Calea de la primul cazan nuclear la centrala nucleară a fost de aproape patru ori mai lungă decât drumul spre bomba atomică
Garda de gardă Dan Phillips suportă protecția la centrala nucleară Diablo Canyon
Panoul de control al centralei nucleare
Cum este reactorul nuclear AM? Atom pace)
La jumătate de secol după naștere, energia nucleară are o cotă semnificativă în producția mondială de energie electrică
Reportare: tehnicienii monitorizează oprirea reactorului. După deschiderea capacului, se introduce un nou combustibil în reactor
"Sunt încă uimită când mă uit la reactorul nuclear". Niels Bohr (Moscova, 1961)
Cu toate acestea, timpul a arătat că jurnalistul american era prea optimist. Au fost necesare decenii de lucru, cele mai bune minți științifice și soluții inginerești complexe pentru a mușca o bucată mică din această plăcintă naturală imensă. Doar nouă ani mai târziu, primul reactor cu numele simbolic "Atom peaceful" a fost conectat la o rețea energetică pașnică.
Fereastra în epoca atomică
cale directă la stăpânirea energiei atomice a spus o descoperire importantă făcută în anul 1939 de către fizicienii germani Otto Hahn și F. Strassmann. Ei au descoperit fisiunea nucleilor de uraniu sub acțiunea neutronilor. La mai puțin de o lună după această veste uimitoare a ajuns la toate laboratoarele de conducere de fizică, și la o conferință la Washington, oamenii de știință au pe jumătate în glumă, jumătate în serios vorbind despre eliberarea energiei nucleare (a se vedea. Bara laterala din reacție în lanț de fisiune nucleară). Dar mai întâi a fost necesar să răspundem la întrebarea fundamentală: câte neutroni noi sunt produse în fiecare act de fisiune? Este suficient pentru o reacție în lanț? Am început experimente meticuloase, și în cele din urmă au fost confirmate presupuneri: sa descoperit că fisiunea nucleului de uraniu este eliberat în numărul mediu de neutroni - ceva pe ordinea de unu, doi sau trei. Deci, au fost găsite premisele pentru o reacție în lanț. Apoi sa dovedit că principala componentă a uraniului natural - 238 - absoarbe din ce în ce neutronii decât le desparte. O componentă principală a fisionabil - U235 - este de numai 0,7% în amestecul izotop natural. Deși fisiunea uraniului-235 a produs suficient de neutroni, cele mai multe dintre ele sunt irosite, se confruntă cu numeroase nuclee de izotopul principal. Cum să facem față acestei probleme? Primul mod evident - îmbogățirea de minereu de uraniu și alocarea de izotop pur uraniu-235. Dar, în momentul în care separarea izotopilor de uraniu la scară industrială a fost prea consumatoare de timp, și pur și simplu a pus, aproape fără speranță. Mai mult decât atât, atunci când nimeni nu știa sigur, și nu a putut conta cât de multe kilograme sau zeci (poate sute) de kilograme de acest produs va avea nevoie pentru a începe reacția în lanț.
Al doilea mod intenționat utilizarea amestecului natural al izotopilor de uraniu și sa bazat pe rezultatele experimentelor care au arătat că mai lent de zbor neutroni (termici așa-numitele) sunt mult mai eficiente divide 235 nucleu și este mult mai puțin absorbit de uraniu-238 nucleelor. În consecință, prin încetinirea neutronilor, este posibilă reducerea absorbției parazitare și creșterea probabilității de fisiune. De asemenea, s-au cunoscut și retardanți: substanțe ușoare cum ar fi apă, carbon sau beriliu.
Primul "cazan" nuclear
Deoarece neutroni - principalii participanți într-o reacție în lanț, nu este surprinzător faptul că experimentele privind construcția primului „oală“ nuclear a condus șeful de la momentul în care un specialist în neutroni și laureat al Premiului Nobel Enrico Fermi, care au emigrat din Italia fascistă și a lucrat la Universitatea Columbia. Aici, în 1941, au început să construiască o instalație de testare. În calitate de moderator, a fost ales un material simplu și larg disponibil, carbon, sub formă de grafit. După cum a reamintit Fermi fizica, acoperite de praf de grafit și uraniu oxid negru de tras blocuri și multikilogram milă de ei, a permis să angajeze decan pentru acest lucru studenți jucători. Cazul a devenit mai distractiv - s-au confruntat mult mai ușor cu pachete de pudră de uraniu cu greutatea de 20-40 kg. Dar când vergele de cutii de oxid de uraniu și aproximativ 30 de tone de grafit a fost în cele din urmă gata, rezultatele măsurătorilor au fost descurajată - neutroni nu a fost suficient pentru o reacție în lanț. A adus calitatea materialelor. Ori de câte ori contează fiecare neutron, orice impuritate care absoarbe neutronii reduce toate eforturile spre nimic.
În 1942, o echipă de fizicieni sub conducerea lui Fermi sa mutat la Chicago, în laboratorul metalurgic, unde au fost concentrate toate principala forță științifică pentru a studia reacția în lanț. Experimentele au continuat. Industria, sub presiunea războiului, crește treptat calitatea grafitului livrate și uraniu puternic îmbogățit, iar în final, conform datelor experimentale, a fost suficient pentru o reacție în lanț.
