Cum funcționează un reactor nuclear. Reactorul nuclear: principiu de funcționare, dispozitiv și schemă
Citeste si
Un reactor nuclear este un dispozitiv în care se realizează o reacție nucleară controlată în lanț, însoțită de eliberarea de energie.
Poveste
O reacție în lanț controlată de fisiune nucleară (pe scurt - o reacție în lanț) a fost efectuată pentru prima dată în decembrie 1942. Un grup de fizicieni Universitatea din Chicago, condus de E. Fermi a construit primul din lume reactor nuclear, numit SR-1. Era format din blocuri de grafit, între care erau amplasate bile de uraniu natural și dioxidul acestuia. Neutroni rapizi care apar după fisiunea nucleară 235U, au fost încetiniți de grafit la energii termice și apoi au provocat o nouă fisiune nucleară. Reactoarele precum SR-1, în care ponderea principală a fisiunilor au loc sub acțiunea neutronilor termici, se numesc reactoare cu neutroni termici. Conțin mult moderator în comparație cu uraniul.
ÎN URSS studii teoretice și experimentale ale caracteristicilor pornirii, funcționării și controlului reactoarelor au fost efectuate de un grup de fizicieni și ingineri sub îndrumarea unui academician I. V. Kurchatova. Primul reactor sovietic F-1 a fost pus în stare critică la 25 decembrie 1946. Reactorul F-1 a fost asamblat din blocuri de grafit și are forma unei bile cu diametrul de aproximativ 7,5 m. În partea centrală a bilei cu diametrul de 6 m. , tijele de uraniu sunt plasate prin orificiile blocurilor de grafit. Rezultatele cercetării la reactorul F-1 au devenit baza proiectelor de reactoare industriale mai complexe. În 1949 a fost dat în funcțiune un reactor de producție de plutoniu, iar la 27 iunie 1954 a fost pusă în funcțiune în orașul Obninsk prima centrală nucleară din lume cu o putere electrică de 5 MW.
Dispozitiv și principiu de funcționare
Mecanism de eliberare a puterii
Transformarea unei substanțe este însoțită de eliberarea de energie liberă numai dacă substanța are o rezervă de energii. Aceasta din urmă înseamnă că microparticulele substanței se află într-o stare cu o energie de repaus mai mare decât într-o altă stare posibilă, tranziția către care există. Tranziția spontană este întotdeauna împiedicată de o barieră energetică, pentru a o depăși microparticula trebuie să primească o anumită cantitate de energie din exterior - energia de excitație. Reacția exoenergetică constă în faptul că în transformarea care urmează excitației se eliberează mai multă energie decât este necesară pentru excitarea procesului. Există două moduri de a depăși bariera energetică: fie datorită energiei cinetice a particulelor care se ciocnesc, fie datorită energiei de legare a particulei care aderă.
Dacă ținem cont de scalele macroscopice ale eliberării de energie, atunci energia cinetică necesară pentru excitarea reacțiilor trebuie să aibă toate sau la început cel puțin o parte din particulele substanței. Acest lucru se poate realiza doar prin creșterea temperaturii mediului până la o valoare la care energia mișcării termice se apropie de valoarea pragului de energie care limitează cursul procesului. În cazul transformărilor moleculare, i.e. reacții chimice, o astfel de creștere este de obicei de sute de grade Kelvin, în cazul reacțiilor nucleare este de cel puțin 107 ° K datorită foarte altitudine inalta Bariere Coulomb ale nucleelor care se ciocnesc. Excitarea termică a reacțiilor nucleare a fost efectuată în practică numai în sinteza celor mai ușoare nuclee, în care barierele Coulomb sunt minime (fuziune termonucleară). Excitarea de către particulele de îmbinare nu necesită o energie cinetică mare și, prin urmare, nu depinde de temperatura mediului, deoarece se produce din cauza legăturilor neutilizate inerente particulelor de forțe atractive. Dar, pe de altă parte, particulele în sine sunt necesare pentru a excita reacțiile. Și dacă din nou avem în vedere nu un act separat de reacție, ci producerea de energie la scară macroscopică, atunci acest lucru este posibil numai atunci când are loc o reacție în lanț. Acesta din urmă apare atunci când particulele care excită reacția reapar ca produse ale reacției exoenergetice.
Dispunerea schematică a unui reactor cu neutroni termici eterogen1 - tijă de control; 2 - protectie biologica; 3 - protectie termica; 4 - moderator; 5 - combustibil nuclear; 6 - lichid de răcire.
Dispunerea schematică a unui reactor cu neutroni termici eterogen
tija de control;
protectie biologica;
protectie termala;
moderator;
combustibil nuclear;
lichid de răcire.
Proiecta
Orice reactor nuclear este format din următoarele părți:
Miez cu combustibil nuclear și moderator;
Reflector de neutroni care înconjoară miezul;
Lichid de răcire;
Sistem de control al reacției în lanț, inclusiv protecție în caz de urgență
Protecție împotriva radiațiilor
Sistem de control de la distanță
Principala caracteristică a unui reactor este puterea sa de ieșire. O putere de 1 MW corespunde unei reacții în lanț în care au loc 3 1016 diviziuni în 1 sec.
Principii fizice de funcționare
Starea actuală a unui reactor nuclear poate fi caracterizată prin factorul efectiv de multiplicare a neutronilor k sau reactivitatea ρ, care sunt legate prin următoarea relație:
Aceste valori sunt caracterizate de următoarele valori:
k > 1 - reacția în lanț crește cu timpul, reactorul este în stare supercritică, reactivitatea sa ρ > 0;
k< 1 — реакция затухает, реактор — подкритичен, ρ < 0;
k = 1, ρ = 0 - numărul de fisiuni nucleare este constant, reactorul este într-o stare critică stabilă.
Stare de criticitate a reactorului nuclear:
ω este fracția din numărul total de neutroni produși în reactor care sunt absorbiți în miezul reactorului sau probabilitatea ca un neutron să evite scurgerea din volumul final.
k 0 este factorul de multiplicare a neutronilor în zona activă de dimensiuni infinit de mari.
Conversia factorului de multiplicare în unitate se realizează prin echilibrarea înmulțirii neutronilor cu pierderile acestora. Există de fapt două motive pentru pierderi: captarea fără fisiune și scurgerea neutronilor în afara mediului de reproducere.
Evident, k< k0, поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны
k0 pentru reactoare termice poate fi determinat prin așa-numita „formulă cu 4 factori”:
μ este factorul de multiplicare pentru neutronii rapizi;
φ este probabilitatea de a evita captarea rezonante;
θ este factorul de utilizare pentru neutronii termici;
η este randamentul de neutroni pe absorbție.
Volumele reactoarelor de putere moderne pot ajunge la sute de m 3 și sunt determinate în principal nu de condițiile de criticitate, ci de posibilitățile de îndepărtare a căldurii.
Volumul critic al unui reactor nuclear este volumul miezului reactorului într-o stare critică. Masa critică - masa materialului fisionabil al reactorului, care se află într-o stare critică.
Reactoarele alimentate cu soluții apoase de săruri ale izotopilor puri fisionali cu un reflector de neutroni de apă au cea mai mică masă critică. Pentru 235 U această masă este de 0,8 kg, pentru 239 Pu este de 0,5 kg. Teoretic, 251 Cf are cea mai mică masă critică, pentru care această valoare este de numai 10 g.
Pentru a reduce scurgerea de neutroni, miezul primește o formă sferică sau apropiată de sferică, cum ar fi un cilindru scurt sau un cub, deoarece aceste cifre au cel mai mic raport dintre suprafață și volum.
În ciuda faptului că valoarea (e - 1) este de obicei mică, rolul înmulțirii rapide a neutronilor este destul de mare, deoarece pentru reactoarele nucleare mari (K∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.
Pentru a începe o reacție în lanț, de obicei sunt produși destui neutroni în timpul fisiunii spontane a nucleelor de uraniu. De asemenea, este posibilă utilizarea unei surse externe de neutroni pentru a porni reactorul, de exemplu, un amestec de Ra și Be, 252 Cf sau alte substanțe.
groapă de iod
O groapă de iod este starea unui reactor nuclear după ce acesta a fost oprit, caracterizată prin acumularea izotopului de xenon de scurtă durată (135 Xe). Acest proces duce la apariția temporară a reactivității negative semnificative, care, la rândul său, face imposibilă aducerea reactorului la capacitatea sa de proiectare pentru o anumită perioadă (aproximativ 1-2 zile).
Clasificare
După natura utilizării
În funcție de natura utilizării reactoarelor nucleare, se împart în:
Reactoare experimentale concepute pentru a studia diferite mărimi fizice, a căror valoare este necesară pentru proiectarea și funcționarea reactoarelor nucleare; puterea unor astfel de reactoare nu depășește câțiva kW;
Reactoare de cercetare în care fluxurile de neutroni și raze γ generate în nucleu sunt utilizate pentru cercetare în domeniul fizicii nucleare, fizicii stării solide, chimia radiațiilor, biologie, pentru testarea materialelor destinate funcționării în fluxuri intense de neutroni (inclusiv . părți ale nucleare). reactoare), pentru producerea de izotopi. Puterea reactoarelor de cercetare nu depășește 100 MW; energia eliberată de obicei nu este utilizată.
Reactoarele izotopice (de arme, industriale) utilizate pentru a produce izotopi folosiți în armele nucleare, cum ar fi 239Pu.
Reactoarele de putere destinate producerii de energie electrica si termica utilizate in sectorul energetic, in desalinizarea apei, pentru antrenarea centralelor electrice ale navelor etc.; Puterea termică a unui reactor de putere modern ajunge la 3–5 GW.
