Атомна електростанція як об’єкт інтелектуальної власності

Міністерство освіти і науки України

Рівненський державний гуманітарний університет

Кафедра економічної кібернетики

РЕФЕРАТ

з предмету «Інтелектуальна власність»

на тему:

„Атомна електростанція як об'єкт інтелектуальної власності”

Підготувала:

студентка V курсу

психолого-природничого

факультету групи ПЮ-52

Яворська І.С.

Перевірила:

Доц. Юскович-Жуковська В.І.

Рівне - 2007

Зміст

І. Вступ.

ІІ. Початкові розробки в сфері атомної енергії.

ІІІ. Перший проект реактора для атомної електростанції в СРСР.

ІІІ. Висновок.

Вступ

На сьогодні не можливо уявити життя без електроенергії: вона дає світло, зігріває нас, за допомогою неї ми можемо приготувати їжу. Тобто, вона всюди. Життя без електроенергії можна порівняти з первісним суспільством. Електроенергія виконує чимало функцій замість людини і таким чином спрощує їй життя. в даному повідомленні розглядається один із найпоширеніших шляхів добування електричної енергії - атомна електростанція.

Перша в світі атомна електростанція була побудована в СРСР через 10 років після атомного бомбардування Хіросіми. Перший енергетичний реактор був не стільки промисловим, скільки науковим об'єктом. Сучасні АЕС набагато досконаліші, але їх шлях вдосконалення тривав чимало років.

ІІ. Початкові розробки в сфері атомної енергії.

Перша у світі атомна електростанція була побудована в СРСР через десять років після атомного бомбардування Хіросіми. Цій найважливішій в історії техніки події передувала самовіддана і напружена робота зі створення власної ядерної зброї. Цю роботу очолив видний учений і талановитий організатор Ігор Курчатов. В 1943 році Курчатов створив у Москві свій дослідницький центр (у той час він звався Лабораторія № 2, а пізніше був перетворений в Інститут атомної енергії). У цій та у деяких інших лабораторіях у найкоротший термін були повторені всі дослідження американських учених, отримані чистий уран і чистий графіт. У грудні 1946 року тут же була здійснена перша ланцюгова реакція на дослідному ядерному ураново-графітному реакторі Ф1. Потужність цього реактора ледь досягала 100 Вт. Однак на ньому вдалося одержати важливі дані, що послужили основою для проектування великого промислового реактора, розробка якого вже йшла з повним розмахом.

Досвіду по будівництву такого реактора в СРСР не було ніякого. Після деяких роздумів Курчатов вирішив доручити цю роботу НДІ Хіммаш, яким керував Микола Доллежаль. Хоча Доллежаль був чистий хімік-машинобудівник і ніколи не займався ядерною фізикою, його знання виявилися дуже цінними. Втім, власними силами НДІ Хіммаш теж не зумів би створити реактор. Робота пішла успішно тільки після того, як до неї підключилося ще кілька інститутів. Принцип дії й пристрій реактора Доллежалю були загалом ясні: у металевий корпус поміщалися графітові блоки з каналами для уранових блоків і регулюючих стрижнів - поглиначів нейтронів. Загальна маса урану повинна була досягати розрахованої фізиками необхідної величини, при якій починалася підтримувана ланцюгова реакція розподілу атомів урану. У результаті реакції розподілу ядер урану виникали не тільки два осколки (два нових ядра), але й кілька нейтронів. Ці нейтрони першого покоління й служили для підтримки реакції, у результаті якої виникали нейтрони другого покоління, третього й так далі. У середньому на кожну тисячу виниклих нейтронів тільки деякі народжувалися не миттєво, у момент розподілу, а ледве пізніше вилітали з осколків. Існування цих так званих запізнілих нейтронів, що є дрібною деталлю в процесі розподілу урану, виявляється вирішальною для можливості здійснення керованої ланцюгової реакції. Частина з них запізнюється на частки секунди, інші - на секунди й більше. Кількість запізнілих нейтронів становить усього 0,75% від їхньої загальної кількості, однак вони істотно (приблизно в 150 разів) сповільнюють швидкість наростання нейтронного потоку й тим самим полегшують завдання регулювання потужності реактора. Саме за цей час, маніпулюючи поглинаючими нейтрони стрижнями, можна втрутитися в хід реакції, сповільнити її або прискорити. Більшість нейтронів народжується одночасно з розподілом, і за короткий час їхнього життя (приблизно стотисячні частки секунди) неможливо вплинути на хід реакції, як неможливо зупинити атомний вибух, що вже почався. Відштовхуючись від цих відомостей, колектив Доллежаля зумів швидко впоратися із завданням. Уже в 1948 році був побудований плутонієвий завод з декількома промисловими реакторами, а в серпні 1949 року була випробувана перша радянська атомна бомба.

