В активной зоне, загруженной достаточным количеством урана, осуществляется цепная реакция деления ядер урана. Чтобы управлять ею, используют стержни или пластины из материалов, сильно поглощающих тепловые нейтроны. Чаще всего применяют бор (обычно в виде карбида бора или бористой стали) и кадмий.

Для таких стержней (или пластин) делаются отверстия, пронизывающие активную зону. Стержни, введенные в активную зону, поглощают большую часть нейтронов, появившихся в результате деления урана, и цепная реакция не развивается. По мере выдвижения их из реактора все больше и больше нейтронов принимает участие в делении ядер урана, пока, наконец, их не окажется столько, что возникает цепная саморазвивающаяся реакция. С этого момента количество нейтронов в реакторе начинает .непрерывно увеличиваться, даже если стержни остаются неподвижными.

А чтобы прекратить развитие цепной реакции, стержни вводят в активную зону. Можно подобрать такое положение стержней (положение компенсации), при котором количество нейтронов в реакторе будет оставаться постоянным. Это означает, что реактор работает с постоянной мощностью.

Схема охлаждения экспериментального реактора. Теплоноситель (вода) прокачивается через реактор (7), идет в теплообменник (2) и, охлажденный, возвращается в реактор насосом первого контура (3). Для защиты от излучения реактор, теплообменник и насос находятся в помещениях (боксах) с толстыми стенами (4). Тепло от воды первого контура отводится водой, циркулирующей во втором контуре и омывающей поверхность теплообмена (5). Вода охлаждается в градирне (в) к насосом (7) возвращается в теплообменник.

Это получается, когда в результате каждого деления ядра урана возникает (в среднем) только одно последующее деление, т. е. из числа нейтронов, вылетающих при каждом делении ядра урана, в поддержании цепной реакции участвует только один нейтрон, остальные нейтроны поглощаются.

Почему же удается управлять цепной реакцией, несмотря на то что процесс деления идет быстро? Ведь обычно в таких случаях реакции протекают со скоростью взрыва. К счастью, не все нейтроны, образующиеся при делении ядер урана, вылетают одновременно. Часть их (0,7%) освобождается с небольшим запозданием. Эти нейтроны называются запаздывающими, среднее время запоздания -10 с.

Благодаря запаздывающим нейтронам удается осуществить управление цепной реакцией в реакторе. При регулировании реактора исходят из такого положения: в каждом последующем акте деления увеличение количества нейтронов не должно превышать доли запаздывающих нейтронов. Требуется большая осторожность при выдвижении поглощающих стержней из активной зоны. Ошибка - и цепная реакция становится неуправляемой. Поэтому очень важно точно следить за размножением нейтронов в активной зоне реактора, т. е. измерять нейтронные потоки в активной зоне. Помогают в этом измерительные комплексы или установки, состоящие из чувствительных детекторов (датчиков) и электронной регистрирующей аппаратуры.

Как же начинается цепная реакция? Как в реакторе появляется первый нейтрон - родоначальник нейтронов, которые вылетают из делящихся ядер? В реакторах, использующих природный или слабообогащенный уран, первые свободные нейтроны дает сама природа: ядра урана способны самопроизвольно (спонтанно) делиться и испускать при этом нейтроны. Случаи спонтанного деления очень редки, но, так как в реакторе собирается большое количество урана, одиночные деления происходят довольно часто и небольшое количество нейтронов постоянно блуждает в активной зоне. Для запуска реакторов, использующих обогащенный уран, в активную зону вводят маленькие ампулы с радиоактивными препаратами; излучающими нейтроны.

Электричество и магнетизм

Как избежать взрыва