Conform spectrului de neutroni
Reactor cu neutroni termici („reactor termic”)
Reactor rapid cu neutroni („reactor rapid”)
Reactorul pe neutroni intermediari
Prin plasarea combustibilului
Reactoare eterogene, în care combustibilul este plasat în miez discret sub formă de blocuri, între care se află un moderator;
Reactoare omogene, în care combustibilul și moderatorul sunt un amestec omogen (sistem omogen).
Blocurile de combustibil nuclear dintr-un reactor eterogen sunt numite elemente de combustibil (TVEL), care sunt plasate în zona activă la nodurile unei rețele obișnuite, formând celule.
După tipul de combustibil
După gradul de îmbogățire:
uraniu natural
Uraniu slab îmbogățit
Izotop pur fisionabil
După compoziția chimică:
metal U
UO 2 (dioxid de uraniu)
UC (carbură de uraniu), etc.
După tipul de lichid de răcire
H2O (apă, vezi PWR)
Gaz, (vezi reactor grafit-gaz)
Reactor cu lichid de răcire organic
Reactor cu lichid de răcire din metal
Reactorul cu sare topită
După tipul de moderator
C (grafit, vezi reactor grafit-gaz, reactor grafit-apă)
H 2 O (apă, vezi Reactorul cu apă ușoară, Reactorul cu apă sub presiune, VVER)
D 2 O (apă grea, vezi Reactor nuclear cu apă grea, CANDU)
Hidruri metalice
fără retarder
De proiectare
Reactoarele cu rezervor
Reactoarele cu canal
metoda de generare a aburului
Reactor cu generator extern de abur
Reactorul de fierbere
La începutul secolului al XXI-lea, cele mai comune sunt reactoarele nucleare cu neutroni termici eterogene cu moderatori - H 2 O, C, D 2 O și agenți de răcire - H 2 O, gaz, D 2 O, de exemplu, apă-apă VVER, canalul RBMK.
Reactoarele rapide sunt de asemenea promițătoare. Combustibilul din ele este 238U, ceea ce face posibilă îmbunătățirea utilizării combustibilului nuclear de zece ori în comparație cu reactoarele termice, ceea ce crește semnificativ resursele de energie nucleară.
Materiale reactoare
Materialele din care sunt construite reactoarele funcționează la temperatură ridicată în câmpul neutronilor, γ-quanta și al fragmentelor de fisiune. Prin urmare, nu toate materialele utilizate în alte ramuri ale tehnologiei sunt potrivite pentru construcția reactoarelor. La alegerea materialelor pentru reactor, se iau în considerare rezistența la radiații, inerția chimică, secțiunea transversală de absorbție și alte proprietăți.
Carcasele tijelor de combustibil, canalele, moderatoarele (reflectoarele) sunt realizate din materiale cu secțiuni transversale de absorbție mici. Utilizarea materialelor care absorb slab neutronii reduce consumul neproductiv de neutroni, reduce încărcarea combustibilului nuclear și crește rata de reproducere a HF. Pentru tijele absorbante, dimpotrivă, sunt potrivite materiale cu o secțiune transversală mare de absorbție. Acest lucru reduce foarte mult numărul de tije necesare pentru a controla reactorul.
Neutronii rapizi, γ-quanta și fragmentele de fisiune dăunează structurii materiei. Deci, într-o materie solidă, neutronii rapidi scot atomii din rețeaua cristalină sau îi mută de la locul lor. Ca urmare, proprietățile plastice și conductivitatea termică a materialelor se deteriorează. Moleculele complexe sub influența radiațiilor se descompun în molecule mai simple sau atomi compoziți. De exemplu, apa se descompune în oxigen și hidrogen. Acest fenomen este cunoscut sub numele de radioliză a apei.
Instabilitatea la radiații a materialelor este mai puțin afectată la temperaturi ridicate. Mobilitatea atomilor devine atât de mare încât probabilitatea de întoarcere a atomilor scoși din rețeaua cristalină la locul lor sau de recombinare a hidrogenului și oxigenului într-o moleculă de apă crește semnificativ. Astfel, radioliza apei este nesemnificativă în reactoarele de putere fără fierbere (de exemplu, VVER), în timp ce în reactoarele de cercetare puternice este eliberată o cantitate semnificativă de amestec exploziv. Reactoarele au sisteme speciale de ardere.
Materialele reactoarelor intră în contact unele cu altele (placarea combustibilului cu lichid de răcire și combustibil nuclear, casete de combustibil cu lichid de răcire și moderator etc.). Desigur, materialele de contact trebuie să fie inerte chimic (compatibile). Un exemplu de incompatibilitate este uraniul și apa fierbinte care intră într-o reacție chimică.
Pentru majoritatea materialelor, proprietățile de rezistență se deteriorează brusc odată cu creșterea temperaturii. În reactoarele de putere, materialele structurale funcționează la temperaturi ridicate. Acest lucru limitează alegerea materialelor structurale, în special pentru acele părți ale unui reactor de putere care trebuie să reziste la presiune ridicată.
Arderea și reproducerea combustibilului nuclear
În timpul funcționării unui reactor nuclear, din cauza acumulării de fragmente de fisiune în combustibil, compoziția sa izotopică și chimică se modifică și se formează elemente transuraniu, în principal izotopi Pu. Efectul fragmentelor de fisiune asupra reactivității unui reactor nuclear se numește otrăvire (pentru fragmentele radioactive) și zgură (pentru izotopii stabili).
Principala cauză a otrăvirii reactorului este 135 Xe, care are cea mai mare secțiune transversală de absorbție a neutronilor (2,6 106 barn). Timp de înjumătățire 135 Xe T½ = 9,2 ore; randamentul de diviziune este de 6-7%. Partea principală a 135Xe se formează ca urmare a dezintegrarii lui 135 I (T½ = 6,8 h). Când este otrăvit, Kef se modifică cu 1-3%. Secțiunea transversală mare de absorbție a 135 Xe și prezența izotopului intermediar 135 I conduc la două fenomene importante:
La o creștere a concentrației de 135 Xe și, în consecință, la o scădere a reactivității reactorului după oprirea acestuia sau reducerea puterii („groapă de iod”), ceea ce face imposibilă oprirea pe termen scurt și fluctuațiile puterii de ieșire. Acest efect este depășit prin introducerea unei marje de reactivitate în organismele de reglementare. Adâncimea și durata puțului de iod depind de fluxul de neutroni Ф: la Ф = 5 1018 neutroni/(cm 2 sec), durata puțului de iod este de ˜ 30 h, iar adâncimea este de 2 ori mai mare decât schimbarea staționară Kef cauzat de otrăvirea cu 135 Xe.
Din cauza otrăvirii, pot apărea fluctuații spațio-temporale ale fluxului de neutroni Ф și, în consecință, ale puterii reactorului. Aceste oscilații apar la Ф > 1018 neutroni/(cm 2 sec) și reactoare de dimensiuni mari. Perioade de oscilație ˜ 10 h.
În timpul fisiunii nucleare, număr mare fragmente stabile care diferă în secțiunile lor transversale de absorbție în comparație cu secțiunea transversală de absorbție a unui izotop fisionabil. Concentrarea fragmentului cu de mare valoare secțiunea transversală de absorbție atinge saturația în primele zile de funcționare a reactorului. În principal este 149Sm schimbând Kef-ul cu 1%. Concentrația fragmentelor cu secțiune transversală de absorbție mică și reactivitatea negativă introdusă de acestea cresc liniar cu timpul.
Formarea elementelor transuraniu într-un reactor nuclear are loc conform următoarelor scheme:
235 U + n → 236 U + n → 237 U → (7 zile) → 237 Np + n → 238 Np → (2,1 zile) → 238 Pu
238 U + n → 239 U → (23 min) → 239 Np → (2,3 zile) → 239 Pu (+ fragmente) + n → 240 Pu + n → 241 Pu (+ fragmente) + n → 242 Pu + n → 243 Pu →(5 h)→ 243 Am + n → 244 Am →(26 min)→ 244 Cm
Timpul dintre săgeți indică timpul de înjumătățire, „+n” indică absorbția neutronului.
La începutul funcționării reactorului, are loc o acumulare liniară de 239 Pu, iar cu cât mai rapidă (la o ardere fixă de 235 U), cu atât este mai mică îmbogățirea uraniului. În plus, concentrația de 239 Pu tinde să valoare constantă, care nu depinde de gradul de îmbogățire, ci este determinat de raportul secțiunilor transversale de captare a neutronilor pentru 238U și 239Pu. timp caracteristic stabilindu-se o concentraţie de echilibru de 239 Pu ˜ 3/F ani (F în unităţi de 1013 neutroni/cm 2 s). Izotopii 240 Pu, 241 Pu ajung la o concentrație de echilibru numai atunci când combustibilul este ard din nou într-un reactor nuclear după regenerarea combustibilului nuclear.
Arderea combustibilului nuclear se caracterizează prin energia totală eliberată în reactor per 1 combustibil. Această valoare este:
˜ 10 GW zi/t — reactoare cu apă grea;
˜ 20–30 GW zi/t pentru reactoare cu uraniu slab îmbogățit (2–3% 235U);
până la 100 GW zi/t - reactoare rapide cu neutroni.
O ardere de 1 GW zi/t corespunde arderii a 0,1% din combustibil nuclear.
Pe măsură ce combustibilul arde, reactivitatea reactorului scade. Înlocuirea combustibilului ars se efectuează imediat din întregul miez sau treptat, lăsând în funcțiune elemente de combustibil de diferite „vârste”. Acest mod se numește alimentare continuă.
În cazul înlocuirii complete a combustibilului, reactorul are reactivitate în exces, care trebuie compensat, în timp ce în al doilea caz, compensarea este necesară doar la prima pornire a reactorului. Alimentarea continuă face posibilă creșterea adâncimii de ardere, deoarece reactivitatea reactorului este determinată de concentrațiile medii ale izotopilor fisionali.
