Однородные и неоднородные реакторы


Виды реакторов
Виды реакторов
Схема работы воспроизводящего реактора.
Схема работы воспроизводящего реактора.

Реакторы разнообразны. Их различают по способу применения, по виду ядерного «топлива» и по принципу его расположения. Кроме того, иногда реакторы определяют по используемым нейтронам — замедляются они там или нет. Есть, например, реактор на быстрых нейтронах, без замедлителя. Только для него необходимо ядерное топливо, склонное к захвату нейтронов любых энергий.

Реакторы, в которых делящийся элемент (чаще всего уран) располагается в замедлителе через определенные промежутки, называют неоднородными. Ведь здесь идет замедлитель, потом урановый блок, снова замедлитель и снова ядерное топливо. Мы уже говорили о таком котле.

Существуют и однородные реакторы. Там не отличишь ядерного топлива от замедлителя, так как соли урана в них растворяются обыкновенной или тяжелой водой. Правда, для реакторов с обычной водой приходится прибегать к сложному процессу — обогащать природный уран, т. е. повышать в нем содержание хорошо делящегося изотопа — урана-235. Без этого цепная реакция невозможна: она сразу же затухает.

Интересно свойство однородного котла саморегулироваться. Если число делений урана в нем начинает возрастать, то сразу же увеличивается выход энергии. Температура жидкости увеличивается. И, как только возрастет температура, жидкость начнет расширяться, расстояние между соседними ядрами урана увеличится, число их делений упадет, мощность снова возвратится к своему первоначальному значению. Точно так же регулируется и резкое уменьшение числа делений.

Пожалуй, самые замечательные ядерные реакторы — воспроизводящие.

Мы уже говорили, что замедлившиеся нейтроны могли быть захвачены ядром урана-238. Но при этом захвате нейтронов образуется новый элемент периодической системы — нептуний. Распадаясь, он в свою очередь дает еще один элемент — плутоний, прекрасное атомное топливо. Ядра его делятся всеми нейтронами и с успехом могут заменить уран-235. Кроме урана, делится и другой тяжелый элемент — торий. Но он не дает цепной реакции. Количество рождающихся в нем нейтронов невелико: их не хватает для компенсации потерянных при делении. Зато он, как и уран-238, может стать источником нового ядерного сырья. Захватывая нейтрон, ядро тория превращается в ядро еще одного изотопа — урана с атомным весом 233. Он подобен урану-235, т. е. прекрасно делится всякими нейтронами.

Значит, на смену ядрам урана-238 и тория могут появиться другие хорошо делящиеся ядра.

Схема воспроизводящего реактора проста. Обычный атомный котел окружают толстой «подушкой» из урана-238 или тория. Отражателя у котла нет, и нейтроны свободно проникают в ядра «подушки». Здесь-то они и воспроизводят новое топливо. В зависимости от величины слоя урана-238 или тория и мощности реактора может возникнуть топлива даже больше, чем тратится в атомном котле.