Механизм деления ядер урана в реакторе.
Практически все ядерные реакторы находятся в только замечательном укрытии. Это и не страно! При делении ядер тяжелых элементов выделяется множество нейтронов, а образующиеся легкие ядра — осколки деления — владеют весьма сильными радиоактивными особенностями. От них нужно предохранить и персонал , и автомобили. Исходя из этого реакторы и окружены толстой цементной стеной. В ее многометровой толще задерживаются смертоносные гамма-лучи. А пробивающиеся из котлов нейтроны заглатываются второй защитой.
Что же находится в этого прекрасного источника энергии?
Главная часть каждого котла — «ядерное горючее». Значительно чаще это уран — простой либо обогащенный… тем же ураном. Существуют две главные разновидности атомов этого элемента — два изотопа: уран-238 и уран-235. Ядра первого делятся лишь при попадании вовнутрь их самых энергичных, стремительных нейтронов. Нейтроны, если они мало замедлились, уже не смогут привести к ядер урана-238. А ядра второго изотопа делятся любыми нейтронами, причем «предпочитают» самые медленные. Так как природный уран содержит лишь 1/140 часть урана-235, то его в большинстве случаев обогащают.
В реакторе уран помещают в замедлителе. Его назначение — замедлять нейтроны до таковой скорости, дабы их по большей части захватывал уран-235.
Замедлителем помогает или графит, или простая вода, или тяжелая вода, в состав которой входит тяжелый изотоп водорода — дейтерий.
Вылетел из ядра урана нейтрон, «проблуждал» некое время в замедлителе, затормозил собственный перемещение и опять попал в окружение ядер урана. Но он замедлился до таковой степени, что поглощается лишь ураном-235.
Для замедлителей выбираются вещества с самые лёгкими ядрами — водород, тяжелый водород, углерод. Чем легче ядра замедлителей, тем стремительнее замедляются нейтроны.
Значительно чаще видятся графитовые замедлители. В них нейтроны замедляются ядрами углерода. Замедление этими более тяжелыми если сравнивать с водородом ядрами, само собой разумеется, происходит медленнее. Но содержащая водород простая вода владеет очень значительным недочётом: она захватывает нейтроны. А изготовление серьёзной воды — дорогостоящая операция.
Помимо этого, тяжелую воду нужно очень шепетильно изолировать. В противном случае простая вода, входящая в виде пара в состав воздуха, непременно попадет в тяжелую и разбавит данный полезнейший продукт.
Как именно находится в замедлителе уран?
Представьте себе громадный бак с водой. Через определенные промежутки в нем расположены стержни урана.
Разрез уранового ядерного реактора.
Вот начался процесс. В реактор попал нейтрон и поделил одно ядро урана. Показались новые нейтроны. Один из них вылетел в замедлитель и затормозился в том месте до определенной скорости. В следствии, попав в следующий урановый стержень, он уже захватывается только ядрами урана-235. Исходя из этого реакторные урановые стержни располагают на строго определенном расстоянии. Через чур близко их нельзя поместить — начнется захват нейтронов ураном-238.
Не считая замедлителя, в реакторе имеется еще одна очень важная часть. Многие нейтроны вылетают за его пределы. Они уже не возвратятся обратно. Но любой из них имел возможность бы еще послужить, поделив хотя бы одно ядро урана. Тут на помощь приходит отражатель. Это тот же замедлитель, но расположенный около реактора. Его атомы отражают обратно нейтроны, стремящиеся покинуть котел.
Имеется в реакторе стержни, каковые то поднимаются, то опускаются, как словно бы смотрят за чем-то. Это — регулирующие стержни, бдительные стражи установки. Изготовлены они из жадно поглощающих нейтроны материалов. Чем глубже такие стержни загружены в реактор, тем больше нейтронов поглощают ядра их атомов.
Посредством правильнейшей автоматики регулирующие стержни соединены с чуткими устройствами-регистраторами нейтронного потока. Из самых отдаленных участков реактора идут сигналы о том, сколько в том месте нейтронов: не повысилось ли их число (это страшно!), не стало ли их через чур мало (а тогда упадет мощность котла).
Как видите, мощность реактора зависит от нейтронного потока. И регулирующие стержни смогут изменять эту мощность. Меньше стало нейтронов — стержни встали мало вверх. Увеличился нейтронный поток — стержни чуть опустились, доводя его до нормы. По мере «выгорания» горючего в реакторе появляются осколки деления. Они мешают спокойному ходу реакции, начинают захватывать нейтроны. Но чуткие регулирующие стержни на страже. Они медлено поднимаются вверх, и опять поток нейтронов приходит в норму.
А на случай какой-нибудь трагедии имеется еще аварийные стержни. По сигналу тревоги они падают вовнутрь реактора, и реакция сразу же затухает.