Марк Левин - Машина-двигатель

Пути нейтронов в атомном котле.

Разделилось ядро. Один нейтрон попадает в ядро U-235 и способствует развитию цепной реакции. Другой нейтрон попадает в ядро U-238 и образует ядро плутония, а третий нейтрон вылетел. Вот вылетающих нейтронов должно быть как можно меньше.

Очень важное значение имеет замедлитель. Ведь почему в природных залежах урана не образуется цепной реакции? Да как раз потому, что уран в чистом виде в природе не содержится.

Встречается он только в виде соединений, а наличие посторонних ядер приводит к быстрому поглощению всех нейтронов. Цепная реакция оказывается невозможной.

Замедлитель в котле, рассчитанный определенным образом, лишь выполняет задачу создания медленных нейтронов. Котел, который был описан выше, имеет в качестве замедлителя графит — такой же, как в карандашах. Но могут быть и другие замедлители, например тяжелая вода (и даже обычная вода).

Итак, нам известно, как можно с помощью атомного котла получить тепло. Теперь познакомимся с тем, как это тепло можно превратить в механическую энергию. Посмотрите на схему установки с атомным двигателем. (Рисунок на стр. 192.)

Главную часть установки представляет собой уже знакомый нам атомный котел. Обратим внимание теперь не на внутреннее устройство этого котла, а на его связь с другими устройствами установки. От котла отходят две трубы. По нижней трубе с помощью специального насоса подается охлаждающая жидкость или газ. Проходя через котел, жидкость отбирает тепло и по верхней трубе попадает в другое очень важное устройство — теплообменник. Здесь горячая жидкость, проходя по змеевикам, отдает свое тепло воде, которая циркулирует вокруг змеевиков. Из змеевиков охладившаяся жидкость вновь попадает в насос и далее снова нагнетается в котел.

Вода же, которой охладитель котла передал тепло в теплообменнике, нагревается до парообразования. Таким образом, теплообменник, в сущности, является паровым котлом, где вместо горячих топочных газов по трубам циркулирует жидкость (или газ), несущая тепло от атомного котла.

Остальная часть схемы ничем не отличается от схемы, по которой работает обычная паровая турбина: пар из теплообменника поступает в турбину, отдает свою энергию, заставляет турбину вращаться и приводить в движение электрогенератор. Отработавший пар поступает в конденсатор, где он конденсируется, превращаясь в воду, а вода насосом вновь подается в теплообменник. Быть может, у вас возникает вопрос: зачем нужен теплообменник, нельзя ли заставить турбину работать паром, образующимся из той воды, которая подается непосредственно в атомный котел? Но не следует забывать двух обстоятельств: во-первых, на охлаждение атомного котла можно подавать не только воду, но и газ и жидкий металл — и это оказывается целесообразным, так как позволяет отводить из котла теплоноситель при более высокой температуре и более низких давлениях; а во-вторых, что особенно важно, «атомная вода» в реакторе обогащается радиоактивными частичками, и ее ни в коем случае нельзя пускать в свободное путешествие по трубам установки. Обратите внимание, что на рисунке не только атомный котел, но и теплообменник, и насос, и трубы, по которым циркулирует «атомная жидкость», заключены в бетонную защитную коробку. К ним доступ человеку закрыт, потому что здоровье человека не должно подвергаться испытанию радиоактивностью. Зато вода внешней циркуляции, не соприкасаясь с атомным котлом и не смешиваясь с «атомной водой», может свободно проходить по всем наружным трубам, поступать в турбину.

Но нельзя ли, однако, и самое турбину и генератор — всё замуровать в бетонный склеп, одни лишь провода вывести наружу? Можно, конечно, и так поступить, но что, если какая-либо из машин выйдет из строя? Как тут ее отремонтируешь, когда все части стали радиоактивными? А ведь если атомный котел и теплообменник не имеют подвижных частей (стержни безопасности можно не принимать в расчет), то в машинах все рабочие части подвижны и, значит, подвержены износам, могут поломаться.

Вот и выходит, что наиболее удачной надо признать схему установки с теплообменником.

Познакомившись со схемой атомной энергетической установки, вы вправе, конечно, спросить: а где же, собственно, атомный двигатель?

И впрямь, двигателем на установке является уже известная нам паровая турбина.

Может быть осуществлена и другая установка, где в качестве двигателя использовалась бы также уже известная нам газовая турбина внешнего сгорания.

Действительно, если через теплообменник прогонять не воду, а газ, то, будучи нагретым до высоких температур, он приведет в движение газовую турбину, которая в нашей схеме займет место паровой турбины.

Паровая турбина… Газовая турбина… Но где всё-таки атомный двигатель?

Выходит, что атомного двигателя, как какой-то особой машины, нет.

Есть известные нам современные тепловые двигатели — турбины, работающие на атомном тепле. «Атомный двигатель» обычно и представляют себе как установку вроде той, что описана выше. Надо добавить: «атомный двигатель» может работать и по реактивному принципу — нагретый атомным теплом газ можно выбрасывать из сопла и двигать, например, самолет.

Но было бы не всё сказано об атомном двигателе, если бы здесь не нашлось места для упоминания еще об одном интересном способе использования атомной энергии. На сей раз речь пойдет не о тепловых двигателях. Правда, этот способ еще далек от практического применения и отнюдь не может конкурировать с известным нам уже способом получения тепловой энергии с помощью реакторов; тем не менее, в нем содержатся любопытные возможности.

Ведь на установках с реакторами атомная энергия проходит несколько превращений: сначала в тепловую, затем в механическую (турбины) и, наконец, в электрическую (электрогенератор). А нельзя ли прямо из атомной энергии получить электрическую энергию? Оказывается, можно.

Сейчас учеными разработаны и построены уже маленькие батарейки атомных электроэлементов. Они напоминают аккумуляторные батарейки вроде батареек от карманного фонаря. Устроены же они следующим образом. В маленькую баночку опущен стержень, изолированный от стенок баночки. На стержень надета втулочка из радиоактивного изотопа. Стержень в этом случае оказывается одним электродом, а стенки баночки — другим.

Электрический ток образуется потому, что радиоактивный изотоп всё время испускает β-лучи, то есть поток электронов, который направлен к стенкам баночки. Если снаружи элемента цепь замкнута, например на лампочку, то непрерывное движение электронов по цепи (а электрический ток и есть упорядоченное движение электронов) зажжет эту лампочку.