Ядерные реакторы

Для воспроизводства горючего реактор 1 окружают отражателем 11, заполненным кипящей взвесью окиси тория²³² (или урана²³⁸) в воде. Пар, образующийся в отражателе, отделяется от жидкости в отделителе 12, в специальном устройстве 13 очищается от порошка окиси тория и затем присоединяется к основному пару центральной части реактора. Дальнейшая циркуляция пара такая же, как и в предыдущей установке. Конденсированный пар после теплообменника поступает в резервуар 14 и оттуда распределяется между центральной частью и отражателем реактора.

Расчеты показывают, что для таких аппаратов на одну тысячу киловатт установленной мощности (по вырабатываемой электроэнергии) потребуется совсем немного материала — от 300 до 700 граммов расщепляющегося вещества и 200–300 литров тяжелой воды. Для размножающего реактора этого типа потребуется еще около 160 килограммов тория. При большей мощности реактора относительный расход материалов значительно уменьшается.

Советские реакторы, о которых здесь шла речь, использовались исключительно для научных исследований.

Так, изучение структуры ядер и характера ядерных сил может быть проведено облучением различных веществ мощным потоком нейтронов, получаемых в реакторе. Характер взаимодействия ядер с нейтронами различных скоростей дает нам сведения об энергии связи частиц в ядре, то есть об его устойчивости. С помощью реактора проводятся исследования гамма-лучей, образующихся при поглощении нейтронов различными ядрами.

Мы уже говорили о том, что ядерные частицы, в том числе и нейтроны, при взаимодействии с атомами веществ ведут себя, как волны. Поэтому нейтронные излучения могут, подобно рентгеновским лучам, применяться для изучения структуры вещества. Эти так называемые нейтронографические исследования также производятся на мощных нейтронных пучках ядерных реакторов. На советских реакторах проводилось также облучение различных материалов с целью определения характера влияния различных излучений на свойства этих материалов. На рис. 36 приведена фотография пластинки урана до и после облучения.

Рис. 36. Пластинка урана до и после облучения в ядерном реакторе

Мы видим, что размеры пластинки после облучения значительно изменились. Она стала уже и длиннее, несколько изменилась и ее форма. При облучении меняется и микроструктура металлического урана. Это видно на приведенной фотографии (рис. 37), сделанной с помощью электронного микроскопа при увеличении в 15 тысяч раз.

Рис. 37. Изменение микроструктуры облученного урана:

слева — до облучения; справа — после облучения

С помощью ядерного реактора может быть проведено изучение влияния излучений на живые организмы. Наконец, необходимо указать на такое важное применение излучений ядерного реактора, как приготовление различных радиоактивных изотопов. Эти изотопы используются для различных отраслей науки, техники, сельского хозяйства и медицины.

Зарубежные ядерные реакторы. Из реакторов, построенных за рубежом, наибольшее число находится в Соединенных Штатах Америки. Мощные установки используются для получения плутония, идущего на изготовление атомного оружия, более малые — для исследовательских целей. Несомненный, правда исторический, интерес представляет первый ядерный реактор CP-1, поперечный разрез которого приведен на рис. 38.

Рис. 38. Разрез американского реактора CP-1

Реактор представляет собой большой куб с основанием 9×9 метров и высотой 6 метров. Куб сложен из графитовых блоков квадратного сечения со стороной 104 миллиметра и длиной 415 миллиметров. Часть внутренних блоков имеет отверстия, в которые вставлены цилиндрические урановые блоки диаметром 56 миллиметров. Отражатель состоит также из графитовых брусков. Его толщина 300–400 миллиметров. Всего в реактор было заложено 6 тонн металлического природного урана, 40 тонн окиси урана и 385 тонн графита. Радиоактивные излучения поглощались полутораметровой бетонной стеной. Регулировка цепного процесса производилась пятью бронзовыми кадмированными стержнями. В реакторе CP-1 не был предусмотрен принудительный отвод тепла, поэтому его мощность не превышала 100–200 ватт. Общий вес реактора — 1400 тонн. Но дело, конечно, не в мощности первого американского реактора. На этом реакторе в 1942 году была осуществлена первая в мире цепная реакция.

Ядерный реактор был сооружен на теннисных кортах стадиона Чикагского университета и испытывался в присутствии выдающихся физиков К. Комптона, Э. Ферми и Э. Вигнера.