Шультен, Рудольф

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Рудольф Шультен

Rudolf Schulten


Дата рождения
16 августа 1923 года
Место рождения
Эдинг
Дата смерти
27 апреля 1996 года
Место смерти
Ахен








Рудольф Шультен ([Нет даты!]) — немецкий физик и разработчик ядерных технологий. Известен как создатель ядерного реактора с шаровой засыпкой и сторонник масштабного использования ядерной энергии для производства электричества, тепла и водорода.

Биография[править]

Рудольф Шультен родился 16 августа 1923 года в семье текстильного фабриканта Франца Шультена. Во время Второй мировой войны получил ранение. С 1945 по 1949 год изучал математику и физику в Боннском университете, получив диплом математика. В 1952 году под руководством Вернера Гейзенберга и Рихарда Беккера в Гёттингенском университете защитил диссертацию на соискание степени доктора естественных наук[1][2]. До 1956 года работал научным ассистентом у Вернера Гейзенберга и Карла Виртца в Институте физики Общества Макса Планка в Гёттингене. Входил в созданную Виртцем в 1953 году исследовательскую группу по физике реакторов, которая фактически занималась планированием конструкций реакторов.

С 1956 года Шультен работал в промышленной компании Brown, Boveri & Cie (BBC) в Мангейме, где создал и возглавил отдел разработки реакторов. С 1957 по 1961 год был управляющим директором рабочей группы BBC и Friedrich Krupp AG по планированию атомной электростанции. С 1961 по 1964 год занимал должность управляющего директора компании Brown Boveri/Krupp Reaktorbau GmbH (BBK) в Мангейме. В 1957 году стал преподавателем, а в 1961 году — почётным профессором физики реакторов в Техническом университете Карлсруэ.

С 1964 года до выхода на пенсию в 1989 году Шультен был ординарным профессором кафедры реакторной техники в Рейнско-Вестфальском техническом университете Ахена и одновременно директором Института разработки реакторов в Исследовательском центре Юлиха. С 1973 по 1974 год занимал должность декана машиностроительного факультета, а с 1983 по 1985 год — проректора по исследованиям и технологиям в Ахенском университете. С 1969 по 1985 год с перерывами в течение восьми лет был председателем Научно-технического совета Исследовательского центра Юлиха.

С 1965 по 1970 год руководил проектом прототипного реактора THTR-300 для ассоциации THTR (Евратом, BBK, Исследовательский центр Юлиха).

С 1981 по 1984 год был членом Комиссии по безопасности реакторов (RSK) правительства Германии и её комитетов по легководным и высокотемпературным реакторам.

С 1958 по 1995 год был соредактором, а затем членом редакционного совета специализированного журнала atw — atomwirtschaft — atomtechnik (ныне atw — International Journal for Nuclear Power), официального издания Ядерного технического общества.

Рудольф Шультен был женат на Элизабет Штютцель из Дюссельдорфа. У них родились дочь и два сына.

Деятельность[править]

Начало работы[править]

С 1955 года Шультен участвовал в планировании первого немецкого ядерного реактора FR 2, построенного в Карлсруэ. Для изучения текущих разработок он посещал США (в частности, Национальную лабораторию Ок-Ридж) и Великобританию.

Женевская конференция по атомной энергии[править]

В начале 1950-х годов в мире возникли опасения по поводу нехватки энергии. На Первой Международной конференции по мирному использованию атомной энергии в Женеве в августе 1955 года гражданское использование ядерной энергии было признано решением этой проблемы. 32-летний Шультен участвовал в конференции в составе немецкой делегации. Немецкие участники отметили отставание Германии в области гражданского использования ядерной энергии, что привело к объединению усилий науки и политики для преодоления этого разрыва[3]. Шультен также считал необходимым развивать гражданское использование ядерной энергии на рынках электроэнергии, тепла и топлива.