ІІІ. Перший проект реактора для атомної електростанції в СРСР.

Після проведених досліджень Курчатов міг приділити більше уваги мирному використанню атомної енергії. За його дорученням Фейнберг і Доллежаль почали розробляти проект реактора для атомної електростанції. Перший робив фізичні розрахунки, а другий - інженерні. Те, що ядерний реактор може бути не тільки виробником збройового плутонію, але й потужною енергетичною установкою, стало ясно вже першим його творцям. Одним із зовнішніх проявів ядерної реакції, що протікає, поряд з радіоактивним випромінюванням є значне виділення тепла. В атомній бомбі це тепло звільняється миттєво й служить одним з її вражаючих факторів. У реакторі, де ланцюгова реакція перебуває немов би в тліючому стані, інтенсивне виділення тепла може тривати місяці й навіть роки, причому кілька кілограмів урану можуть виділити стільки ж енергії, скільки виділяється при згорянні декількох тисяч тон звичайного палива. Оскільки радянські фізики вже навчилися управляти ядерною реакцією, проблема створення енергетичного реактора зводилася до пошуку способів знімання з нього тепла. Досвід, отриманий у ході експериментів Курчатовим, був дуже цінним, однак не давав відповіді на багато питань. Жоден з побудованих до цього часу реакторів не був енергетичним. У промислових реакторах теплова енергія була не тільки не потрібна, але й шкідлива - її доводилося відводити, тобто прохолоджувати уранові блоки. Проблема збору й використання тепла, що виділилося в ході ядерної реакції, ні в СРСР, ні в США ще не розглядалася.

Найважливішими питаннями на шляху проектування енергетичного реактора для АЕС було: який тип реактора (на швидкі або на повільних нейтронах) буде найбільш доцільний, що повинне бути сповільнювачем нейтронів (графіт або важка вода), що може служити теплоносієм (вода, газ або рідкий метал), якими повинні бути його температура й тиск. Крім того, було багато й інших питань, наприклад, про матеріали, про безпеку для персоналу й про збільшення ККД. Зрештою Фейнберг і Доллежаль зупинилися на тому, що вже було випробувано: стали розробляти реактор на повільних нейтронах із графітовим сповільнювачем і водяним теплоносієм. У їхньому використанні вже був накопичений добрий практичний і теоретичний досвід. Це зумовило успіх їхнього проекту. В 1950 році технічна рада Міністерства середнього машинобудування з декількох запропонованих варіантів вибрав реактор, розроблена НДІ Хіммаш. Проектувати електростанцію в цілому (її вирішено було будувати в Обнінську) доручили одному з Ленінградських НДІ, очолюваному Гутовим. Планована потужність першої атомної електростанції - 5000 квт - багато в чому була обрана випадково. Саме тоді МАЕС списав цілком працездатний турбогенератор потужністю 5000 квт і переправив його в споруджуваний Обнінськ. Під нього й вирішили проектувати всю АЕС.

Енергетичний реактор був не стільки промисловим, скільки науковим об'єктом. Безпосередньо будівництвом АЕС керувала Обнінська фізико-енергетична лабораторія, заснована в 1947 році. У перші роки тут не було ні достатніх наукових сил, ні необхідного устаткування. Умови життя також були далекі від прийнятних. Місто тільки будувалося. Неасфальтовані вулиці покривалися навесні й восени непролазним брудом, у якій безнадійно грузнули машини. Більшість жителів тулилося в дерев'яних бараках і незатишних «фінських» будиночках. Лабораторія розташовувалася в зовсім випадкових і не пристосованих для наукових цілей будинках (один - колишня дитяча колонія, інший - особняк Морозових). Електрику виробляла стара парова турбіна на 500 квт. Коли вона зупинялася, все селище й будівництво поринали в темряву. Найскладніші розрахунки вироблялися вручну. Однак учені (багато хто з яких тільки недавно повернулися із фронту) непохитно переносили труднощі. Думка, що вони проектують і будують першу у світі атомну електростанцію, розбурхувала уяви й збуджувала величезний ентузіазм.