Masa combustibilului încărcat depășește masa celui descărcat datorită „greutății” energiei eliberate. După oprirea reactorului, mai întâi din cauza fisiunii de către neutroni întârziați, apoi, după 1-2 min, din cauza radiațiilor β și γ a fragmentelor de fisiune și a elementelor transuraniu, eliberarea de energie continuă în combustibil. Dacă reactorul a funcționat un timp suficient de lung înainte de oprire, atunci la 2 minute după oprire, eliberarea de energie este de aproximativ 3%, după 1 oră - 1%, după o zi - 0,4%, după un an - 0,05%.
Raportul dintre numărul de izotopi Pu fisionali formați într-un reactor nuclear și cantitatea de 235 U arsă se numește factor de conversie KK. Valoarea KK crește odată cu scăderea îmbogățirii și arderii. Pentru un reactor cu apă grea care funcționează pe uraniu natural, cu o ardere de 10 GW zi/t, KK = 0,55, iar pentru arderi mici (în acest caz, KK se numește factorul plutoniu inițial) KK = 0,8. Dacă un reactor nuclear arde și produce aceiași izotopi (reactor de reproducere), atunci raportul dintre rata de reproducere și rata de ardere se numește raportul de reproducere CV. În reactoarele nucleare pe neutroni termici KV< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах КВ может достигать 1,4—1,5. Рост КВ для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов g растёт, а а падает.
Controlul reactorului nuclear
Un reactor nuclear poate funcționa la o putere dată timp îndelungat numai dacă are o marjă de reactivitate la începutul funcționării. Procesele care au loc în reactor determină o deteriorare a proprietăților de ameliorare ale mediului, iar fără mecanismul de recuperare a reactivității, reactorul nu ar putea funcționa nici măcar pentru o perioadă scurtă de timp. Marja de reactivitate inițială este creată prin construirea unui miez cu dimensiuni mult mai mari decât cele critice. Pentru a preveni ca reactorul să devină supercritic, în miez sunt introduși absorbanți de neutroni. Absorbantele fac parte din materialul tijelor de control care se deplasează de-a lungul canalelor corespunzătoare din miez. Mai mult, dacă doar câteva tije sunt suficiente pentru reglare, atunci numărul de tije poate ajunge la sute pentru a compensa excesul inițial de reactivitate. Tijele de compensare sunt retrase treptat din miezul reactorului, asigurând o stare critică pe toată durata de funcționare a acestuia. Compensarea arderii se poate realiza si prin folosirea unor absorbante speciale, a caror eficienta scade atunci cand capteaza neutroni (Cd, B, elemente de pamant rare) sau solutii de substante absorbante in moderator.
Controlul unui reactor nuclear este simplificat de faptul că în timpul fisiunii unii dintre neutroni zboară din fragmente cu o întârziere care poate varia de la 0,2 la 55 de secunde. Datorită acestui fapt, fluxul de neutroni și, în consecință, puterea se schimbă destul de ușor, dând timp pentru a lua o decizie și a schimba starea reactorului din exterior.
Un sistem de control și protecție (CPS) este utilizat pentru a controla un reactor nuclear. Organele CPS sunt împărțite în:
Urgență, reducerea reactivității (introducerea reactivității negative în reactor) când apar semnale de urgență;
Regulatoare automate care mențin un flux de neutroni constant Ф (adică puterea de ieșire);
Compensator, care servește la compensarea efectelor otrăvirii, epuizării, temperaturii.
În cele mai multe cazuri, pentru controlul reactorului se folosesc tije care sunt introduse în miez, realizate din materiale care absorb puternic neutronii (Cd, B etc.). Mișcarea tijelor este controlată de mecanisme speciale care funcționează pe semnalele dispozitivelor care sunt sensibile la mărimea fluxului de neutroni.
Funcționarea organelor CPS este simplificată considerabil pentru reactoarele cu un coeficient de temperatură negativ de reactivitate (r scade odată cu creșterea temperaturii).
Pe baza informațiilor despre starea reactorului, un sistem informatic special generează recomandări operatorului de a schimba starea reactorului sau, în anumite limite, reactorul este controlat fără participarea operatorului.
În cazul unei dezvoltări catastrofale neprevăzute a unei reacții în lanț, fiecare reactor prevede o terminare de urgență a reacției în lanț, realizată prin aruncarea tijelor speciale de urgență sau a tijelor de siguranță în miez - un sistem de protecție în caz de urgență.
Reacția în lanț a fisiunii este întotdeauna însoțită de eliberarea de energie de o magnitudine enormă. Uz practic această energie este sarcina principală a unui reactor nuclear.
Un reactor nuclear este un dispozitiv în care are loc o reacție de fisiune nucleară controlată sau controlată.
Conform principiului de funcționare, reactoarele nucleare sunt împărțite în două grupe: reactoare cu neutroni termici și reactoare cu neutroni rapizi.
Cum funcționează un reactor nuclear cu neutroni termici?
Un reactor nuclear tipic are:
- Core și moderator;
- reflector de neutroni;
- Lichid de răcire;
- Sistem de control al reacției în lanț, protecție în caz de urgență;
- Sistem de control și protecție împotriva radiațiilor;
- Sistem de control de la distanță.
1 - zona activa; 2 - reflector; 3 - protectie; 4 - tije de control; 5 - lichid de răcire; 6 - pompe; 7 - schimbător de căldură; 8 - turbină; 9 - generator; 10 - condensator.
Core și moderator
În miez are loc reacția în lanț de fisiune controlată.
Majoritatea reactoarelor nucleare funcționează pe izotopi grei de uraniu-235. Dar în probele naturale de minereu de uraniu, conținutul său este de doar 0,72%. Această concentrație nu este suficientă pentru a se dezvolta o reacție în lanț. Prin urmare, minereul este îmbogățit artificial, aducând conținutul acestui izotop la 3%.
Materialul fisionabil, sau combustibilul nuclear, sub formă de pelete este plasat în tije închise ermetic numite TVEL-uri (elemente combustibile). Ele pătrund în întreaga zonă activă umplută cu moderator neutroni.
De ce este necesar un moderator de neutroni într-un reactor nuclear?
Cert este că neutronii născuți după dezintegrarea nucleelor de uraniu-235 au o viteză foarte mare. Probabilitatea captării lor de către alte nuclee de uraniu este de sute de ori mai mică decât probabilitatea captării neutronilor lenți. Și dacă nu le reduceți viteza, reacția nucleară se poate estompa în timp. Moderatorul rezolvă problema reducerii vitezei neutronilor. Daca apa sau grafitul sunt plasate in calea neutronilor rapizi, viteza acestora poate fi redusa artificial si astfel numarul de particule captate de atomi poate fi crescut. În același timp, este necesară o cantitate mai mică de combustibil nuclear pentru o reacție în lanț într-un reactor.
Ca urmare a procesului de decelerare, neutroni termici, a cărui viteză este practic egală cu viteza mișcării termice a moleculelor de gaz la temperatura camerei.
Ca moderator în reactoarele nucleare, se utilizează apă, apă grea (oxid de deuteriu D 2 O), beriliu și grafit. Dar cel mai bun moderator este apa grea D 2 O.
Reflector de neutroni
Pentru a evita scurgerea de neutroni în mediu, miezul unui reactor nuclear este înconjurat de reflector de neutroni. Ca material pentru reflectoare, se folosesc adesea aceleași substanțe ca și la moderatori.
lichid de răcire
Căldura eliberată în timpul unei reacții nucleare este îndepărtată folosind un lichid de răcire. Ca lichid de răcire în reactoare nucleare, convențional apa naturala, purificat în prealabil din diverse impurități și gaze. Dar, deoarece apa fierbe deja la o temperatură de 100 0 C și o presiune de 1 atm, pentru a crește punctul de fierbere, presiunea în circuitul primar de răcire este crescută. Apa circuitului primar, care circulă prin miezul reactorului, spală elementele de combustibil, în timp ce se încălzește până la o temperatură de 320 0 C. Mai în interiorul schimbătorului de căldură, eliberează căldură apei celui de-al doilea circuit. Schimbul trece prin tuburile de schimb de căldură, deci nu există contact cu apa circuitului secundar. Aceasta exclude lovitura substanțe radioactiveîn al doilea circuit al schimbătorului de căldură.
Și atunci totul se întâmplă ca într-o centrală termică. Apa din al doilea circuit se transformă în abur. Aburul transformă o turbină, care antrenează un generator electric, care generează electricitate. electricitate.
În reactoarele cu apă grea, lichidul de răcire este apă grea D 2 O, iar în reactoarele cu lichid de răcire din metal, este metal topit.
Sistem de control al reacției în lanț
Starea actuală a reactorului este caracterizată de o mărime numită reactivitate.
ρ = ( k-1)/ k ,
k = n i / n i -1 ,
Unde k este factorul de multiplicare a neutronilor,
n i este numărul de neutroni din generația următoare într-o reacție de fisiune nucleară,
n i -1 , este numărul de neutroni din generația anterioară în aceeași reacție.
Dacă k ˃ 1 , reacția în lanț se acumulează, sistemul este numit supercritic th. Dacă k< 1 , reacția în lanț scade și sistemul este numit subcritic. La k = 1 reactorul este în stare critică stabilă, deoarece numărul de nuclee fisionabile nu se modifică. În această stare, reactivitate ρ = 0 .
Starea critică a reactorului (factorul de multiplicare a neutronilor necesar într-un reactor nuclear) este menținută prin mișcare tije de control. Materialul din care sunt fabricate include substanțe care absorb neutronii. Împingerea sau împingerea acestor tije în miez controlează viteza reacției de fisiune nucleară.
