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.

перейти к началу страницы