VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Большой секрет ГАЗ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
После осуществления в 1942 году цепной ядерной реакции деления урана под руководством Э.Ферми и запуска 25 декабря 1946 г первого ядерного реактора в СССР возникла потребность в ядерном топливе. Естественный уран, добываемый как полезное ископаемое, не способен быть топливом, так как он состоит, в основном, из изотопа урана 238U. Для превращения естественного урана в топливо необходимо обогатить его изотопом 235U. Для этого необходимо разделение изотопов. Проблема по разделению изотопов имеет долгую и чрезвычайно интересную историю. Освоение атомной промышленности в России и других странах мира невозможно представить без этой основополагающей стадии ядерного цикла. Создание установок для разделения изотопов было и остаётся приоритетным в развитии ядерной индустрии.
Более 95% мощностей мировой разделительной промышленности основывается на двух молекулярно – кинетических методах: методе газовой диффузии и центробежном методе. Среди этих двух методов центрифужный является наиболее эффективным, так как эта технология обогащения урана оказалась менее энергоёмкой и затратной в сравнении с газодиффузным методом. Применение центрифуг позволило также строить производство с КПД, близким к 100%, минимальным воздействием на экологию и максимальной автоматизацией производства.
Большой секрет ГАЗ
Из истории создания ОКБ
В 1961году решением Совета Министров РСФСР (№124 от 24.03.61) на Горьковском автозаводе было создано ОКБ (опытно – конструкторское бюро) с целью разработок новых конструкций специального оборудования центробежной технологии – центрифуг для выполнения заказов МСМ (Министерство среднего машиностроения) по атомной энергетике. Выбор пал на Горьковский автозавод, который мог обеспечить поточно-массовое производство и стал головным по технологии изготовления ГЦ (газовых центрифуг). Поскольку по своим технологическим особенностям изделие включало элементы производства, характерные для приборостроительной, часовой, оборонной и электротехнической промышленности, то в целях ускорения освоения выпуска ГЦ к их изготовлению были привлечены еще несколько заводов. ОКБ являлось одним из двух организаций в стране, занимающейся проектированием центрифуг, что уже в ранней стадии ликвидировало монополизм и способствовало ускоренному развитию отрасли. Начиная с 1962 года ОКБ участвовало в создании и освоении в производстве практически всех моделей газовых центрифуг, серийно выпускаемых промышленностью. В феврале 1965 года объект преобразуется в производство нестандартного оборудования (ПНО). Производство было засекреченным, руководил производством Л.П.Берий. КГБ специально создавало легенды («лапшу») чтобы скрыть производство от вражеской разведки. Даже работники (непосредственные участники производства) думали, что они производят детали для военно-морского флота, новых автомобилей. Лишь 20% от 4000 человек работавших на производстве ГЦ знали, что они делали. В течение долгого времени ни одна разведка мира не знала о существовании ОКБ. Это и был «Большой секрет ГАЗ».
Участок натуральных испытаний опытных образцов центрифуг на ГАЗ
Промышленное освоение Россией высокоэффективной газоцентрифужной технологии разделения урана достигло к настоящему моменту общей производительности 19000 мтЕРР/год. На сегодняшний день в России эксплуатируется около 37% всех мировых разделительных мощностей, в том числе около 77% мировых центробежных мощностей. Российское разделительные производства полностью обеспечивают потребности отечественных АЭС и поставляют на мировой рынок до 25% потребляемых ЕРР. Все эти успехи достигнуты благодаря научной деятельности и наших соотечественников работающих в ЗАО «ОКБ – Нижний Новгород» (сегодняшнее название ОКБ).
2.2. Газовая центрифуга
Газовая центрифуга – устройство для разделения газов с разным молекулярным весом. В частности это современный способ отделения изотопа урана U235 для последующего обогащения им топлива для атомных электростанций и атомного вооружения.
