Передача электроэнергии на большие расстояния 19 страница

Что касается чисто научных неприятностей, они также были весьма непростыми. Принципиальное отличие энергетического реактора от промышленного было в том, что во втором типе реактора вода служила лишь охладителем и никаких иных функций не несла. К тому же излишки тепла, отводимые водой, были таковы, что температура ее изрядно не дотягивала до точки кипения.

Тут же воде предстояло выступать в роли энергоносителя, другими словами служить для образования пара, талантливого делать нужную работу. Соответственно, требовалось какое количество вероятно поднять давление и температуру. Для действенной работы турбогенератора требовалось по крайней мере взять пар с температурой более чем 200 градусов и давлением 12 атм (что, кстати, было для того времени мало, но решили до тех пор пока ограничиться этими параметрами).

При постройке за базу была забрана конструкция промышленного реактора. Лишь вместо урановых стержней предусматривались урановые тепловыводящие элементы — твэлы. Отличие между ними заключалась в том, что стержень вода обтекала снаружи, твэл же воображал собой двустенную трубку.

Между стенками размешался обогащенный уран, а по внутреннему каналу протекала вода.

Расчеты продемонстрировали, что при таковой конструкции нагреть ее до нужной температуры большое количество несложнее. По эскизнымчертежам вырисовывался следующий вид реактора. В средней части цилиндрического корпуса диаметром более 1, 5 м находится активная территория — графитовая кладка высотой около 170 см, пронизанная каналами.

Одни из них предназначались для твэлов, другие — для стержней, поглощающих нейтроны и машинально поддерживающих равновесие на заданном уровне. В нижнюю часть сборки твэлов обязана поступать холодная вода (которая в действительности отнюдь не холодная — температура ее около 190 градусов). Пройдя через тепловыводящие став и элементы на 80 градусов горячее, она попадала в верхнюю часть сборки, а оттуда — в коллектор тёплой воды.

Дабы не вскипеть и не превратиться в пар (это имело возможность привести к ненормальной работе реактора) она должна была пребывать под давлением в 100 атм. Из коллектора тёплая радиоактивная вода текла по трубам в теплообменник?парогенератор, по окончании чего, пройдя через циркулярный насос, возвращалась в коллектор холодной воды. Данный ток именовался первым контуром.

Теплоноситель (вода) циркулировала в нем по замкнутому кругу, не попадая наружу. Во втором контуре вода выступала в роли рабочего тела. Тут она была нерадиоактивна и надёжна для окружающих. Нагревшись в теплообменнике до 190 градусов и превратившись в пар с давлением 12 атм, она подводилась к турбине, где и создавала собственную нужную работу.

Покинувший турбину пар должен был конденсироваться и опять направляться в парогенератор.

КПД всей энергетической установки составлял 17%.

Эта помой-му несложная в описании схема в действительности была технически сверхсложной. Теории реактора тогда не существовало — она рождалась вместе с ним. Особенно сложным элементом были твэлы, от устройства которых во многом зависело КПД всей установки.

Процессы, протекавшие в них, были весьма сложны со всех точек зрения: предстояло решить, как и как именно загружать в них уран, до какой степени нужно его обогащать, как добиться циркуляции воды, пребывавшей под большим давлением, и как обеспечить теплообмен. Из нескольких вариантов были выбраны твэлы, созданные Владимиром Малых — с ураново?молибденовым порошком (уран был обогащен до 5%), спрессованным с тонко измельченным магнием — данный металл должен был создать действенный тепловой контакт урано?молибденового сплава со стенкой твэла.

Не только начинка твэла, но и его оболочка создавала проблему. Материал тепловыводящих элементов должен был владеть прочностью, противокоррозийной стойкостью и не должен был поменять собственных особенностей под долгим действием радиации. Лучший с химической точки зрения материал — нержавеющая сталь — не нравился физикам, поскольку он очень сильно поглощал нейтроны.

В итоге, Доллежаль все?таки остановился на стали. Дабы компенсировать ее поглощающие особенности, решено было расширить процент обогащенного урана (уже большое количество позднее для твэлов был создан особый циркониевый сплав, удовлетворявший всем нужным условиям). сварка и Изготовление твэлов нержавеющей стали были очень тяжёлыми.