Торий-урановый топливный цикл[править]

Шультен выбрал торий-урановый цикл вместо уран-плутониевого, используемого в легководных реакторах. Он исследовал возможность получения ядерного топлива уран-233 из тория-232 в реакторе без образования плутония[4][5]. Это было связано с ожидаемым ростом цен на уран-235 и опасениями по поводу опасности плутония для здоровья. Торий встречается в земной коре в два-три раза чаще урана.

Экспериментальный реактор AVR[править]

В 1956 году Шультену поручили разработать атомную электростанцию для коммунального энергетического предприятия Stadtwerke Düsseldorf. Технический директор предприятия Вернер Каутиус требовал создать станцию с КПД и доступностью на уровне электростанций на ископаемом топливе.

Шультен предложил высокотемпературный реактор (ВТР) в виде реактора с шаровой засыпкой, использующего графитовые сферы в качестве матрицы тепловыделяющих элементов и замедлителя, а гелий — в качестве теплоносителя. Идея такого реактора была предложена Фаррингтоном Дэниелсом в 1940-х годах. Шультен ознакомился с ней во время визитов к Элвину Вайнбергу в Национальную лабораторию Ок-Ридж.

В 1957 году Каутиус одобрил предложение Шультена. В 1959 году компания Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor GmbH поручила BBC-Krupp-Reaktorbau GmbH строительство атомной электростанции с реактором с шаровой засыпкой мощностью 15 МВт.

Шультен отвечал за планирование (с 1957 года) и строительство (с 1959 по 1964 год) экспериментальной атомной электростанции AVR в Юлихе. Станция была введена в эксплуатацию в 1967 году. AVR использовался для испытания принципа шаровой засыпки и тестирования тепловыделяющих элементов[6][7][8]. До вывода AVR из эксплуатации в 1988 году Шультен оказывал научное влияние на её работу. По его инициативе с 1974 года реактор работал с температурой гелия на выходе 950 °C[9].

Прототипный реактор THTR[править]

С 1962 года Шультен занимался созданием крупного прототипа реактора с шаровой засыпкой. Его работа привела к строительству прототипного реактора THTR-300 мощностью 308 МВт в Шмехаузене (Северный Рейн-Вестфалия). Владельцем и оператором станции была компания Hochtemperatur-Kernkraftwerk GmbH (HKG).

Шультен и его институт участвовали в физическом и техническом проектировании THTR. В реакторе испытывались крупные компоненты, такие как корпус реактора из предварительно напряжённого железобетона. THTR начал поставлять электроэнергию в сеть в 1985 году, но был выведен из эксплуатации в 1989 году после трёх лет работы. THTR и реактор на быстрых нейтронах в Калькаре считались флагманами западногерманских реакторных исследований в 1970-х годах, но оба проекта потерпели неудачу[10].

Проект «Ядерное технологическое тепло»[править]

Шультен разрабатывал концепции использования высокотемпературного тепла от реактора с шаровой засыпкой для переработки бурого и каменного угля, биомассы в газ, а также для термохимического производства водорода из воды[11]. Он предложил покрывать потребности в энергии при газификации угля и биомассы за счёт тепла реактора (проект «Ядерная газификация»).

Шультен также разработал технологию преобразования ядерной энергии в химическую энергию газа для её транспортировки и хранения (проект «Ядерная дистанционная энергия»)[12]. До 1989 года он был активным членом руководящего комитета этих проектов. По его инициативе были созданы экспериментальные установки для газификации угля, транспортировки энергии с помощью газа и производства топлива из природного газа[13].

Шультен инициировал создание специального исследовательского направления Немецкого научно-исследовательского общества по использованию технологического тепла высокотемпературных реакторов для производства водорода[14]. Он разработал концепцию реактора PR 500 тепловой мощностью 500 МВт, способного достигать температуры гелия на выходе 1000 °C[15][16].