Основные части
центрифуги:
1. Капилляр питания;
2.Система демпфирования;
3. Гибкий ротор;
4.Корпус;
5. Патрубок для присоединения к диффузному насосу;
6. Система температурного градиента;
7. Статор электродвигателя;
8. Ротор электродвигателя;
9. Опорная игла;
10. Подпятник с системой демпфирования (Система демпфирования – система, позволяющая загасить или предотвратить, возникающие колебания).
Перед обогащением природная смесь изотопов (в природе существует лишь два изотопа урана уран-235 и уран-238) урана переводится в газообразную фазу в виде гексафторида урана. Гексафторид урана поступает по трубопроводу в роторное пространство возле оси ротора. В результате большой скорости вращения ротора газ концентрируется у стенки. У оси ротора возникает разреженная зона с более лёгкое фракцией (U235), тяжёлая (U238) скапливается на периферии. В результате осевой циркуляции газа внутри ротора тяжёлая фракция оказывается в верхней части центрифуги, а лёгкая внизу. Лёгкая фракция (продукт) выводится через газоотборник, а тяжёлая фракция (отвал) отбирается. Высокая степень разделения достигается использованием множества отдельных газовых центрифуг.
Производство газовых центрифуг.
Благодаря директору музея ГАЗ Н.В.Колесниковой нам удалось встретиться с ведущим инженером-конструктором ЗАО «ОКБ Нижний Новгород» Сергеем Петровичем Каревым, который рассказал о прошлом, настоящем и будущем производства газовых центрифуг на ГАЗе, подарил фильм «О производстве газовых центрифуг» с рассказом главного технолога ПНО ГАЗ А.И.Корочкина.
- Сергей Петрович, расскажите о самом производстве газовых центрифуг на нашем заводе.
Производство газовых центрифуг
На ГАЗе производились центрифуги вплоть до 6 поколения так называемых ГЦ-6. В настоящее время создано уже 9 поколений ГЦ, все поколения центрифуг до девятого были подкритическими. А центрифуга девятого поколения стала надкритической, и я горжусь тем, что оказался причастен к её созданию. Но мы с вами ушли немножко в сторону от вашего вопроса. Что же касается самого предприятия, то в цехах царила идеальная чистота: было чисто, как в операционной.
П
ричина такой идеальной чистоты в том, что газовые центрифуги очень чувствительные устройства и малейшее нарушение в технологии производства приводит к выходу центрифуги из строя. Одно время на заводе начали часто ломаться центрифуги и долго не могли решить, по какой причине.
Производство газовых центрифуг
В последствие, оказалось, что причиной поломки стал человеческий волос. Поэтому было принято решение, чтобы каждый человек, собиравший центрифугу, одевал белый халат, специальный чепчик и обувь.
- Вы в своем рассказе употребили термины: надкритическая и подкритическая центрифуга. В чём различия и преимущества этих центрифуг?
- Любое тело и центрифуга в частности имеет собственную частоту колебаний. При воздействии на центрифугу внешней силы с частотой равной собственной частоте центрифуги наблюдается явления резонанса (биение). Подкритическая центрифуга это та, которая вращается с частотой, меньшей чем резонансная частота ротора, надкритическая же проходит эту частоту и вращается с частотой большей чем резонансная. Центрифуги надкритические (9-ого поколения) более продуктивны из-за своих размеров, а также большей скорости вращения ротора.
Для того чтобы обогащение было наиболее эффективным, центрифуги собранны в блоки по 20 штук, блоки в секции, секции в каскады. В каскаде может быть около десяти тысяч центрифуг. Такое огромное количество центрифуг позволяет последовательно достичь более высокого обогащения ураном-235.
Цех по производству ГЦ
На заводах по обогащению длина цехов на столько велика, что работникам приходится передвигаться по нему на велосипедах.
Цех по производству ГЦ
- Много ли стран на сегодняшний день используют этот столь эффективный метод обогащения?