Sistemul de control asigură controlul reactorului în timpul pornirii sale, opririi planificate, funcționării la putere, precum și protecția de urgență a reactorului nuclear. Acest lucru se realizează prin schimbarea poziției tijelor de control.
Dacă vreunul dintre parametrii reactorului (temperatura, presiunea, viteza de deplasare a puterii, consumul de combustibil etc.) se abate de la normă, iar acest lucru poate duce la un accident, special tije de urgențăși are loc o încetare rapidă a reacției nucleare.
Pentru a vă asigura că parametrii reactorului respectă standardele, monitorizați sisteme de monitorizare și radioprotecție.
Pentru pază mediu inconjurator de la radiații radioactive, reactorul este plasat într-o carcasă groasă de beton.
Sisteme de control de la distanță
Toate semnalele despre starea reactorului nuclear (temperatura lichidului de răcire, nivelul de radiație în diferite părți ale reactorului etc.) sunt trimise către panoul de control al reactorului și procesate în sisteme informatice. Operatorul primește toate informațiile și recomandările necesare pentru a elimina anumite abateri.
Reactoare rapide cu neutroni
Diferența dintre acest tip de reactoare și reactoarele cu neutroni termici este că neutronii rapizi care apar după dezintegrarea uraniului-235 nu sunt încetiniți, ci sunt absorbiți de uraniul-238 cu transformarea sa ulterioară în plutoniu-239. Prin urmare, reactoarele cu neutroni rapizi sunt folosite pentru a produce plutoniu-239 de calitate pentru arme și energie termică, care este convertită în energie electrică de către generatoarele centralei nucleare.
Combustibilul nuclear din astfel de reactoare este uraniu-238, iar materia primă este uraniu-235.
În minereul de uraniu natural, 99,2745% este uraniu-238. Când un neutron termic este absorbit, acesta nu se fisiază, ci devine un izotop al uraniului-239.
La ceva timp după degradarea β, uraniul-239 se transformă în nucleul neptuniului-239:
239 92 U → 239 93 Np + 0 -1 e
După a doua dezintegrare β, se formează plutoniu-239 fisionabil:
239 9 3 Np → 239 94 Pu + 0 -1 e
Și, în cele din urmă, după dezintegrarea alfa a nucleului de plutoniu-239, se obține uraniu-235:
239 94 Pu → 235 92 U + 4 2 He
Elementele de combustibil cu materii prime (uraniu îmbogățit-235) sunt amplasate în miezul reactorului. Această zonă este înconjurată de o zonă de reproducere, care este tije de combustibil cu combustibil (uraniu sărăcit-238). Neutronii rapizi emiși din miez după dezintegrarea uraniului-235 sunt capturați de nucleele de uraniu-238. Rezultatul este plutoniu-239. Astfel, combustibilul nuclear nou este produs în reactoare cu neutroni rapizi.
Metalele lichide sau amestecurile lor sunt utilizate ca agenți de răcire în reactoarele nucleare cu neutroni rapidi.
Clasificarea și aplicarea reactoarelor nucleare
Reactoarele nucleare sunt utilizate în principal în centralele nucleare. Cu ajutorul lor se obține energie electrică și termică la scară industrială. Astfel de reactoare se numesc energie .
Reactoarele nucleare sunt utilizate pe scară largă în sistemele de propulsie ale submarinelor nucleare moderne, navelor de suprafață și în tehnologia spațială. Ele furnizează energie electrică motoarelor și sunt numite reactoare de transport .
Pentru cercetare științificăîn domeniul fizicii nucleare și al chimiei radiațiilor, folosesc fluxuri de neutroni, cuante gama, care sunt obținute în miez. reactoare de cercetare. Energia generată de acestea nu depășește 100 MW și nu este utilizată în scopuri industriale.
Putere reactoare experimentale chiar mai puțin. Atinge o valoare de doar câțiva kW. Aceste reactoare sunt folosite pentru a studia diverse mărimi fizice, a căror semnificație este importantă în proiectarea reacțiilor nucleare.
LA reactoare industriale includ reactoare pentru producerea de izotopi radioactivi utilizați în scopuri medicale, precum și în diverse domenii ale industriei și tehnologiei. Reactoarele de desalinizare a apei de mare sunt, de asemenea, reactoare industriale.
În istoria creării reactoarelor nucleare pot fi urmărite trei etape. În prima etapă, au fost determinate condițiile necesare și suficiente pentru apariția unei reacții de fisiune nucleară în lanț autosusținută. În a doua etapă, au fost stabilite toate efectele fizice care promovează și împiedică fluxul unei reacții de fisiune nucleară în lanț auto-susținută, de exemplu. accelerând și încetinind acest proces. Și, în final, au fost efectuate calcule cantitative privind proiectarea reactorului și procesele care au loc în acesta.
Crearea reactoarelor nucleare a fost o soluție la una dintre sarcinile constitutive ale problemei atomice generale.
Primul reactor SR-1 din lume (Chicago Physics) a fost proiectat și construit de E. Fermi în colaborare cu Anderson, Zinn, L. Woods și J. Weill și a fost situat în sala de tenis de sub gradele stadionului Universității din Chicago. Reactorul a început să funcționeze pe 2 decembrie 1942, cu o putere inițială estimată la 0,5 W. Primul reactor cu uraniu SR-1 a fost încărcat cu 6 tone de uraniu metalic și o anumită cantitate (nu tocmai cunoscută) de oxid de uraniu din cauza lipsei de uraniu pur.
Reactorul trebuia să aibă o formă sferică și era compus din straturi orizontale de bloc de grafit, care erau situate între straturi similare de blocuri alternante de grafit și uraniu, răcite de aer. Starea critică a reactorului, în care pierderea de neutroni a fost compensată prin producerea (crearea) acestora, a fost atinsă când sfera a fost construită în trei sferturi, în urma căreia reactorul nu a primit forma finală a unei bile obișnuite. .
După 12 zile, puterea a fost mărită la 200 W și o creștere suplimentară a puterii a fost considerată riscantă din cauza instalației. radiații periculoase. Reactorul a fost mutat în afara orașului la Laboratorul Argonne, unde a fost reasamblat și echipat cu un scut de protecție.
Reactorul a fost reglat manual prin intermediul unor tije de cadmiu care absorb excesul de neutroni și sunt amplasate în canale speciale. În plus, au fost prevăzute două tije de urgență și o tijă de control automată.
Prima instalație pilot a permis efectuarea unui studiu experimental al procesului de producție a plutoniului, ceea ce a condus la concluzia că această metodă oferă oportunitate reală fabricarea acestuia în cantităţi suficiente pentru a crea bombă atomică. În 1943 la Laboratorul Naţional Argonne pentru studii experimentale a fost construit exact același reactor SR-2 (Fig. 17.1), dar cu o dimensiune critică sub formă de cub, iar în 1944 a fost construit un alt reactor SR-3 (Fig. 17.2), în care apa grea a servit drept moderator, ceea ce a permis reducerea semnificativă a dimensiunii reactorului față de cele precedente.
Din cauza absenței unui sistem de răcire, puterea maximă de siguranță a reactorului a fost de 200 W, dar pentru o perioadă scurtă de timp puterea a putut fi crescută la 100 kW. Reactorul a folosit cinci tije de control lungi de 5,6 m realizate din bronz acoperit cu cadmiu. Trei dintre aceste tije erau de urgență, una servea pentru reglarea grosieră și alta pentru reglarea fină a fluxului de neutroni și a puterii reactorului.
La sfârșitul anului 1945, la Moscova, pe teritoriul Laboratorului nr. 2 al Academiei de Științe URSS, a început construcția unei clădiri pentru reactorul fizic F-1, iar la începutul anului 1946, proiectarea primului au început reactorul industrial și uzina de plutoniu asociată din Chelyabinsk-40. În decembrie 1946, la reactorul de cercetare uraniu-grafit F-1 sub conducerea lui I.V. Kurchatov a fost primul din Europa care a efectuat o reacție în lanț autosusținută. Lansarea reactorului F-1, care încă servește științei, a făcut posibilă măsurarea constantelor nucleare necesare, alegerea designului optim al primului reactor industrial și studierea problemelor de reglementare și siguranță la radiații.
Istoria fizicii secolului al XX-lea a inclus și primul reactor nuclear din Europa, creat în URSS și testat personal de I.V. Kurchatov în decembrie 1946. Puterea sa a ajuns deja la 4000 kW, ceea ce a făcut posibilă, pe baza experienței acumulate, realizarea de reactoare industriale. Reactorul în sine a fost amplasat într-o groapă de beton, pe fundul căreia au fost așezate opt straturi de bare de grafit. Deasupra lor au fost așezate straturi cu găuri-cuiburi, unde au fost introduse blocuri de uraniu. De asemenea, au fost realizate trei canale pentru tijele de cadmiu, care asigură reglarea reacției și a acesteia oprire de urgență, și un număr de canale orizontale diverse forme si dimensiuni pentru echipament de măsurareși scopuri experimentale. Numărul total de straturi de bare de grafit a fost de șaizeci și două.
În 1947, acest reactor a reușit să obțină primele doze de plutoniu, care nu este natural, care, la fel ca uraniul, este un combustibil nuclear și în cantități suficiente pentru a studia principalele caracteristici fizice ale nucleului său. Primul reactor industrial din URSS pentru producția de plutoniu a fost lansat de Kurchatov în iunie 1948.
La mijlocul anilor 1940, Laboratorul Științific Los Alamos (SUA) a stabilit sarcina de a crea un reactor rapid experimental cu combustibil plutoniu, demonstrând posibilitatea de a genera electricitate. Acest reactor, numit „Clementine”, avea un volum central de 2,5 litri de plutoniu metalic și a fost răcit cu mercur. Asamblarea reactorului a început în 1946, criticitatea a fost atinsă în noiembrie 1946. Punerea în funcțiune a avut loc în martie 1949. Reactorul a funcționat la o putere de 25 kW (th.).
