Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 229. Ядерные реакторы и их применения
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 229. Ядерные реакторы и их применения. Устройство,
в котором происходит управляемая цепная реакция деления ядер, называется ядерным реактором. В качестве делящегося веще- ства (ядерного топлива) применяют уран и плутоний (получае- мый искусственно радиоактивный элемент с порядковым номе- ром Z = 94). Ядерные реакторы используются для выработки энергии, для получения искусственных радиоактивных изотопов (в том числе трансурановых элементов, т. е. элементов с Z > 92) и как источ- ники мощных пучков нейтронов. Рассмотрим эти применения. 1. Получение энергии. Осколки деления тормозятся в уране на очень малом пути (менее 5 мкм). Ввиду этого почти вся энер- гия, освобождаемая в реакторе, выделяется в виде тепла в массе урана. Это тепло можно использовать, например, для нагревания и испарения жидкости, омывающей уран, и затем через посред- ство турбины или другой тепловой машины превратить его в ме- ханическую и далее в электрическую энергию (рис. 409). Первая в мире атомная электростанция, основанная на таком принципе, была осуществлена в Советском Союзе в 1954 г. (рис. 410). Чер- теж реактора этой электростанции приведен на рис. 411. Глав- ной частью реактора являются «топливные» элементы с ураном, помещенные в графитовый замедлитель. «Топливные» элементы представляют собой две тонкостенные трубки из нержавеющей стали, вставленные одна в другую. В полость между трубками герметически заделывается уран, а внутренняя полость образует канал для протекания воды, отбирающей тепло, выделяющееся в уране при работе реактора. Герметическая закупорка урана необходима ввиду его химической нестойкости, а также для предохранения от утечки вредных радиоактивных газов, обра- зующихся в качестве продуктов деления. Для облегчения раз- 576 Гл. XXIV. Атомные ядра и ядерная энергия вития цепной реакции «топливные» элементы изготовлены из урана искусственно обогащенного легко делящимся изотопом 235
U (в применяемом о б о г а щ е н н о м уране содержится 5 % 235
U против 0,7 % в природном уране). Рис. 409. Принципиальная схема атомной электростанции. Урано- вые стержни реактора омываются теплоносителем (газом, водой или расплавленным металлом), который отбирает тепло, выделяющееся в стержнях, и в теплообменнике передает его воде, образующей пар. Пар, как и на обычной электростанции, приводит в движение паровую турбину и соединенный с ней электрогенератор. В другом варианте, который также находит применение, пар образуется непосредственно в реакторе, а теплообменник отсутствует Действие уранового реактора сопровождается интенсивной радиоактивностью. Для защиты людей от радиоактивных излу- чений и от нейтронов, которые в больших дозах также вредны для здоровья, реактор окружается толстостенной защитой из бетона и других материалов (рис. 411, 412). Как источник энергии ядерный реактор замечателен малым расходом топлива. Деление 1 г 235 U по теплообразованию равно- ценно сжиганию нескольких т о н н каменного угля. Это делает особенно перспективным применение реакторов в пунктах, уда- ленных от залежей угля и нефти, а также на транспорте — на кораблях, подводных лодках, самолетах. В СССР сооружен ряд крупных атомных теплоэлектростанций, построено несколько ле- доколов с атомными двигателями, имеются атомные подводные лодки. Ядерная энергетика имеет огромное значение для будущего. Подсчитано, что при современных темпах роста мирового потреб- |