Ланцюгову ядерну реакцію вчені й інженери змогли зробити керованою: для цього необхідно було забезпечити, щоб кількість ядер, що діляться, в одиницю часу залишалася постійною. Уперше керована ланцюгова реакція поділу ядер урану була здійснена 1942 р. у США під керівництвом італійського фізика Енріко Фермі.

Ядерним реактором називається пристрій, у якому виділяється теплова енергія в результаті керованої ланцюгової реакції поділу ядер.

Як було встановлено дослідним шляхом, для виконання ланцюгової керованої реакції найбільш ефективними є повільні нейтрони, кінетична енергія яких у десятки разів менше, ніж енергія нейтронів, що вилітають під час поділу ядер. Тому виникає потреба в уповільнювачі нейтронів. Кращим сповільнювачем є важка вода. Звичайна вода сама захоплює нейтрони і перетворюється на важку воду. Гарним уповільнювачем вважається також графіт, ядра якого не поглинають нейтрони. Щоб кількість ядер урану, що діляться в одиницю часу, залишалася постійною, необхідно, щоб залишалося постійним і число повільних нейтронів. Якщо їхня кількість почне збільшуватися, це загрожує атомним вибухом, а якщо почне зменшуватися — реакція «згасне». Щоб забезпечити сталість числа нейтронів, використовують поглиначі нейтронів — речовини, ядра яких ефективно поглинають нейтрони. Гарними поглиначами нейтронів є кадмій і бор. З них виготовляють регулюючі стрижні, що вводяться в робочий простір ядерного реактора: змінюючи глибину занурення цих стрижнів, можна змінювати число ядер урану, які діляться щомиті. Щоб у зразку урану могла відбуватися ланцюгова ядерна реакція, його маса повинна бути досить великою. Це необхідно для того, щоб нейтрони, що випускаються під час поділу ядер, не вилітали відразу ж за межі зразка, а спричиняли нові реакції поділу.

Найменшу масу речовини, що ділиться і за якої можлива ланцюгова ядерна реакція, називають критичною масою.

Для кулястого зразка чистого урану \( {^ {235} _ {92} U } \) критична маса дорівнює приблизно 50 кг. Однак її можна зменшити в десятки разів, використовуючи уповільнювачі нейтронів і оточуючи зразок берилієвою оболонкою — вона відбиває нейтрони, що вилітають, у зону реакції, збільшуючи їхній шлях у зразку. На рисунку схематично зображена схема будови атомної електростанції (АЕС) з ядерним реактором на повільних нейтронах.


Ядерне паливо розташовується в активній зоні (1) у вигляді вертикальних стрижнів, що називаються тепловидільними елементами (ТВЕЛ). Активна зона оточена відбивачем (2) і товстою захисною оболонкою із залізобетону (3). Реактором керують за допомогою регулюючих стрижнів (4), виготовлених з поглинача нейтронів. Тепло з гарячої активної зони реактора виводиться теплоносієм (наприклад, водою). Теплоносій першого контуру передає тепло в парогенератор (5), перетворюючи воду на пару під високим тиском, і повертається потім знову в активну зону. Пара, що утворилася в парогенераторі, обертає турбіну (6), з’єднану з генератором електроенергії (7). Відпрацьована пара конденсується в конденсаторі (8), звідки вода знову надходить у парогенератор. Головна перевага АЕС полягає в тому, що для їхньої роботи необхідно дуже мала (за масою) кількість палива порівняно з тепловими електростанціями. Крім цього, запаси ядерного палива досить великі: за різними оцінками його може вистачити на кілька століть. АЕС, що нормально функціонують, забруднюють навколишнє середовище значно менше, ніж теплові електростанції.


Остання зміна: четвер 14 травня 2020 23:50 PM