин вел грамотную политику, обеспечивая работников и ученых всеми благоприятными удобствами, что привело к прорыву, не только в ядерной индустрии, но и в других сферах промышленности, таких как строительство населенных пунктов, школ, медицинских учреждений, создавались новые рабочие места.
После распада Советского Союза следует сказать, что в целом ситуация в области использования ядерной энергетики в России непростая, весьма динамичная и многогранная. При всех сложностях и недостатках, которые существуют у сегодняшней технологической базы ядерной энергетики, ее масштабное развитие на ближайшие 30-40 лет безальтернативно, хотя люди нуждаются в ней.

К сожалению, первые разработки носили чисто военный характер. Но, с другой стороны, приятно осознавать, что именно в нашей стране была построена первая в мире АЭС, первое надводное судно с «ядерным» двигателем (ледокол «Ленин»), а сейчас Россия является мировым лидером в области ядерной энергетики на быстрых нейтронах.