Радиоактивные изотопы и их применение - [16]
Вода, двигающаяся по трубкам вдоль урановых стержней, нагревается за счет этого тепла и уносит выделяющееся тепло из реактора, охлаждая тем самым его активную зону. Охлаждающая реактор вода находится под давлением 100 атмосфер. Благодаря этому она может нагреваться до высокой температуры. В реакторе атомной электростанции она нагревается до 270°. Вода, охлаждающая активную зону реактора вследствие взаимодействия водорода с нейтронами, становится радиоактивной, и поэтому ее заставляют двигаться по замкнутому кольцу. По выходе из реактора ее направляют в теплообменник, где она отдает свое тепло воде вторичного контура (кольца), превращая ее в пар и охлаждаясь до 190°. Далее она с помощью насосов снова направляется в реактор. Вода вторичного контура не радиоактивна. Пар, образующийся в парогенераторе, приводит в движение паровую турбину электростанции. На рис. 12 приведена принципиальная схема атомной электростанции. Полезная мощность первой атомной электростанции в СССР составляет 5000 киловатт, а тепловая — 30 000 квт. Следовательно, 16,5% тепла, выделяющегося при делении урана, превращается в энергию электрического тока; коэффициент полезного действия станции равен 16,5%.
Если не производить охлаждение реактора, то произойдет разрушение тепловыделяющих элементов.
Цепная реакция деления происходит с размножением нейтронов, число которых по мере развития реакции деления возрастает. Возрастает, следовательно, и число актов ежесекундного деления, и поэтому ядерный реактор может разрушиться от чрезмерного перегрева, если часть нейтронов не поглотить посторонними веществами.
В качестве такого поглотителя медленных нейтронов — регулятора скорости реакции — служат стержни из бористой стали. Бор легко вступает во взаимодействие с медленными нейтронами. Если стержни вдвинуты внутрь реактора, то реакция прекращается, так как практически значительная часть нейтронов, получающихся при делении, поглощается бором. Если стержни начать выдвигать, то реакция постепенно ускоряется. Можно подобрать такое положение стержней, при котором ядерный реактор работает с постоянной мощностью, и поддерживать его положение автоматически с помощью прибора, который вдвигает стержни внутрь реактора, как только скорость выделения нейтронов или температура охлаждающей воды превышает определенную норму. Здесь мы имеем дело с регулируемым процессом освобождения атомной энергии. Мы не будем подробнее останавливаться на различного рода конструкциях и типах реакторов на медленных нейтронах, так как это нас уведет далеко от основной темы книги.
Ядра атомов большинства химических элементов взаимодействуют с медленными нейтронами с образованием радиоактивных изотопов, масса которых на единицу больше массы исходного ядра. Эти изотопы являются бета-излучателями с самыми разнообразными периодами полураспада.
Наиболее мощным современным источником медленных нейтронов является ядерный реактор на медленных нейтронах. Он в настоящее время широко используется для облучения различных веществ медленными нейтронами, для получения таким путем радиоактивных изотопов. Вещество для облучения вводится в специальный канал ядерного реактора, который проходит сквозь защиту в слой замедлителя активной зоны реактора (см. рис. 11).
При облучении часть ядер атомов исходного вещества претерпевает превращение под действием нейтронов с образованием ядер атомов радиоактивных изотопов облучаемого элемента. По прошествии времени, достаточного для образования необходимого числа атомов радиоактивного изотопа, облучаемое вещество извлекается из ядерного реактора. Далее оно подвергается химической переработке, при которой производится очистка от образовавшихся примесей других радиоактивных изотопов и в ряде случаев отделение нужного радиоактивного изотопа от облученного вещества. Например, при облучении нейтронами бромбензола (C>6H>5Br) образуется радиоактивный изотоп брома, который легко отделяется от бромбензола путем взбалтывания бромбензола с водой, содержащей в качестве восстановителя сернистокислый натрий. Вода и бензол не смешиваются между собой и после взбалтывания разделяются на два слоя. При этом больше половины радиоактивного брома переходит в водный слой. Это происходит потому, что при образовании радиоактивного брома часть его атомов порывает связь с молекулой бромбензола и остается в виде атомов свободного брома. Эти атомы реагируют с сернистокислым натрием и образуют бромистый натрий, содержаший радиоактивный бром. При взбалтывании с водой бромистый натрий растворяется в воде и оказывается при разделении в водном слое. Таким образом, удается отделить основную массу атомов радиоактивного брома от нерадиоактивных атомов.
