Слова «ядерный реактор» сейчас знакомы всем, по сути, став символом целой эпохи. Несмотря на потенциальную опасность использования подобных устройств, в свете истощения мировых запасов нефти реакторы на ядерном топливе являются очень перспективными.
Ядерный реактор представляет собой инженерно-техническое устройство, в котором происходит управляемая реакция деления расщепляющегося радиоактивного вещества, сопровождающаяся выделением энергии. Основное предназначение – генерация электрического тока (атомные электростанции – АЭС), а также получение тяжелых делящихся элементов периодической таблицы Менделеева (преобразование). Первый ядерный реактор был собран и запущен в эксплуатацию в 1942 году в Америке под контролем выдающегося физика своего времени – Энрике Ферми. Через три года свой реактор запустила Канада, а в 1946 году – Россия.
Отметим один важный момент: многие люди, малознакомые с данной темой, часто считают, что ядерный реактор вырабатывает электроэнергию непосредственно, и она является побочным продуктом делящегося радиоактивного топлива. К сожалению, это не так. По сути, ядерный реактор представляет собой огромный нагреватель, если не сказать «кипятильник», сообщающий тепловую энергию теплоносителю, который и совершает полезную работу по выработке электричества посредством обычного генератора.
Чтобы ответить на многие вопросы, рассмотрим устройство ядерного реактора. Конструктивно, любой атомный реактор включает в себя следующие элементы:
- центральная активная зона с замедлителем быстрых нейтронов. Именно здесь происходит реакция деления;
- слой, отражающий нейтроны. Он необходим для снижения проникающего ионизирующего излучения, а также для повышения эффективности установки;
- защита от излучения. Как правило, свинцовые щиты;
- теплоноситель. Во всех современных моделях реакторов является незаменимой частью;
- стержневое устройство управления течением реакцией распада ядер;
- контур охлаждения;
- механизм дистанционного управления.
Для работы котлов ядерных реакторов используются тяжелые металлы – Уран-233, 235 или Плутоний-239. Особенности этих элементов в том, что каждую единицу времени в их атомарной структуре происходит спонтанный распад (расщепление). При этом процессе из ядер атомов высвобождаются нейтроны. Атом, потерявший (приобретший) нейтрон, превращается в другой элемент периодической таблицы. К примеру, таким способом из Урана-238 получают Плутоний-239. Ударяя по соседним атомам топливного материала, они, благодаря своей высокой скорости, высвобождают дополнительные нейтроны. Общее количество увеличивается в прогрессии – начинается цепная реакция деления ядер. Если на данном этапе не принять меры по ее регулированию, то в результате получится неуправляемая ядерная цепная реакция, сопровождающаяся лавинообразным высвобождением колоссального количества энергии (ядерный взрыв).
Для управления используют два обязательных метода – введение в активную зону замедлителя, снижающего скорость нейтронов до уровня самоподдерживающегося процесса, а также внесение нужного количества регулирующих стержней (кадмий или бор), поглощающих избыток нейтронов.
При распаде ядер выделяется тепло, которое нагревает циркулирующий теплоноситель (вода), он преобразуется в пар и вращает турбину электрического генератора.
Это основная схема. Существует несколько ее разновидностей. Например, вода-теплоноситель может быть естественно кипящей или находящейся под давлением. Последнее дает возможность получать перегретый пар, повышая КПД. Кроме того, вода – не единственный вид теплоносителя (может быть газ или жидкий металл). Также в некоторых модификациях реакторов замедлитель не используется.
