Александр Проценко - Энергия будущего
Если иметь в виду, что давление воды в первом контуре достигает 160 атмосфер и что при этих условиях необходимо приводить во вращение насосы и перемещать стержни, управляющие в активной зоне цепной реакцией, то станет ясно, насколько трудна задача создания полной герметизации.
Сложность представляют насосы, обычно соединенные с электромоторами, которые нельзя погрузить в воду, да еще горячую, ибо нарушится изоляция проводников. Если же поместить насосы внутри, а электромотор вне контура, то связывающий их вал должен будет пройти через стенку первого контура. А при высоком давлении невозможно уплотнить место выхода вала так, чтобы полностью исключить утечку воды и содержащихся в ней газов радиоактивных веществ. Все же инженеры и конструкторы нашли решение. В первый контур вошел не весь электромотор, а только его ротор вместе с валом и подшипниками. Неподвижная же часть электромотора - статор, где находятся проводники, по которым течет ток, остался снаружи. А часть стенки контура, находящуюся под статором, сделали из тонкого нихрома, не представляющего большого препятствия для электромагнитного поля, которое обеспечивает вращение ротора.
Теперь, после принятых мер, радиоактивность, содержащаяся в воде, не будет опасна, так как она не может выйти из контура, и тем не менее на пути воды поставлен еще один - четвертый - барьер. Для этого все оборудование первого контура - реактор, парогенераторы, насосы, трубопроводы, фильтры и т. д. -помещено в герметичные боксы, и даже воздух оттуда не может попадать в помещения, где работают люди. Иногда проектировщики станции размещают оборудование не по отдельным боксам, а окружают его одной большой герметичной железобетонной оболочкой. Специальная служба регистрации ведет непрерывное наблюдение за уровнем излучений вблизи первого контура и в соседних помещениях, где находятся люди. Во всех наиболее опасных местах имеются счетчики гамма-излучения, электронов и нейтронов. Их сигналы позволяют быстро принимать меры к уменьшению активности излучений.
Для этого включают резервные фильтры и отключают парогенераторы, а то и останавливают реактор.
Все же в помещениях, где работают люди, могут в первую очередь появиться газообразные радиоактивные вещества. Это может произойти из-за протечек через уплотнения различных коммуникаций, связывающих герметичную оболочку с другими помещениями станции, иногда радиоактивность появляется по другим разным причинам. Чтобы не допустить ее накапливания, действует непрерывная вентиляция. Аппараты выбрасывают воздух в трубу, высота которой в зависимости от мощности станции достигает 100-200 метров. Это дополнительно уменьшает облучение персонала.
Пока что речь шла о защите работников станции.
Но вот воздух выбрасывается наружу, и радиоактивные элементы, содержащиеся в нем, выпускаются на волю.
Теперь они могут переноситься ветрами за многие сотни километров. Конечно, чем они окажутся дальше от станции, тем ниже будет их концентрация потому, что они сильно разбавятся атмосферой. Если ими и будет облучено население, то в такой слабой степени, что никак не отзовется на здоровье людей.
Мы уже говорили, что любая производственная и другая деятельность человека приносит то неощутимый, а то и заметный вред. В худшем, если можно так выразиться, положении находятся профессиональные работники, обслуживающие атомную станцию. Никуда не деться от того, что они получают существенно большую дозу облучения, чем окружающее население.
Но ведь то же самое имеет место и во многих других отраслях народного хозяйства. Скажем, шахтеры, металлурги, операторы некоторых химических производств, медики-рентгенологи тоже постоянно подвергаются различным вредным воздействиям. Однако то, что допустимо для профессиональных работников вредных производств, не может быть принято для всего остального населения. Ведь профессиональные работники находятся под специальным медицинским контролем, имеют укороченный рабочий день, дополнительные отпуска, особое питание и другие льготы.
Допустимые уровни излучений для работников АЭС, выбранные на основе тщательного изучения степени воздействия их на человека, обеспечиваются описанными четырьмя барьерами защиты. Нужно отметить, что эти барьеры служат эффективным средством защиты не только при нормальной работе атомной установки, но и в случае возникновения различных аварийных ситуаций. Чтобы опасность выброса радиоактивности свести на нет, на пути ее распространения поставлен еще один - пятый - барьер. В чем он выражается?