Що стосується суто наукових проблем, вони теж були дуже непростими. Принципова відмінність енергетичного реактора від промислового полягало в тому, що в другому типі реактора вода служила тільки охолоджувачем і ніяких інших функцій не несла. До того ж надлишки тепла, що відводять водою такі, що температура її неабияк не дотягала до точки кипіння. Тут же воді потрібно було виступати в ролі енергоносія, тобто служити для утворення пари, здатної виконувати корисну роботу. А виходить, було потрібно максимально підняти температуру й тиск. Для ефективної роботи турбогенератора було потрібно принаймні одержати пару з температурою понад 200 градусів і тиском 12 атм. (що, до речі, було для того часу дуже мало, але вирішили поки обмежитися цими параметрами).

При будівництві за основу була взята конструкція промислового реактора. Тільки замість уранових стрижнів передбачалися уранові тепловиводячі елементи - твели. Різниця між ними полягала в тому, що стрижень вода обтікала зовні, твел же являв собою двохстінну трубку. Між стінками розташовувався збагачений уран, а по внутрішньому каналі протікала вода. Розрахунки показали, що при такій конструкції нагріти її до потрібної температури набагато простіше. По ескізних кресленнях вимальовувався наступний вигляд реактора. У середній частині циліндричного корпуса діаметром більше 1,5 м перебуває активна зона - графітова кладка висотою близько 17 м., пронизана каналами. Одні з них призначалися для твелів, інші - для стрижнів, що поглинають нейтрони й автоматично підтримують рівновагу на заданому рівні. У нижню частину скупчення твелів повинна надходити холодна вода (яка насправді аж ніяк не холодна - температура її близько 190 градусів). Пройшовши через тепловиводячі елементи й ставши на 80 градусів гарячіше, вона потрапляла у верхню частину скупчення, а відтіля - у колектор гарячої води. Щоб не скипіти й не перетворитися в пару (це могло викликати ненормальну роботу реактора) вона повинна була перебувати під тиском в 100 атм. З колектора гаряча радіоактивна вода текла по трубах у теплообмінник-парогенератор, після чого, пройшовши через циркулярний насос, поверталася в колектор холодної води. Цей струм називався першим контуром. Теплоносій (вода) циркулювала в ньому по замкнутому колу, не проникаючи назовні. У другому контурі вода виступала в ролі робочого тіла. Тут вона була нерадіоактивна й безпечна для навколишніх. Нагрівшись у теплообміннику до 190 градусів і перетворившись у пару з тиском 12 атм., вона підводилась до турбіни, де й робила свою корисну роботу. Покинувша турбіну пара повинна була конденсуватися й знову направлятися в парогенератор. ККД всієї енергетичної установки становив 17%.

Ця начебто проста в описі схема насправді була технічно дуже складною. Теорії реактора тоді не існувало - вона народжувалася разом з ним. Особливо складним елементом були твели, від влаштування яких багато в чому залежало ККД всієї установки. Процеси, що протікали в них, були дуже складні із всіх точок зору: потрібно було вирішити, як і яким чином завантажувати в них уран, до якого ступеня необхідно його збагачувати, яким способом домогтися циркуляції води, що перебувала під високим тиском, і як забезпечити теплообмін. З декількох варіантів були обрані твели, розроблені Володимиром Малих - з ураново-молібденовим порошком (уран був збагачений до 5%), спресованим з тонко здрібненим магнієм - цей метал повинен був створити ефективний тепловий контакт урано-молібденового сплаву зі стінкою твела.

