Воздействие радиации на ткани живого организма Термоядерная энергия Конструкция реакторной установки БРЕСТ-1200 Космические материалы атомной отрасли Радиологические лечебные технологии на базе источников нейтронов

Анализ мирового энернетического рынка

Характеристики и возможности гидрорезного оборудования РФЯЦ-ВНИИТФ

Насосы высокого давления разработки РФЯЦ-ВНИИТФ являются основой комплекта оборудования многофункционального назначения. На конструкцию насоса в России получен патент №2003114839/06(015688) от 19.05.2003 г. (заявка на изобретение «Плунжерный насос сверхвысокого давления»). Сегодня эти насосы представлены тремя моделями с электроприводом.

Насос высокого давления может комплектоваться как на единой раме, так и в передвижном исполнении на автомобиле для работ в полевых условиях. Режущим инструментом является высокоскоростная струя воды, которая в гидроабразивном резаке захватывает сыпучий абразив (песок). Высокоскоростная водоабразивная струя формируется специальным разгонным насадком из износостойкого материала.

Типовой комплект оборудования включает насос высокого давления, насос подкачки, баки для воды и системы охлаждения, фильтры грубой и тонкой очистки воды, пульт с электрокоммутационной аппаратурой, пульт управления высоким давлением, комплект трубопроводов высокого давления, бункер с питателем для подачи сыпучего абразива в гидроабразивный резак.

Технология в примерах. Утилизация вооружений и военной техники.

Гидроабразивное резание, реализуемое нашим оборудованием, не приводит к опасным явлениям при разрезке металлических конструкций, содержащих ВВ. Такие исследования в России впервые были выполнены в РФЯЦ-ВНИИТФ. Их результаты хорошо согласуются с результатами аналогичных исследований ведущих зарубежных специалистов в этой области.

На основе исследований РФЯЦ-ВНИИТФ ведущей организацией по технологиям снаряжения боеприпасов (Красноармейский НИИ механизации) и Агентством Росбоеприпасы были разработаны отраслевые правила по организации производственных процессов утилизации боеприпасов водоструйными технологиями. Впервые в 1998 году эта технология и наше оборудование были применены на заводе «Пластмасс» Челябинской области для разрезки старых авиационных фугасных бомб и переработки боевых ВВ в промышленные.

Водоструйные технологии получили спрос в задачах утилизации атомных подводных лодок (АПЛ) для разрезки легкого и прочного корпуса, а также для отрыва резинового покрытия АПЛ. Эти технологии были разработаны взамен экологически вредной огневой резки металла.

Ядерная энергетика. Основная сфера применения водоструйных технологий – это демонтаж (фрагментация) и дезактивация (очистка путем снятия слоев грязного материала). Преимущества этой технологии были наглядно продемонстрированы в двух работах с участием РФЯЦ-ВНИИТФ в г. Глазове при ликвидации скоплений низкоактивного лома и в Курчатовском институте при разделке и дезактивации так называемых «исторических» радиоактивных отходов. Испытания проводились непосредственно в производственных условиях на самых представительных образцах с точки зрения трудоемкости дезактивации. Дезактивация проводилась до полной очистки металлоконструкций до уровня, соответствующего российскому стандарту CанПиН2.6.1.993-00 "Гигиенические требования к обеспечению радиационной безопасности при заготовке и реализации металлолома" и МУ2.6.1.1087-02 Методические указания "Радиационный контроль металлолома".

Строительство. Технология гидроабразивного резания находит спрос для резки железобетонных конструкций взамен применения ударно-отбойных инструментов.

Резка и очистка трубопроводов. Широкий спрос водоструйная технология находит для задач очистки различных емкостей, в том числе и труб. Оборудование РФЯЦ-ВНИИТФ впервые для этой задачи запущено в Челябинске на заводе «Уралтрубопроводстрой». С его помощью ведется очистка внутренней и наружной поверхностей труб диаметром от 300 до 1500 мм от демонтированных газо-, нефте- и продуктопроводов. Аналогичное оборудование было применено в Снежинске для очистки труб для новой теплоцентрали. Очистка осуществляется технологическим агрегатом с двумя вращающимися соплами Æ 0,6 мм, которые питаются от насоса РЭ1055-05.

