Uдля ядерного оружия. Длительное время 1943-1984 гг

Вид материала

Документы

Содержание Разделение изотопов Физико-химические исследования Безопасность ядерного топливного цикла и экология Спектроскопические исследования Ab initio Сенсорная диагностика Физика твердого тела G сильноразупорядоченных Si-МНОП структур от потенциала полевого электрода Vg Теоретические исследования

Подобный материал:

• Международно–правовые проблемы борьбы с терроризмом проф., д ю. н. Э. А. Иванов,, 264.22kb.
• «Проблемы ядерного разоружения в 60-е – 80-е годы», 703.3kb.
• Республики Казахстан «Мир без ядерного оружия», 60.73kb.
• Правила поведения и действия населения в очагах поражения, 190.37kb.
• Очаги ядерного, химического, бактериологи­ческого (биологического) поражения и зоны, 218.07kb.
• Реферат тема : «Оружие массового поражения», 234.49kb.
• Содержание: Из истории создания ядерного оружия, 193.03kb.
• Исследование политики на международном уровне имеет свои особенности, 393.63kb.
• Инструкция сотруднику личной охраны по порядку обращения с оружием (расширенный, 349.35kb.
• Исла легальных владельцев огнестрельного и газового оружия, в настоящее время их количество, 25.86kb.

ИНСТИТУТ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ

Институт молекулярной физики образован на основе Отделения молекулярной физики Института атомной энергии им. И.В.Курчатова, созданного в начале 1944 года. Основная цель Отделения в момент его создания состояла в решении проблемы разделения изотопов урана и получения изотопа ²³⁵U для ядерного оружия. Длительное время (1943-1984 гг.) Отделение, а затем и Институт молекулярной физики, возглавлял научный руководитель этой проблемы академик И.К.Кикоин.

На первом этапе промышленное развитие было связано с газодиффузионным методом разделения изотопов урана, и первый газодиффузионный завод был запущен в середине 1949 года. Вслед за ним были сооружены более крупные газодиффузионные заводы на Урале и в Сибири, полностью удовлетворявшие потребности страны в обогащенном уране.

Наряду с разработкой и совершенствованием газодиффузионной технологии изучались другие методы разделения изотопов урана. Это, прежде всего, метод газовых центрифуг (центробежный метод), который позволил существенно снизить энергоемкость процесса разделения изотопов урана. Новый подход основывался на концепции подкритической газовой центрифуги с коротким жестким ротором. Пуск первого опытного завода был осуществлен (совместно с Центральным конструкторским бюро машиностроения и Уральским электрохимическим комбинатом) в 1957 году.

В настоящее время все разделительные мощности Российской Федерации используют газовые центрифуги. Замена газодиффузионных ступеней на центрифуги привела к радикальному сокращению потребления электроэнергии разделительными заводами (в 20-30 раз).

Разделительная промышленность теперь целиком работает на атомную энергетику, обеспечивая ее ядерным топливом и значительно опережая ее потребности. Однако промышленность таких огромных масштабов требует дальнейшего повышения эффективности. С этой целью ученые и инженеры Института молекулярной физики продолжают работу по совершенствованию технологии разделения изотопов урана. В настоящее время их усилия направлены на создание центрифуги ХХI века. Поставлена цель увеличить производительность центрифуги не менее, чем в два раза, по отношению к существующей.

Наряду с этой основной задачей ведутся поисковые исследования по альтернативным методам обогащения урана и других изотопов. В стадии технологической разработки находятся работы по лазерному разделению изотопов (ЛРИ) в атомном варианте (метод АВЛИС, программа «Талисман»), на стадии поиска - ЛРИ в молекулярном варианте с применением лазерно-стимулированной фотохимической реакции. Кроме того, обсуждается сооружение пилотной установки по разделению изотопов методом ионно-циклотронного резонанса (метод ИЦР, программа «Мцири»), который представляется перспективным применительно к получению обогащенных изотопов тех стабильных элементов, которые не образуют химических соединений с достаточной упругостью пара при комнатной температуре

Центробежная техника открыла возможность масштабного разделения стабильных изотопов. С ее использованием ныне разделяются изотопы десятков элементов периодической системы. Сейчас ведутся исследования по разделению изотопов никеля, хрома, кислорода. Применение выделяемых изотопов приобрело не только научное и медицинское, но также промышленное значение.

Традиционно в Институте молекулярной физики существует и множество других научных направлений. Сложившейся здесь школе специалистов, многие из которых воспитаны академиком И.К.Кикоиным, по плечу решение многих научных проблем. Так, изотопное направление привело к развитию химических исследований. Сегодня в этой области работает большой научный коллектив. Разрабатываются и реализуются технологии синтеза многих рабочих веществ, используемых в центрифугах, таких как тетрафторфосфин никеля, хромилфторид, фторокись фосфора, металлоорганика и другие соединения. Тем самым Институт в состоянии комплексно решать задачи разделения изотопов.