Любой твэл имел пара швов, а таких твэлов было 128.

В это же время требования к герметичности швов предъявлялись самые высокие — их попадание и разрыв тёплой воды под большим давлением в активную территорию реактора угрожали бедой. Одному из многих университетов, каковые трудились над данной проблемой, была поручена разработка разработки сварки нержавеющей стали. В итоге работа была с успехом выполнена.

Реактор был разрешён войти в мае 1954 года, а в июне того же года АЭС дала первый ток.

На первой АЭС была шепетильно продумана совокупность управления протекающими в реакторе процессами. Были созданы устройства для автоматического и ручного дистанционного управления регулирующими стержнями, для аварийной остановки реактора, приспособлений для замены твэлов. Как мы знаем, что ядерная реакция начинается только при достижении некоей критической массы делящегося вещества.

Но в ходе работы реактора ядерное топливо выгорает. Исходя из этого нужно вычислить большой запас горючего, дабы обеспечить работу реактора более либо менее большое время. Влияние этого сверхкритического запаса на ход реакции компенсировалось особыми стержнями, поглощающими избыточные нейтроны.

При необходимости расширить мощность реактора (по мере выгорания горючего) регулирующие стержни пара выдвигались из активной территории реактора и устанавливались в таком положении, в то время, когда реактор находится на грани цепной реакции и идет активное деление ядер урана. Наконец, были предусмотрены стержни аварийной защиты, опускание которых в активную территорию мгновенно гасило ядерную реакцию.

ПЛАСТМАССЫ

Широкое распространение пластмасс — одна из отличительных линия отечественного времени. Практически все натуральные волокна, смолы и материалы уже имеют на данный момент собственные неестественные заменители. Создано множество вторых веществ с этими особенностями, каковые не встречаются в природе.

И это, по?видимому, лишь начало грандиозного переворота, равного по собственному значению великим материальным революциям прошлого — освоению железа и бронзы.

В большинстве случаев, пластмасса — это сложное органическое соединение, включающее в себя пара компонентов. Наиболее значимым из них, задающим фундаментальные особенности материала, есть неестественная смола. Производство любой пластмассы начинается с изготовление данной смолы.

По большому счету, смолы занимают промежуточное положение между жёсткими и жидкими веществами. С одной стороны, они имеют многие качества жёстких тел, но им кроме этого в громадной степени характерна текучесть, другими словами свойство легко поменять собственную форму.

По собственному внутреннему строению смолы кроме этого занимают обособленное положение: у них нет твёрдой кристаллической решетки, как у многих жёстких тел; они не имеют определенной точки плавления и при нагревании неспешно размягчаются, преобразовываясь в вязкую жидкость. Подобно каучуку, к которому они весьма близки по своим особенностям, смолы относятся к полимерам, другими словами их молекулы складываются из огромного числа однообразных (довольно часто весьма несложных по собственному строению) звеньев.

Неестественные (синтетические) смолы смогут быть взяты как следствие химической реакции двух реакции: реакции полимеризации и типов конденсации. На протяжении реакции конденсации при сотрудничестве двух либо более веществ образуется новое вещество и наряду с этим еще выделяются побочные продукты (вода, аммиак и другие).

Фенольные смолы, к примеру, получаются из формальдегида и фенола: две молекулы фенола связываются между собой как бы мостиком метиленовой группой, содержащейся в формальдегиде, наряду с этим выделяется вода. Позже эти, уже двойные, молекулы связываются между собой. В итоге получается громадная молекула линейного либо трехмерного строения.

При реакции полимеризации во сотрудничество вступают молекулы одного и того же вещества.

Соединяясь между собой, они образуют новое вещество — полимер без выделения побочных продуктов. Как уже отмечалось в главе о каучуке, к реакции полимеризации способны все органические вещества, имеющие в собственной молекуле атомы углерода с двойной либо тройной связью.

Смола связывает, либо, как время от времени говорят, цементирует, все составные части пластмассы, придает ей пластичность и другие полезные качества — твердость, влагостойкость, механические и электроизоляционные особенности. Кроме смолы во многих типах пластмасс ответственное место (50?70% веса) занимают так именуемые наполнители, каковые смогут быть как органическими, так и минеральными веществами.

