Do czego służy reaktor jądrowy? Reaktor jądrowy: historia powstania i zasada działania

Reaktory jądrowe mają jedno zadanie: rozbijać atomy w kontrolowanej reakcji i wykorzystywać uwolnioną energię do wytwarzania energii elektrycznej. Przez wiele lat reaktory postrzegano zarówno jako cud, jak i zagrożenie.

Kiedy w 1956 r. w Shippingport w Pensylwanii uruchomiono pierwszy komercyjny reaktor w USA, technologię tę okrzyknięto źródłem energii przyszłości, a niektórzy wierzyli, że dzięki reaktorom wytwarzanie energii elektrycznej stanie się zbyt tanie. Obecnie na całym świecie zbudowano 442 reaktory jądrowe, z czego około jedna czwarta znajduje się w Stanach Zjednoczonych. Świat uzależnił się od reaktorów jądrowych, wytwarzających 14 procent energii elektrycznej. Futuryści marzyli nawet o samochodach nuklearnych.

Kiedy w 1979 r. reaktor bloku nr 2 w elektrowni Three Mile Island w Pensylwanii uległ awarii układu chłodzenia i częściowemu stopieniu radioaktywnego paliwa, pozytywne nastawienie do reaktorów zmieniło się radykalnie. Mimo że zniszczony reaktor został zabezpieczony i nie wyemitowano żadnego poważnego promieniowania, wiele osób zaczęło postrzegać reaktory jako zbyt złożone i podatne na zagrożenia, co może mieć potencjalnie katastrofalne skutki. Ludzie niepokoili się także odpadami radioaktywnymi z reaktorów. W rezultacie budowa nowych elektrowni jądrowych w Stanach Zjednoczonych utknęła w martwym punkcie. Kiedy w 1986 r. w elektrowni jądrowej w Czarnobylu w Związku Radzieckim wydarzył się poważniejszy wypadek, wydawało się, że energetyka jądrowa jest skazana na zagładę.

Jednak na początku XXI wieku reaktory jądrowe zaczęły powracać do łask dzięki rosnącemu zapotrzebowaniu na energię i malejącym dostawom paliw kopalnych, a także rosnącym obawom związanym ze zmianami klimatycznymi wynikającymi z emisji dwutlenku węgla.

Jednak w marcu 2011 roku nastąpił kolejny kryzys – tym razem elektrownia jądrowa Fukushima 1 w Japonii została poważnie uszkodzona przez trzęsienie ziemi.

Zastosowanie reakcji jądrowej

Mówiąc najprościej, reaktor jądrowy rozszczepia atomy i uwalnia energię, która spaja ich części.

Jeśli zapomniałeś fizyki w szkole średniej, przypomnimy Ci, jak to zrobić rozszczepienia jądrowego Pracuje. Atomy są jak maleńkie układy słoneczne, z rdzeniem jak Słońce i elektronami jak planety krążące wokół niego. Jądro składa się z cząstek zwanych protonami i neutronami, które są ze sobą powiązane. Siłę spajającą elementy jądra trudno sobie nawet wyobrazić. Jest wiele miliardów razy silniejsza niż siła grawitacji. Pomimo tej ogromnej siły możliwe jest rozszczepienie jądra poprzez wystrzelenie w nie neutronów. Kiedy to nastąpi, uwolniona zostanie duża ilość energii. Kiedy atomy się rozpadają, ich cząstki zderzają się z pobliskimi atomami, dzieląc je, a te z kolei są następne i następne, i następne. Istnieje tzw reakcja łańcuchowa.

Uran, pierwiastek o dużych atomach, idealnie nadaje się do procesu rozszczepienia, ponieważ siła wiążąca cząstki jego jądra jest stosunkowo słaba w porównaniu z innymi pierwiastkami. Reaktory jądrowe wykorzystują specyficzny izotop zwany Ubiegł-235 . Uran-235 występuje rzadko w przyrodzie, a ruda z kopalń uranu zawiera tylko około 0,7% uranu-235. Dlatego używa się reaktorów wzbogaconyUrany, który powstaje w wyniku oddzielenia i zagęszczenia uranu-235 w procesie dyfuzji gazu.

