Что же происходит в реакторе?
Мы уже знаем, что ядерным горючим служит уран. В реакторе ядра урана
делятся, образуя при каждом делении по два осколка приблизительно равной
величины. Таким образом, из одного ядра урана образуются ядра двух элементов,
находящихся в средней части таблицы Менделеева. Образующиеся в результате
деления ядра радиоактивны.
Реакция деления ядер урана сопровождается выделением огромного количества
кинетической энергии, причем основная доля, порядка 80%, приходится на
кинетическую энергию осколков деления. По закону сохранения энергии кинетическая
энергия осколков при их торможении от столкновения с другими ядрами превращается
в тепловую и нагревает уран, который необходимо охладить, т. е. отвести
от него тепло и использовать это тепло наивыгоднейшим образом.
Для отведения тепла от урана используются различные жидкие или газообразные
вещества, называемые теплоносителями. В качестве теплоносителей
применяют воду, различные газы, жидкие металлы и органические соединения.
Практически уран загружается в реактор в виде так называемых ТВЭЛов - тепловыделяющих
элементов, сделанных чаще всего из двуокиси урана; одеты они в герметические
оболочки, которые предохраняют горючее от коррозионного и механического
воздействия теплоносителя и препятствуют выходу некоторых продуктов деления,
а следовательно, уменьшают радиоактивность теплоносителя. Очевидно, теплоносители
должны содержать как можно меньше химических элементов, поглощающих нейтроны,
и не вызывать разрушительной коррозии оболочки ТВЭЛов и металлоконструкций,
с которыми соприкасается теплоноситель.
Кроме того, теплоносители должны мало активироваться, т. е. почти не
приобретать искусственной радиоактивности под воздействием нейтронов, и
не разлагаться под воздействием радиоактивных излучений. И конечно, теплоносители
должны иметь достаточную теплоемкость, чтобы эффективно отводить тепло.
Чаще всего охлаждение реакторов производится по замкнутому циклу. Нагретый
теплоноситель из реактора поступает в теплообменники, где охлаждается,
а затем циркуляционными насосами снова возвращается в реактор. Эту систему
называют первым контуром охлаждения реактора. Теплоноситель в нем
обязательно радиоактивен, особенно во время работы реактора. Поэтому первый
контур делается герметичным и окружается биологической защитой.
Водо-водяной исследовательский реактор типа ВВР-С.
Теплоноситель, отбирающий тепло у теплообменников первого контура и
протекающий по второму контуру охлаждения, отделен от первого контура
и в смысле радиоактивности не опасен для людей.
Тепловыделяющие элементы безопасны до загрузки в реактор, так как естественная
радиоактивность урана ничтожна. В процессе работы, благодаря накоплению
осколков деления урана, являющихся источниками мощного у -излучения, у
ТВЭЛов появляется очень высокая радиоактивность, сравнимая с активностью
десятков килограммов радия. Поэтому выгрузка из реактора отработанных ТВЭЛов
ведется дистанционно, с помощью специальных механизмов, за толстой защитой,
предохраняющей от губительного у-излучения.
Петлевой материаловедческий реактор (МР), работающий в Институте
атомной энергии им. И. В. Курчатова
В некоторых реакторах, где защитой служит вода, радиоактивные ТВЭЛы
находятся в глубине бассейна, заполненного водой. Вода защищает от излучения
и позволяет видеть перегружаемые тепловыделяющие элементы.
Мощное нейтронное излучение реакторов делает находящиеся в них вещества
и материалы радиоактивными. Поэтому для работы с предметами, побывавшими
в реакторе, тоже применяется дистанционная техника: "механические руки"
и другие специальные манипуляторы.
Под действием нейтронного излучения реактора все материалы меняют свои
механические свойства, а некоторые из них форму и размеры. Перед проектированием
реакторов надо хорошо изучить поведение материалов в нейтронном поле. Этим
занимается специальная отрасль науки - радиационное материаловедение в
Москве. Мощность этого реактора 40 МВт, а общая мощность установленных
в нём петлевых каналов достигает 10 МВт.
|