Виктор Михайлов - Физические основы получения атомной энергии

Реакторы с тяжелой водой имеют ряд особенностей по сравнению с графитовыми реакторами, а именно: сравнительно малый размер системы и высокое значение коэффициента размножения, сравнительно малое число столкновений, необходимых для замедления нейтронов, и другие. Жидкий замедлитель позволяет осуществить быстрое изменение расположения урановых блоков в реакторе, а также проводить опыты со стержнями различной толщины.

Реактор состоит из цилиндрического алюминиевого резервуара диаметром 1,75 м и высотой около 2 м , залитого тяжелой водой. Дно резервуара, слегка коническое, лежит на графитовой кладке толщиной 100 см . Расположенный сбоку, графитовый отражатель также имеет толщину 100 см . Графитовая кладка окружена внешним стальным корпусом, в котором обычно поддерживается вакуум. В резервуар опущены урановые стержни длиной 160 см . Диаметр урановых стержней в разных исследованиях менялся от 2,2 до 2,8 см . Изменялось также и число урановых стержней (от 86 до 292). Отвод тепла в реакторе осуществляется за счет циркуляции тяжелой воды. Таким образом, тяжелая вода в этом реакторе служит и замедлителем и теплоносителем. Скорость циркуляции воды невелика, и поэтому максимальная длительно снимаемая мощность ядерного реактора равна 600 квт , обычная мощность находится в пределах 350–500 квт . Над тяжелой водой непрерывно протекает гелий, который уносит с собой выделяющуюся за счет разложения тяжелой воды гремучую смесь.

Боковая защита от излучения реактора бетонная толщиной 2,5 м. В ней имеется ряд каналов для облучения и вывода пучков нейтронов. Сверху реактора свинцовая защитная крышка.

Управление реактором производится ручным и автоматическим передвижением четырех кадмиевых стержней. Имеются также и два аварийных стержня. В случае аварии тяжелая вода сливается в запасной бак, и цепная реакция прекращается.

На Международной конференции по мирному использованию атомной энергии в Женеве советские ученые рассказали об экспериментальном ядерном реакторе на обыкновенной воде. Обыкновенная вода используется здесь в качестве замедлителя, теплоносителя и отражателя. Горючим служит обогащенный уран, содержащий 10% изотопа 235. Такой реактор сравнительно невелик по размерам и прост по конструкции.

К сожалению, и этот простой и компактный реактор требует мощной биологической защиты. Обязательное наличие у ядерного реактора массивной защиты от излучений является одним из серьезных недостатков ядерной энергии, затрудняющим ее применение в промышленности, на транспорте и в быту.

Несмотря на то, что реакторостроение существует короткое время, уже создано много типов реакторов. Советские ученые успешно работают над их совершенствованием и над созданием новых типов реакторов. Ряд новых идей и проектов были выдвинуты в 1955 г. нашими учеными в докладах на Международной конференции в Женеве. По плану шестой пятилетки намечено построить до 10 разных типов реакторов. Будут построены реакторы на медленных, быстрых и промежуточных нейтронах с замедлителями из графита, бериллия, тяжелой и обыкновенной воды, с газовым, водяным и жидкометаллическим охлаждением. Будет построен мощный ядерный реактор с использованием тория.

Работу по ядерным реакторам советские ученые ведут совместно с учеными и инженерами стран социалистического лагеря, которые с участием Советского Союза создают у себя реакторы для научных целей. Реакторы некоторых типов поставляются Советским Союзом ряду стран в порядке научно-технической помощи.

Одним из первых применений ядерной энергии явилось ядерное оружие. Исключительно важное значение имеет применение ядерной энергии как источника тепловой, механической и электрической энергии. О применении ядерной энергии для энергетических целей рассказывается ниже.

Одним из генеральных путей развития ядерной энергии является, несомненно, производство электрической энергии, самой удобной для передачи и использования в народном хозяйстве. Именно поэтому советские люди с особым чувством гордости воспринимают тот факт, что в нашей стране построена и успешно работает первая в мире промышленная атомная электростанция (рис. 49). Технологическое оборудование станции, созданное советскими учеными, инженерами и рабочими, выдержало блестящий экзамен. За три года работы станции не вышел из строя ни один тепловыделяющий урановый элемент, как и не было ни одного случая нарушения биологической безопасности. Это величайшая победа советской науки и техники. День пуска этой станции — 27 июня 1954 г. — войдет в историю как начало технико-экономической революции, распахнувшей перед человечеством двери в новую, атомную эпоху. Не взрывы атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки, а именно первая атомная электростанция СССР и применение ядерной энергии в мирных целях положили начало этой революции.

Первая атомная электростанция построена с целью накопления научного и инженерного опыта, необходимого для проектирования и строительства крупных атомных станций в шестой пятилетке. Проектировщики и строители новых атомных энергетических гигантов черпают здесь богатейший опыт.

По принципу своего устройства первая атомная электростанция является паросиловой установкой, в которой электроэнергия вырабатывается турбогенератором, то есть генератором, соединенным на общем валу с паровой турбиной, приводящей его в движение. Принципиальная схема станции в упрощенном виде приведена на рис. 50. Основными элементами станции являются ядерный реактор, парогенератор и турбогенератор.

Ядерный реактор, конструкция которого рассмотрена выше, является сердцем станции; его тепловая мощность 30 тыс. квт . Это как бы «топка» станции, где ядерная энергия превращается в теплоту. Для вывода тепла из реактора применяется двухконтурная система: дистиллированная вода первичного контура, циркулирующая через реактор, и система теплообменников (парогенераторов), передающая свое тепло обыкновенной воде второго контура, которая, превращаясь в пар, приводит в движение турбогенератор с электрической мощностью 5 тыс. квт .