Ca parte a Proiectului Manhattan (planul secret de creare a unei bombe americane), toate lucrările privind separarea izotopilor de uraniu au fost încredințate laboratorului faimosului fizician american E. Lawrence. În raportul său către guvernul SUA din iulie 1941, Lawrence a scris: „S-a deschis o nouă oportunitate extrem de importantă pentru utilizarea unei reacții în lanț cu izotopi neseparați [ai uraniului]. Aparent, dacă s-ar desfășura o reacție în lanț, ar fi posibil să se efectueze... pentru o anumită perioadă de timp în mod specific pentru a produce un element cu numar atomic 94 [plutoniu]... Dacă... ar fi disponibile cantități mari din acest element, probabil că ar fi posibil să se realizeze o reacție în lanț pe neutroni rapizi. Într-o astfel de reacție, energia ar fi eliberată cu viteza unei explozii, iar sistemul corespunzător ar putea fi caracterizat... ca o „superbombă”.
Reactorul Clementine a fost primul reactor cu neutroni rapidi și, de asemenea, primul care a folosit plutoniu-239 ca combustibil. Zona activă sub formă de cilindru de 15 cm înălțime și 15 cm în diametru a constat din tije verticale de combustibil într-o carcasă de oțel. Moderatorul, desigur, a lipsit. Reflectorul era uraniu metalic și oțel. Lichidul de răcire cu mercur avea o secțiune transversală neglijabilă de captare lentă a neutronilor. Reactorul era controlat de tije care eliminau o parte din uraniul din reflector, deoarece borul sau cadmiul folosit în reactoarele termice nu este potrivit pentru reactoarele cu neutroni rapidi.
În Laboratorul Național Argonne (SUA), indiferent de studiile descrise, s-a lucrat pentru a crea un reactor experimental de generare rapidă de neutroni EBR-1. Scopul principal al acestui proiect a fost testarea conceptului centrală nucleară cu un reactor cu neutroni rapidi ca unitate de putere. Crearea reactorului a început în 1951, iar criticitatea a fost atinsă în august 1951. În decembrie 1951, pentru prima dată, s-a obținut curent electric din energia nucleară la o putere a reactorului de 200 kW (el.). Elementele de combustibil ale reactorului erau tuburi de oțel inoxidabil care conțineau uraniu metalic foarte îmbogățit, miezul a fost răcit prin pomparea unui aliaj de sodiu și potasiu prin el (Fig. 17.3). Reflectorul a constat din două părți: mai multe tije de uraniu metalic natural care înconjoară miezul și mai multe blocuri în formă de pană din același material. Reactorul a fost controlat prin introducerea de tije metalice de uraniu într-un reflector exterior și îndepărtarea acestora din acesta.
Reactorul producea simultan energia eliberată în timpul fisiunii sub acțiunea neutronilor rapizi și reproducea materialul fisionabil. Strict vorbind, un reactor de ameliorare trebuie să folosească același material fisionabil pe care îl produce, cum ar fi plutoniul-239 în reactoarele cu uraniu-238, ca materie primă pentru producerea de material combustibil secundar (plutoniu). Cu toate acestea, uraniul-235 este utilizat în prezent ca material fisionabil în multe reactoare cu neutroni rapidi. În reactoarele cu neutroni rapidi, lichidul de răcire nu trebuie să conțină elemente cu un număr de masă scăzut, deoarece acestea vor încetini neutronii. Îndepărtarea intensivă a căldurii dintr-un miez mic necesită un lichid de răcire cu proprietăți excepțional de ridicate de îndepărtare a căldurii.
O singură substanță - sodiul lichid - îndeplinește aceste condiții.
O analiză a materialelor combustibile ale reflectorului reactorului EBR-1 după funcționarea acestuia de ceva timp a arătat că raportul de reproducere atins, i.e. raportul dintre cantitatea de plutoniu-239 produsă și cantitatea de uraniu-235 consumată este ceva mai mare de 100%. Deoarece condițiile din reactor nu erau ideale, s-a considerat că reproducerea plutoniului-239 ar trebui să fie practic profitabilă. Acest lucru a fost confirmat în Marea Britanie prin experimente la un reactor cu neutroni foarte rapid. putere redusă(2 W), în care plutoniul-239 a servit drept combustibil. S-a constatat că pentru fiecare nucleu de plutoniu fisionabil, există aproximativ două nuclee nou formate. Astfel, câștigul în reproducere este destul de semnificativ. În cele din urmă, astfel de reactoare ar trebui să joace un rol major în dezvoltarea energiei nucleare.
In SUA, la o distanta de 30 km de Chicago, la sud-vest de metropola, se afla rezervatia naturala Palos. În primul rând, el este cunoscut pentru două obiecte care se află în Red Gate Woods. Primul este Site-ul A.
Acesta este un teren de 19 acri, pe teritoriul căruia se află rămășițele primului reactor nuclear din istoria omenirii. Al doilea este Parcul M. Acesta este un depozit cu o suprafață de 1.800 de metri pătrați, unde sunt concentrate toate deșeurile din reactor.
Chicago Pile-1 sau CP-1 este modul în care legendarii fizicieni Leo Szilardo și Enrico Fermi și-au numit creația, primul reactor nuclear din lume. A fost construită sub titlul „Top Secret” la sfârșitul toamnei anului 1942, ca parte a unui proiect de implementare a primei bombe atomice din lume în campusul Universității din Chicago. Acest experiment nu a avut succes și bomba nu a explodat. Dar datorită eforturilor enorme depuse pentru a crea bombele, omenirea a intrat într-o nouă eră - era armelor nucleare.
Carcasa unui reactor nuclear era formată dintr-o masă de cărămizi negre și grinzi de lemn. Acesta a inclus:
grafit - folosit pentru a încetini neutronii. În total, în reactor au fost introduse trei sute șaizeci de tone de grafit;
uraniu metalic - 5.400 kg;
oxid de uraniu - 45.000 kg.
Reactorul nu avea absolut nicio protecție. Oamenii de știință se așteptau să funcționeze la putere scăzută. Nu exista nici un sistem de racire.
La scurt timp după crearea sa, reactorul a fost demontat și mutat în afara orașului - în rezervația naturală Palos. Când a fost reasamblat, a primit un nou nume - Chicago Pile-2 sau pur și simplu CP-2.
CP-2 avea mai multă putere decât predecesorul său, câțiva kilowați, iar pentru el a fost construit un scut de radiații. După ceva timp, încă 1 reactor (CP-3) a fost adăugat la CP-2. Aceste două reactoare au funcționat timp de zece ani, iar apoi, în 1954, au fost oprite.
A fost săpată o groapă imensă pentru îngroparea reactoarelor nucleare. Explozia direcționată a ajutat la trimiterea CP-2 și CP-3 în uitare în măruntaiele pământului. Toate clădirile ridicate pentru a deservi reactoarele au fost distruse și, de asemenea, îngropate. Locul de înmormântare a fost acoperit cu moloz și pământ și amenajat.
Astăzi, locul de înmormântare poate fi găsit prin blocuri de granit. Primul este situl A, al doilea este parcela M.
În 2017 Rosatoma luat ritmul, demonstrând în mod convingător că renașterea nucleară în țara noastră a avut loc.
Mai mult, proiectul nostru nuclear se extinde în tot mai multe țări care sunt interesate de dezvoltarea lor, deoarece energia atomului este generarea de bază a energiei electrice, este dezvoltarea științei, tehnologiei, medicinei și chiar agriculturii.
Este posibil și necesar să vorbim despre asta, dar își amintește toată lumea cum a devenit țara noastră lider mondial în această industrie? Își amintește toată lumea cum a început totul, cine a cucerit exact atomul, creat de la zero tehnologii fără precedent?
Pentru a înțelege unde și cum ne mișcăm, trebuie să ne amintim începutul drumului. Revista analitică online Geoenergy.ru a început deja să se vorbească despre asta, dar au existat mult mai multe evenimente și nume ale celor care au fost pionierii erei atomice în URSS decât cele descrise în articolul respectiv.
La 25 decembrie 1946, la Laboratorul nr. 2 (viitorul Institut Kurchatov), a început o reacție în lanț controlată în primul nostru reactor nuclear F-1 - „primul fizic”.
Din ea, la fel ca și din „Pletonul lui Gogol”, au crescut toate reactoarele noastre - transport și cercetare, „militare” și complet pașnice.
Să ne amintim cine și cum a creat aceste tehnologii, cum și de către cine a fost asigurată evoluția lor, cum a decurs exact evoluția. Amintindu-ne, vom învăța să înțelegem mai bine cele mai recente știri de la Rosatom, nivelul atins de dezvoltare și perspective.
„Principii atomice”
Pentru început, să ne amintim principiile de bază, postulate energie nucleară, care sunt stabilite nu de tehnologie, ci de legile fizice - eterne și permanente. Nu sunt multe dintre ele, sunt ușor de reținut.