W bombie atomowej można wywołać reakcję łańcuchową, podobną do tej zrzuconej na japońskie miasta Hiroszima i Nagasaki podczas II wojny światowej. Jednak w reaktorze jądrowym reakcja łańcuchowa jest kontrolowana poprzez wprowadzenie prętów regulacyjnych wykonanych z materiałów takich jak kadm, hafn lub bor, które pochłaniają część neutronów. Nadal pozwala to procesowi rozszczepienia wyzwolić energię wystarczającą do podgrzania wody do temperatury około 270 stopni Celsjusza i przekształcenia jej w parę, która służy do obracania turbin elektrowni i wytwarzania energii elektrycznej. Zasadniczo w tym przypadku kontrolowana bomba atomowa zamiast węgla wytwarza energię elektryczną, z tą różnicą, że energia do zagotowania wody pochodzi z rozszczepiania atomów, a nie ze spalania węgla.

Elementy reaktora jądrowego

Istnieje kilka różnych typów reaktorów jądrowych, ale wszystkie mają pewne wspólne cechy. Wszystkie mają zapas radioaktywnych granulek paliwa – zwykle tlenku uranu – które są ułożone w rurki, tworząc w nich pręty paliwowe. strefy aktywnemireaktor.

Reaktor posiada również wspomniane wcześniej menedżerowiemiprętI- wykonane z materiału pochłaniającego neutrony, takiego jak kadm, hafn lub bor, który jest wprowadzany w celu kontrolowania lub zatrzymania reakcji.

Reaktor też ma moderator, substancję spowalniającą neutrony i pomagającą kontrolować proces rozszczepienia. Większość reaktorów w Stanach Zjednoczonych wykorzystuje zwykłą wodę, ale reaktory w innych krajach czasami wykorzystują grafit lub ciężkiWowwodaNa, w którym wodór zastępuje się deuterem, izotopem wodoru z jednym protonem i jednym neutronem. Kolejną ważną częścią systemu jest chłodzeniei japłynB, zwykle zwykła woda, która pochłania i przekazuje ciepło z reaktora, tworząc parę, która obraca turbinę i schładza obszar reaktora, aby nie osiągnął temperatury, w której topi się uran (około 3815 stopni Celsjusza).

Na koniec reaktor jest zamknięty muszleNa, duża, ciężka konstrukcja, zwykle o grubości kilku metrów, wykonana ze stali i betonu, która przechowuje wewnątrz radioaktywne gazy i ciecze, gdzie nie mogą nikomu zaszkodzić.

W użyciu jest wiele różnych konstrukcji reaktorów, ale jednym z najpowszechniejszych jest ciśnieniowy wodny reaktor energetyczny (WWER). W takim reaktorze woda wtłaczana jest w kontakt z rdzeniem i pozostaje tam pod takim ciśnieniem, że nie może zamienić się w parę. Woda ta następnie styka się z wodą bezciśnieniową w generatorze pary, która zamienia się w parę, która obraca turbiny. Jest też projekt reaktor kanałowy dużej mocy (RBMK) z jednym obiegiem wody i reaktor na neutrony szybkie z dwoma obiegami sodowymi i jednym wodnym.

Jak bezpieczny jest reaktor jądrowy?

Odpowiedź na to pytanie jest dość trudna i zależy od tego, kogo spytasz i jak zdefiniujesz „bezpieczny”. Martwisz się promieniowaniem lub odpadami radioaktywnymi wytwarzanymi w reaktorach? A może bardziej martwisz się możliwością wystąpienia katastrofalnego wypadku? Jaki stopień ryzyka uważa Pan za akceptowalny kompromis w zamian za korzyści płynące z energii jądrowej? A na ile ufacie rządowi i energii nuklearnej?