Другие разработки[править]

Шультен разрабатывал концепции подземного строительства и эксплуатации атомных электростанций с реакторами с шаровой засыпкой. Он проектировал когенерационные электростанции для централизованного теплоснабжения, химической промышленности, опреснения морской воды и добычи нефти. В начале 1970-х годов участвовал в разработке высокотемпературного реактора с гелиевой турбиной в замкнутом цикле (проект HHT)[17]. В 1970 году предложил разработать инструменты прикладного системного анализа для оценки возможностей использования ядерной энергии.

Представления об оптимизации безопасности реакторов[править]

Главным принципом планирования Шультена было размещение реактора и гелиевого контура в корпусе под давлением, представляющем собой закрытую систему. Он подчёркивал хорошие характеристики безопасности реактора с шаровой засыпкой, обусловленные термической нечувствительностью тепловыделяющих элементов благодаря керамическому покрытию топливных частиц[18][19][20][21]. Шультен рассматривал эти частицы как мини-контейнменты. Он предложил отводить остаточное тепло от элементов за счёт излучения и теплопроводности, а не активного охлаждения, чтобы исключить расплавление активной зоны. Эти идеи были реализованы в проекте модульного высокотемпературного реактора мощностью 200 МВт[22][23][24].

Представления об оптимизации выгорания[править]

В 1970-х годах Шультен исследовал варианты загрузки и обогащения топлива для достижения высокого выгорания, включая однократную загрузку с низким обогащением (принцип OTTO)[25][26][27]. Это позволяло снизить затраты на обращение с отработавшим топливом и исключить его использование для создания ядерного оружия.

Значение[править]

Европейский крупный проект[править]

Исследования Шультена способствовали накоплению знаний по физике и технике ядерных реакторов, материаловедению и технологиям высокотемпературных процессов. В разработке реактора с шаровой засыпкой участвовали учреждения и компании из нескольких европейских стран при поддержке Евратома.

Стандарты безопасности[править]

Шультен установил стандарты в дискуссии о безопасности ядерной энергии, требуя создания реакторов, в которых выброс радиоактивных веществ невозможен[28].

На пути к демонстрационной атомной электростанции[править]

Шультен реализовал проекты экспериментальной станции AVR и прототипной станции THTR. Однако довести технологию до коммерческой зрелости не удалось. Энергетические компании Германии предпочли легководные реакторы из-за их более низких капитальных затрат[29]. Проблемы с эксплуатацией THTR-300 и его раннее закрытие привели к снижению интереса к высокотемпературным реакторам. Коммерческая демонстрационная станция так и не была построена[30][31]. Тем не менее, идеи Шультена послужили основой для дальнейших разработок[16][32][33][34].

Доказательство осуществимости «Ядерного технологического тепла»[править]

Шультен доказал возможность использования высокотемпературного тепла и электричества от реактора с шаровой засыпкой для газификации угля и расщепления метана. Однако прототипные установки не были реализованы из-за неготовности угольной и газовой промышленности инвестировать в них.

Представления об оптимизации безопасности топливного цикла[править]

Шультен отмечал, что проблема высокоактивных отходов связана с их качеством, а не количеством, из-за высокой плотности ядерной энергии. Он предлагал комбинировать химическую переработку с физическими процессами скалляции и трансмутации для легководных реакторов. Для реакторов с шаровой засыпкой он считал возможным прямое захоронение отработавших графитовых сфер в глубоких геологических формациях без предварительной обработки.

Международная деятельность[править]

После остановки AVR и THTR Шультен консультировал проекты за пределами Германии. Он консультировал специалистов в Китае, где в конце 1990-х годов был построен тестовый реактор HTR-10, а в 2012 году началось строительство двухблочной станции HTR-PM[35][36][37]. С 1982 года он информировал ЮАР о реакторах с шаровой засыпкой. В 1990-х годах в ЮАР разрабатывался проект PBMR, который был закрыт в 2010 году.

Преподавательская деятельность[править]

Шультен руководил подготовкой около 400 дипломных работ и 300 диссертаций, посвящённых техническим, физическим и экономическим аспектам использования ядерной энергии.

