|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Centrale nucléaire. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Centrale nucléaire (CNP) - une installation nucléaire pour la production d'énergie dans des modes et conditions d'utilisation spécifiés, située sur le territoire défini par le projet, dans laquelle un réacteur nucléaire (réacteurs) et un complexe de systèmes, dispositifs, équipements nécessaires et des structures avec les travailleurs nécessaires sont utilisées à cette fin (personnel). La première centrale nucléaire au monde a été construite en URSS neuf ans après le bombardement atomique d'Hiroshima. Cet événement le plus important de l'histoire de la technologie a été précédé d'un travail fébrile et intense pour créer nos propres armes nucléaires. La recherche scientifique était dirigée par un éminent scientifique et organisateur talentueux Igor Kurchatov.
En 1943, Kurchatov créa son propre centre de recherche à Moscou (à l'époque il s'appelait Laboratoire n ° 2, et plus tard il fut transformé en Institut de l'énergie atomique). Dans ce laboratoire et dans d'autres, toutes les études des scientifiques américains ont été répétées dans les plus brefs délais, de l'uranium pur et du graphite pur ont été obtenus. En décembre 1946, la première réaction en chaîne a été réalisée ici dans le réacteur nucléaire expérimental uranium-graphite F1. La puissance de ce réacteur atteint à peine 100 watts. Cependant, il a réussi à obtenir des données importantes qui ont servi de base à la conception d'un grand réacteur industriel, dont le développement battait déjà son plein. Il n'y avait aucune expérience dans la construction d'un tel réacteur en URSS. Après réflexion, Kurchatov a décidé de confier ce travail à NIIkhimmash, dirigé par Nikolai Dollezhal. Bien que Dollezhal était un pur chimiste mécanique et n'avait jamais étudié la physique nucléaire, ses connaissances se sont avérées très précieuses. Cependant, NIIkhimmash n'aurait pas non plus été capable de créer un réacteur à lui seul. Le travail n'a réussi qu'après que plusieurs autres instituts l'ont rejoint. Le principe de fonctionnement et la conception du réacteur de Dollezhal étaient généralement clairs : blocs de graphite avec canaux pour blocs d'uranium et barres de contrôle - absorbeurs de neutrons placés dans un boîtier métallique. La masse totale d'uranium devait atteindre la valeur requise calculée par les physiciens, à laquelle la réaction en chaîne soutenue de fission des atomes d'uranium a commencé. À la suite de la réaction de fission des noyaux d'uranium, non seulement deux fragments (deux nouveaux noyaux) sont apparus, mais également plusieurs neutrons. Ces neutrons de première génération ont servi de support à la réaction, qui a abouti à des neutrons de deuxième génération, de troisième, etc. En moyenne, pour chaque millier de neutrons qui sont apparus, seuls quelques-uns sont nés non pas instantanément, au moment de la fission, mais un peu plus tard se sont envolés des fragments. L'existence de ces neutrons dits retardés, qui sont un petit détail dans le processus de fission de l'uranium, est déterminante pour la possibilité d'une réaction en chaîne contrôlée. Certains d'entre eux sont retardés d'une fraction de seconde, d'autres de secondes ou plus. Le nombre de neutrons retardés n'est que de 0% de leur nombre total, cependant, ils ralentissent considérablement (d'environ 75 fois) le taux de croissance du flux de neutrons et facilitent ainsi la tâche de régulation de la puissance du réacteur. C'est pendant ce temps, en manipulant les crayons absorbant les neutrons, qu'il est possible d'intervenir sur le cours de la réaction, de la ralentir ou de l'accélérer. La plupart des neutrons naissent simultanément avec la fission, et dans leur courte durée de vie (environ un cent millième de seconde), il