Заготовка топлива

Захват нейтронов ядрами урана-238 затрудняет ход цепной ядерной реакции деления урана. Однако при этом происходят чудесные превращения. Захватив нейтрон, ядра урана-238 превращаются в ядра нового вещества - нептуния-239 (элемент № 93), который, в свою очередь, за счет бета-распада превращается в плутоний-239 (элемент № 94). А это ядро способно делиться под воздействием нейтронов, так же как и ядро урана-235.

При работе реактора в уране накапливается плутоний, который можно выделить и использовать в реакторах для получения энергии. Получается "печка", где из горящих "дров" сами собой вырабатываются новые отличные "дрова". Переработка урана-238 в плутоний значительно расширила для человечества запасы ядерного горючего.

Вертикальный разрез петлевого материаловедческого реактора (МР). Реактор находится в глубоком бассейне, заполненном водой. Он имеет бериллиевый замедлитель (1) и графитовый отражатель (2), которые собраны в корпусе (3), открытом сверху. Топливные элементы (4) установлены в рабочие каналы (5). Вода, охлаждающая топливные элементы (ТВЭЛы), подводится к каждому каналу и отводится от него по трубам (б) и с водой бассейна не смешивается. Петлевые каналы (7) изготовлены вместе с трубами, по которым к ним подводится и отводится теплоноситель, и подсоединяются к контурам петель за пределами бассейна специальными разъемами (8). Замедлитель и отражатель охлаждаются водой бассейна, которая отсасывается из нижней части корпуса реактора и после охлаждения в теплообменнике возвращается в бассейн по трубе (9). Стержни регулирования и аварийная защита двигаются в каналах (10), расположенных между рабочими каналами. Их приводы смонтированы на подвижной платформе (11). Если реактор остановлен, подвижную платформу можно откатить в сторону и получить свободный доступ к реактору сверху для перегрузок под защитным слоем воды. Во время работы реактора бассейн закрыт стальными плитами (12) для защиты от гамма-излучения, проникающего через толщу воды. Для облучения материалов тепловыми нейтронами вблизи активной зоны смонтированы экспериментальные каналы (13), доступные для загрузки аппарата на ходу. На краю отражателя и снаружи, около корпуса реактора находятся каналы (14) с ионизационными камерами для системы управления и защиты реактора.

Новое топливо, образовавшееся в реакторе, называется вторичным ядерным горючим. Очень важно при этом, в каком количестве образуется вторичное горючее. Количество ядерного горючего, образующегося в реакторах, использующих тепловые нейтроны, почти во всех случаях меньше первоначально загружаемого в реактор. Однако существуют специальные реакторы, использующие быстрые нейтроны. Замедлитель в них отсутствует. В реакторах на быстрых нейтронах вторичного горючего образуется, как правило, больше первоначально загружаемого.

Мы сравнили атомный реактор с печкой, в которой сжигается ядерное горючее для получения тепла. Но строго говоря, это сравнение не точно: атомное горючее, загруженное в реактор, не может быть использовано полностью. Если это и печка, то дрова в ней не могут сгореть до конца, полностью, так как для поддержания цепной реакции необходимая загрузка реактора должна быть не ниже критической.

Разумеется, "несгоревшее" ядерное горючее, содержащееся в ТВЭЛах, извлекается в результате химической переработки и снова идет в дело. Исследователям, работающим в области ядерной физики, требуются мощные пучки тепловых нейтронов. Для получения таких пучков используются обычно водо-водяные исследовательские реакторы.

Для успешной работы реактора нужны надежные ТВЭЛы, содержащие уран. Поэтому, прежде чем начать массовый выпуск ТВЭЛов для реакторов, первые образцы их испытываются на исследовательских реакторах, оборудованных специальными устройствами - так называемыми петлями.

Экспериментальная петля, на которой отрабатываются ТВЭЛы активной зоны будущей атомной электростанции, имеет автономную систему охлаждения, где давление и температура теплоносителя такие же, как на настоящей станции.

Одновременно с ТВЭЛами на исследовательских реакторах обычно испытываются и конструкционные материалы, применяемые в реакторостроении. При исследовательских реакторах строятся так называемые горячие материаловедческие лаборатории, имеющие специальную защиту от излучения.

Игорь Васильевич Курчатов (1903-1960)

Советский физик, академик, трижды Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской и Государственных премий СССР. Свою научную деятельность начал с исследования электрических свойств кристаллов сегнетовой соли, создал основы учения о сегнетоэлектричестве. Принадлежит к числу крупнейших ученых-физиков XX в., работающих по использованию внутриатомной энергии. С 1933 г. занимался ядерной физикой, в частности обнаружил явление ядерной изомерии у искусственно-радиоактивных изотопов, изучал резонансное поглощение нейтронов и их взаимодействие с водородом, исследовал деление тяжелых ядер. Курчатов был выдающимся организатором. Под его научным руководством и при непосредственном участии в нашей стране создана мощная атомная техника, развиты работы по управляемым термоядерным реакциям. На сессии Верховного Совета СССР 15 мая 1960 г. Игорь Васильевич сказал: "Я счастлив, что родился в России и посвятил свою жизнь атомной науке великой Страны Советов. Я глубоко верю и твердо знаю, что наш народ, наше правительство только благу человечества отдадут достижения этой науки".

перейти к началу страницы