Що таке ядерний реактор

Слова «ядерний реактор» зараз знайомі всім, по суті, ставши символом цілої епохи. Незважаючи на потенційну небезпеку використання подібних пристроїв, у світлі виснаження світових запасів нафти реактори на ядерному паливі є дуже перспективними.

Ядерний реактор являє собою інженерно-технічний пристрій, в якому відбувається керована реакція поділу розщеплюваного радіоактивної речовини, супроводжується виділенням енергії. Основне призначення - генерація електричного струму (атомні електростанції - АЕС), а також отримання важких елементів, що діляться періодичної таблиці Менделєєва (перетворення). Перший ядерний реактор був зібраний і запущений в експлуатацію в 1942 році в Америці під контролем видатного фізика свого часу - Енріке Фермі. Через три роки свій реактор запустила Канада, а в 1946 році - Росія.

Відзначимо один важливий момент: багато людей, малознайомі з даною темою, часто вважають, що ядерний реактор виробляє електроенергію безпосередньо, і вона є побічним продуктом делящегося радіоактивного палива. На жаль, це не так. По суті, ядерний реактор являє собою величезний нагрівач, якщо не сказати «кип'ятильник», що повідомляє теплову енергію теплоносієві, який і виконує корисну роботу з вироблення електрики за допомогою звичайного генератора.

Щоб відповісти на багато питань, розглянемо пристрій ядерного реактора. Конструктивно, будь атомний реактор включає в себе наступні елементи:

— центральна активна зона з сповільнювачем швидких нейтронів. Саме тут відбувається реакція деленія-

— шар, що відображає нейтрони. Він необхідний для зниження проникаючого іонізуючого випромінювання, а також для підвищення ефективності установки-

— захист від випромінювання. Як правило, свинцеві щіти-

— теплоносій. У всіх сучасних моделях реакторів є незамінною частью-

— стрижневе пристрій управління перебігом реакцією розпаду ядер-

— контур охолодження-

— механізм дистанційного керування.

Для роботи котлів ядерних реакторів використовуються важкі метали - Уран-233, 235 або Плутоній-239. Особливості цих елементів в тому, що кожну одиницю часу в їх атомарної структурі відбувається спонтанний розпад (розщеплення). При цьому процесі з ядер атомів вивільняються нейтрони. Атом, що втратив (приобретший) нейтрон, перетворюється в інший елемент періодичної таблиці. Наприклад, таким способом з Урана-238 отримують Плутоній-239. Б'ючи по сусідніх атомам паливного матеріалу, вони, завдяки своїй високій швидкості, вивільняють додаткові нейтрони. Загальна кількість збільшується в прогресії - починається ланцюгова реакція поділу ядер. Якщо на даному етапі не вжити заходів щодо її регулювання, то в результаті вийде некерована ядерна ланцюгова реакція, що супроводжується лавиноподібним вивільненням колосальної кількості енергії (ядерний вибух).

Для управління використовують два обов'язкових методу - введення в активну зону сповільнювач, що знижує швидкість нейтронів до рівня самопідтримки процесу, а також внесення потрібної кількості регулюючих стрижнів (кадмій або бор), поглинають надлишок нейтронів.

При розпаді ядер виділяється тепло, яке нагріває циркулює теплоносій (вода), він перетворюється на пару і обертає турбіну електричного генератора.

Це основна схема. Існує кілька її різновидів. Наприклад, вода-теплоносій може бути природно киплячій або знаходиться під тиском. Останнє дає можливість отримувати перегрітий пар, підвищуючи ККД. Крім того, вода - не єдиний вид теплоносія (може бути газ або рідкий метал). Також в деяких модифікаціях реакторів сповільнювач не використовується.