Владимир Губарев - Зарево над Припятью
Итак, в стержнях постепенно расходуется уран-235, а уран-238 "переходит" в плутоний. Но реакция не прекращается. Потому что плутоний по своим свойствам очень близок к урану-235. И теперь уже он начинает делиться, "выбрасывая" новые нейтроны. Казалось бы, так может продолжаться вечно. Однако в стержнях скапливаются отходы - различные элементы, которые хорошо поглощают нейтроны. Реакция постепенно как бы затухает: слишком много нейтронов пропадает. Нужно заменять стержни. Их меняют не все сразу. С "молодыми" соседствуют "старые". Смена идет по секциям. Это обеспечивает беспрерывную работу реактора.
Отслужившие стержни поступают на специальные предприятия, где облученный уран отделяется от плутония. Последний можно вновь использовать в качестве "горючего".
В активной зоне развивается очень высокая температура. Если через реактор пропустить, например, воду под большим давлением, то она нагреется, превратится в пар, который уже может вращать лопасти турбины, соединенной одним валом с генератором. Именно такая схема в первой атомной электростанции.
В реакторе есть специальные регулирующие стержни - обычно из кадмия или других материалов, которые хорошо поглощают нейтроны. Эти стержни вдвигаются, если поток нейтронов увеличивается, и выдвигаются, если он уменьшается.
...Постойте, разговор начался с быстрых нейтронов, с нового реактора БР-5, при чем здесь конструкция уранграфитового котла?
Описанный тип называется реактором на медленных нейтронах. Хотя, как мы уже видели, в нем рождаются и быстрые нейтроны, но непосредственного участия в цепной реакции они не принимают, пока не замедлятся до определенной энергии.
В таком реакторе очень плохо используется природный уран. Всего десятые доли процента. Несравненно большая его часть идет в отходы. А нельзя ли изменить положение? С этой целью советский ученый А. И. Лейпунский в 1949 году начал длительные и кропотливые исследования и пришел к выводу, что можно применять практически весь природный уран, но для этого необходимо построить реактор на быстрых нейтронах. Первый такой энергетический реактор (БР-1) появился в Обнинске в 1955 году. А мне Д. С. Пинхасик и О. Д. Казачковский спустя десять лет показывали уже реактор БР-5, который только что начал работать.
В его активной зоне нет замедлителя, да и по размерам он значительно меньше. Здесь "господствует" плутоний. Как только его масса достигает критической величины, начинается цепная реакция.
Активную зону окружает оболочка из природного урана, ядра которого энергично захватывают быстрые нейтроны. Уран постепенно превращается в плутоний.
При этом быстрых нейтронов "пропадает" значительно меньше, чем в уран-графитовом котле. Если там приблизительно из 100 нейтронов около 15 идет на образование плутония, то в быстром реакторе - около 50!..
В активной зоне чрезвычайно высокая температура.
Если ее не снижать искусственно, то или реактор выйдет из строя, или цепная реакция прекратится (это зависит от множества условий). Но чем охлаждать? Водой? При такой температуре и теплоноситель должен обладать сравнительно высокой точкой кипения. Если применить все-таки воду, для этого нужно гигантское увеличение давления, а значит, громоздкое оборудование.
К тому же это небезопасно. Где выход? Помог жидкометаллический теплоноситель - натрий, который кипит примерно при 900 градусах.
Реактор на быстрых нейтронах - это очередной шаг вперед в атомной энергетике. Но он требовал скрупулезных расчетов, большой изобретательности ученых и инженеров. И когда конструктивные трудности остались позади и первенец получил путевку в жизнь, стало понятно, почему в адрес его создателей посыпались многочисленные поздравления.
- Это опытная установка, - говорили в 1965 году Д. С. Пинхасик и О. Д. Казачковский. - Впереди новые работы, новые исследования, новые реакторы...
Вот почему, памятуя эти слова, уже в Димитровграде я не удержался и задал Казачковскому вопрос:
- А как же любимые быстрые реакторы?
Олег Дмитриевич улыбнулся.
- Я расскажу вам сначала о городе и институте.
Наш атомный центр очень молод. Очень молод... Уже несколько лет действовала"первая атомная электростанция в Обнинске. Институт атомной энергии имени И. В. Курчатова завоевал себе вполне заслуженную славу, а здесь, на берегу Волги, шумел нетронутый лес.