est impossible d'influencer le cours de la réaction de quelque manière que ce soit, tout comme il est impossible d'arrêter une explosion atomique qui a déjà commencé. Sur la base de ces informations, l'équipe de Dollezhal a pu faire face rapidement à la tâche. Déjà en 1948, une usine de plutonium avec plusieurs réacteurs industriels a été construite et en août 1949, la première bombe atomique soviétique a été testée. Après cela, Kurchatov pourrait accorder plus d'attention à l'utilisation pacifique de l'énergie atomique. Sur ses instructions, Feinberg et Dollezhal ont commencé à développer une conception pour un réacteur pour une centrale nucléaire. Le premier a fait des calculs physiques et le second - l'ingénierie. Le fait qu'un réacteur nucléaire puisse être non seulement un producteur de plutonium de qualité militaire, mais aussi une puissante centrale électrique, est devenu clair pour ses premiers créateurs. L'une des manifestations externes de la réaction nucléaire en cours, avec le rayonnement radioactif, est un important dégagement de chaleur. Dans une bombe atomique, cette chaleur est libérée instantanément et constitue l'un de ses facteurs dommageables. Dans un réacteur où la réaction en chaîne est en quelque sorte dans un état de combustion lente, un dégagement de chaleur intense peut se poursuivre pendant des mois, voire des années, et quelques kilogrammes d'uranium peuvent libérer autant d'énergie que celle dégagée lors de la combustion de plusieurs milliers de tonnes de carburant conventionnel. Étant donné que les physiciens soviétiques avaient déjà appris à contrôler une réaction nucléaire, le problème de la création d'un réacteur de puissance était réduit à trouver des moyens d'en évacuer la chaleur. L'expérience acquise lors des expériences de Kurchatov a été très précieuse, mais n'a pas répondu à de nombreuses questions. Aucun des réacteurs construits à cette époque n'était un réacteur de puissance. Dans les réacteurs industriels, l'énergie thermique était non seulement inutile, mais également nocive - elle devait être retirée, c'est-à-dire pour refroidir les blocs d'uranium. Le problème de la collecte et de l'utilisation de la chaleur dégagée lors d'une réaction nucléaire n'a encore été envisagé ni en URSS ni aux USA. Les questions les plus importantes sur la manière de concevoir un réacteur de puissance pour les centrales nucléaires étaient : quel type de réacteur (à neutrons rapides ou lents) serait le plus approprié, quel devrait être le modérateur de neutrons (graphite ou eau lourde), qu'est-ce qui pourrait servir comme fluide caloporteur (eau, gaz ou métal liquide) quelles doivent être sa température et sa pression. En outre, il y avait de nombreuses autres questions, telles que les matériaux, la sécurité du personnel et l'augmentation de l'efficacité. Finalement, Feinberg et Dollezhal se sont arrêtés sur ce qui avait déjà été testé : ils ont commencé à développer un réacteur à neutrons lents avec un modérateur en graphite et un caloporteur à eau. Une bonne expérience pratique et théorique a déjà été accumulée dans leur utilisation. Cela a déterminé le succès de leur projet. En 1950, le conseil technique du ministère de la construction de machines moyennes a choisi un réacteur développé par NIIkhimmash parmi plusieurs options proposées. La conception de la centrale électrique dans son ensemble (il a été décidé de la construire à Obninsk) a été confiée à l'un des instituts de recherche de Leningrad, dirigé par Gutov. La capacité prévue de la première centrale nucléaire, 5000 kW, a été largement choisie au hasard. À ce moment-là, le MAES a mis hors service un turbogénérateur de 5000 kW entièrement fonctionnel et l'a transporté à Obninsk, qui était en construction. En vertu de celui-ci, ils ont décidé de concevoir l'ensemble de la centrale nucléaire.
