Сокровищница XXI века - Владислав Иванович Кузнецов

секунду. Такое колоссальное число соответствует лишь одной тысячной микрограмма разделившегося урана. Активная зона реактора на тепловых нейтронах напоминает стены древних каменных зданий, только вместо белого камня в реакторной кладке — черные графитовые блоки. Форма кладки близка к кубу с ребром в несколько метров. Куб пронизывают отверстия, в них заложен уран в металлических оболочках, надежно предохраняющих его от взаимодействия с водой и воздухом. Нейтроны, родившиеся в уране, попадают в графит и отдают энергию легким ядрам углерода. Потеряв энергию, нейтроны вызывают новые деления урана-235 и поддерживают цепную реакцию. Деление ядер на осколки сопровождается интенсивным гамма-излучением. К реактору, работающему на мощности около десятой доли ватт, уже нельзя приближаться, если он не окружен слоем вещества, поглощающего гамма-лучи и нейтроны. Поэтому у мощного реактора многометровая бетонная защита. Неплохо поглощает нейтроны и обыкновенная вода. Так, в реакторах бассейнового типа активная зона погружена в воду на глубину в несколько метров. Когда мощность не слишком велика, слой воды такой толщины надежно защищает и от гамма-лучей и от нейтронов. Если подойти к краю бассейна работающего реактора, то в глаза бросается яркое сине-голубое свечение, исходящее от урановых стержней. Это излучение Черенкова. Расщепление ядер нейтронами сопровождается появлением энергичных гамма-квантов. Такие гамма-кванты вырывают электроны из оболочек молекул воды и придают им громадную скорость, чем и вызывается световое излучение.

Но в самой активной зоне реактора, где происходит деление ядер урана-235, видимого излучения нет. Осколки деления урана — атомные ядра с порядковыми номерами от нескольких единиц до 80.

Активная зона реактора — мир ядерных превращений. Часть нейтронов цепной реакции захватывают ядра урана-238. Нейтрон не изменяет атомного номера урана — получается изотоп уран-239. Новый изотоп нестабилен, испускает ядерный электрон — бета-частицу — и становится ядром первого трансуранового элемента № 93 — нептуния. Нептуний, в свою очередь, переходит таким же путем в плутоний-239, который распадается наполовину за 24 тысячи лет, — время достаточно большое, чтобы не беспокоиться о потерях. В отличие от урана-238 плутоний-239 делится тепловыми нейтронами и может служить отличным ядерным горючим. По своим «реакторным» характеристикам он даже превосходит уран-235.

Плутоний — родоначальник новых искусственных элементов, накапливаемых в ядерном реакторе. В обычном реакторе плутоний облучают месяцами, а то и долгие годы, чтобы получить высшие элементы. Но, оказывается, можно построить реакторы, в которых интенсивность нейтронов особенно велика и новые элементы накапливаются быстрее.

В нейтронных потоках ядерных реакторов производят почти все радиоактивные изотопы, применяемые в науке, технике, медицине.

Но главное, что дают тепловые реакторы, — энергия и новое ядерное горючее — плутоний.

Проследим путь, по которому энергия тяжелого атомного ядра, расщепившегося в активной зоне реактора, попадает к электрическим двигателям заводов, лампам, освещающим города и села, в радиаторы отопления наших жилищ.

В процессе деления ядра основная доля освобождаемой энергии переходит в кинетическую энергию осколков. Ядра-осколки летят со скоростью, примерно равной десятой доли скорости света. Осколки тормозятся в уране и веществе, окружающем уран. При торможении их энергия переходит в тепло. Тепло отводится водой, протекающей через активную зону. Горячая вода поступает в специальный теплообменник — парогенератор.

В активную зону первой в мире советской АЭС вода входит под давлением, нагретая до 130°С. На выходе из активной зоны температура повышается до 270°С. И все же вода не закипает и не становится паром. Она проходит по трубам парогенератора под давлением сто атмосфер. Высокое давление удерживает воду в жидком состоянии. Тепло от контура высокого давления передается через стенки труб воде под низким давлением, и она превращается в пар с давлением 12 атмосфер и температурой 260°С. Пар поступает в сопло турбины и движет ее колесо, вращающее вал генератора.

Из законов термодинамики следует — с увеличением температуры и давления растет коэффициент полезного действия. В современных АЭС и давление и температура пара значительно выше, чем у первенца ядерной энергетики.

Мощность первой АЭС, отдаваемая в электрическую сеть, всего 5000 киловатт.

Мощность больших современных атомных станций— таких, как Нововоронежская или Белоярская, в десятки раз превосходит мощность первой АЭС. Выше и температура и давление пара, приводящего в действие турбину. Коэффициент полезного действия современных атомных электростанций немногим меньше, чем у обычных, сжигающих химическое топливо (соответственно 32 и 39 %), хотя узлы тепловых станций отрабатывались столетиями.

ЯДЕРНЫЙ КОМПЛЕКС

Оказывается, можно построить реактор-размножитель, в котором из урана-238 или тория-232 накапливается больше ядерного горючего, чем сгорает.

Однажды Илья Муромец был побежден волшебными воинами. Рассечет богатырь мечом воина, а вместо одного появляются двое. В ядерном реакторе-размножителе все происходит, как и с волшебным войском: чем больше такой реактор вырабатывает тепла, тем больше в нем накапливается ядерного горючего.

Пока построены первые опытные реакторы-размножители. К середине 80-х годов, по оценкам ученых удастся создать совершенные реакторы такого типа. Тогда особенно возрастет роль ядерной энергии в нашей жизни. Огромный поток энергии промышленных реакторов-размножителей будет использоваться по-новому.

Представим себе громадный индустриальный комплекс будущего, совсем не такого уж и далекого. Энергию гигантский ядерный комплекс получает от реактора-размножителя в несколько миллионов киловатт. Вокруг энергетического центра расположены заводы и фабрики. Не видно привычных самосвалов, перевозящих сырье, топливо, руду. Доставка сырья и обслуживание комплекса предприятий другими материальными средствами осуществляются по подземным конвейерам и трубопроводам. Широкие транспортные тоннели соединяют городские кварталы со всеми производственными и общественными зданиями. Проблема загрязнения окружающей среды отходами производства решается использованием мощных очистительных сооружений. Энергии хватает на все. Добываются большие количества дешевого водорода. В его среде восстанавливается железная руда, выплавляется металл невиданной в наше время чистоты. Фосфор для химической промышленности и удобрений, карбид кальция, необходимый во многих производственных процессах, сталь, потребляемая машиностроением, — все это будет производиться в электрических печах. Сегодня только высокая стоимость электрической энергии ограничивает масштабы применения электростали самыми ответственными областями машиностроения, где нужен особо прочный, надежный металл.

Дешевая электрическая энергия — основа производства алюминия. Поэтому алюминий будет применяться еще шире, чем в наше время. Он пойдет на отделку зданий, изготовление мебели.

Изобилие энергии — это дешевые реактивы, необходимые мощным химическим заводам, электролитическая медь, синтетические материалы разнообразных видов.

Создавать комплексы предприятий будущего смогут только люди с глубокими знаниями, широким образованием— квалифицированные люди. В нашей стране принимаются все меры для роста квалификации кадров социалистической промышленности. В девятой пятилетке будет завершено введение всеобщего среднего образования. «Решение этой задачи, — подчеркивал тов. А. Н. Косыгин на XXIV съезде КПСС, — имеет огромное политическое и социальное значение. Осуществление всеобщего