„Promieniowanie” to mocny argument, głównie dlatego, że wszyscy wiemy, że duże dawki promieniowania, np. pochodzące z bomby atomowej, mogą zabić wiele tysięcy ludzi.

Zwolennicy energetyki jądrowej zwracają jednak uwagę, że wszyscy jesteśmy regularnie narażeni na promieniowanie z różnych źródeł, w tym promieniowanie kosmiczne i promieniowanie naturalne emitowane przez Ziemię. Średnia roczna dawka promieniowania wynosi około 6,2 milisiwerta (mSv), z czego połowa pochodzi ze źródeł naturalnych, a połowa ze źródeł sztucznych, takich jak prześwietlenia klatki piersiowej, czujniki dymu i świecące tarcze zegarków. Ile promieniowania otrzymujemy z reaktorów jądrowych? Tylko niewielki ułamek procenta naszej typowej rocznej ekspozycji wynosi 0,0001 mSv.

Chociaż wszystkie elektrownie jądrowe nieuchronnie emitują niewielkie ilości promieniowania, komisje regulacyjne nakładają na operatorów elektrowni rygorystyczne wymagania. Nie mogą narażać ludzi mieszkających w pobliżu elektrowni na promieniowanie większe niż 1 mSv rocznie, a próg dla pracowników elektrowni wynosi 50 mSv rocznie. To może wydawać się dużo, ale według Komisji Dozoru Jądrowego nie ma dowodów medycznych na to, że roczne dawki promieniowania poniżej 100 mSv stwarzają jakiekolwiek ryzyko dla zdrowia ludzkiego.

Należy jednak zauważyć, że nie wszyscy zgadzają się z tą beztroską oceną ryzyka radiologicznego. Na przykład organizacja Physicians for Social Responsibility, długoletni krytyk przemysłu nuklearnego, badała dzieci mieszkające w pobliżu niemieckich elektrowni jądrowych. Badanie wykazało, że u osób mieszkających w promieniu 5 km od elektrowni ryzyko zapadnięcia na białaczkę było dwukrotnie wyższe w porównaniu z osobami mieszkającymi dalej od elektrowni jądrowych.

Odpady z reaktorów jądrowych

Energia jądrowa jest reklamowana przez jej zwolenników jako „czysta” energia, ponieważ reaktor nie emituje do atmosfery dużych ilości gazów cieplarnianych w porównaniu z elektrowniami węglowymi. Krytycy wskazują jednak na inny problem środowiskowy: usuwanie odpadów nuklearnych. Część wypalonego paliwa z reaktorów nadal emituje substancje radioaktywne. Innym niepotrzebnym materiałem, który należy zapisać, jest odpady radioaktywne o wysokim stężeniu, płynna pozostałość z przerobu wypalonego paliwa jądrowego, w której pozostaje część uranu. Obecnie większość tych odpadów jest składowana lokalnie w elektrowniach jądrowych w zbiornikach wodnych, które pochłaniają część pozostałego ciepła wytwarzanego przez wypalone paliwo i pomagają chronić pracowników przed narażeniem na promieniowanie.

Jednym z problemów związanych z wypalonym paliwem jądrowym jest to, że zostało ono zmienione w procesie rozszczepienia.W przypadku rozszczepienia dużych atomów uranu powstają produkty uboczne — radioaktywne izotopy kilku lekkich pierwiastków, takich jak cez-137 i stront-90, zwane produkty rozszczepienia. Są gorące i wysoce radioaktywne, ale ostatecznie w ciągu 30 lat rozpadają się na mniej niebezpieczne formy. Ten okres jest dla nich powołany Pokresompół życia. Inne pierwiastki promieniotwórcze będą miały różne okresy półtrwania. Ponadto niektóre atomy uranu wychwytują również neutrony, tworząc cięższe pierwiastki, takie jak pluton. Te pierwiastki transuranowe nie wytwarzają tak dużo ciepła ani promieniowania przenikliwego jak produkty rozszczepienia, ale ich rozkład trwa znacznie dłużej. Na przykład pluton-239 ma okres półtrwania wynoszący 24 000 lat.

