Энергетика

Атомная электростанция (АЭС) — новый современный тип предприятий по производству электроэнергии. В основе ее производства лежат цепные реакции деления тяжелых ядер.

Ядерным горючим служат изотопы урана-235 и-238,_ Ри-239, Th-232, но для большинства АЭС используется только U-235,238, получаемые из урановой руды.

При распаде этих элементов выделяется значительная энергия и, что особенно важно, освобождаются два-три ней-' трона, обладающих кинетической энергией порядка нескольких МэВ; их называют "быстрыми", в отличие от "медленных" нейтронов (Е < 1 МэВ) и "тепловых" нейтронов (Е < 0,01 эВ). Ядерная реакция распада урана-235 выглядит следующим образом

Испускание при делении ядер-235,239 и £/-233 нескольких нейтронов делает возможным осуществление цепной реакции. Каждый из нейтронов, образовавшихся при одном акте деления, если он будет захвачен ядром, вызовет появление новых нейтронов, способных, в свою очередь, вызвать реакции деления и т.д. Таким образом будет происходить лавинообразное нарастание нейтронов деления и развивается цепочка делящихся ядер (цепная реакция). В действительности, эта картина не всегда имеет место: часть вторичных нейтронов попадает в ядра атомов тех веществ, которые присутствуют в объеме, где развивается реакция, но не являются делящимися, другая часть может просто выйти за пределы активной зоны — пространства, где идет реакция.

Условием, необходимым для возникновения цепной реакции, является размножение вторичных нейтронов. Коэффициентом размножения нейтронов называют отношение числа нейтронов в данном поколении к числу нейтронов в предыдущем поколении. Величина этого коэффициента определяется значением среднего числа нейтронов, образующихся при одном акте деления, вероятностями различных процессов взаимодействия нейтронов с ядрами делящегося вещества и примесей, а так же размерами системы, в которой происходит реакция.

Выше описанный процесс может иметь практическое значение, если удастся осуществить цепную реакцию и сделать ее управляемой, т.е. вызвать быстрое нарастание процесса, остановку нарастания и создание стационарного процесса, уровень которого может устанавливаться экспериментатором.

В этом плане наиболее приемлем изотоп-235, т.к. он делится как быстрыми, так и медленными нейтронами, причем вероятность деления после захвата нейтрона гораздо больше, чем у238, способного делиться только под действием быстрых нейтронов. В естественном уране, содержащем более 99% ядер-238 и всего 0,72% 235, цепная реакция самопроизвольно не возникает. Поэтому в ядерных реакторах (устройствах, в которых осуществляется цепные ядерные реакции), работающих на необогащенном, природном уране, главная роль отводится редкому изотопу235.

Первый ядерный реактор был построен в декабре 1942 года в США под руководством Э. Ферми. Первый европейский ядерный реактор создан в СССР в Москве под руководством М.В. Курчатова.

Некоторые из, так называемых, гетерогенных реакторов представляют систему графитовых блоков, в которые вставлены в определенном порядке урановые стержни. Между последними помещены управляющие стержни, содержащие кадмий. Уран является ядерным горючим; графит — замедлитель быстрых нейтронов; кадмий, хорошо поглощающий нейтроны, — поглотитель. Благодаря именно кадмию можно регулировать интенсивность процесса деления: для ослабления реакции управляющие стержни вдвигают в реактор, для ускорения — выдвигают из него. Область, где происходит реакция, окружена слоем бериллия, отражающего нейтроны, и бетонным слоем, поглощающим вредные для человека излучения.

На территории бывшего Советского Союза используются гетерогенные реакторы двух типов — ВВЭР и РБМК. Это реакторы" на тепловых нейтронах.