- Изотопное обогащение U-235 в промышленных масштабах освоено в США, Р России, Франции, Англии, Германии, Нидерландах, Японии и Китае. Но на сегодняшний день только несколько стран пользуются центрифужной технологией. Это Россия, международный консорциум URENCO, Япония, Китай. Даже наши главные конкуренты по атомной промышленности США, а так же Франция и Китай продолжают использовать газодиффузный метод.
- Есть ли какие-то различия между центрифугами производимыми в России и зарубежными аналогами?
- Центрифуги, производимые у нас в России имеют существенно меньшие размеры в сравнении с центрифугами, к примеру Европейской компании URENCO и работают более эффективно в сравнении с зарубежными аналогами.
- Сколько лет длилось производство на ГАЗе?
- Производство началось в 1961 году и закончено было в 1989, т.е. в течение 28 лет. После принятия решения о прекращении производства всё оборудование с завода было вывезено.
- По каким причинам было закрыто производство?
- Существуют две точки зрения: объективная и субъективная. Объективная: авария на четвёртом энергоблоке Чернобольской АЭС, произошедшая 26 апреля 1986г, последствия которой были на столько катастрофическими, что привели к уменьшению использования ядерного топлива и ядерного оружия. Субъективная: ГАЗ служил головным предприятием по производству центрифуг, производил около 60% всех газовых центрифуг в стране. Срок службы более 30 лет, поэтому государство, переставшее нуждаться в таком количестве центрифуг, вынуждено было закрыть производство газовых центрифуг именно на ГАЗе. Кончина руководителя проекта академика И.К.Кикоина тоже сыграла свою роль в закрытии производства.
- Что произошло с ПНО после закрытия?
- Пытались производить бытовую технику. С 1987 года были созданы производственные мощности по выпуску стиральных машин «Элита» конструкции ОКБ ПНО и бельевой центрифуги «Астра». ОКБ оказалось ненужным родному заводу. В 2003 году нас выкупил «ТВЭЛ». И сегодня ЗАО «ОКБ Нижний Новгород» является частью ТОПЛИВНОЙ КОМПАНИИ НА БАЗЕ ОАО «ТВЕЛ» ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ», существует на территории завода, арендуя площади принадлежащие ГАЗу. ОКБ по сей день занимается усовершенствованием газовых центрифуг. Мы продолжаем находиться всё в том же месте на ГАЗе, но не имеем к заводу никакого отношения.
- Возможно ли восстановление производства газовых центрифуг на ГАЗе?
- Это невозможно по причине того, что сейчас создаются центрифуги, имеющие огромный КПД, срок их службы достаточно велик и этих центрифуг вполне достаточно. В производстве центрифуг на ГАЗе страна не нуждается.
3. Заключение.
Исходя из всего выше сказанного, можно сделать вывод о том, что газовая центрифуга являлась и является одним из важнейших изобретений в атомной промышленности нашей страны, играет большую роль в политической и экономической сферах. Центрифуги, разработанные ОКБ ГАЗ, помогают поддерживать авторитет нашей страны в атомной энергетике по сей день. А главное, что именно наши земляки внесли огромный вклад в становление и развитие центрифужного метода разделения изотопов.
Основным назначением ГАЗ является выпуск автомобилей. Подобная продукция других стран, гораздо качественнее и более востребована на мировом рынке. Но более совершенного производства газовых центрифуг, освоенного на ГАЗе ни в одной стране мира не существует.
Первенство ГАЗ в производстве газовых центрифуг, не смотря на отставание в автомобильном производстве, оставляет надежду на то, что в будущем наш завод снова сможет производить востребованную обществом качественную продукцию.
Литература:
http://ru.wikipedia.org/wiki/Газовая_центрифуга
www.rosatom.ru/
Справочные пособия:
3. А.А. Орлов, А.В.Абрамов "РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ УРАНА"
4. Разработка и создание газоцентрифужного метода разделения изотопов в СССР (России), Министерство Российской федерации по атомной энергии
5. Учебник физики 11 класс Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин, 2010года.
6. А.И.Корочкин «Газ - не только автомобили», 1997