Te radioaktywnymimarnowaćS wysoki poziom reaktorów jest niebezpiecznych dla ludzi i innych form życia, ponieważ mogą uwolnić ogromne, śmiertelne dawki promieniowania nawet w przypadku krótkiego narażenia. Na przykład dziesięć lat po usunięciu pozostałego paliwa z reaktora emitują 200 razy więcej radioaktywności na godzinę, niż potrzeba do zabicia człowieka. A jeśli odpady trafią do wód gruntowych lub rzek, mogą przedostać się do łańcucha pokarmowego i zagrozić dużej liczbie ludzi.

Ponieważ odpady są tak niebezpieczne, wiele osób znajduje się w trudnej sytuacji. ton odpadów znajduje się w elektrowniach jądrowych w pobliżu dużych miast. Znalezienie bezpiecznego miejsca do przechowywania odpadów nie jest jednak łatwe.

Co może pójść nie tak z reaktorem jądrowym?

Ponieważ rządowe organy regulacyjne spoglądają wstecz na swoje doświadczenia, inżynierowie spędzili przez lata dużo czasu na projektowaniu reaktorów zapewniających optymalne bezpieczeństwo. Tyle, że się nie psują, działają prawidłowo i mają zapasowe zabezpieczenia, gdyby coś nie poszło zgodnie z planem. W rezultacie rok po roku elektrownie jądrowe wydają się dość bezpieczne w porównaniu, powiedzmy, z podróżami lotniczymi, w wyniku których na całym świecie regularnie umiera od 500 do 1100 osób rocznie.

Jednak reaktory jądrowe ulegają poważnym awariom. W Międzynarodowej Skali Zdarzeń Jądrowych, która ocenia awarie reaktorów w skali od 1 do 7, od 1957 roku miało miejsce pięć awarii, w których wskaźnik ten wynosił od 5 do 7.

Najgorszym koszmarem jest awaria układu chłodzenia, która prowadzi do przegrzania paliwa. Paliwo zamienia się w ciecz, a następnie spala się w obudowie, uwalniając promieniowanie radioaktywne. W 1979 r. blok 2 elektrowni jądrowej Three Mile Island (USA) był o krok od realizacji tego scenariusza. Na szczęście dobrze zaprojektowany system zabezpieczający był wystarczająco mocny, aby zapobiec ucieczce promieniowania.

ZSRR miał mniej szczęścia. Do poważnej awarii jądrowej doszło w kwietniu 1986 r. w czwartym bloku energetycznym elektrowni jądrowej w Czarnobylu. Było to spowodowane połączeniem awarii systemu, wad konstrukcyjnych i słabo wyszkolonego personelu. Podczas rutynowego testu reakcja nagle się nasiliła, a drążki sterujące zakleszczyły się, uniemożliwiając awaryjne wyłączenie. Nagłe nagromadzenie pary spowodowało dwie eksplozje termiczne, wyrzucając w powietrze grafitowy moderator reaktora. W przypadku braku czegokolwiek do chłodzenia prętów paliwowych reaktora, zaczęły się one przegrzewać i całkowicie zapadać, w wyniku czego paliwo przybrało postać płynną. Zginęło wielu pracowników stacji i likwidatorów wypadków. Duża ilość promieniowania rozprzestrzeniła się na obszarze 323 749 kilometrów kwadratowych. Liczba zgonów spowodowanych promieniowaniem jest nadal niejasna, ale Światowa Organizacja Zdrowia twierdzi, że mogło to być przyczyną 9 000 zgonów z powodu raka.