Среди органических наполнителей самые важным считается целлюлоза (используемая в виде бумаги, ткани либо линтера — хлопковых отчесов; их пропитывают раствором смолы, после этого сушат и прессуют). К неорганическим наполнителям относятся слюда, шифер, тальк, асбест, графит и стеклянная ткань. В большинстве случаев, наполнители существенно дешевле смолы, а введение их при верном подборе — практически не ухудшает особенностей пластмасс.

Время от времени введение удачно подобранного наполнителя кроме того усиливает уровень качества пластмассы. Его возможно улучшить кроме этого посредством особых пластификаторов и добавок. Первые, забранные кроме того в маленьком количестве, придают пластмассам новые свойства (к примеру, добавка металла делает из диэлектрика проводящую пластмассу).

А пластификаторы, образуя со смолой раствор, смягчают ее и информируют ей дополнительную пластичность.

Начало производства пластмасс на базе неестественных материалов относится к первой трети XIX века. В первой половине 30-ых годов девятнадцатого века в Англии была выпущена одна из первых пластмасс — камптуликон. Базу этого слоистого материала составляла джутовая ткань, на которую накатывалась смесь из каучука, измельченной пробки и некоторых вторых компонентов.

Но, из?за большой цены на каучук, производство данной пластмассы не взяло широкого распространения.

В первой половине 60-ых годов XIX века британец Уолтон заменил каучук таким образом и линоксином начал производстволинолеума. Вплоть сейчас его везде используют в качестве полового покрытия, поскольку он стирается значительно медленнее, чем дерево а также мрамор.

Начало широкому применению пластмасс положило изобретение целлулоида, созданного на базе целлюлозы. (Целлюлоза, либо клетчатка, образовывает базу древесины и других растительных материалов; ее молекула складывается из огромного числа несложных по строению звеньев; в очищенном виде это бесцветное, неплавкое и нерастворимое вещество.) В 1845 году было обнаружено, что при обработки целлюлозы (хлопковой ваты) азотной и серной кислотами образуется азотнокислый эфир, узнаваемый называющиеся пироксилина. Данный материал весьма страшен и в сухом виде взрывается с огромной силой.

Но позднее увидели, что во мокром состоянии он совсем не страшен. Появился вопрос: в случае если вода лишает пироксилин взрывчатой силы, то, возможно, имеется и второй метод оказать влияние на его свойства. Оказалось, что в случае если мокрую нитроцеллюлозу смешать с камфарой, то окажется пластмасса, которую возможно обрабатывать на вальцах, прессовать и формовать.

Во второй половине 60-ых годов XIX века братья Хайет взяли так целлулоид, что стали производить промышленно с 1872 года. Целлулоид владел громадной прочностью, был красив и мог окрашиваться в каждые цвета либо употребляться в качестве прозрачной пленки. Эта пластмасса скоро взяла широчайшее распространение.

Из нее стали делать фото — и кинопленку, гребенки, коробки, детские игрушки, пуговицы, пояса. Но у целлулоида был один серьёзный недочёт — он был горюч и весьма легко воспламенялся.

В первой половине 70-ых годов XIX века германский химик Байер методом соединения фенола с формальдегидом в присутствии соляной кислоты синтезировал новое смолообразующее вещество. Из?за отсутствия в то время недорогого формальдегида это открытие не взяло промышленного применения.

Только в начале XX века начало налаживаться заводское производство фенол?формальдегидовых смол, в особенности по окончании того, как в 1908 году британский исследователь Бакеланд отыскал метод производства из того же сырья фенопластов, владеющих свойством при нагревании переходить в неплавкое и нерастворимое состояние. Они купили громадное техническое значение. Пластмассы на базе этих смол были названы по имени их изобретателя бакелитами.

Сырьем для фенол?формальдегидовых смол помогают фенол (карболовая кислота) и формалин (формалин — это раствор газа формальдегида в воде; формальдегид приобретают искусственно, окисляя метиловый спирт кислородом воздуха при температуре 500?600 градусов). В первую очередь эти смолы стали применяться как заменитель природной смолы — шеллака для электроизоляции. Но скоро оказалось, что они владеют множеством особенностей, каких не имели ни шеллак, ни другие природные смолы.

