Cтраница 4
Графит замедляет быстрые нейтроны, превращая их в медленные - тепловые. Выделяющееся в реакторе тепло при делении ядер отводится, например, охлаждающей водой. Она поддерживает определенную допустимую температуру стержней. В целях предохранения урана от окисления урановые стержни защищены металлической оболочкой, которая исключает прямой контакт воды с ними ( фиг. [46]
Работа котлов сопряжена с целым рядом трудностей. Котел - источник разнообразных вредных для организма излучений: обслуживание его и разгрузка ведутся автоматически, на расстоянии; он окружается массивной оболочкой из веществ, поглощающих эти излучения. Вынутые из котла плутониевые стержни подвергаются сложной химической обработке для отделения от примесей других образовавшихся при работе котла элементов - осколков. Управляют реакцией, вдвигая в графит или выдвигая из него урановые стержни. [47]
Однако при работе ядерного реактора в результате деления ядер урана-235 в урановых стержнях начинают накапливаться продукты радиоактивного распада, или, как их называют, осколки деления. Некоторые из этих ядер жадно поглощают нейтроны. Поэтому по мере накопления в урановых стержнях осколков деления все большее и большее количество выделяющихся в результате цепной реакции нейтронов начинает пропадать впустую, их захватывают ядра осколков деления. Поэтому через некоторое время урановые стержни вынимают из реактора, а на их место вставляют новые, свежие урановые стержни. Чтобы работа реактора протекала непрерывно, замену урановых стержней производят по секциям. Поэтому в атомном реакторе всегда наряду со старыми, уже кончающими свой срок службы, имеются и молодые стержни, которые лишь недавно попали в реактор. [48]
Кроме уран-графитовых, в настоящее время известны реакторы с тяжелой водой. Поэтому реакторы с тяжелой водой имеют гораздо меньшие размеры, чем уран-графитовые. По принципу работы и устройству реакторы с тяжелой водой ничем не отличаются от уран-графитовых, только вместо графита применяется тяжелая вода, в которую опускаются урановые стержни. [49]
Мелкозернистая разориентированная структура, обладающая размерной стабильностью и минимальным свеллингом, получается при нагреве легированного урана до температурного перехода в Р - или Y Cpa3y и последующей закалке. Этот процесс осуществляется при прохождении уранового стержня или трубы через индуктор и последующем охлаждении струей воды. Однако обычно используемый литой материал имеет довольно разориентированную структуру. На практике и литой и термообработанный материал имеет слабую ориентацию и незначительное внутреннее напряжение. После термообработки урановые стержни могут быть упрочнены наклепом. [50]
Следовательно, в процессе работы котла образуется новое ядерное горючее, а именно плутоний, накапливающийся в урановых стержнях. Можно без труда подсчитать, что при потреблении одного килограмма ядерного горючего выделяется столько тепла, сколько при сжигании около 3000 тонн угля. Поэтому такой котел, как Саклейский, при выделении 1000 квт тепла потребляет около 1 1 г урана 235 в день и одновременно вырабатывает 1 г плутония. Надо отметить, что поглощение в осколках деления вызывает бесполезную потерю нейтронов, и поэтому при увеличении количества осколков в ходе работы котла реактивность его снижается; в результате реактор отравляется, и урановые стержни приходится заменять новыми. Отработанные стержни подвергают химической обработке с целью удаления продуктов расщепления, а также с целью отделения плутония. [51]
Рассмотрим ядерный реактор, производящий 1 54 - 10 кг - кал / час. Реактор представляет собой куб с ребром 3 05 м, с графитом в качестве замедлителя. Предположим, что 10 % тепла выделяется в графите и 90 % тепла выделяется в уране. Для упрощения задачи предположим еще, что тепло выделяется в графите и в уране равномерно. Теплоносителем является вода при давлении 110 атм, нагревающаяся от 93 до 315 С. Рассматриваются два случая: 1) вода течет в трубках, окруженных ураном в форме кольца; трубки расположены равномерно в графите; 2) урановые стержни помещаются в трубке, и вода течет в кольцевом пространстве вокруг таких трубок. В обоих случаях предполагается, что сопротивление потоку отсутствует. [52]