Химия в ИМФ получила развитие также в связи с работами по ядерному топливному циклу. Сюда относятся исследования по неводному методу регенерации облученного ядерного топлива на основе фторирования. К сожалению, эти обещающие работы были прерваны после аварии на ЧАЭС. Однако они оставили после себя интереснейшие результаты по химии урана, фторидов плутония, благородных газов и т.п. Эти результаты использовались в поисковых исследованиях ядерных реакторов новых типов (с газообразной активной зоной, с активной зоной на расплавах солей), ныне их намечено использовать при изучении отдельных вопросов ликвидации последствий аварии на ЧАЭС, при создании установок для моделирования аварийных ситуаций на АЭС по программе "Безопасность ядерной энергетики".

Значительное место в Институте отведено работам, связанным с микроэлектронными технологиями. В рамках программы "Сенсорная диагностика" исследуются принципиально новые методы газового анализа и разрабатываются новые приборы контроля за содержанием различных компонент в технических средах и атмосфере. Развиваются исследования по фильтрации газов и получению особо чистых веществ.

Фундаментальные научные направления представлены в Институте рядом программ. Особое место среди них занимают исследования по физике твердого тела (электрофизические свойства полупроводников, эффект Мессбауэра, магнитные явления в антиферромагнетиках, физика оксидов переходных металлов с акцентом на изучение изотопических и магнитных эффектов). В течение 10 лет (начиная с декабря 1987 г.) Институт издавал специализированный отечественный научный журнал "Сверхпроводимость: Физика, Химия, Техника". Исследования по физике магнетизма привели к разработке приборов сверхчувствительной СКВИД-магнитометрии для медицинской диагностики. Среди других программ - "Мюонный катализ и альтернативные методы бридинга", а также теоретические исследования по ядерной физике низких энергий.

На фундаментальные направления Институт смотрит не только с точки зрения научного интереса, но и той положительной роли, которую они играют для поддержания научного уровня прикладных экспериментальных работ.

Успеху работ в ИМФ всегда способствовала связь с конструкторскими и промышленными предприятиями. И впредь научный коллектив ИМФ будет стремиться к укреплению традиционных связей, а также развитию их по новым научным направлениям, имеющим прикладное значение.


РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ


В Отделе развития промышленных методов разделения (ОРПМ) по программе разработки высокопроизводительной и экономически эффективной газовой центрифуги нового поколения, на основании анализа отечественного и мирового опыта и оптимизационных расчетов были сформулированы и обоснованы основные параметры центрифуги, разрабатываемой совместно с ОКБ ГАЗ и СХК. В 2000 году велась подготовка к созданию стендового образца новой центрифуги с длинным ротором. Разработана, изготовлена и испытана опорная пара с высокой нагрузочной способностью, а также новый экономный вариант верхней магнитной опоры. Созданы датчики колебаний ротора, работающие над поверхностью углекомпозита, обладающего хаотической электропроводностью. Освоены новые программы расчета резонансных частот и напряженно-деформированного состояния деталей ротора центрифуги.

В области исследований разделения изотопов центробежным методом, ведущихся в Лаборатории стабильных изотопов (ЛСИ) ОРПМ, проводились исследования характеристик регуляторов давления при работе на различных соединениях и возможности их использования в качестве стабилизирующих межступенных устройств для обеспечения устойчивой работы каскада при последовательном соединении центрифуг. Завершены работы по созданию лабораторного каскада центрифуг ("Вега"), предназначенного для работы на газах с малыми молекулярными массами (например СО₂), что позволит расширить номенклатуру изотопов, получаемых более экономичным центробежным методом.

Исследовалась возможность применения разработанных в ЛСИ нестационарных методов разделения изотопов на каскаде центрифуг для обогащения малораспространённых изотопов теллура в ходе которых были получены опытные партии высокообогащённых (>99.9%) изотопов ¹²⁰Te, ¹²²Te, ¹²⁴Te.

В исследованиях, проведенных в Лаборатории изотопного разделения (ЛТИР) ОРПМ был отработан процесс получения изотопа теллур-123 высокой чистоты на больших каскадах. Осуществлена апробация нефторидной схемы получения высокообогащенного изотопа кремний-28, позволяющей резко упростить технологию получения изотопных монокристаллов кремния.

Были проработаны технологические возможности получения и применения перспективных изотопов, в частности была создана установка и отработана методика определения характеристик рабочего вещества на соединении галлия.

Совместно с МИФИ были продолжены расчетно-теоретические исследования по определению работы разделения многокомпонентных изотопных смесей.

В рамках модернизации центробежных каскадов Лабораторией технологического контроля (ЛТК) были расширены возможности компьютерной части системы аварийной защиты (АЗ) и технологического контроля (ТК) за счет добавления удаленного терминала. Разработано соответствующее программное обеспечение. Была разработана система АЗ и ТК для стенда «Вега».

