Ядерный реактор

 

Ядерным (или атомным) реактором называется устрой­ство, в котором осуществляется управляемая реакция де­ления ядер.

 

Основные элементы ядерного реактора

На рисунке 7.23 приведена схема энергетической установки с ядерным реактором.

Основными элементами ядерного реактора являются: ядерное горючее ( ,, и др.), замедлитель нейтронов (тяжелая или обычная вода, графит и др.), теплоноситель для вывода энергии, образующейся при работе реактора (вода, жидкий натрий и др.) и устройство для регулирования скорос­ти реакции (вводимые в рабочее пространство реактора стерж­ни, содержащие кадмий или бор — вещества, которые хорошо поглощают нейтроны). 

Снаружи реактор окружают защитной оболочкой, задержи­вающей у-из лучение и нейтроны. Оболочку выполняют из бе­тона с железным заполнителем.

Лучшим замедлителем является тяжелая вода. Обычная во­да сама захватывает нейтроны и превращается в тяжелую во­ду. Хорошим замедлителем считается также графит, ядра ко­торого не поглощают нейтронов.

 

 

 

 

Критическая масса

Коэффициент размножения k может стать равным единице лишь при условии, что размеры реактора и соответственно масса урана превышают некоторые критические значения. Критиче­ской массой называют наименьшую массу делящегося вещест­ва, при которой может протекать цепная ядерная реакция.

При малых размерах слишком велика утечка нейтронов че­рез поверхность активной зоны реактора (объем, в котором располагаются стержни с ураном).

С увеличением размеров системы число ядер, участвующих в делении, растет пропорционально объему, а число нейтро­нов, теряемых вследствие утечки, увеличивается пропорци­онально площади поверхности. Поэтому, увеличивая систему, можно достичь значений коэффициента размножения k ~ 1. Система будет иметь критические размеры, если число нейтро­нов, потерянных вследствие захвата и утечки, равно числу нейтронов, полученных в процессе деления. Критические раз­меры и соответственно критическая масса определяются ти­пом ядерного горючего, замедлителем и конструктивными осо­бенностями реактора.

Для чистого (без замедлителя) урана , имеющего форму шара, критическая масса приблизительно равна 50 кг. При этом радиус шара равен примерно 9 см (уран — очень тяжелое вещество). Применяя замедлители нейтронов и отражающую нейтроны оболочку из бериллия, удалось снизить критиче­скую массу до 250 г.

Управление реактором осуществляется при помощи стерж­ней, содержащих кадмий или бор. При выдвинутых из актив­ной зоны реактора стержнях k > 1, а при полностью вдвину­тых стержнях k < 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цеп­ной реакции. Управление ядерными реакторами осуществля­ется дистанционно с помощью ЭВМ.

 

Реакторы на быстрых нейтронах

Построены реакторы, работающие без замедлителя на быст­рых нейтронах. Так как вероятность деления, вызванного бы­стрыми нейтронами, мала, то такие реакторы не могут рабо­тать на естественном уране. Реакцию можно поддерживать лишь в обогащенной смеси, содержащей на менее 15% изотопа . Преимущество реакторов на быстрых нейтронах в том, что при их работе образуется значительное количество плуто­ния, который затем можно использовать в качестве ядерного топлива. Эти реакторы называют реакторами-размножителя­ми, так как они воспроизводят делящийся материал. Строятся реакторы с коэффициентом воспроизводства до 1,5. Это значит, что в реакторе при делении 1 кг изотопа получается до 1,5 кг плутония. В обычных реакторах коэффициент вос­производства достигает 0,6—0,7.

 

Первые ядерные реакторы

Впервые цепная ядерная реакция деления урана была осу­ществлена в США коллективом ученых под руководством Эн­рико Ферми в декабре 1942 г.

В нашей стране первый ядерный реактор был запущен 25 декабря 1946 г. коллективом физиков, который возглав­лял наш замечательный ученый Игорь Васильевич Курчатов (1903—1960).

В настоящее время созданы различные типы реакторов, от­личающихся друг от друга как по мощности, так и по своему назначению. Наиболее перспективными являются реакторы- размножители на быстрых нейтронах.

​

Вопросы для самоконтроля:

​

1.Что такое ядерный реактор?

2. Назовите основные элементы ядерного реактора.

3. Что такое критическая масса?

4. Преимущества реакторов на быстрых нейронах.

5. Когда и кем была осуществлена цепная ядерная реакция деления урана?

​