Награды[править]

  • 1971: Член Рейнско-Вестфальской академии наук
  • 1972: Премия Отто Гана города Франкфурт-на-Майне[38]
  • 1975: Памятная медаль Грасгофа Ассоциации немецких инженеров
  • 1978: Член-корреспондент Национальной инженерной академии США
  • 1981: Член кружка Конрада Матшосса Ассоциации немецких инженеров
  • 1986: Ахенская и Мюнхенская премия за технологии и прикладные естественные науки Фонда Карла Артура Пастора
  • 1987: Почётный член Ядерного технического общества (KTG)
  • 1987: Кольцо Вернера фон Сименса за заслуги в области естественных наук и технологий[39]
  • 1989: Большой крест со звездой ордена «За заслуги перед Федеративной Республикой Германия»
  • 1990: Почётная премия General Atomics и Калифорнийского университета в Сан-Диего
  • 1992: Почётный профессор Университета Цинхуа в Пекине
  • 1993: Почётный доктор Университета Дуйсбурга — Эссена
  • 1997: Улица Рудольфа Шультена в Юлихе

Труды[править]

  • Rudolf Schulten, Wernfried Güth: Reaktorphysik (2 Bände). Bibliographisches Institut Mannheim, BI Hochschultaschenbücher, Band 1: Der Reaktor im stationären Betrieb, 1960; Band 2: Der Reaktor im nichtstationären Betrieb, 1962.
  • Kurt Kugeler, Rudolf Schulten: Hochtemperaturreaktortechnik. Springer Verlag, Berlin/Heidelberg 1989, ISBN 978-3-642-52333-5.

Примечания[править]