- Baza energiei nucleare este o reacție în lanț de fisiune nucleară a atomilor de uraniu și plutoniu. Masa fragmentelor de fisiune este mai mică decât masa nucleelor părinte, masa în exces este convertită în energie, pe care o folosim în propriile noastre scopuri. Motivul începerii unei reacții în lanț este că neutronii liberi primari se ciocnesc în drumul lor cu nucleele elementelor fisionabile. Neutronii liberi produși prin descompunerea nucleelor de uraniu sau plutoniu sunt numiți „secundari”. Pentru ca o reacție să devină o reacție în lanț, trebuie să existe atâția sau mai mulți neutroni secundari numeric cât sunt neutroni primari;
- Plutoniul nu există în natură, se formează doar în interiorul unui reactor nuclear, prin urmare baza energiei nucleare de astăzi este uraniul;
- Reacția în lanț de fisiune are loc numai în nucleele izotopului de uraniu 235 U, a cărui cantitate în minereu natural este de 0,7%, iar 99,3% din masa minereului este izotopul principal al uraniului 238 U, care nu participă la reacția în lanț. Neutronii secundari produși în timpul fisiunii nucleelor de uraniu-235 au o varietate de viteze, ceea ce în fizica atomică înseamnă și „a avea energii diferite”. Analogia este simplă: dacă arunci o piatră în fereastră, unele fragmente de sticlă zboară repede, altele încet și este imposibil să prezici exact cum se va comporta fiecare fragment;
- Fisionarea nucleelor de uraniu-235 atunci când interacționează cu neutronii care se mișcă cu orice viteză, dar neutronii rapidi sunt absorbiți foarte activ de nucleele de uraniu-238, ceea ce poate determina oprirea reacției în lanț. În același timp, uraniul-238 „nu acordă atenție” neutronilor lenți, așa că una dintre sarcinile principale pentru implementarea unei reacții în lanț este capacitatea de a încetini neutronii secundari. Apa grea sau obișnuită și grafitul chimic pur pot fi folosite ca moderatori;
- Pentru ca reacția în lanț să fie controlată, trebuie să existe mai mulți neutroni secundari decât cei primari, cu doar 2%. Dacă sunt prea mulți neutroni secundari, reacția crește ca o avalanșă și scapă de sub control, gradul extrem de dezvoltare este o explozie atomică. A doua sarcină principală pentru implementarea unei reacții în lanț controlate - factorul de multiplicare al neutronilor liberi nu trebuie să depășească 1,02. Acest lucru necesită sisteme de control și protecție.
Iată, de fapt, toate punctele fundamentale. Pentru a efectua o reacție în lanț de fisiune, aveți nevoie de mai mult uraniu-235; pentru ca reacția în lanț să nu se stingă de la sine, este nevoie de unul sau altul moderator; pentru ca reacția în lanț să nu devină prea violentă, este nevoie de un sistem de control și protecție. Trei postulate ale energiei nucleare, date de legile naturii, legile fizicii.
NII-9
Reactorul F-1 a fost proiectat pentru a produce plutoniu de calitate pentru arme, izotopul său 239 Pu, o substanță care oferă mult mai multă energie într-o explozie atomică decât uraniul-235.
Acest izotop se formează ca urmare a captării unui neutron liber de către uraniul-238, reacțiile de captare sunt în desfășurare, dar plutoniul-239 sub influența neutronilor liberi își poate începe propria reacție în lanț de fisiune. Pentru a preveni acest lucru, trebuie să învățați cum să determinați momentul în care se produce o cantitate semnificativă de atomi de plutoniu-239, dar reacția sa în lanț nu a avut încă timp să înceapă.
Designul F-1 este de așa natură încât a lăsat posibilitatea, în sensul literal al cuvântului, de a smulge din el blocuri de uraniu la momentul potrivit, după care au fost trimiși la „proceduri chimice” pentru a separa plutoniul-239 de alte substanțe chimice.
În decembrie 1947, grupul lui Zinaida Ershova a primit pentru prima dată 73 de micrograme de plutoniu-239. Aceasta a fost dovada că F-1 a făcut posibilă obținerea de plutoniu de calitate pentru arme, care urma să devină încărcătura primei noastre bombe atomice. Dar era evident că o astfel de cantitate de plutoniu-239 era prea mică - pentru încărcare erau necesare cel puțin 6 kg din acest element formidabil.
Panoul de control al primului reactor nuclear rusesc, Foto: ru.wikipedia.org
„La sfârșitul anului 1945, au început să producă uraniu și grafit de calitatea cerută, iar în volumele necesare”- ne-am amintit deja această frază și chiar am început să o descifrăm.
Crearea reactorului atomic a fost doar o parte din cantitatea uriașă de probleme care trebuiau rezolvate pentru a crea prima noastră bombă atomică. Înainte de începerea războiului, URSS nu a avut timp să studieze toate problemele asociate cu uraniul - acum trebuia să se facă cât mai curând posibil, deoarece informațiile de la informații străine că Statele Unite pregătesc noi planuri pentru bombardarea atomică. al tarii noastre a fost primit continuu.
Cum să găsești minereuri de uraniu, cum să organizezi munca instalațiilor miniere și de prelucrare, cum să crești conținutul de uraniu-235, cum să izolezi plutoniul, cum să-l transformi într-un metal, care sunt proprietățile acestui metal - sute de întrebări , sute de probleme care trebuiau rezolvate de la zero.
Auzim adesea povești „incredibil de adevărate” despre Lavrenty Beria, dar faptele vorbesc despre o imagine complet diferită a șefului Comitetului Special.
Zinaida Ershova, „doamna rusă Curie”, a luat inițiativa de a crea un centru științific care să rezolve toate aceste probleme - Lavrenty Pavlovich „a luat-o sub capotă”. La 8 decembrie 1944, a fost emis un decret GKO ( Comitetul de Stat Apărare) „Cu privire la măsurile de asigurare a dezvoltării producţiei şi prelucrării minereuri de uraniu”, conform unuia dintre punctele cărora în structura NKVD a început crearea unui institut de cercetare pentru uraniu.
Numele care i s-a dat, desigur, era unul care nu însemna nimic: „Institutul Metalelor Speciale al NKVD”, în care Zinaida Ershova a devenit șefa laboratorului de radiochimie. Conducerea noului institut a fost încredințată lui Viktor Borisovich Shevchenko, un inginer-colonel al NKVD.
Un satrap-tiran, un supraveghetor vicios al oamenilor de știință? Viktor Șevcenko este absolvent al Institutului de Metale și Aliaje Neferoase din Moscova, care a lucrat la același institut timp de doi ani ca director adjunct pentru lucrări științifice, doctor în științe tehnice, în anii de război a fost inginer șef al uzina de cupru-nichel Norilsk. Viktor Șevcenko „a scos” toată munca organizatorică pentru a crea un nou institut de cercetare, dar acest lucru nu l-a împiedicat să fie un metalurgist profesionist strălucit.
Era posibil în acei ani să se separe NKVD-ul de activitatea științifică a Comitetului Special? În opinia noastră, este imposibil.
La sfârșitul anului 1945, Șevcenko a organizat Laboratorul nr. 12 la NII-9, căruia i sa încredințat crearea unei producții industriale de apă grea. O dorință neașteptată de a-și dirija activitatea a fost simțită de Max Vollmer, care fusese anterior director al Institutului de Chimie Fizică din Berlin.
Aflând despre această decizie, profesorii și-au exprimat dorința activă de a lucra cu el, doctori în științe V.K. Bayerl și G.A. Richtel.
„Laboratorul germanilor capturați” a funcționat cu succes, în 1955 a început să funcționeze uzina de producere a apei grele, iar tovarășul Max Vollmer s-a întors la Berlin pentru a conduce activitatea Academiei de Științe a Republicii Democrate Germane. Aici, încercați să utilizați acest exemplu pentru a împărți independent NKVD și munca stiintifica daca doresti.
Andrei Anatolievici Bochvar
Prin eforturile lui Viktor Shevchenko, până la sfârșitul anului 1945, construcția primelor clădiri ale institutului a fost finalizată, 27 decembrie este ziua oficială de naștere a Institutului de Cercetare High-Tech a Materialelor Anorganice, VNIINM, care poartă acum numele de Andrei Anatolevici Bovchar.
La mijlocul anului 1946, NII-9 avea deja peste o mie și jumătate de angajați, 13 laboratoare, fabrici pilot la Moscova și Elektrostal și o sucursală în Leningrad. Era posibil să se organizeze o astfel de instituție într-un asemenea ritm fără ajutorul NKVD-ului? Întrebarea este retorică.
A.A. Bochvar
În 1946, Kurchatov l-a invitat pe cel mai bun metalurgist din țară, Andrei Anatolyevich Bochvar, să participe la proiectul atomic. Fiul fondatorului Școlii de Metalurgie din Moscova, primul doctor al acestei științe în Uniune la vârsta de 33 de ani, Andrei Bovchar a reușit până în 1946 să facă atât de multe în știință și în dezvoltarea metalurgiei neferoase a țării, încât ar fi suficient pentru două biografii.
Conform manualelor sale, câteva generații de metalurgiști noștri s-au pregătit pentru muncă, metoda de turnare modelată cu cristalizare sub presiune dezvoltată de el a fost solicitată în industria aeronautică de război, în 1945 Andrei Anatolyevich a descoperit fenomenul de superplasticitate a aliajelor. Sună complicat, dar explicarea a ceea ce oferă această descoperire este simplă.
Din foi de oțel Bochvar sub presiune ușoară, puteți sufla părți de cele mai complexe forme - la fel cum fac suflanții de sticlă în atelierele lor. Fără suduri, fără nituri cu șuruburi - sfere și emisfere, cele mai complexe forme, această metodă este folosită și astăzi.
În 1946, Bochvar a fost ales membru cu drepturi depline al Academiei de Științe - cu astfel de regalii, cu astfel de merite, avea tot dreptul să se angajeze în „știința înaltă” și în predare, dar a răspuns imediat propunerii lui Kurchatov. Importanța lucrării și, în același timp, oportunitatea de a deveni fondatorul metalurgiei materialelor nucleare - un adevărat om de știință nu a putut să nu ia parte la proiectul nostru atomic.
În 1946, Bochvar a condus laboratorul „B” de la NII-9 – un nume care este rar amintit, dar importanța lui pentru proiectul nostru nuclear și mai ales pentru energia nucleară poate fi cu greu supraestimată. Lista evoluțiilor, descoperirilor care au fost făcute de angajații laboratorului „B” sub conducerea lui Andrey Bovchar este atât de impresionantă încât nu o vom posta în acest articol.
