Ядерные реакторы - [30]

Этот реактор был предназначен в основном для изучения прохождения нейтронов и гамма-лучей через материалы, применяемые для защиты от излучений, для производства радиоактивных препаратов и для других физических исследований.

Во время работы реактора в активной зоне возникает свечение, вызываемое движением частиц в воде (рис. 33). Свечение особенно интенсивно вокруг урановых стержней, так как в этой области имеются нейтроны с очень большой скоростью.

> Рис. 33. Свечение активной зоны в реакторе. (Снято сверху через толстый слой воды)

Опыт постройки и работы малого реактора на обыкновенной воде позволяет создать другой аппарат мощностью в две тысячи киловатт, который по своей принципиальной схеме почти не отличается от предыдущей малой установки.

Несомненный интерес представляет разработанная академиком А. И. Алихановым и другими схема кипящего гомогенного ядерного реактора для энергетических целей. Одна из схем подобного типа представлена на рис. 34.

> Рис. 34. Схема кипящего гомогенного реактора академика Алиханова:

> 1 — реактор; 2 — подъемная труба; 3 — разделитель; 4 — устройство для очистки газа; 5 — инжектор; 6 — камера сжигания; 7 — опускная труба; 8 — теплообменник; 9 — гидравлический затвор; 10 — пусковой котел

Сосуд 1 представляет собой ядерный реактор, состоящий из взвеси[8] чистого делящегося материала (урана²³⁵, урана²³³ или плутония²³⁹) в воде. При достижении критического объема в реакторе идет цепной процесс. Взвесь нагревается и кипит. Пар вместе с брызгами воды по подъемной трубе 2 поступает в разделительный сосуд 3. Здесь пар отделяется от воды и направляется в очистительное устройство 4. В очистительном устройстве водяной пар освобождается от примесей взвешенного в воде урана и твердых продуктов деления. Затем он поступает в инжектор 5 и в камеру, где происходит сжигание гремучего газа, образующегося в реакторе. Сжигание газа производится в паре. Вода из разделительного сосуда стекает обратно в реактор по опускной трубе 7. Циркуляция рабочей смеси происходит благодаря различной плотности двух веществ: смеси пара с водой в реакторе и в подъемной трубе 2 и жидкости в опускной трубе 7. Из камеры сжигания 6 пар поступает в теплообменник 8, где производится вторичный пар для паровой турбины. Для того чтобы производить более полное сжигание гремучего газа, инжектор 5 создает циркуляцию части пара через теплообменник и камеру сжигания. Конденсированный пар (вода) из теплообменника самотеком через гидравлический затвор 9, очистительное и разделительное устройство по трубе 7 возвращается обратно.

Пуск котла осуществляется путем постепенного введения концентрированной взвеси окиси урана (или другого расщепляющегося материала) в реактор, в котором циркулирует замедлитель. Для циркуляции замедлителя при начале работы реактора в схеме предусмотрен пусковой паровой котел 10 с электрическим нагревом. А. И. Алихановым и сотрудниками разработана также схема кипящего энергетического размножающего реактора (рис. 35).

Рис. 35. Схема размножающего гомогенного реактора академика Алиханова:

1 — реактор; 2 — подъемная труба; 3 — разделитель; 4 — устройство для очистки газа; 5 — инжектор; 6 — камера сжигания; 7 — опускная труба; 8 — теплообменник; 9 — гидравлический затвор; 10 — пусковой котел; 11 — отражатель с торием >232 ; 12 — отделитель; 13 — устройство для очистки газа; 14 — распределительный резервуар

Для воспроизводства горючего реактор 1 окружают отражателем 11, заполненным кипящей взвесью окиси тория²³² (или урана²³⁸) в воде. Пар, образующийся в отражателе, отделяется от жидкости в отделителе 12, в специальном устройстве 13 очищается от порошка окиси тория и затем присоединяется к основному пару центральной части реактора. Дальнейшая циркуляция пара такая же, как и в предыдущей установке. Конденсированный пар после теплообменника поступает в резервуар 14 и оттуда распределяется между центральной частью и отражателем реактора.

Расчеты показывают, что для таких аппаратов на одну тысячу киловатт установленной мощности (по вырабатываемой электроэнергии) потребуется совсем немного материала — от 300 до 700 граммов расщепляющегося вещества и 200–300 литров тяжелой воды. Для размножающего реактора этого типа потребуется еще около 160 килограммов тория. При большей мощности реактора относительный расход материалов значительно уменьшается.

Советские реакторы, о которых здесь шла речь, использовались исключительно для научных исследований.

Так, изучение структуры ядер и характера ядерных сил может быть проведено облучением различных веществ мощным потоком нейтронов, получаемых в реакторе. Характер взаимодействия ядер с нейтронами различных скоростей дает нам сведения об энергии связи частиц в ядре, то есть об его устойчивости. С помощью реактора проводятся исследования гамма-лучей, образующихся при поглощении нейтронов различными ядрами.

Мы уже говорили о том, что ядерные частицы, в том числе и нейтроны, при взаимодействии с атомами веществ ведут себя, как волны. Поэтому нейтронные излучения могут, подобно рентгеновским лучам, применяться для изучения структуры вещества. Эти так называемые нейтронографические исследования также производятся на мощных нейтронных пучках ядерных реакторов. На советских реакторах проводилось также облучение различных материалов с целью определения характера влияния различных излучений на свойства этих материалов. На рис. 36 приведена фотография пластинки урана до и после облучения.