Марк Левин - Машина-двигатель

Но вот энергия деления урановых ядер уже освоена. И первое промышленное применение она получила у нас, в советской стране. В четверг 1 июля 1954 года во всех газетах Советского Союза было опубликовано следующее сообщение Совета Министров СССР:

« О ПУСКЕ В СССР ПЕРВОЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ НА АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ

В настоящее время в Советском Союзе усилиями советских ученых и инженеров успешно завершены работы по проектированию и строительству первой промышленной электростанции на атомной энергии полезной мощностью в 5000 киловатт.

27 июня 1954 года атомная электростанция была пущена в эксплоатацию и дала электрический ток для промышленности и сельского хозяйства прилегающих районов.

Впервые промышленная турбина работает не за счет сжигания угля или других видов топлива, а за счет атомной энергии расщепления ядра атома урана.

Вводом в действие атомной электростанции сделан реальный шаг в деле мирного использования атомной энергии.

Советскими учеными и инженерами ведутся работы по созданию промышленной электростанции на атомной энергии мощностью 50—100 тысяч киловатт.

Первый атомный двигатель, работающий для нужд промышленности и сельского хозяйства, пущен! Его родина — Советский Союз».

Как же удалось ученым и инженерам обуздать атомную энергию?

Как работает атомный двигатель и каковы его перспективы? Достаточны ли, наконец, запасы «атомного горючего»?

Освободившаяся атомная энергия превращается в тепло. Значит, двигатель, превращающий это тепло в механическую работу, должен быть тепловым.

Но пока шла речь о паровых двигателях или о двигателях внутреннего сгорания, всё было понятно. В первом случае тепло выделялось вне цилиндра машины — в топке парового котла. Во втором случае тепло выделялось при сгорании топлива внутри цилиндра. Понятно и то, как, сжигая топливо, заставляют тепло работать и в газовой турбине и в реактивном двигателе…

Но как заставить работать двигатель на атомной энергии? Не взрывать же в каждом, цилиндре по атомной бомбочке?

Да, пожалуй, в поршневом двигателе внутреннего сгорания атомное горючее пока использовать трудно (хотя и такие предложения появляются). Но вот для турбин — паровых и газовых — техника уже знает пути применения атомного горючего.

Так, например, способ внешнего «сгорания» здесь оказывается вполне осуществимым.

Надо только вместо обычных паровых или воздушных (для газовых турбин) котлов построить специальные атомные-котлы. В этих котлах процесс выделения атомной энергии должен, конечно, идти медленно, без взрывов, так же, как при сгорании обычного топлива.

Начиная с 1942 года было построено несколько таких котлов, но только один из них — котел, установленный на первой в мире атомной электростанции в Советском Союзе, — был предназначен для промышленного использования.

Что же представляет собой такой котел? Вероятно, услышав название «котел», вы представили себе устройство, напоминающее паровые котлы?

Схема установки с атомным двигателем.

«Атомный котел», оказывается, вовсе не похож на такие котлы. Да и название «котел» можно отнести к нему лишь условно. Часто атомные котлы называют еще «реакторами». Представим себе круглое или квадратное бетонное здание без окон и дверей. Трудно подумать, что это котел. Глухая бетонная коробка. Наружу, сквозь бетон, выступают только несколько труб да какие-то стержни… Никакой топки с огнем, — тепло выделяется внутри такого котла без всякого огня.

Сердцевина «котла» представляет собой графитовый блок: ряд положенных друг на друга столбиком толстых графитовых плит. В плитах в определенном порядке просверлены отверстия, в которые вложены стержни из металлического урана.

Словно конфету, графитовый блок с урановой начинкой снаружи обертывают сначала тонким слоем металла бериллия, а затем очень толстым слоем бетона (от одного до пяти метров).

Вот и получается огромное сооружение. Первый реактор, построенный в 1942 году американцами, имел размеры 10х10х7 м, то есть занимал объем солидного двухэтажного дома.

Зачем же такое нагромождение?

Для того, чтобы понять назначение графита, бериллия, бетона и еще кое-каких частей «котла», о которых будет сказано дальше, вернемся к «критической массе» урана. Без такой массы нельзя выделить атомную энергию.

Итак, нам известно, что если изготовить килограммовый кусок урана, имеющего атомный вес 235 (изотоп U-235), то в таком куске окажется возможной цепная реакция и произойдет мгновенное выделение огромного количества тепла.

Но почему же так быстро произойдет деление такого большого количества ядер урана? Да потому, что вылетающие нейтроны обладают колоссальными скоростями — до 10–15 тысяч километров в секунду! Понятно, что в небольшом куске урана взметнувшийся и молниеносно нарастающий вихрь нейтронов в течение каких-то весьма малых долей секунды сделает свое дело — расщепит все встречные ядра.

А нужна ли для ядер урана-235 бомбардировка такими быстрыми нейтронами? Ведь эти ядра могут даже самопроизвольно распадаться… По-видимому, достаточно было бы получить от нейтрона и несравненно менее сильный толчок.

И действительно, ученым удалось установить, что как раз очень медленными нейтронами, двигающимися со скоростью всего лишь 3 километра в секунду, ядра урана-235 лучше всего расщепляются.

Ну, а раз так, то, значит, есть возможность замедлить и весь процесс выделения энергии в «критической массе», — надо только эту массу рассредоточить, проложив между кусочками урана какие-либо прокладки, пробираясь через которые нейтроны снижали бы свою скорость.

Правда, при этом необходимо обеспечить цепную реакцию, то есть принять меры, чтобы нейтроны не вылетали куда-либо наружу.

Вот так и возникла идея «атомного котла».

Графитный блок как раз и используется в качестве замедлителя нейтронов. Металлические стержни урана все вместе составляют «критическую массу» и распределены в блоке так, чтобы нейтроны, проходя через толщу графита, замедляли свою скорость. А бериллиевая оболочка нужна для того, чтобы отражать те нейтроны, которые, не встретив на своем пути ядер, стремятся вылететь наружу. Такой «отражатель нейтронов» позволяет уменьшить величину «критической массы».

Для чего же служит бетон?

Оказывается, что при делении урановых ядер образуется много радиоактивных осколков. Атомный котел всё время испускает радиоактивные лучи очень сильной интенсивности, вредной для людей. Бетонная стена и создает необходимую защиту, предохраняя обслуживающий персонал от вредоносных γ — лучей и нейтронов.