Если уровень радиоактивности воздуха, направляемого в вентиляционную трубу, превышает допустимый, его пропускают через дополнительные фильтры или выдерживают в специальных газгольдерах. Перечисленные меры являются надежной защитой для всего населения страны.
До сих пор речь шла о защите от вредных излучений, обусловленных радиоактивными элементами, образующимися при делении и затем распространяющимися по атомной станции и вне ее Наиболее мощная часть этого излучения - это нейтроны и гамма-кванты, которые освобождаются непосредственно в процессе деления. Потоки этих частиц колосса тъны. С одного квадратного сантиметра поверхности активной зоны мощного реактора каждую секунду вылетает 20 триллионов нейтронов и около 10 триллионов гамма-квантов. Их проникающая способность настолько велика, что прочные стенки первого контура не могут их сдержать. Нейтроны, вылетая из активной зоны, обладают самыми различными энергиями1 среди них есть как тепловые (медленные), так и быстрые. С тепловыми бороться довольно легко: достаточно поставить на их пути слой вещества с большим сечением поглощения, и эта преграда для них непреодолима. А как быть с быстрыми? Ведь в любых материалах ядерные сечения поглощения для таких нейтронов малы. Значит, нужно быстрые нейтроны сделать тепловыми и затем уже защищаться от них. Лучше всего нейтроны замедляются элементами с малым массовым числом. Поэтому на пути этих частиц размещают воду, графит, бетон - вещества, содержащие большое количество легких атомов.
Если для защиты от нейтронов используют легкие элементы, то от гамма-излучения надо обороняться материалами, содержащими элементы с большим массовым числом. В этом случае ослабление гамма-квантов происходит как за счет их взаимодействия с электронами атомов преграды, так и с ядрами. Возникает противоречивая ситуация: для ослабления потока нейтронов нужно делать защиту из веществ, содержащих легкие элементы, а для уменьшения потока гамма-квантов - тяжелые. Как тут быть?
Приходится идти на компромисс. Чтобы ослабить суммарное излучение и довести его до допустимой величины, реактор окружают достаточно толстым слоем комбинированной защиты из легких и тяжелых элементов.
За ним человек может находиться совершенно безбоязненно.
Большая толщина и вес защиты - основное принципиальное препятствие в деле создания атомных двигателей для малых транспортных установок типа, допустим, автомобиль. Одна энергетическая установка с защитой весила бы около ста тонн. Это был бы автомобиль-гигант, вряд ли для чего-нибудь полезный. О создании самолета или ракеты можно говорить уже смелее. Морские же транспортные суда с атомными двигателями уже созданы; в нашей стране верно служат народному хозяйству три ледокола с атомными двигателями - "Ленин", "Арктика" и "Сибирь".
Конференция по природным реакторам
В декабре 1977 года в Париже состоялось необычное совещание Технического комитета международного агентства по атомной энергии. Ученые, собравшиеся из разных стран, обсуждали результаты научно-исследовательских работ по природным ядерным реакторам. Природным? Не созданным руками человека?
Да, речь шла именно о таких реакторах. О них люди узнали совсем недавно. Изучая состав урановых руд одного из месторождений Африки, в Габоне, близ Окло, исследователи обнаружили ряд фактов, не поддававшихся простому объяснению. Соотношение изотопов урана в этой руде сильно отличалось от существующих в мире соотношений. Обнаружился ряд аномалий, касающихся содержания в руде редкоземельных элементов.
В этой связи было высказано несколько гипотез. Но ни одна из них не могла полностью объяснить все замеченные отклонения. Тогда и родилась достаточно смелая идея: а не встретились ли исследователи с природным ядерным реактором?
Дальнейшие исследования подтвердили этот необычайный вывод. Оказалось, что около двух миллиардов лет назад в этом урановом месторождении самопроизвольно возникла цепная ядерная реакция. В те давние времена в песчаных урановых рудах случайно создались условия, при которых образовалась критическая масса.
Нельзя не заметить, что содержание урана-235 в природном уране тогда было гораздо выше, нежели сейчас.
Возможно, в месторождение попала вода и стала естественным замедлителем. И пошла цепная реакция.