Фенопласты стали скоро завоевывать себе широкие долгое время и области применения занимали позицию лидера среди пластмасс. Изделия из них отличались теплоустойчивостью, влагостойкостью, большой механической прочностью и хорошими изоляционными особенностями.

Их обширно использовали для того чтобы, розеток, других предметов и патронов электрической аппаратуры, а также в химической индустрии в качестве материала для чанов, труб и резервуаров, применяемых в агрессивных средах. Наполнителем в этих пластмассах в большинстве случаев служила древесная мука. Позднее на базе фенольных смол начали получать такие обширно применяемые в машиностроении пластмассы, как гетинакс, текстолит и другие.

Изделия из них приобретают горячим прессованием ткани, бумаги либо фанеры, пропитанных смолой. Так возможно изготовить весьма прочные и легкие подробности (к примеру, шестерни либо подшипники), с успехом заменяющие железные. Причем в отличие от последних, эти подробности трудятся очень тихо и не поддаются разрушительному действию смазочных масел.

Да и изготовлять их существенно проще и дешевле, чем подробности из металла. В случае если же в качестве наполнителя применять стеклянные нити, образуются пластмассы, владеющие повышенной прочностью.

Еще одной обширно распространенной разновидностью пластмасс стали карбамидные пластмассы. Главным исходным материалом для производства карбамидных смол есть мочевина. (Мочевина первенствовалав истории органическим веществом, которое удалось синтезировать неестественным методом; германский химик Велер взял ее в 1828 г. из цианистого калия, аммония и сульфата, но использование на практике она взяла лишь через сто лет.) В 1918 году чешский химик Джон забрал патент на метод изготовления новой смолы из формальдегида и мочевины.

Эта смола владела многими превосходными особенностями: она была бесцветной, прочной, малогорючей, теплостойкой, замечательно пропускала не только световые, но и ультрафиолетовые лучи (каковые не пропускает простое стекло) и легко окрашивалась в каждые цвета. Наряду с этим, действительно, она имела один значительный недочёт — поглощала влагу. Скоро было положено начало производству карбамидных пластмасс.

Они взяли распространение как красивый отделочный и декоративный материал.

К семейству этих пластмасс относится так же мипор, владеющий превосходными тепло — и звукоизоляционными особенностями.

В последующие годы было синтезировано большое количество новых пластмасс. Громадное распространение в технике взяли прочные прозрачные пластмассы, с успехом заменяющие хрупкое стекло. самоё пригодным для этих целей был полиметилметакрилат, приобретаемый из ацетона, метилового спирта и синильной кислоты.

Из него создают прочное и легкое органическое стекло.

Незаменимым материалом для высокочастотной изоляции стал полистирол (его приобретают из бензола и этилена).

В первой половине 40-ых годов двадцатого века германский химик Мюллер и независимо от него коммунистический ученый Андрианов взяли первые силиконовые пластмассы. Молекулы этих пластмасс наровне с углеродом включают в себя кремний. Это информирует новому виду пластмасс весьма полезные особенности: они отличаются высокой теплоустойчивостью (выдерживают температуру до 400?500 градусов), стойки к воде, органическим растворителям и кислотам.

Все это обеспечило им широкую область применения.

Продолжительное время химикам не получалось полимеризовать этилен. (Этилен — легкий газ с формулой CH2=CH2.) Лишь во второй половине 30-ых годов XX века эту проблему удалось частично дать добро: под огромным давлением в 1200 атм этилен сжижался, наряду с этим разрывалась двойная сообщение в его молекуле и начиналась реакция полимеризации. (В следствии получалась молекула[?CH2?CH2?]n.) По окончании того как синтезировалось 10?30% полиэтилена, этилен растворялся в нем, и реакция прекращалась. При понижении давления этилен испарялся и употреблялся после этого в новом цикле реакции.

Данный метод был весьма дорогим, исходя из этого полиэтилен не имел возможности тогда взять большого применения. В первой половине 50-ых годов XX века Цинглер создал более несложный метод производства полиэтилена: при намного более низком давлении этилен растворялся в бензине, после этого под давлением в 10 воздухов и в присутствии катализатора (алкилированного треххлористого титана) начиналась реакция полимеризации. С утверждением этого метода производства полиэтилен (красивый изолятор, невосприимчивый к действию кислот) сделался одной из самых обширно используемых пластмасс.