Не тільки начинка твела, але і його оболонка створювала проблему. Матеріал тепловиводячих елементів повинен був мати міцність, протикорозійну стійкість й не повинен був міняти своїх властивостей під тривалим впливом радіації. Кращий з хімічної точки зору матеріал - нержавіюча сталь - не подобався фізикам, тому що він сильно поглинав нейтрони. Зрештою, Доллежаль все-таки зупинився на сталі. Щоб компенсувати її поглинаючі властивості, вирішено було збільшити відсоток збагаченого урану (уже набагато пізніше для твелів був розроблений спеціальний цирконієвий сплав, що відповідав всім необхідним умовам). Виготовлення твелів і зварювання нержавіючої сталі виявилися надзвичайно важкими. Кожен твел мав багато швів, а таких твелів було 128. Тим часом вимоги до герметичності швів пред'являлися найвищі - їхній розрив і влучення гарячої води під високим тиском в активну зону реактора загрожували лихом. Одному з багатьох інститутів, які працювали над цією проблемою, була доручена розробка технології зварювання нержавіючої сталі. Зрештою робота була з успіхом виконана. Реактор був запущений у травні 1954 року, а в червні того ж року АЕС дала перший струм.

На першій АЕС була ретельно продумана система керування процесами, що протікають у реакторі. Були створені пристрої для автоматичного й ручного дистанційного керування регулюючими стрижнями, для аварійної зупинки реактора, пристосувань для заміни твелів. Відомо, що ядерна реакція починається лише при досягненні деякої критичної маси речовини, що ділиться. Однак у процесі роботи реактора ядерне пальне вигорає. Тому необхідно розрахувати значний запас палива, щоб забезпечити роботу реактора більш-менш значний час. Вплив цього надкритичного запасу на хід реакції компенсувався спеціальними стрижнями, що поглинали надлишкові нейтрони. При необхідності збільшити потужність реактора (у міру вигоряння пального) регулюючі стрижні трохи висувалися з активної зони реактора й установлювалися в такому положенні, коли реактор перебуває на грані ланцюгової реакції і йде активний розподіл ядер урану. Нарешті, були передбачені стрижні аварійного захисту, опускання яких в активну зону миттєво гасило ядерну реакцію.

Довгий час винахідники атомної електростанції в СРСР намагались отримати патент на використання цього пристрою. Проте завдяки роботам фізиків І. Курчатова і М. Доллежаля вдалося його отримати.

Висновок

Отже, ми розглянули один з найгеніальніших винаходів ХХ - ХХІ століття - атомну електростанцію. На початку ядерний реактор розглядали, як виробник збройного плутонію, а пізніше - сильну енергетичну установку. Першими розробили проект реактора для атомної електростанції М. Доллежаль і С. Фейнберг. Енергетичний реактор був не стільки промисловим, скільки науковим. Тобто, принциповою відмінністю енергетичного реактора від промислового була та, що в другому типі реактора вода служила тільки охолоджувачем і ніяких інших функцій не виконувала. Отже, ми бачимо, що перша АЕС не була такою вдосконаленою, як сучасна. АЕС має багато позитивних сторін, але разом з тим, слід пам'ятати про шкідливу дію атомної електростанції на здоров'я людини. Наприклад, згадаймо сумний досвід України і всього світу - Чорнобильську АЕС. Звичайно, багато що залежить від правильної діяльності людини. Але і АЕС по своїй суті за основу має ядерну реакцію. Слід згадати, що спершу ядерний реактор був виробником збройного плутонію.

Тому в ХХІ столітті слід шукати нові, безпечніші, альтернативні джерела електроенергії, але разом з тим, удосконалювати вже існуючі. На сьогодні серед альтернативних джерел електроенергії широко використовують:

- енергію вітру;

- енергію сонця;

- енергію припливів і відпливів.

- енергія морів і океанів;

- енергія внутрішнього тепла Землі;

Тому людство в ХХІ столітті широко звертається до альтернативних джерел електроенергії, адже вони більш безпечні для здоров'я людини.

Використана література

1. К. Рыжов Сто великих изобретений. - СПб., 2002 г.

2 Підручники з фізики 8 - 11 клас.

3 Л. Вальчук Основи екологічної безпеки. - К., 2001.

4 . Хедик Сучасні джерела електроенергії. // Техніка і сучасність. - К., 1997. - № 4