Tin-ceramica mucegai
Calea de la prima gramada sus centrale nucleare atomice a fost de aproape patru ori mai mare decât drumul spre bomba atomică. Primele plante industriale cu reactoarele de oțel de reacție în lanț de fisiune controlată pentru producerea de plutoniu-239 (care se formează în timpul absorbției de U-238 neutroni). Apoi a venit rândul centralelor electrice mici pentru submarine, iar în 1951 la stația experimentală din Idaho SUA ar putea obține chiar și un pic de energie electrică - a fost suficient pentru a lumina întregul patru becuri.
Problema a fost că pentru funcționarea unei centrale electrice integrate, comparabile în puterea centralelor termice, au fost necesare regimuri complet diferite de temperatură și putere. Pentru a transforma patru becuri în milioane, nu este nevoie doar de o altă cantitate - o altă calitate. Este necesară organizarea schimbului de căldură la fluxuri de căldură ridicate și la presiuni mari - aceste întrebări au fost prost studiate. Celulele de combustie din miez trebuie să funcționeze la temperaturi înalte fără distrugere, iar materialele structurale - să suporte încărcări enorme de radiații. Și totuși, în 1950 în URSS sa decis construirea unei instalații experimentale de reactor - unitatea AM (Atom Mirny). Totul a fost top secret și în documentele acelor ani poate fi găsit notatie amuzant criptat: „mucegai-staniu ceramic“ - uraniu se numește „polimer activ“, neutroni - „punctul zero“, iar reactorul de uraniu-grafit
Au fost propuse mai multe opțiuni de proiectare, dar proiectul final, aprobat de academicieni I.V. Kurchatov și N.A. Dollezhal a fost: construirea elementelor de combustibil ale reactorului tubular uraniu-grafit, utilizat ca agent de răcire cu apă nekipyaschaya sub o presiune de 100 de atmosfere. Capacitatea de proiectare a reactorului este de 30 MW, dar nu din considerente teoretice, ci din circumstanțe foarte specifice. La acea vreme, în contextul unui deficit general, după război și întreruperi, chiar și în aceste domenii prioritare de multe ori a trebuit să se mulțumească cu resursele disponibile. Și aici, în căutarea unei turbine stabilit la Moscova, dat peste un vechi, dezafectarea turbină de putere mică - aproximativ 6 MW, care este destul de potrivit pentru centrale nucleare cu experiență. Caracteristicile acestei turbine și, în cele din urmă, au determinat puterea centralei nucleare a primei centrale nucleare.
Mai multe laboratoare au fost implicate în dezvoltarea elementelor combustibile - elemente de combustibil. Acestea conțin combustibil nuclear și sunt situate în zona cea mai agresivă a reactorului. În primul rând, barele de combustibil au fost realizate sub formă de tuburi de oțel, pe care au fost introduse bucșe din uraniu. Testele de temperatură au arătat că aceste țevi sunt lipsite de valoare - timpul de lucru al acestora în fluxurile de căldură de lucru era de doar câteva ore. Când uraniul pur a fost înlocuit cu un aliaj cu 9% molibden, lucrurile au mers mai bine: durata de viață a crescut la câteva sute de ore. Dar soluția cea mai de succes a fost dispersia aliajului uraniu-molibden în matricea de magneziu. Acest design în timpul testelor face față fluxurilor de căldură, mai mult decât care nu ar rezista la instalarea în sine.
Cincizeci cincizeci
Acum, la jumătate de secol după naștere, energia nucleară are o cotă importantă în producția mondială de energie electrică. Cea mai mare parte a reactoarelor de putere funcționează pe neutronii termici cu combustibil de uraniu, cum ar fi prima centrală nucleară. Are o zonă activă, tije de carburant, retarder, lichid de răcire. Dar această asemănare se încheie. Diferitele tipuri de reactoare folosesc retarderi diferiți, diferite moduri de îndepărtare a căldurii, diferite modele de elemente de combustibil, diferite grade de îmbogățire a uraniului. De exemplu, reactoarele canadiene CANDU în general suficient de nealimentate - pot lucra pe un amestec natural de izotopi de uraniu.
Chiar mai promițătoare sunt reactoarele pe neutronii rapizi. Ei operează fără un moderator, dar necesită un combustibil ușor diferit - produs în reactoare convenționale (termice) cu plutoniu. Principalul lor avantaj în ceea ce privește puterea - capacitatea de a lucra în procesul de a nu genera numai energie electrică, ci și de a dispune de inutilizabile ca și combustibil nuclear uraniu-238 pentru a produce noi loturi de plutoniu. De fapt, devine posibilă organizarea așa-numitului "ciclu închis de combustibil". Cu toate acestea, în timp ce uraniul natural este relativ ieftin și disponibil, aceste tehnologii nu sunt suficient de atractive pentru investitori, precum și cu reactoare rapide rare excepții - este doar un reactoare reproducători pentru a produce plutoniu instalații de ardere și potențial cu deșeuri nucleare.