Producenci reaktorów jądrowych udzielają gwarancji na podstawie ocena probabilistycznami, w którym próbują zrównoważyć potencjalną szkodę wynikającą ze zdarzenia z prawdopodobieństwem jego rzeczywistego wystąpienia. Jednak niektórzy krytycy twierdzą, że zamiast tego powinni przygotować się na rzadkie, nieoczekiwane, ale bardzo niebezpieczne zdarzenia. Dobrym przykładem jest wypadek w marcu 2011 r. w elektrowni jądrowej Fukushima 1 w Japonii. Według doniesień stację zaprojektowano tak, aby wytrzymała silne trzęsienie ziemi, ale nie tak katastrofalne jak trzęsienie o sile 9,0 w skali Richtera, które spowodowało 14-metrową falę tsunami nad groblami zaprojektowanymi tak, aby wytrzymać falę o średnicy 5,4 metra. Atak tsunami zniszczył zapasowe generatory diesla, które miały zasilać układ chłodzenia sześciu reaktorów elektrowni w przypadku przerwy w dostawie prądu. Zatem nawet po tym, jak pręty sterujące reaktorów w Fukushimie przestały się rozszczepiać, wciąż gorące paliwo utrzymywało temperaturę niebezpiecznie wznieść się wewnątrz zniszczonych reaktorów.

Japońscy urzędnicy uciekali się do ostateczności - zalewając reaktory ogromną ilością wody morskiej z dodatkiem kwasu borowego, co było w stanie zapobiec katastrofie, ale zniszczyło wyposażenie reaktora. Ostatecznie przy pomocy wozów strażackich i barek Japończykom udało się wpompować świeżą wodę do reaktorów. Jednak do tego czasu monitorowanie wykazało już alarmujący poziom promieniowania w otaczającej ziemi i wodzie. W jednej z wiosek oddalonych o 40 km od elektrowni pierwiastek promieniotwórczy cez-137 stwierdzono w stężeniach znacznie wyższych niż po katastrofie w Czarnobylu, co budzi wątpliwości co do możliwości zamieszkania ludzi na tym obszarze.

Kiedy w 1938 roku niemieckim chemikom Otto Hahnowi i Fritzowi Strassmannowi po raz pierwszy udało się rozszczepić jądro uranu za pomocą promieniowania neutronowego, nie spieszyli się z poinformowaniem opinii publicznej o skali swojego odkrycia. Eksperymenty te położyły podwaliny pod wykorzystanie energii atomowej zarówno do celów pokojowych, jak i wojskowych.

Produkt uboczny bomby atomowej

Otto Hahn, który przed śmiercią w 1938 roku współpracował z austriacką fizyką Lise Meitner, doskonale zdawał sobie sprawę, że rozszczepienie jądra uranu – reakcja łańcuchowa nie do zatrzymania – oznacza bombę atomową. Stany Zjednoczone, chcąc wyprzedzić Niemcy w tworzeniu broni nuklearnej, uruchomiły Projekt Manhattan, przedsięwzięcie o niespotykanym dotąd zasięgu. Na pustyni Nevada wyrosły trzy miasta. W głębokiej tajemnicy pracowało tu 40 000 osób.Pod przywództwem Roberta Oppenheimera, „ojca bomby atomowej”, w rekordowym czasie powstało około 40 instytucji badawczych, laboratoriów i fabryk. Aby wydobyć pluton, pod trybunami stadionu piłkarskiego Uniwersytetu w Chicago powstał pierwszy reaktor jądrowy. Tutaj, pod przewodnictwem Enrico Fermiego, w 1942 roku uruchomiono pierwszą kontrolowaną, samowystarczalną reakcję łańcuchową. Powstałe ciepło nie znalazło jeszcze żadnego użytecznego zastosowania.