Эта же технология может применяться для ремонтно-восстановительных работ на магистральных газо- и нефтепроводах. С помощью передвижного комплекта оборудования можно выполнять вырезку поврежденных фрагментов трубопроводов сразу с одновременной разделкой кромок под последующую сварку. Этим же инструментом можно очищать поверхность сваренного стыка под нанесение покрытия.

Предприятиями железнодорожного транспорта изучается возможность применения созданной технологии в ремонтно-восстановительных работах железнодорожного полотна и подвижного состава.

По заказу организации–производителя органоминерального сорбента (ЗАО «Маркетинг-Бюро», г. Киров) разработан и сдан в эксплуатацию комплект оборудования для прицельного дозированного нанесения сорбентов на аварийные разливы нефтепродуктов. Две такие установки смонтированы на двух пилотных судах серии «нефтемусоросборщик» (р. Нева и Волга). Этот метод нанесения сорбентов запатентован в России. В июне 2005 года в условиях тундры (г. Усинск, Коми, «Лукойл-Коми») были проведены успешные испытания по ликвидации нефтяного загрязнения с помощью вышеназванного сорбента, обогащенного различными биологическими культурами (бактерии, дрожжи, грибы). В настоящее время работы в этом направлении получают дальнейшее развитие.

 

Компактный линейный ускоритель электронов для радиационных технологий

Основу предлагаемого проекта составляет реализованный в прототипе на основе бипериодической ускоряющей структуры с внутренними ячейками связи ускоряющий модуль на энергию 1 МэВ, максимальный средний ток пучка 26 мА и максимальную мощность 26 кВт, работающий на частоте 2450 МГц. По требованию заказчика соотношение энергии и мощности пучка на выходе модуля могут изменяться от 0.5 до 1.5 МэВ и от 35 до 18 кВт, соответственно. При последовательном соединении идентичных ускоряющих модулей может быть построен ускоритель на энергию кратную 0.6 МэВ, возрастающую пропорционально числу модулей, с сохранением среднего тока пучка [3; 2506].

По величине энергии ускоритель относится к группе среднеэнергетичных (0.5 кэВ – 5 МэВ) промышленных ускорителей электронов. Высоковольтные ускорители в указанном диапазоне энергии широко используются в промышленности в настоящее время. Они применяются в радиационных технологиях, например, для очистки сточных вод и выбросных газов; сшивания кабельной изоляции; производства термоусаживающихся изделий, пленок, пенополиэтилена; вулканизации компонентов шин; стерилизации и пр.

Активное внедрение радиационных технологий связано с получением новых материалов с улучшенными потребительскими свойствами.

Уникальность и новизна предлагаемого в настоящем проекте ускорителя заключаются в том, что он создается как линейный ускоритель непрерывного действия с оригинальными системами инжекции и формирования электронных сгустков [1; 124] и СВЧ-питания [1; 126, 2; 118].

Коэффициент захвата непрерывного пучка электронной пушки в режим ускорения с использованием традиционных схем инжекции составляет ~50%. Нам удалось обеспечить аналогичный коэффициент захвата пучка в режим ускорения с использованием существенно упрощенной, максимально компактной и, соответственно, менее дорогостоящей, по сравнению с традиционными, системы инжекции.

1) В качестве энергии инжекции мы выбрали энергию 15 кэВ, совпадающую с напряжением питания клистрона 15 кВ, тем самым, получив возможность запитывать электронную пушку не от отдельного источника питания, а от источника питания клистрона.

2) Мы разработали электронную пушку на энергию 15 кэВ с двумя промежуточными анодами и регулировкой тока от 0 до 250 мА без существенных изменений оптических характеристик пучка.

3) Мы расположили электронную пушку непосредственно на входном фланце ускоряющей секции без пространства дрейфа и фокусирующих элементов. Эффективный захват (50%) и предварительное группирование пучка реализованы в первых ячейках ускоряющей секции [5; 2556].

4) В основу используемой системы высокочастотного питания заложен автоколебательный принцип работы клистрона и ускоряющей секции, позволяющий отказаться от задающего генератора и развязывающего циркулятора между клистроном и секцией. Система, состоящая из клистpона и ускоряющей секции, становится чрезвычайно компактной, а процедура ввода мощности и работа секции - максимально простыми и надежными [1; 125, 4; 804].