  1. ↑ Dissertation zur Erlangung der Doktorwürde der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Georg-August Universität in Göttingen, vorgelegt von Rudolf Schulten (Referent Werner Heisenberg, Korreferent Рихард Беккер), Göttingen 1952, mündliche Prüfung 14. November 1952.
  2. ↑ R. Schulten Berechnung der magnetischen Momente, Quadrupolmomente und magnetischen Zustände einiger leichter Kerne // Zeitschrift für Naturforschung. — 1959. — том 8a. — № 12. — С. 759-775.
  3. ↑ Bernd-A. Rusinek: Das Forschungszentrum – Eine Geschichte der KFA Jülich von ihrer Gründung bis 1980. Campus Verlag, 1996.
  4. ↑ Rudolf Schulten: Die Verwendung von Kernbrennstoffen in der zukünftigen Atomindustrie. Der Ministerpräsident des Landes Nordrhein-Westfalen – Landesamt für Forschung –, Jahrbuch 1964, S. 517.
  5. ↑ Rudolf Schulten: Die Bedeutung der Thoriumreaktoren für die Kerntechnik. Arbeitsgemeinschaft Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen, Heft 165, 1966.
  6. ↑ Egon Ziermann, Günter Ivens: Abschlussbericht über den Leistungsbetrieb des AVR-Versuchskernkraftwerks. Forschungszentrum Jülich GmbH / Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor (AVR) GmbH, Berichte des Forschungszentrums Jülich 3448, Oktober 1997.
  7. ↑ Dieter Rittscher, Herbert Hollmann: 50 Jahre AVR. AVR GmbH, 2009.
  8. ↑ VDI: AVR – Experimental High-Temperature Reaktor – 21 Years of Successful Operation for a Future Energy Technology. VDI-Verlag, 1990.
  9. ↑ Egon Ziermann, Günter Ivens: Abschlussbericht über den Leistungsbetrieb des AVR-Versuchskernkraftwerks. Forschungszentrum Jülich GmbH / Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor (AVR) GmbH, Berichte des Forschungszentrums Jülich 3448, Oktober 1997, S. 83.
  10. ↑ Dieter Hoffmann, Ulrich Schmidt-Rohr (Herausgeber): Wolfgang Gentner Festschrift zum 100. Geburtstag ([ online])
  11. ↑ Rolf Schulten, Günther Dibelius, Werner Wenzel: Zukünftige Anwendung der nuklearen Wärme. Arbeitsgemeinschaft für Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen, Heft 185, 1968.
  12. ↑ KFA Jülich, RBW Köln: Nukleare Fernenergie, zusammenfassender Bericht zum Projekt Nukleare Fernenergie (NFE). Jül-Spez-303, März 1985.
  13. ↑ Karl Verfondern (Hrsg.): Nuclear Energy for Hydrogen Production. Schriften des Forschungszentrums Jülich, Band 58, 2007.
  14. ↑ Rudolf Schulten (Hrsg.), Reinhold Pitt (Bearb.) et al.: Nutzung der Kernenergie zur Veredelung fossiler Brennstoffe, zur Herstellung von Stahl und von chemischen Produkten und zur Gewinnung elektrischer Energie. Forschungsberichte des Landes Nordrhein-Westfalen, Nr. 2626: Fachgruppe Bergbau, Energie, 1977.
  15. ↑ Vladimir Maly, Rudolf Schulten, Eberhard Teuchert: 500 MW(th)-Kugelhaufenreaktor für Prozesswärme in Einwegbeschickung. atw Atomwirtschaft 17, 1972, S. 216.
  16. ↑ 16,0 16,1 Hans Bonka, Bruno Baltes (1977): Der Hochtemperaturreaktor mit Zwischenkreislauf, Nutzung der Kernenergie zur Veredelung fossiler Brennstoffe, zur Herstellung von Stahl und von chemischen Produkten und zur Gewinnung elektrischer Energie. Forschungsberichte des Landes Nordrhein-Westfalen, Nr. 2626: Fachgruppe Bergbau, Energie, S. 32.
  17. ↑ Hermann Krämer, H. Harder, Hans-Henning Hennies: HTR-Weiterentwicklung zu Einkreisanlagen und für die Nutzung von Prozesswärme. atw Atomwirtschaft 19, 1974, S. 390.
  18. ↑ Rudolf Schulten, Heinrich Bonnenberg: Brennelement und Schutzziele. VDI-Gesellschaft Energietechnik, Jahrbuch 91, 1991, S. 175.
  19. ↑ Hubertus Nickel, Heinz Nabielek, Günther Pott, Alfred Wilhelm Mehner: Long time experience with the development of HTR fuel elements in Germany. Nuclear Engineering and Design, Volume 217, Number 1, August 2002, S. 141–151.
  20. ↑ Heinz Nabielek, Mark Mitchell: Graphite and Ceramic Coated Particles for the HTR. In: H.-T. Lin, A. Gyekenyesi, L. An, S. Mathur, T. Ohji (Hrsg.): Advanced Materials for Sustainable Development. Ceramic Engineering and Science Proceedings, Volume 31. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, USA 2010, doi:10.1002/9780470944080.ch7.