Dacă vorbim despre arme atomice și termonucleare, atunci să spunem pe scurt - fără munca lui Andrey Bovchar, ar fi imposibil să creăm una sau alta.
Tot ceea ce este fabricat din plutoniu metalic este meritul lui, marcat cu două stele ale Premiilor Eroul Muncii Socialiste și Stalin. Crearea primului reactor nuclear industrial fără participarea sa ar fi fost, de asemenea, imposibilă.
Proiectul reactorului A-1
Reactorul F-1 a fost creat astfel încât oamenii de știință să poată fi convinși de însăși posibilitatea implementării unei reacții controlate de fisiune în lanț. F-1 nu avea sistem de răcire; pentru a produce plutoniu, a fost adus la o putere de aproape 4 MW, dar în acest mod putea funcționa câteva minute - reacția trebuia oprită pentru a răci reactorul cu fani.
F-1 nu avea protecție biologică – era controlat de la distanță, acumulând datele necesare dezvoltării lui. Factorul de multiplicare a neutronilor măsurat experimental pentru F-1 sa dovedit a fi 1,00075. Aici, de fapt, exista o descriere a problemelor care trebuiau rezolvate la crearea unui reactor industrial.
Era necesar mai mult uraniu - acest lucru a asigurat o creștere a cantității de plutoniu-239 produsă. Reactorul avea nevoie de protecție biologică pentru a garanta siguranța completă a personalului. Reactorul avea nevoie de un sistem de răcire pentru a elimina modul „o jumătate de oră de funcționare + câteva ore de funcționare a ventilatoarelor”.
Era necesară și prelucrarea industrială a blocurilor de uraniu - nu la scară de laborator, ci la scară de fabrică. Vă rugăm să rețineți că atât F-1, cât și A-1 au folosit uraniu natural, care nu este îmbogățit în conținutul de izotop-235. Dezvoltarea tehnologiei de îmbogățire nu a fost încă finalizată și nu a existat o nevoie critică pentru aceasta - scopul era obținerea de plutoniu-239.
Fotografiile, desenele, desenele reactoarelor nucleare nu apar rar pe paginile presei, reactorii devin „eroi” ai documentarelor - cu siguranță, voi, dragi cititori, v-ați întâlnit de mai multe ori cu aceste imagini.
Reactorul are un aranjament vertical pentru toate - ansamblurile de combustibil și barele de combustibil, tijele de control și protecție sunt direcționate de sus în jos, lichidul de răcire se deplasează de jos în sus. O întrebare simplă: dacă F-1 avea un design orizontal, atunci când și de ce a apărut verticala?
Această schimbare, care acum ni se pare complet firească, este „noțiunea” unui om de știință remarcabil, proiectant, inginer cu majusculă, căruia îi datorăm o mare parte din dezvoltarea energiei nucleare.
Nikolai Antonovich Dollezhal, pe care multe enciclopedii îl numesc „un om de știință energetic, proiectant de reactoare nucleare”. Acest lucru, desigur, este adevărat, dar aceasta este doar o parte a adevărului - enciclopediile trec peste primii 50 de ani din viața acestei persoane uimitoare.
Designer sef
Nikolai Antonovich s-a născut în 1899 în familia unui inginer de căi ferate Anton Ferdinandovich Dollezhal (de origine cehă), din 1912 familia s-a stabilit în Podolsk. După o școală adevărată, în 1917, Nikolai a intrat la facultatea de mecanică a Școlii Tehnice Superioare din Moscova.
Tatăl lui Nikolai era convins că fără să lucreze cu mâinile, fără simțul metalului, fiul său nu va deveni un adevărat inginer, pentru că Nikolai lucra fără întrerupere din studii într-un depozit, la o fabrică de reparații de locomotive, într-un birou de proiectare sub el. . În 1923 a primit diploma, în următorii cinci ani a lucrat în organizații de proiectare, în 1929-1930 a făcut un stagiu la tari europene, după care a petrecut un an și jumătate sub anchetă - îi căutau legăturile cu Partidul Industrial.
Au căutat, dar nu au găsit și deja în 1932 Nikolai Dollezhal a preluat postul de inginer șef adjunct al OKB nr. 8 Departamentul Tehnic OGPU, în 1933 a devenit director adjunct pentru partea tehnică a Giproazotmash și, în același timp - șef al departamentului de inginerie chimică la Universitatea Politehnică din Leningrad.
Așadar, cariera unui designer-designer a continuat - Dollezhal a fost inginer-șef al fabricii bolșevice, Glavkhimmash, apoi Uralmash, care era încă în construcție. Ingineria energiei termice, ingineria compresoarelor, industria chimica- o astfel de gamă era disponibilă doar unui specialist cu cunoștințe uriașe, cu gândire de inventator, cu dorință „încorporată” de a îmbunătăți soluțiile găsite.
Nikolai Antonovich Dollezhal, Foto: biblioatom.ru
În 1943, era timpul să demonstrăm și abilitățile organizatorice - Nikolai Antonovich a condus Institutul de Cercetare de Inginerie Chimică. Acest institut de cercetare a devenit o instituție științifică complet atipică - sub conducerea lui Dollezhal, a dezvoltat un întreg complex de departamente de cercetare și proiectare și chiar cu baze experimentale și de producție foarte serioase.
Ei înșiși au dezvoltat, proiectat ei înșiși, au testat ei înșiși primele mostre și au configurat productie industriala- „mecanismul” care era cerut în 1946 în proiectul nostru atomic. Igor Kurchatov avea un instinct bun pentru un astfel de nivel de specialiști - el a fost cel care l-a invitat pe Nikolai Dollezhal să participe la lucrările de proiectare a primului reactor industrial în ianuarie 1946:
"Avem nevoie să cel mai scurt timp pentru a crea un cazan cu uraniu pentru uz industrial. Știi să lucrezi la nivel de molecule – acum trebuie să-l stăpânești pe cel atomic”
Exact o lună a fost suficientă pentru ca Nikolai Dollezhal să devină pe deplin conștient de ceea ce făcea Laboratorul nr. 2 - deja în februarie 1946, el a propus „întoarcerea” reactorului de la orizontal la vertical, iar Igor Kurchatov a fost pe deplin și complet de acord cu decizia lui „recrutul atomic”.
Dar, ca și în crearea oricărui alt complex echipament tehnic, supervizor și proiectant - aceștia nu sunt toți specialiștii care asigură dezvoltarea proiectului.
Cei dintre voi care sunt conectați cu producția industrială vor numi cu ușurință un alt specialist de a cărui competență este necesară în astfel de cazuri - tehnologul șef.
Lui îi dă supervizorul termenii de referință, pe baza cerințelor cărora tehnologul, împreună cu proiectantul, dezvoltă fiecare nod al complexului, fiecare dintre mecanismele sale individuale, gândesc conexiunea lor într-un singur întreg. Igor Kurchatov a decis atunci, în ianuarie 1946, cui i se putea încredința o astfel de slujbă responsabilă.
Tehnolog șef
Această persoană era Vladimir Iosifovich Merkin, un angajat de 32 de ani al Laboratorului nr. 2, care, în ciuda vârstei sale, era șeful sectorului nr. 6 din 1944, unde a dezvoltat una dintre metodele de transfer al încărcăturii de plutoniu. a viitoarei bombe la o stare supercritică.
O explozie are loc atunci când se depășește o anumită masă de plutoniu într-un anumit volum de o anumită valoare critică, pentru care este suficient să se apropie mai multe părți ale focosului, fiecare având o masă mai mică decât cea critică. Dar această abordare trebuie să aibă loc la viteză maximă, astfel încât explozia să se producă simultan în întregul volum al încărcăturii.
Unul dintre moduri posibile- „tun”, când două părți ale încărcăturii de plutoniu sunt literalmente trase una spre cealaltă cu ajutorul exploziilor special calculate. Sectorul 6 trebuia să rezolve problema sincronizării acestor două explozii auxiliare cu o precizie de 0,0001 secunde la o viteză inițială a părților zburătoare de 1.500 m/s.
De ce i-a fost încredințată lui Vladimir Merkin o slujbă atât de responsabilă? În 1939, Merkin a absolvit Institutul de Inginerie Chimică din Moscova, imediat după aceea a devenit angajat al GSPI-3, unde a fost angajat în îmbunătățirea sistemelor de ecrane de fum pentru camuflarea navelor marinei.
În timpul războiului, Vasily Iosifovich a fost transferat la TsKB-114, unde a dezvoltat noi aruncătoare de flăcări pentru nevoile armatei. Evoluțiile au avut succes - mai multe tipuri de aruncătoare de flăcări au fost introduse în producția industrială, au jucat un anumit rol în primii ani ai războiului, pentru care în 1942 Merkin a primit Premiul Stalin de gradul doi.
Director al fabricii de cauciuc sintetic V.V. Goncharov, cu care Merkin a lucrat foarte strâns, i-a recomandat lui Kurchatov un tânăr inginer talentat în 1943. După un interviu cu șeful Laboratorului nr. 2, Merkin a fost demobilizat din armată în câteva zile și transferat la dispoziția lui Igor Vasilyevich.
La fel ca mulți specialiști din acea vreme, Vladimir Merkin și personalul său au reușit să treacă la rezolvarea unor probleme complet noi într-un timp foarte scurt.
Proiectul primului reactor industrial a fost începutul unei lungi călătorii pentru Merkin - sub conducerea sa, au fost create mai multe reactoare pentru producția de plutoniu de calitate pentru arme, urmate de proiectele primului reactor de cercetare cu apă presurizată VVR-2 al URSS. , reactoare pentru submarine și primul spărgător de gheață nuclear „Lenin” , crearea unui laborator de zbor nuclear la bordul aeronavei Tu-95M, studiul reactoarelor răcite cu gaz.
