Техника - молодёжи 1954-05, страница 26

быть захваченным встречными атомами урана. Поэтому для уменьшения скорости нейтронов цепная реакция осуществляется в среде, замедляющей движение нейтронов— в замедлителе (модераторе). Нейтроны могут быть успешно замедлены только в том случае, если их столкновения с ядрами вещества замедлителя носят упругий характер. Иными словами, в качестве замедлителя должны применяться вещества, которые не поглощают нейтроны.

Из законов механики следует, что если замедлять скорость какого-либо тела путем упругих столкновений его с другим неподвижным предметом, то наибольшее количество энергии теряется в том случае, когда массы обоих тел одинаковы. Тогда при каждом таком столкновении теряется 50% первоначальной энергии. Это сразу же наводит на мысль, что в качестве замедлителя (модератора) должен применяться водород, так как масса ядра его атома почти равна массе нейтрона. Чтобы замедлить нейтрон с энергии, равной миллиону электрон-вольт, до энергии, равной 0,1 электрон-вольта, потребуется около 20 упругих столкновений. Если же нейтрон с этой же энергией замедлить путем столкновения его, например, с ядрами атомов* углерода, которые в 12 раз тяжелее нейтрона, то при тех же 20 столкновениях нейтрон потеряет всего 14% первоначальной энергии, а чтобы замедлить его до энергии, равной 0,1 электрон-вольта, потребуется 123 столкновения, то-есть в 6 раз больше, чем при использовании водорода в качестве замедлителя.

Гелий был бы превосходным замедлителем, он почти не поглощает нейтроны, но это газ, и ему весьма трудно придать требуемую плотность, не прибегая к сверхвысоким давлениям. По тем же причинам не совсем подходит и газообразный водород. Удобнее и выгоднее применять тяжелый водород, который плотнее всего упакован в тяжелой воде.

В отличие от обычной

воды, молекула тяжелой воды состоит из изотопов водорода, у которых ядро вместо единственного протона состоит из протона и нейтрона, благодаря чему атомный вес этого изотопа водорода равняется двум.

Углерод и бериллий плохо поглощают иейтроны, но достаточно хорошо их замедляют. С другой стороны, такие вещества, как литий, кадмий, хорошо поглощают нейтроны, но весьма плохо замедляют их. Поэтому их применяют в качестве поглотителей нейтронов и с их помощью регулируют ход цепней реакции.

Цепная

\

НАЗНАЧЕНИЕ РЕАКТОРОВ

Я дерный реактор • является основным и важнейшим устройством современной ядерной техники. Он позволяет получать плутоний, производить исследования множества процессов, связанных с цепной реакцией: превращение радиоактивных элементов, получение новых элементов и т. д.

В процессе цепной реакции выделяется громадное количество энергии, главным образом в виде тепла, могущего быть использованным для получения электрической энергии. Таким образом, ядерный реактор является источником энергии и может стать одним из главнейших двигателей будущего.

Основным элементом конструкции ядерного реактора является пространственная решетка, в которой располагаются небольшие слитки урана. Окружающее эти слитки пространство заполняется замедлителем — графитовыми блоками или тяжелой водой, а затем окружается наружным слоем графита. Назначение этого слоя — отражать внутрь реактора нейтроны, которые, не расщепив ядро урана 235 и не застряв в ядре урана 238, могут без пользы улететь за пределы реактора.

Бушующие внутри реактора ядерные реакции должны быть управляемы. Поэтому для замедления или полной остановки цепной реакции в реактор вводят вещества, сильно поглощающие нейтроны, например кадмий. Реактор, даже сравнительно небольшой мощности, нуждается в хорошей системе охлаждения для отвода большего количества получающегося при реакции тепла, так как в некоторых узлах может возникнуть слишком высокая температура, отчего могут потерпеть аварию наиболее существенные узлы всего сооружения.

В процессе ядерной реакции возникают опасные для человека излучения. Кроме того/большинство веществ, поглотив нейтроны, в свою очередь, сами начинают излучать гамма-лучи. Для защиты от излучения реактор окружают толстыми слоями графита, свинца, бетона и других материалов. Вода и воздух, проходящие через реактор для его охлаждения, тоже подвергаются излучениям и становятся радиоактивными. Все это вызывает необходимость введения дополнительных средств защиты: особой вентиляции, телеуправления и автоматизации большинства процессов, а также применения особых средств индивидуальной защиты обслуживающего персонала.

Защитная оболочка реактора имеет весьма значительный вес. На каждый кубический метр полезного объема котла требуется более 40 т бетона. Это чрезвычайно утяжеляет реактор.

ГРАФИТОВЫЕ РЕАКТОРЫ

Классификация реакторов может быть произведена по тому, как используется в них замедлитель.

Имеются так называемые гетерогенные реакторы, у которых замедлитель — графит или тяжелая вода — не смешивается с расщепляемым реакция. материалом, и гомогенные

быстрые реакторы,- в которых ка-неитроны кая-либо соль урана растворена в замедлителе, например в тяжелой воде.

Самый первый из построенных в США ядерных реакторов, так называемый ураново-графито-вый «котел», был собран <в Чикагском университете в 1942 году.

Он составлен из штабеля графитовых блоков, половина которых сплошные, а остальные имеют по два отверстия, куда закладывают алюминиевые патроны с ураном.

Графитовые блоки в штабеле уложены в шахматном порядке таким об-

24