ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Ядерный реактор—современная фабрика изотопов из "Изотопы на службе человека " Приведенные примеры ни в коей мере не исчерпывают богатства методов и приемов современной радиохимии. Нашей целью было ознакомить читателя лишь с некоторыми основными проблемами, а также показать, какую важную роль играет здесь адсорбция. Заметим, что в исследовании этого явления применительно к растворам радиоактивных веществ немалая заслуга принадлежит польскому ученому проф. Казимиру Фаянсу (род. в 1887 г.), который был, вообще говоря, одним из творцов радиохимии. Рядом с ним стоят другие ученые и исследователи — настоящие звезды первой величины Отто Ган, открывший деление ядра урана, супруги Жолио-Кюри, открывшие искусственную радиоактивность, и, наконец, Глен Сиборг — исследователь трансурановых элементов. [c.137] Хотя первый ядерный реактор был пущен всего 12 лет назад, об этих необычайных установках уже сейчас можно было бы написать целые тома. Сегодня на всем земном шаре— в Советском Союзе и в Соединенных Штатах Америки, во Франции и в Канаде, в Норвегии и в Англии — действуют различные виды реакторов. Одни из них служат научно-исследовательским целям, другие вырабатывают энергию, третьи являются настоящими фабриками по производству огромных количеств разнообразных радиоактивных изотопов. Остановимся хотя бы бегло на устройстве и работе ядерных реакторов. [c.137] Среди различных типов реакторов промышленное значение получили прежде всего урак-графитовые реакторы и реакторы на тяжелой воде. Графит является очень дешевым и легко доступным в любых количествах замедлителем нейтронов. Этого наяьзя сказать о тяжелой воде. Еще один известный нам замедлитель нейтронов — бериллий — отличается сильными отравляющими свойствами, вследствие чего он применяется в очень ограниченных масштабах. [c.137] Как это выглядит на практике, показано на рис. 77. Графиту придана здесь форма продолговатых кирпичей, в которых проделаны круглые отверстия для урановых стержней. Таким образом, получается пространственная решетка из урана и графита. [c.138] Этих нейтронов достаточно для того, чтобы началась цепная реакция. Нейтроны, проходя через замедлитель, в данном случае графит, сильно в нем тормозятся (см. рис. 31). По выходе из графита нейтроны движутся со столь же малыми скоростями, как атомы и молекулы окружающих их веществ, почему их и называют тепловыми. Не обладая зарядом, эти медленные нейтроны расщепляют ядра изотопа урана высвобождая при этом новые нейтроны таким образом начинается цепная реакция. [c.139] Однако, как нам известно, часть нейтронов уходит из реактора в окружающее пространство. Полностью пресечь это бегство нейтронов не удается, его можно лишь уменьшить, увеличивая размеры реактора. Однако это связано с рядом трудностей, в то же время количество необходимого урана возрастает при этом до десятков тонн, а графита — до тысяч тонн. Нужны были какие-то другие способы борьбы с рассеиванием нейтронов. Одним из таких очень простых способов оказалось использование так называемых отражателей нейтронов. Подобно тому как обычное зеркало отражает световые лучи, так и слой отражателя, окружающий реактор со всех сторон, отражает большую часть нейтронов. Благодаря этому мол но существенно уменьшить размеры реактора и количество урана примерно до 40 т, а графита — до 800 т. Очевидно, что если пустить цепную реакцию на самотек, то, раз начавшись, она развивалась бы дальше лавинообразно. Такой характер ее протекания грозил бы, естественно, катастрофой. Поэтому необходим какой-нибудь регулятор. Для управления ходом цепной реакции применяют контрольные кадмиевые стержни или стальные стержни с примесью бора. Как кадмий, так и бор интенсивно поглощают нейтроны. Поэтому при погружении контрольных стержней внутрь реактора сразу падает интенсивность протекания цепной реакции. Очевидно, что осуществление такой регулировки вручную было бы делом трудным и малонадежным. Реакция на все изменения в нормальной работе реактора долл иа быть чрезвычайно быстрой, а потому здесь обязательна автоматизация. [c.139] Таким образом, регулировка цепной реакции происходит совершенно автоматически и с очень большой скоростью. Благодаря описанному устройству раз приведенный в действие атомный реактор