Le réacteur de puissance n'était pas tant un objet industriel que scientifique. La construction de la centrale nucléaire a été directement supervisée par le Laboratoire de physique et d'énergie d'Obninsk, fondé en 1947. Dans les premières années, il n'y avait ni les forces scientifiques suffisantes ni l'équipement nécessaire. Les conditions de vie étaient également loin d'être acceptables. La ville venait juste d'être construite. Les rues non pavées étaient couvertes au printemps et en automne d'une boue infranchissable, dans laquelle les voitures s'enlisaient désespérément. La plupart des habitants se sont entassés dans des casernes en bois et des maisons "finlandaises" inconfortables. Le laboratoire était situé dans des bâtiments complètement aléatoires et inadaptés à des fins scientifiques (l'un était une ancienne colonie d'enfants, l'autre était le manoir des Morozov). L'électricité était produite par une ancienne turbine à vapeur de 500 kW. Quand elle s'est arrêtée, tout le village et le chantier ont plongé dans l'obscurité. Les calculs les plus complexes ont été effectués manuellement. Cependant, les scientifiques (dont beaucoup n'étaient revenus que récemment du front) ont enduré des épreuves. L'idée qu'ils concevaient et construisaient la première centrale nucléaire au monde excitait les esprits et suscitait un grand enthousiasme. Quant aux problèmes purement scientifiques, ils étaient aussi très difficiles. La différence fondamentale entre un réacteur de puissance et un réacteur industriel était que dans le second type de réacteur, l'eau servait uniquement de caloporteur et n'assurait aucune autre fonction. De plus, l'excès de chaleur évacué par l'eau était tel que sa température n'atteignait pas tout à fait le point d'ébullition. Ici, l'eau devait agir comme vecteur d'énergie, c'est-à-dire servir à la formation de vapeur capable d'accomplir un travail utile. Il fallait donc augmenter au maximum la température et la pression. Pour le fonctionnement efficace du turbogénérateur, il fallait au moins obtenir de la vapeur avec une température de plus de 200 degrés et une pression de 12 atm (ce qui, soit dit en passant, était très faible pour l'époque, mais nous avons décidé de nous limiter à ces paramètres pour l'instant).
Lors de la construction, la conception d'un réacteur industriel a été prise comme base. Seulement au lieu de barres d'uranium, des éléments d'évacuation de la chaleur en uranium - des éléments combustibles ont été fournis. La différence entre eux était que l'eau coulait autour de la barre depuis l'extérieur, tandis que la barre de combustible était un tube à double paroi. De l'uranium enrichi se trouvait entre les murs et l'eau coulait à travers le canal intérieur. Des calculs ont montré qu'avec une telle conception, il est beaucoup plus facile de le chauffer à la température souhaitée. Selon les ébauches de dessins, l'aspect suivant du réacteur se profilait. Dans la partie médiane du corps cylindrique d'un diamètre supérieur à 1,5 m, il y a une zone active - une maçonnerie en graphite d'environ 170 cm de haut, pénétrée par des canaux. Certains d'entre eux étaient destinés à des éléments combustibles, d'autres à des crayons qui absorbent les neutrons et maintiennent automatiquement l'équilibre à un niveau donné. L'eau froide (qui n'est en fait pas froide du tout - sa température est d'environ 190 degrés) doit s'écouler dans la partie inférieure de l'ensemble de barres de combustible. Après avoir traversé les éléments d'évacuation de la chaleur et être devenu plus chaud de 80 degrés, il est tombé dans la partie supérieure de l'assemblage, et de là dans le collecteur d'eau chaude. Pour ne pas bouillir et se transformer en vapeur (cela pourrait provoquer un fonctionnement anormal du réacteur), il devait être sous une pression de 100 atm. Du collecteur, l'eau chaude radioactive s'écoulait à travers des tuyaux dans un échangeur de chaleur-générateur de vapeur, après quoi, après avoir traversé une pompe circulaire, elle retournait au collecteur d'eau froide. Ce courant s'appelait le premier circuit. Le liquide de refroidissement (eau) y circulait dans un cercle vicieux, sans pénétrer à l'extérieur. Dans le deuxième circuit, l'eau agissait comme un fluide de travail. Ici, elle était non radioactive et sans danger pour les autres. Après avoir chauffé jusqu'à 190 degrés dans l'échangeur de chaleur et transformé en vapeur avec une pression de 12 atm, il a été fourni à la turbine, où il a fait son travail utile. La vapeur sortant de la turbine devait être condensée et renvoyée au générateur de vapeur. L'efficacité de l'ensemble de la centrale était de 17 %. Ce schéma apparemment facile à décrire était, en fait, techniquement très complexe. La théorie du réacteur n'existait pas alors - elle est née avec elle. Les crayons combustibles étaient un élément particulièrement complexe dont la conception dépendait largement du rendement de l'ensemble de l'installation. Les processus qui s'y déroulaient étaient très complexes à tous points de vue : il fallait décider comment et comment y charger de l'uranium, dans quelle mesure il fallait l'enrichir, comment réaliser une circulation d'eau sous haute pression, et comment pour assurer l'échange de chaleur. Parmi plusieurs options, des éléments combustibles développés par Vladimir Malykh ont été choisis - avec de la poudre d'uranium-molybdène (l'uranium était enrichi jusqu'à 5%), pressé avec du magnésium finement divisé - ce métal était censé créer un contact thermique efficace de l'alliage uranium-molybdène avec la paroi de l'élément combustible.