В 2000 году в ИМФ были завершены в основном строительные работы и начат монтаж технологического оборудования по проекту «Колонна». Данный проект направлен на создание разделительного комплекса для производства высокообогащенного изотопа углерод-13 методом криогенной ректификации.

В области исследований по совершенствованию фотохимической технологии разделения изотопов ртути в ОРПМ впервые получен изотоп ²⁰⁰Hg и изотопная смесь, не содержащая данного изотопа. Это позволит получать изотоп ртуть-200 высокого обогащения. Наряду с этими исследованиями был проведен ряд мероприятий, направленных на усовершенствование установки «Фотон», предназначенной для фотохимического разделения изотопов ртути.

На основе эффективных сечений фотоионизации урана, полученных в Лаборатории лазерной технологии (ЛЛТ) в 1999 году, сделаны оценки мощности лазеров для АВЛИС урана установок различного уровня. Подытожен опыт работы последних лет и на основе этих данных сформирован облик лазерного разделительного модуля производительностью 10⁶ кг ЕРР/год. На основе опыта установки «Талисман» выполнена оценка себестоимости обогащения урана для АЭС методом АВЛИС.

Выдвинуто предложение в 2-3 раза увеличить мощность лазеров и испарительного узла установки «Талисман» и выйти на рубеж производительности 20 г/час при длительности работы до перезагрузки 8-10 часов. Для реализации такого предложения потребуется три года работ и финансирование ~ 3 млн долларов.

Создан излучатель лазера на парах меди с диаметром разрядного канала 30 мм. Испытание нового излучателя со старым блоком питания (от лазера с каналом 20 мм) позволило получить выходную мощность лазера лишь в 70 Вт. Эксперименты показали, что для вывода нового излучателя на оптимальный режим работы необходим новый модулятор с выходной мощностью примерно 8кВт. При этом КПД светоотдачи составит 1%.

В Лаборатории новых методов разделения (ЛНМР) в 2000 году были проведены эксперименты на установке «Источник», предназначенной для создания потоков металлической плазмы вдоль сильного (до 3 Тл) магнитного поля. Цель работ на установке - испытание различных конструкций плазменного источника для ИЦР - сепаратора. Установка позволяет создавать потоки плазмы как легко испаряемых металлов, так и труднолетучих. В ней используется сверхпроводящий магнит. Запуск магнита осуществлен в текущем году. В экспериментах получены потоки цинковой, свинцовой, медной и гадолиниевой плазм путем ионизации нейтралов в СВЧ разряде (37.5 ГГц, 10 кВт) в условиях электронного циклотронного резонанса (ЭЦР). Созданный в этих условиях (В  1,34 Тл) поток плазмы проходил через магнитную пробку (В_max = 3,0 Тл) и регистрировался на противоположном конце установки в поле 0,85 Тл.

При создании потока плазмы легколетучих металлов цинка и свинца нейтральные атомы получались путем термического испарения. При уровне подводимой от гиротрона СВЧ мощности P_w  1 кВт плотность плазмы в области максимума магнитного поля достигала 10¹² см^-3. Эквивалентный ионный ток в плазменных потоках составлял 0,5  1,5 А. При генерации медной и гадолиниевой плазм, для получения нейтральных атомов использовалось катодное распыление мишеней при подаче на них отрицательного потенциала (-0.5  -1.5 кВ). Распыление производилось ионами ксенона, создаваемыми в СВЧ разряде. Кроме того, изучалось распыление меди ионами свинца. Плотность паров меди в зоне разряда составляла (3  8) 10¹¹ см^-3. Сделаны оценки доли ионов меди в Xe – Cu и Pb – Cu плазме, а также доли ионов гадолиния в Xe – Gd плазме.

Проведены эксперименты по разделению изотопов лития на установке "Сирена" с целью усовершенствования коллекторных систем отбора продукта. В экспериментах применялись коллекторные системы двух типов: с радиальным расположением плоских коллекторных пластин и с цилиндрическими коллекторными пластинами, расположенными концентрически. Получены данные о коэффициентах разделения и извлечения: коэффициент извлечения целевого изотопа составил  = 0.06 при конечной концентрации ⁶Li 83% (коэффициент разделения (= 60) и 0.15 при концентрации ⁶Li 62% ( = 20).

Закончена разработка технического проекта пилотной ИЦР-установки МЦИРИ, предназначенной для разделения изотопов элементов-металлов вплоть до двухсотых масс. В проект заложено создание крупной сверхпроводящей магнитной системы (B  3,5 Тл).

Подготовлено техническое задание на разработку проекта установки "ИЦР-кальций", предназначенной для производства обогащенного кальция в граммовых количествах в сутки (концентрация ⁴⁸Ca  20%). Предполагается использование в установке "теплой" (не сверхпроводящей) магнитной системы, создающей поле с индукцией до 0.6 Тл. Техническое задание передано в НИИЭФА им. Д.В. Ефремова для разработки технического проекта.