может работать беспрерывно в течение многих дней, недель, месяцев. [c.140] НИИ в реактор они поглощают такое большое количество нейтронов, что цепная реакция сразу затухает. Таким образом, аварийные стержни служат для остановки работы реактора в случае крайней необходимости, когда грозит катастрофа. [c.141] Ядерные излучения реактора, прежде всего улучи и нейтроны, оказывают очень вредное воздействие на человека. Поэтому реактор окружается со всех сторон бетоном (см. рис. 77), толщина которого доходит до нескольких метров. Он поглощает излучение и обеспечивает обслуживающему персоналу нормальные условия для работы. [c.141] Следует заметить, что создание защиты от ядерных излучений реактора важно не только для людей. Как мы знаем, ядерные излучения чрезвычайно сильно воздействуют на любые вещества, а следовательно, и на материалы, из которых выполнена сама конструкция реактора. Под воздействием ядерных излучений одни элементы превращаются в другие, интенсивно протекают реакции окисления (рис. 79), быстро падает механическая прочность материалов. Ядерные и химические превращения, изменения внутренней структуры и повышенная температура — все эти факторы способны вызвать очень быстрое разрушение конструкции реактора. Необходимо как-то защитить реактор от угрозы такого, попросту говоря, распада его конструкции. [c.141] Это достигается двумя путями. Во-первых, для постройки реактора подбираются материалы, которые не реагируют на воздействие нейтронов и являются стойкими по отношению ко всем другим разрушительно действующим факторам. Для полной гарантии качества эти материалы исследуются вначале в реакторах, служащих специально для таких целей. Подобные исследования показали, что для строительства атомных реакторов наиболее пригодными материалами являются специальные стали, жаростойкий металл цирконий, а также алюминий и некоторые его сплавы. [c.141] Второй способ — это использование защитных покрытий. Например, для предотвращения окисления уран часто заключается в чехлы из алюминия. [c.141] Шс помощью системы мощных I насосов. [c.142] Другим очень легко доступным и притом бесплатным охлаждающим агентом является воздух. К сожалению, теплообмен при воздушном охлаждении очень мал, а поэтому для эффективного охлаждения нужны громадные количества воздуха, что влечет за собой необходимость применения большого числа мощных воздушных насосов. Однако системы воздушного охлаждения сравнительно просты и поэтому, несмотря на присущие им недостатки, находят широкое применение. [c.142] НИИ (если не применять систем с повышенным давлением) она не превосходит 100° С. Повышение рабочей температуры особенно важно в реакторах, используемых для получения энергии, поскольку, согласно законам термодинамики, увели-чекие разницы температур ведет к увеличению энергетической отдачи реактора. [c.143] Ограничимся сказанным выше о проблеме отвода тепла, поскольку она не является для нас основной, и посмотрим теперь, какую продукцию даюг нам реакторы. [c.143] Период полураспада нептуния сравнительно невелик (Г=2,3 дня), плутоний же распадается очень медленно (7=24 100 лет). Поэтому именно плутоний накапливается в реакторе. [c.143] При облучении нейтронами плутоний ведет себя точно так же, как и, и вследствие этого наравне с и может служить источником ядерной энергии. Как мы помним, разделение изотопов урана является довольно трудоемким процессом. Отделение плутония от урана осуществляется значительно проще, поскольку в этом случае мы имеем дело с двумя различными элементами. Поэтому производство плутония является значительно более выгодным способом получения ядерного горючего, чем выделение из природного урана. [c.143] Плутоний наравне с легким изотопом урана используется в реакторах специального типа. Оба эти элемента сравнительно легко распадаются под воздействием как быстрых, так и медленных нейтронов. Поэтому для осуществления цепной реакции необходимо значительно меньшее их количество, чем в случае использования обычного урана, содержащего большие количества ги. [c.143] Примером реактора, работающего на или плутонии, может быть так называемый котел (рис. 80). В центре его находится стальная сфера диаметром 30 см, наполненная водным раствором соли урана — азотана уранила иОз(КОз)2. [c.144] Вернуться к основной статье