Non seulement le remplissage de l'élément combustible, mais aussi son gainage posaient problème. Le matériau des éléments d'évacuation de la chaleur devait être solide, résistant à la corrosion et ne pas modifier ses propriétés en cas d'exposition prolongée aux radiations. Le meilleur matériau d'un point de vue chimique - l'acier inoxydable - n'était pas apprécié des physiciens, car il absorbait fortement les neutrons. Au final, Dollezhal a néanmoins opté pour l'acier. Afin de compenser ses propriétés absorbantes, il a été décidé d'augmenter le pourcentage d'uranium enrichi (beaucoup plus tard, un alliage spécial de zirconium a été développé pour les éléments combustibles remplissant toutes les conditions nécessaires).
La fabrication de crayons combustibles et le soudage de l'acier inoxydable se sont avérés extrêmement difficiles. Chaque élément combustible avait plusieurs coutures et il y en avait 128. Pendant ce temps, les exigences d'étanchéité des coutures étaient les plus élevées - leur rupture et la pénétration d'eau chaude sous haute pression dans le cœur du réacteur menaçaient d'être catastrophiques. L'un des nombreux instituts qui ont travaillé sur cette question a été chargé de développer la technologie de soudage de l'acier inoxydable. Au final, le travail a été mené à bien. Le réacteur est lancé en mai 1954, et en juin de la même année, la centrale nucléaire donne son premier courant. Dans la première centrale nucléaire, le système de contrôle des processus se déroulant dans le réacteur a été soigneusement pensé. Des dispositifs ont été créés pour la télécommande automatique et manuelle des barres de commande, pour l'arrêt d'urgence du réacteur et des dispositifs de remplacement des barres de combustible. On sait qu'une réaction nucléaire ne commence que lorsqu'une certaine masse critique de matière fissile est atteinte. Cependant, pendant le fonctionnement du réacteur, le combustible nucléaire brûle. Il est donc nécessaire de calculer une quantité importante de combustible afin d'assurer le fonctionnement du réacteur pendant un temps plus ou moins important. L'influence de cette réserve supercritique sur le déroulement de la réaction a été compensée par des barres spéciales qui absorbent les neutrons en excès. S'il était nécessaire d'augmenter la puissance du réacteur (lorsque le combustible brûlait), les barres de commande étaient quelque peu prolongées du cœur du réacteur et installées dans une position où le réacteur était au bord d'une réaction en chaîne et d'une fission active de l'uranium noyaux se produisait. Enfin, des barres de protection d'urgence ont été fournies, dont l'abaissement dans le cœur a instantanément éteint la réaction nucléaire. Auteur : Ryzhov K.V.
▪ Charrue
Une nouvelle façon de contrôler et de manipuler les signaux optiques
05.05.2024 Clavier Primium Sénèque
05.05.2024 Inauguration du plus haut observatoire astronomique du monde
04.05.2024
▪ Supercondensateurs fabriqués à partir de mégots de cigarettes ▪ SoC basse consommation BlueNRG-232 ▪ Les robots remplaceront les gens dans de nombreuses professions ▪ Capteurs médicaux Maxim MAX30208 et MAXM86161
▪ section du site Manuel de l'électricien. Sélection d'articles ▪ article De jeunes ongles. Expression populaire ▪ article Quel animal est devenu le premier astronaute ? Réponse détaillée ▪ article Noeud de chameau. Conseils touristiques ▪ article Antenne verticale multibande. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique ▪ article Focus avec trois cartes. Concentrer le secret
Page principale | bibliothèque | Articles | Plan du site | Avis sur le site
www.diagramme.com.ua |
Nous recommandons des articles intéressants section 
Voir d'autres articles section 
Dernières nouvelles de la science et de la technologie, nouvelle électronique :
Toutes les langues de cette page