  21. ↑ Fabrice Guittonneau: Développement de stratégies de gestion du combustibles HTR. Thèse de Doctorat Université de Nantes UFR Sciences et Techniques, 28. Oktober 2009.
  22. ↑ Isidor Weißbrot: Das Hochtemperaturreaktor-MODUL-Konzept der KWU-Gruppe für den Wärmemarkt. Energiewirtschaftliche Tagesfragen 32, S. 825 (Okt. 1982).
  23. ↑ Herbert Reuther, Günther Lohnert: The Modular High-Temperature Reaktor. Nuclear Technology, Vol. 62 (July 1983), S. 22–30.
  24. ↑ Eberhard Teuchert, Hans-Jochem Rütten, K.A. Haas: Rechnerische Darstellung des HTR-Modul-Reaktors. Forschungszentrum Jülich GmbH, ISR, Jül-2618, Mai 1992.
  25. ↑ Rudolf Schulten u. a.: Industriekernkraftwerk mit Hochtemperaturreaktor PR 500 – „OTTO-Prinzip“ – zur Erzeugung von Prozessdampf. Kernforschungsanlage Jülich, Jül-941-RG, April 1973.
  26. ↑ Vladimir Maly, Rudolf Schulten, Eberhard Teuchert: Einweg-Kugelhaufenreaktor als Hochkonverter im Thoriumzyklus. atw Atomwirtschaft 19, 1974, S. 601.
  27. ↑ Hans Bonka, Bruno Baltes: Der Hochtemperaturreaktor mit Zwischenkreislauf. Nutzung der Kernenergie zur Veredelung fossiler Brennstoffe, zur Herstellung von Stahl und von chemischen Produkten und zur Gewinnung elektrischer Energie, Forschungsberichte des Landes Nordrhein-Westfalen, Nr. 2626: Fachgruppe Bergbau, Energie, 1977.
  28. ↑ Nachruf auf Rudolf Schulten. atw Atomwirtschaft 41, 1996, S. 439.
  29. ↑ Heinrich Mandel: Die Entwicklung der Stromerzeugungsmöglichkeiten und das unternehmerische Wagnis der Elektrizitätswirtschaft. Arbeitsgemeinschaft für Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen, Heft 137, 1964.
  30. ↑ Heiße Kugeln. Der Spiegel, 1981 ([ Online]).
  31. ↑ Nachruf auf Rudolf Schulten. Der Spiegel, 1994 ([ Online]).
  32. ↑ Dietrich Knoche, Markus Esch (Westinghouse): Nuclear Options for Process Heat Applications. 2010, Archiv-Datei 2010: 2010-03-6.pdf
  33. ↑ Urban Cleve: Technik und künftige Einsatzmöglichkeit nuklearer Hochtemperaturreaktoren. FUSION, Forschung und Wissenschaft für das 21. Jahrhundert, 32. Jahrgang, Heft 1, 2011.
  34. ↑ https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/TE_1674_CD_web.pdf
  35. ↑ Zuoyi Zhang, Zongxin Wu, Yuanhui Xu, Yuliang Sun, Fu Li: Design of Chinese Modular High-Temperature Gas-cooled Reactor HTR-PM. 2nd International Topical Meeting on High-Temperature Reaktor Paper 15, Beijing, China, September 22-24, 2004
  36. ↑ David Dalton China Begins Construction Of First Generation IV HTR-PM Unit. NucNet (2013-01-07). Проверено 8 июня 2026.
  37. ↑ Richard Martin China geht bei Atomkraft voran. Technology Review (2016-02-15). Проверено 8 июня 2026.
  38. ↑ Die Otto-Hahn-Stiftung der Stadt Frankfurt am Main: Verleihung des Otto-Hahn-Preises der Stadt Frankfurt am Main an Prof. Dr. Rudolf Schulten an 14. März 1972 im Kaisersaal des Römers – Reden. Amt für Wissenschaft, Kunst und Volksbildung der Stadt Frankfurt am Main, 1972.
  39. ↑ Werner-von-Siemens-Ring 1987 geht an Rudolf Schultenнем.. Stiftung Werner-von-Siemens-Ring. Проверено 8 июня 2026.

Литература[править]

  • Thomas Hacker: Prof. Dr. Rudolf Schulten (1923–1996), Kernphysiker und „Vater“ des Hochtemperatur-Reaktors. In: Westmünsterländische Biografien 3 (Geschichte im Westmünsterland / Beiträge der Gesellschaft für historische Landeskunde des westlichen Münsterlandes e. V.), Achterland, Vreden, 2019, S. 351–360.
  • Peter Armbruster Schulten, Rudolf // Neue Deutsche Biographie. — Berlin: Duncker & Humblot, 2007. — Bd. 23. — S. 692. — ISBN 978-3-428-11204-3.
  • Cтатья в Архиве Мюнцингера.

Ссылки[править]

Рувики

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Шультен, Рудольф», расположенная по адресу:

—https://ru.ruwiki.ru/wiki/Шультен,_Рудольф

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий.

Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».

Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Шультен,_Рудольф&oldid=2691492