Energia elektryczna powstająca w wyniku reakcji jądrowej

W 1954 roku w ZSRR uruchomiono pierwszą na świecie elektrownię jądrową. Znajdowała się w Obnińsku, około 100 km od Moskwy i miała moc 5 MW. W 1956 roku w angielskim mieście Calder Hall uruchomiono pierwszy duży reaktor jądrowy. Elektrownia ta posiadała chłodzenie gazowe, co zapewniało względne bezpieczeństwo pracy. Jednak na rynku światowym coraz bardziej powszechne stały się ciśnieniowe, chłodzone wodą reaktory jądrowe chłodzone wodą, opracowane w USA w 1957 roku. Stacje takie można zbudować stosunkowo niewielkim kosztem, jednak ich niezawodność pozostawia wiele do życzenia. W ukraińskiej elektrowni jądrowej w Czarnobylu stopienie rdzenia reaktora doprowadziło do eksplozji, z uwolnieniem substancji radioaktywnych do środowiska. Katastrofa, która doprowadziła do śmierci i poważnych chorób tysięcy ludzi, wywołała liczne protesty przeciwko wykorzystaniu energii atomowej, zwłaszcza w Europie.

• 1896: Henri Bequerel odkrył emisję radioaktywną uranu.
• 1919 Ernest Rutherford jako pierwszy sztucznie wywołał reakcję jądrową poprzez bombardowanie atomów azotu cząsteczkami alfa, które zamieniły się w tlen.
• 1932: James Chadwick wystrzelił cząstki alfa w atomy berylu i odkrył neutrony.
• 19.38: Otto Hahn po raz pierwszy w laboratorium przeprowadza reakcję łańcuchową, rozszczepiając jądro uranu na neutrony.

I. Projekt reaktora jądrowego

Reaktor jądrowy składa się z pięciu głównych elementów:

1) paliwo jądrowe;

2) moderator neutronów;

3) systemy regulacyjne;

4) systemy chłodzenia;

5) ekran ochronny.

1. Paliwo nuklearne.

Paliwo jądrowe jest źródłem energii. Obecnie istnieją trzy znane typy materiałów rozszczepialnych:

a) uran 235, który stanowi 0,7%, czyli 1/140 uranu naturalnego;

6) pluton 239, powstający w niektórych reaktorach na bazie uranu 238, który stanowi prawie całą masę uranu naturalnego (99,3%, czyli 139/140 części).

Wychwytując neutrony, jądra uranu 238 zamieniają się w jądra neptunu - 93. element układu okresowego Mendelejewa; te ostatnie z kolei zamieniają się w jądra plutonu - 94. element układu okresowego. Pluton można łatwo ekstrahować chemicznie z napromieniowanego uranu i można go wykorzystać jako paliwo jądrowe;

c) uran 233, który jest sztucznym izotopem uranu otrzymywanym z toru.

W przeciwieństwie do uranu 235, który występuje w uranie naturalnym, pluton 239 i uran 233 są otrzymywane wyłącznie sztucznie. Dlatego nazywa się je wtórnym paliwem jądrowym; Źródłem takiego paliwa jest uran 238 i tor 232.

Zatem spośród wszystkich wymienionych powyżej rodzajów paliwa jądrowego głównym jest uran. To wyjaśnia ogromny zakres poszukiwań i eksploracji złóż uranu we wszystkich krajach.

Energię uwolnioną w reaktorze jądrowym porównuje się czasami z energią uwolnioną podczas reakcji spalania chemicznego. Istnieje jednak między nimi zasadnicza różnica.

Ilość ciepła uzyskanego podczas rozszczepienia uranu jest nieporównywalnie większa od ilości ciepła uzyskanego podczas spalania np. węgla: 1 kg uranu 235 w objętości odpowiadającej paczce papierosów teoretycznie mógłby dostarczyć tyle energii, ile wynosi 2600 ton węgla.

