Уран и замедлитель - сердце реактора, его активная зона. Чтобы реактор мог работать, размер его активной зоны должен превышать определенную критическую величину, иначе цепная реакция не разовьется, так как большая часть нейтронов, образующихся при делении урана, будет вылетать наружу и теряться, не вызывая делений. При увеличении объема активной зоны отношение количества теряющихся нейтронов к остающимся в зоне уменьшается, так как отношение поверхности шара к его объему уменьшается по мере увеличения радиуса.

Такой путь в замедлителе проходят нейтроны, вылетевшие из ядра урана при делении: 1 - путь нейтрона, который успел замедлиться и вызвал новое деление, попав в урановый стержень; 2 - путь нейтрона, который попал в ядро урана-238, не успев замедлиться до тепловой скорости, и был поглощен этим ядром; 3 - путь нейтрона, вылетевшего за пределы активной зоны (кружочками показаны урановые стержни).

Для уменьшения утечки нейтронов из активной зоны ее окружают отражателем, сделанным из материалов, пригодных в качестве замедлителя. За счет отражателя критические размеры активной зоны несколько уменьшаются. Критические размеры зоны зависят от физических свойств материалов. Так, в уран-графитовом реакторе с естественным ураном критический радиус шарообразной активной зоны равен приблизительно 3 м, а критическая масса загрузки составляет примерно 50 т урана.

Современная техника позволяет искусственно обогащать уран изотопом-235. Содержание этого изотопа в обогащенном уране может быть доведено до 93%. А применяя обогащенный уран, можно строить реакторы очень маленьких размеров и использовать в качестве замедлителя и отражателя обыкновенную воду. Используя уран высокого обогащения, в котором мало поглощающего изотопа-238, можно создавать гомогенные реакторы-малютки, в. которых критический диаметр шарообразной активной зоны всего 23 см, а критическая масса 0,8 кг. Наконец, уран высокого обогащения позволяет строить реакторы без замедлителя, пользуясь тем, что ядра урана-235 делятся и под действием быстрых нейтронов, хотя и менее охотно. Правда, минимальная критическая масса активной зоны из чистого урана-235 не получается меньше 22 кг.

Простейший уран-графитовый реактор (в разрезе). Внутренняя часть выложена в виде шара из графитовых брусков с отверстиями (1), в которые заложены урановые стержни (2). Это активная зона. Наружная часть (отражатель) из графитовых брусков без отверстий (3). Через центр активной зоны проходит вертикальный канал, в который опущен регулирующий стержень (4). Рядом с ним еще два канала для стержней аварийной защиты (5). Реактор окружен толстой бетонной стеной (в) для защиты людей от излучения.

Электричество и магнетизм

Сердце реактора