Только в 1957 году появились первые строители. Они заложили поселок на окраине Мелекесса. Институт же существовал лишь на листах ватмана.
Неузнаваемо изменился Мелекесс за минувшие годы.
На его окраине вырос новый поселок. А в десяти километрах поднялись корпуса НИИАРа.
Сразу же после завершения первого реактора начались исследования. Физики, приехавшие сюда из самых разных уголков страны, приступили к первым своим работам. Вводились в строй новые лаборатории, стремительно расширялся фронт исследований.
Мы непосредственно связаны и с Обнинском, и с Институтом атомной энергии имени И. В. Курчатова. И не только потому, что "переманили" оттуда много сотрудников. А потому, что наши научные интересы тесно переплетаются. Да и научные кадры там пока сильнее, опытных ученых у нас еще не хватает. Вначале помощь шла в одном направлении - от них к нам. Но институт рос, появился в Мелекессе реактор СМ-2, который занимает первое место в мире по интенсивности нейтронного потока. Физики из Обнинска и Института атомной энергии все чаще посещают Димитровград. Теперь у нас есть уникальнейшая радиохимическая лаборатория, материаловедческий корпус, будет несколько энергетических реакторов.
В институт потянулась молодежь. Новые направления исследований в ядерной физике, рождающиеся в стенах НИИАРа, открывают перед ними огромные возможности. Правда, маловато пока людей с учеными степенями. Это естественно, все только начинается. Но во главе лабораторий, установок, групп стоят талантливые инженеры. Я уверен, что они прекрасно сумеют показать себя. Желание работать и любовь к науке сделают свое дело. Будут и свои доктора наук, и члены-корреспонденты, и академики.
У нас создаются условия и для отдыха. Построены широкоэкранный кинотеатр и Дом культуры. Можем приглашать к себе профессиональные театральные коллективы. Я думаю, что и столичные артисты не откажутся приехать.
В Мелекессе отличный стадион, футбольная и баскетбольная команды. Оборудован и палаточный городок на берегу Волги. Здесь можно отдохнуть в выходные дни, половить рыбу, покупаться, позагорать. Оборудована и водная станция... Институт молодой, молоды его сотрудники, большинство из них спортсмены, поэтому так и заботимся о спортивных сооружениях.
Олег Дмитриевич замолчал.
- Вы понимаете, почему я перевелся сюда? - неожиданно спросил он.
Я кивнул.
- А реактор на быстрых нейтронах у нас будет! Я в это верю!
Сегодня НИИАР располагает несколькими различными типами реакторов, институт превратился в экспериментальную базу атомной энергетики.
Именно в Димитровграде работает БОР-60 - "отец" мощных станций на быстрых нейтронах, которые строятся в пашей стране.
Все больше гостей бывает в Димитровграде. Им нравится и легендарная ширь Волги, и новый город, выросший в сосновом бору, ну и, конечно, Научно-исследовательский институт атомных реакторов. А особенно - первенец института, реактор СМ-2. СМ значит сверхмощный, в данном случае этот термин означает нейтронный поток высокой плотности. Установка предназначена для научно-исследовательских работ. Вот почему тянутся в Димитровград физики. Где еще в мире найдешь такой реактор?!
Три ценных качества у СМ. Во-первых, очень высокая плотность нейтронных потоков; во-вторых, на аппарате есть любые нейтроны: тепловые, промежуточные и быстрые; в-третьих, хоть он и называется сверхмощным, "сила" его не так уж велика, то есть могучие потоки рождаются при сравнительно малой мощности самого реактора - 50 тысяч киловатт.
Каким же образом? Дело в том, что в реакторе удалось эффективно использовать ядерное горючее. Хорошее охлаждение активной зоны и материалы, выдерживающие высокие температуры, позволили "снимать" огромное количество энергии, а в итоге - поток нейтронов высокой плотности.
В активной зоне образуются нейтроны всех энергий - от быстрых до тепловых. Но тепловых нейтронов мало. Чтобы "добывать" их, там есть полость, заполненная водой или другим замедлителем. Быстрые и промежуточные нейтроны, попадая в воду, тормозят свой "бег".
Как раз в водной полости и концентрируются необходимые для исследований и экспериментов тепловые нейтроны, их приблизительно в 25 раз больше, чем в самой активной зоне.
Чем дальше проникают нейтроны в толщу отражателя, тем больше энергии теряют. Количество быстрых нейтронов уменьшается, но зато возрастают потоки тепловых.