Jednakże te możliwości energetyczne nie są w pełni wykorzystywane, ponieważ nie cały uran 235 można oddzielić od uranu naturalnego. W rezultacie 1 kg uranu, w zależności od stopnia jego wzbogacenia w uran 235, odpowiada obecnie około 10 tonom węgla. Należy jednak wziąć pod uwagę, że wykorzystanie paliwa jądrowego ułatwia transport, a tym samym znacznie obniża koszt paliwa. Brytyjscy eksperci obliczyli, że wzbogacając uran będą w stanie 10-krotnie zwiększyć ciepło wytwarzane w reaktorach, co równałoby się 1 tonie uranu ze 100 tys. ton węgla.

Druga różnica pomiędzy procesem rozszczepienia jądrowego, do którego dochodzi wraz z wydzieleniem ciepła, a spalaniem chemicznym polega na tym, że do reakcji spalania potrzebny jest tlen, natomiast do zainicjowania reakcji łańcuchowej wystarczy kilka neutronów i pewna masa paliwa jądrowego, równa do masy krytycznej, którą definiujemy już podaną w rozdziale o bombie atomowej.

I wreszcie niewidzialnemu procesowi rozszczepienia jądrowego towarzyszy emisja niezwykle szkodliwego promieniowania, przed którym należy zapewnić ochronę.

2. Moderator neutronów.

Aby uniknąć rozprzestrzeniania się produktów rozszczepienia w reaktorze, paliwo jądrowe należy umieścić w specjalnych skorupach. Do wykonania takich muszli można użyć aluminium (temperatura chłodziwa nie powinna przekraczać 200°), a jeszcze lepiej berylu lub cyrkonu - nowych metali, których produkcja w czystej postaci jest obarczona dużymi trudnościami.

Neutrony powstające podczas rozszczepienia jądrowego (średnio 2–3 neutrony podczas rozszczepienia jednego jądra ciężkiego pierwiastka) mają określoną energię. Aby prawdopodobieństwo rozbicia przez neutrony innych jąder było jak największe, bez czego reakcja nie będzie samopodtrzymująca, konieczne jest, aby neutrony te straciły część swojej prędkości. Osiąga się to poprzez umieszczenie w reaktorze moderatora, w którym szybkie neutrony w wyniku licznych, następujących po sobie zderzeń ulegają przemianie w wolne. Ponieważ substancja stosowana jako moderator musi mieć jądra o masie w przybliżeniu równej masie neutronów, czyli jądra pierwiastków lekkich, od samego początku jako moderator stosowano ciężką wodę (D 2 0, gdzie D to deuter , który zastąpił lekki wodór w zwykłej wodzie N 2 0). Jednak teraz coraz częściej starają się wykorzystywać grafit - jest tańszy, a daje prawie taki sam efekt.

Tona ciężkiej wody zakupiona w Szwecji kosztuje 70–80 mln franków. Na konferencji genewskiej w sprawie pokojowego wykorzystania energii atomowej Amerykanie ogłosili, że wkrótce będą mogli sprzedawać ciężką wodę po cenie 22 milionów franków za tonę.

Tona grafitu kosztuje 400 tysięcy franków, a tona tlenku berylu kosztuje 20 milionów franków.

Substancja stosowana jako moderator musi być czysta, aby uniknąć utraty neutronów podczas przechodzenia przez moderator. Na końcu biegu neutrony osiągają średnią prędkość około 2200 m/s, podczas gdy ich prędkość początkowa wynosiła około 20 tys. km/s. W reaktorach wydzielanie ciepła następuje stopniowo i można je kontrolować, w przeciwieństwie do bomby atomowej, gdzie następuje natychmiastowo i przybiera charakter eksplozji.

Niektóre typy reaktorów prędkich nie wymagają moderatora.

3. System regulacyjny.

Osoba powinna mieć możliwość wywołania, regulowania i zatrzymania reakcji nuklearnej według własnego uznania. Osiąga się to za pomocą prętów regulacyjnych wykonanych ze stali borowej lub kadmu – materiałów, które mają zdolność pochłaniania neutronów. W zależności od głębokości opuszczenia prętów regulacyjnych do reaktora, liczba neutronów w rdzeniu wzrasta lub maleje, co ostatecznie umożliwia regulację procesu. Drążki sterujące sterowane są automatycznie za pomocą serwomechanizmów; Niektóre z tych prętów w razie zagrożenia mogą natychmiast wpaść do rdzenia.