Dar toate acestea au fost mai târziu, iar în 1946 Merkin a devenit membru al cvartetului „supervizor - tehnolog șef - designer general - metalurgist”:
Kurchatov - Merkin - Dollezhal - Bochvar
„Ne vom răci cu apă curentă, altfel este imposibil să asigurăm timpul de funcționare continuă a reactorului cerut de Igor Vasilyevich.” „În mod clar, vom monta compresorul singuri, dar uraniul nu trebuie să intre în contact cu apa.” „Văd, iată un aliaj de coajă care va rezista la căldură și radiații”.
„Vladimir Iosifovich cere ca apa să curgă prin miez cu o viteză de 2.500 de tone pe oră.” „Văd – aici este un aliaj care va rezista la radiații, presiune și temperatură și nu se va coroda”.
„Conform termenilor de referință, vom instala 26 de tije ale sistemului de protecție și control.” "Da, iată aliajul pentru canalele tehnologice." „Igor Vasilievich a oferit informații despre protecția biologică, un astfel de aliaj va fi folosit pentru straturile de protecție superioare, inferioare și laterale, cântărește atât de mult - Nikolai, calculează designul.”
„Andrei Anatolyevich, dacă Nikolai Antonovici a calculat totul corect, va trebui să extrageți plutoniu din 83.000 de blocuri de uraniu, să calculați capacitatea de procesare”...
În același timp, echipamentul de calcul pentru rezolvarea tuturor acestor probleme este hârtie în carouri, o rigură de calcul și o mașină de adăugare. O întrebare pentru cei care au o imaginație dezvoltată - ce realizări ar putea realiza grupurile lui Kurchatov, Merkin, Bovchar și Dollezhal dacă ar avea la dispoziție ... ei bine, de exemplu, procesoarele care sunt în computerele noastre de acasă și telefoane?...
Schema generală a reactorului A-1, Fig.: economics.kiev.ua
Putere termică - 100 MW, diametrul și înălțimea miezului - 9,2 m, 150 de tone de uraniu, 1.050 de tone de grafit. Numărul total de blocuri de uraniu este de 83.000, 74 de blocuri pe canal tehnologic, dintre care există 1.150 de piese în A-1 (acest nume a fost dat primului reactor industrial, fizicienii și inginerii l-au numit cu afecțiune „Annushka”).
Remarcăm un detaliu esențial - temperatura apei la ieșirea din reactor era de doar 85-90 de grade.
"Far"
La sfârșitul anului 1945 a fost stabilit un loc în care urma să fie construit un întreg complex de clădiri și structuri - un reactor industrial, magazine de prelucrare chimică pentru blocuri de uraniu iradiat, unități metalurgice, încăperi pentru tratarea chimică a apei, o substație electrică, rezidențială. clădiri pentru personal și multe altele.
Acest loc este cunoscut tuturor celor care sunt familiarizați cu proiectul nostru nuclear - lângă lacul Kyzyl-Tash din Uralii de Sud, în regiunea Chelyabinsk. Acum este orașul Ozersk și asociația industrială Mayak, a cărei istorie merită nu unul, ci multe articole.
NKVD a fost numit responsabil pentru construcția obiectului 817, organizația principală a fost Chelyabmetallurgstroy. 24 noiembrie 1945 santier a fost bătut primul cuier, care a devenit începutul construcției grandioase, iar în aprilie 1946 a fost aprobat planul general.
Cea mai dificilă etapă a fost terasamente la săparea unei gropi pentru reactor - proiectul nu fusese încă finalizat, totul trebuia clarificat literalmente din mers. A avut efect și regimul de top secret - mecanizarea terasamentelor a fost minimă, aproape totul trebuia făcut manual.
În septembrie 1946, când a început săparea gropii, era planificată să aibă dimensiunea de 80 x 80 x 8 metri, iar după toate clarificările, adâncimea a fost mărită la 53 de metri. 340 de mii de metri cubi de sol aproape manual, in perioada de iarna 1946-47, după 30 de metri a început un strat de rocă - o lucrare titanică care a angajat 11.000 de săpători.
În iulie 1947, lucrările de beton au fost finalizate și, pentru prima dată, minereul de fier a fost folosit ca umplutură de beton pentru a crește nivelul de protecție biologică.
Totodată, din ordinul lui Lavrenty Beria, Efim Pavlovich Slavsky, viitorul șef al Ministerului Construcției de Mașini Medii, a fost numit director al fabricii în curs de creare, iar Vladimir Merkin a fost numit în funcția de inginer șef.
Efim Slavsky, care a avut ocazia să contacteze direct Lavrenty Beria, a reușit să mărească ritmul de lucru, pentru care a trebuit să extindă și să extindă clădirile rezidențiale - până la sfârșitul anului 1947, când erau în curs de construcție și instalarea echipamentelor, 60 de mii. oamenii au lucrat pe site.
start
Clădirea reactorului a fost finalizată la sfârșitul anului 1947, instalarea a început imediat. La 1 iunie 1948 a fost finalizată construcția reactorului A-1, a cărui construcție a necesitat 5.000 de tone de structuri și echipamente metalice, 230 km de conducte, 165 km de cabluri electrice, 5.745 de fitinguri și 3.800 de instrumente.
A început încărcarea reactorului cu grafit și uraniu - da, așa e, la 1 iunie 1948 nu a mai fost timp de pauză. Încărcarea a început la 08:50 pe 1 iunie, la 23:15 pe 7 iunie, ultimul, al 36-lea strat de grafit a căzut la loc.
La 00:30 pe 8 iunie, Igor Vasilievici Kurchatov s-a ridicat la panoul de control și a efectuat pornirea fizică a primului nostru reactor nuclear industrial. Reactorul a început să câștige putere și a fost bine reglat, până dimineața Kurchatov a predat panoul de control personalului de serviciu, lăsând o înregistrare în jurnal:
„Lideri de tură! Vă avertizez că dacă apa se oprește, va fi o explozie. Prin urmare, dispozitivul nu trebuie lăsat fără apă sub nicio formă. I.V. Kurchatov"
La o putere de 10 kW s-au testat caracteristicile fizice ale reactorului, sistemelor de control și protecție. După ce a primit rapoarte de pregătire deplină, Kurchatov a dat ordin de a ridica puterea reactorului la nivelul de proiectare, care a fost atins pe 19 iulie la 12:45.
Această dată este asociată cu începutul activitati de productie uzina 817, apoi „Uzina chimică numită după. DI. Mendeleev", apoi "Întreprinderile din cutia poștală 21", apoi "Uzina chimică Mayak" și numai atunci - Asociația de producție Mayak.
A început munca continuă non-stop a instalației - cu probleme mari și mici, care trebuiau rezolvate literalmente din mers. Fenomene de coroziune neașteptate, umflarea radiațiilor a blocurilor de grafit și uraniu, defecțiuni în alimentarea cu apă a canalelor tehnologice și multe alte incidente care nu puteau fi prevăzute.
Dar personalul uzinei a rezolvat iar și iar toate problemele, ajustând, modernizand, corectând, reparând. Plutoniul produs pe A-1 a devenit în mâinile specialiștilor din grupul lui Yuli Khariton focosul primei noastre bombe atomice, RDS-1.
Inginerii și proiectanții au câștigat o vastă experiență, ceea ce a făcut posibilă construirea de noi reactoare „militare”. În anii război receși cea mai intensă muncă a lui Mayak, 10 reactoare au lucrat aici simultan, aici a ajuns și uraniul de la Seversk și Zheleznogorsk pentru procesare.
Reactorul A-1 în sine, care conform planului trebuia să funcționeze timp de trei ani, a durat puțin mai mult - 39 de ani, de 13 ori depășind orice garanție, a fost oprit abia în 1987.
Nevoile militare - motorul progresului
Energia nucleară a fost cucerită, stăpânită tocmai în scopuri defensive, dar oamenii de știință, designeri, tehnologi, ingineri, adunați într-o echipă imensă a Proiectului Special, nu au considerat niciodată că lucrează numai și exclusiv pentru asta.
Da, li s-a dat nevoia să decidă cea mai importantă sarcină, supraviețuirea fizică a țării depindea de viteza și acuratețea soluției fără nicio exagerare. Dar, descoperind noi și noi secrete ale atomului, proprietățile sale uimitoare, oamenii de știință au văzut cât de utilă poate deveni energia atomică în scopuri complet pașnice.
A trecut destul de mult timp - și aceiași oameni care au creat cea mai formidabilă și mai puternică armă au început să creeze energie nucleară pașnică.
Igor Kurchatov a devenit persoana care a târât prin toate structurile de putere ideea creării unei centrale nucleare, Vladimir Merkin și Nikolai Dollezhal au dezvoltat reactoare de putere, Andrey Bovchar a „compus” aliaje cu proprietăți fantastice care erau necesare pentru materialele de bare de combustibil, ansambluri de combustibil și vase reactoare.
Ne-am amintit doar o parte dintre cei care sunt numiți pe drept creatorii proiectului nostru nuclear pașnic, dar am vorbit și despre primii pași ai dezvoltării acestuia.
Subiectul articolului următor va fi o continuare logică a acestuia, dacă ne uităm la ceea ce nu a fost implementat la reactorul A-1.
La ieșirea din reactor, apa de răcire a acestuia avea o temperatură foarte scăzută - doar 85-90 de grade, uraniul natural, neîmbogățit în compoziția izotopului-235, a fost folosit ca materie primă.
Cum sunt interconectate aceste fapte, cum au reușit oamenii de știință noștri nucleari să găsească și să realizeze această legătură - cam asta este data viitoare.
B. Martsinkevici