Ядерные реакторы

Рис. 84. Схема атомного двигателя для морских судов:

1 — предварительное охлаждение газа; 2 — промежуточное охлаждение газа; 3 — компрессор низкого давления; 4 — компрессор высокого давления; 5 — вторичный теплообменник; 6 — к первичному теплообменнику; 7 — гелиевый контур газовой турбины с замкнутым циклом; 8 — турбина компрессора; 9 — турбина низкого давления; 10 — нагрузка; 11 — теплообменник для возврата тепла в первичный контур; 12 — первичный натриевый контур

Гелий при температуре 21° C и давлении 15,4 атмосферы поступает в компрессор низкого давления, затем проходит через промежуточный холодильник, откуда попадает в компрессор высокого давления. Сжатый до 42,5 атмосферы при температуре 96° C гелий направляется во вторичный теплообменник, где нагревается до температуры 662° C. Нагретый газ проходит через две последовательно соединенные турбины. Часть энергии он отдает турбине, приводящей в движение компрессоры и турбину низкого давления, соединенную с валом — винтом корабля или генератором электрической энергии. Мощность на валу 11 000 киловатт. После главной турбины гелий отдает свое остаточное тепло теплообменнику включенного в контур жидкого натрия, охлаждающего реактор. В конечном счете остаточная энергия газа после турбины используется во вторичном теплообменнике для нагревания рабочего газа.

За последнее время в ряде стран проводятся исследования, направленные на создание самолета с атомным двигателем. Задачи, возникающие при конструировании самолетов с атомным двигателем, являются, по-видимому, наиболее трудными за всю историю самолетостроения. Основные трудности связаны с отводом тепла от реактора и эффективным использованием его в различных двигателях: турбовинтовых, турбореактивных и ракетных, а также с необходимостью уменьшить вес и габариты биологической защиты. Вместо защиты, общей для реактора и двигателя, американцы, например, предполагают использовать раздельную защиту. США располагают опытным самолетом (В-36), на котором установлен экспериментальный ядерный реактор. Для обеспечения безопасности населения реактор работает только в то время, когда самолет пролетает над специально отведенной (безлюдной) территорией в штате Техас. Взлет и посадка совершаются с остановленным реактором. Приняты меры предосторожности, исключающие возможность взрыва реактора даже в случае аварии самолета. Кроме того, в США проходит стендовые испытания опытный реактор для самолетного двигателя. Тепловыделяющие элементы сделаны из окиси урана, заключенной в контейнеры из нержавеющей стали. Температура этих элементов при работе реактора достигает 1000° C. Замедлителем служит вода, теплоносителем — воздух, подаваемый непосредственно в газовую турбину. Преимуществами такого типа реактора являются: небольшой вес, высокая температура и относительно низкое давление теплоносителя. К недостаткам следует отнести: низкий коэффициент теплоотдачи, радиоактивность воздуха, делающая турбину недоступной для обслуживания, большое количество прокачиваемого воздуха. Исследования показывают, что нет пока полной уверенности в надежной работе реактора. Расходы, связанные с этими работами, в США достигают многих миллионов долларов. Аналогичные исследования проводятся в Англии, Франции и других странах.

ГЛАВА 6. ПОЛУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Получение радиоактивных веществ в ядерных реакторах. Почти все химические элементы при облучении их в ядерном реакторе поглощают тепловые нейтроны и превращаются в радиоактивные изотопы. Так, например, могут быть получены радиоактивные углерод и фосфор:

Азот¹⁴+нейтрон¹→углерод¹⁴+протон¹,

Фосфор³¹+нейтрон¹→фосфор³²+гамма-квант.

Периоды полураспада углерода¹⁴ и фосфора³² соответственно равны 5700 лет и 14,3 дня.

Сильной радиоактивностью обладает кобальт⁶⁰, который может быть получен в больших количествах в работающем ядерном реакторе. Если положить в активную зону реактора средней мощности пластинку кобальта, имеющую площадь 10 квадратных дециметров, то через сутки в пластинке накопится около двух граммов радиоактивного кобальта. Надо иметь в виду, что два грамма кобальта⁶⁰ эквивалентны по своей радиоактивности примерно двум килограммам радия. Подобным путем можно получить радиоактивные изотопы железа, кальция, натрия и других веществ.