В результате проведенных работ на основе изложенных выше оригинальных принципов был создан прототип компактного промышленного линейного ускорителя электронов непрерывного действия со следующими параметрами:

энергия пучка электронов – 1 МэВ;

средний ток пучка - 0–26 мА;

максимальная средняя мощность пучка – 26 кВт;

длина ускорителя (без вывода энергии) – 1 м;

рабочая частота – 2450 МГц;

мощность, потребляемая от сети ~75 кВт;

эффективность от розетки ~35%.

В состав ускорителя входят электронная пушка, установленная без пространства дрейфа на входном фланце ускоряющей структуры, клистрон, подводящий волновод с вакуумным портом, через который производится высоковакуумная откачка магниторазрядным насосом. Система вывода пучка включает сильфон с установленными на нем корректорами, сканирующими пучок в двух плоскостях, вакуумный клапан, вакуумный порт с сильфоном, через которые производится откачка турбомолекулярным насосом. В экспериментах для поглощения пучка мы использовали цилиндр Фарадея, рассчитанный на рассеянную мощность до 60 кВт.

Средний ток пучка 26 мА является рекордным током для СВЧ-ускорителей. Прямых аналогов данного ускорителя не существует. Несомненным достоинством предлагаемого ускорителя является возможность регулировки выходного тока от десятков микроампер до 26 мА при сохранении энергии пучка в диапазоне 1000±50 кэВ, что позволяет в широком диапазоне варьировать дозовые режимы в процессе промышленного облучения. Созданный ускоритель, предлагаемый нами для коммерциализации, занимает промежуточное место между ускорителями прямого действия и импульсными резонаторными ускорителями, обладая такими преимуществами, как компактность, простота эксплуатации, возможность изменения параметров в процессе работы, возможность внедрения в существующие технологические линии.

После сборки ускорителя-прототипа были проведены эксперименты по ускорению пучка с целью получения проектных значений среднего тока пучка, Iпучка=26 мА, энергии пучка, W=1 МэВ, мощности пучка, Рпучка=26 кВт при коэффициенте захвата Iпучка/Iпушки=50%. В процессе экспериментов с ростом нагрузки током пучка энергия пучка увеличивалась и достигла максимума W=1024 кэВ при токе Iпучка=26.1 мА и мощности пучка Pпучка=26,7 кВт. Оценки потерь пучка из измеренного баланса мощности при Iпушки=52 мА, Iпучка=26.1 мА показали, что потери тока пучка составили Iпотерь=25.9 мА, мощность потерь Рпотерь»2 кВт, что соответствует средней энергии потерь <Wпотерь>»77 кэВ.

Литература:

А.С.Алимов, Д.И.Ермаков, Б.С.Ишханов и др. Линейный ускоритель электронов непрерывного действия на энергию 600 кэВ (средний ток пучка 50 мА)/ПТЭ. –2002. –№5. – С. 121–128.

А.С.Алимов, Д.И.Ермаков, Б.С.Ишханов и др. Двухсекционный линейный ускоритель электронов непрерывного действия на энергию 1,2 МэВ, средний ток пучка 50 мА/ПТЭ. – 2002. – №5. – С. 114–120.

A.S.Alimov, D.I.Ermakov, B.S.Ishkhanov et al. Industrial High-Current Electron LINACs/Proc. 2001 Particle Accelerator Conference. – 2001. – P. 2506–2508.

A.S.Alimov, D.I.Ermakov, B.S.Ishkhanov et al. Industrial High-Current Electron LINACs/Proc. 2000 European Particle Accelerator Conference. – 2000. – P. 803–805.

A.S.Alimov, D.I.Ermakov, B.S.Ishkhanov et al. A Compact Industrial High-Current Continuous Wave Electron LINAC/Proc. 1999. Particle Accelerator Conference. – 1999. – P. 2555–2558.

Между тем, традиционные источники энергии существенно ограничены, причем по важнейшим энергоносителям даже не в среднесрочной, а в краткосрочной перспективе. Кроме того, наблюдается существенное удорожание органического топлива, в частности углеводородов. По разным данным, доступных для эффективной добычи рентабельных запасов газа хватит не более чем на 20-30 лет
Реакторная установка БРЕСТ-1200 представляет собой двухконтурный парогенерирующий энергоблок