Początkowo istniały obawy, że eksplozja reaktora spowoduje takie same zniszczenia jak bomba atomowa. Aby udowodnić, że wybuch reaktora następuje tylko w warunkach odbiegających od normalnych i nie stwarza poważnego zagrożenia dla ludności zamieszkującej okolice elektrowni jądrowej, Amerykanie celowo wysadzili jeden z tzw. „wrzących” reaktorów. Rzeczywiście doszło do eksplozji, którą możemy określić jako „klasyczną”, czyli niejądrową; to po raz kolejny dowodzi, że reaktory jądrowe można budować w pobliżu obszarów zaludnionych, bez stwarzania dla nich szczególnego zagrożenia.

4. Układ chłodzenia.

Podczas rozszczepienia jądrowego uwalniana jest pewna energia, która jest przekazywana produktom rozpadu i powstającym neutronom. Energia ta w wyniku licznych zderzeń neutronów zamienia się w energię cieplną, dlatego aby zapobiec szybkiej awarii reaktora, należy odprowadzić ciepło. W reaktorach przeznaczonych do produkcji izotopów promieniotwórczych ciepło to nie jest wykorzystywane, natomiast w reaktorach przeznaczonych do wytwarzania energii staje się wręcz głównym produktem. Chłodzenie można przeprowadzić za pomocą gazu lub wody, która krąży w reaktorze pod ciśnieniem przez specjalne rurki, a następnie jest chłodzona w wymienniku ciepła. Uwolnione ciepło można wykorzystać do podgrzania pary, która obraca turbinę podłączoną do generatora; takim urządzeniem byłaby elektrownia jądrowa.

5. Ekran ochronny.

Aby uniknąć szkodliwego działania neutronów, które mogą ulecieć na zewnątrz reaktora i uchronić się przed promieniowaniem gamma emitowanym podczas reakcji, konieczna jest niezawodna ochrona. Naukowcy obliczyli, że reaktor o mocy 100 tys. kW emituje taką ilość promieniowania radioaktywnego, że osoba znajdująca się w odległości 100 m od niego otrzymałaby je w ciągu 2 minut. dawka śmiertelna. Aby zapewnić bezpieczeństwo personelu obsługującego reaktor, wzniesiono dwumetrowe ściany ze specjalnego betonu z płytami ołowianymi.

Pierwszy reaktor zbudował w grudniu 1942 roku włoski Fermi. Pod koniec 1955 roku na świecie było około 50 reaktorów jądrowych (USA – 2 1, Anglia – 4, Kanada – 2, Francja – 2). Dodać należy, że do początku 1956 roku zaprojektowano około 50 kolejnych reaktorów do celów badawczych i przemysłowych (USA – 23, Francja – 4, Anglia – 3, Kanada – 1).

Rodzaje tych reaktorów są bardzo zróżnicowane, począwszy od reaktorów na neutrony powolne z moderatorami grafitowymi i uranem naturalnym jako paliwem, po reaktory na neutrony szybkie wykorzystujące jako paliwo uran wzbogacony plutonem lub uran 233, wytwarzany sztucznie z toru.

Oprócz tych dwóch przeciwstawnych typów istnieje cała seria reaktorów, które różnią się między sobą składem paliwa jądrowego, rodzajem moderatora lub chłodziwem.

Bardzo ważne jest, aby pamiętać, że chociaż teoretyczna strona zagadnienia jest obecnie dobrze zbadana przez specjalistów we wszystkich krajach, w praktyce różne kraje nie osiągnęły jeszcze tego samego poziomu. Stany Zjednoczone i Rosja wyprzedzają inne kraje. Można postawić tezę, że przyszłość energetyki jądrowej będzie zależeć w głównej mierze od postępu technologicznego.