Ядерные реакторы

2 декабря 1942 в 15 часов 25 минут по местному времени на теннисном корте под трибунами стадиона в Чикаго Энрико Ферми впервые в истории человечества совершил управляемую ядерную реакцию в "атомном котле". Первый ядерный реактор представлял собой сплющенный эллипсоид диаметром 8 метров и высотой 6 метров, составленный из 385 тонн графитовых брикетов, между которыми на расстоянии 21 см друг от друга были размещены 46 тонн урановых блоков весом 2 кг каждый, то есть реактор был похож на кристалл с кубической решеткой. Мощность этого реактора - 40 Вт - была меньше мощности горящей спички, и после 28 минут работы ядерную реакцию в нем было остановлено. Это было начало атомной эры: отныне пути назад, в доатомную эру, не было.

Работы по использованию энергии деления урана, проводились в США (6 декабря 1941 правительство США приняло решение о начале работ по проблеме атомной бомбы), были строго засекречены. В Советском Союзе обратили внимание, что во всех иностранных журналах прекратились публикации по ядерной физике, что означало засекреченности целой отрасли науки. Ничем другим нельзя было объяснить исчезновение этих публикаций. Причем они исчезли как из немецких научных журналов, так и из английских и американских, то есть похоже было на то, что в этих странах развиваются секретные работы. Фамилии ученых, занимающихся ядерными проблемами, не появлялись, они просто исчезли из журналов. По этому поводу было много рассуждений, и все пришли к выводу, что в США, Англии и Германии начаты работы по созданию ядерного оружия. Причем США и Англия держали в секрете свои работы даже от СССР - союзника по антигитлеровской коалиции ..

11 февраля 1943 правительство СССР приняло решение об организации работ по уранового проекта. Руководителем работ был утвержден Игоря Васильевича Курчатова - одного из ведущих специалистов в области ядерной физики и, что не менее важно, человека, который имел выдающиеся организаторские способности и огромную личную привлекательность.

Для о ведении работ было организовано Лабораторию № 2 АН СССР (ныне - Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова). Основным и первоочередной задачей Лаборатории № 2 было проведение исследований, которые позволили бы осуществить цепь Гову реакцию деления урана. Грандиозную программу создания реактора и осуществления управляемой цепной реакции можно было выполнить, разработав подробную теорию реактора и экспериментально проверив ее, а также получив сотни тонн графита высокой степени чистоты и десятков тонн очень чистого урана. Такой графит и уран в Советском Союзе никогда раньше не производились. Но война и необходи и ность скорейшего создания атомного оружия спрессовали время. До 1946 года было создано принципиально новые производства сверхчистых урановых и графитовых блоков, и 25 декабря 1946 в 19 часов И. В. Курчатов с участием четырех сотрудников запустил первый советский урановый реактор Ф-1.

Создание реактора Ф-1 стало достижением советской науки и техники, первым этапом генерального развития и решения атомной проблемы. Это был огромный подвиг ученых, инженеров, рабочих, создавших первый реактор, а также работников урановой и графитовой промышленности. Полученные на реакторе небольшие количества плутония позволили изучить его химические свойства и разработать технологию извлечения плутония из облученного урана. (10 июня 1948 года в СССР было введено в действие промышленный ядерный реактор по производству плутония, а 29 августа 1949 был испытан первую советскую атомную бомбу из плутония-239, чем был положен конец монополии США на ядерное оружие). Следует также отметить, что экспериментальные возможности первого советского реактора Ф-1 были значительно шире, чем у американского (полная мощность реактора Ф-1 достигала 4000 кВт, а американского не превышала 200 Вт).

15 декабря 1948 неподалеку от Парижа под руководством Ирэн и Фредерика Жолио-Кюри был введен в действие французский атомный реактор.

Первая в мире атомная электростанция мощностью 5000 кВт начала работать 27 июня 1954 в г.. Обнинске под Москвой.

С тех пор прошло не так много времени, но уже сейчас более 400 ядерных реакторов в 26 странах мира производят более 300 000 000 киловатт электроэнергии - около 16% всей электроэнергии на Земле, то есть больше, чем все гидростанции мира. Во Франции АЭС производят более 80% электроэнергии, в Украине - более 50%.

История овладения атомной энергией уникальна во многих отношениях: по значимости проблемы, обстоятельствами, сопровождавшими ее решения, и последствиями, которые осознали еще далеко не все. В науке так случалось и раньше, что два исследователя независимо друг от друга открывали то же явление. Сам по себе этот факт не является очень странным, если мы верим в объективность законов природы. Но впервые случилось так, что сотни и тысячи людей, разделенные океанами, пожаром войны и стеной секретности, последовательно, шаг за шагом направлялись к одинаковым выводам, ставили и решали те же научные, технологические и инженерные задачи и примерно в той же последовательности. Только в 1955 году, после 15 лет практически полной изоляции, ученые из 79 стран собрались в Женеве на Первую международную конференцию по мирному использованию атомной энергии и смогли убедиться, что их независимые измерения и формулы совпали с большой точностью. Вроде Книга Природы открылась перед всеми одновременно, а они лишь записали ее письмена.

Все физические процессы, происходящие внутри ядерного реактора, мы знаем теперь достаточно подробно. Чтобы началась цепная реакция, фактически достаточно одного нейтрона. В толще урана они всегда есть: каждую секунду в 1 кг урана спонтанно происходит разделение 7 ядер, и нейтроны, вылетающие при этом, могут быть "спичкой", что поджигает "урановое костра". Нейтроны, вылетевших прежде чем дать начало новому поколению нейтронов, живут в реакторе менее тысячную долю секунды. За это время они успевают испытать 114 столкновений с ядрами углерода, пройти путь, длина которого 54 см, замедлиться до тепловых скоростей и вызвать новое разделение ядра урана. Количество нейтронов в реакторе нарастает лавинообразно и через несколько секунд достигает уровня, который заранее задан расположением стержней-поглотителей нейтронов. В каждом кубическом сантиметре объема мощного реактора содержится примерно полмиллиарда нейтронов, которые всегда "находятся в пути" от одного ядра урана к другому. В целом же внутри корпуса реактора устанавливается некоторое стационарное распределение нейтронов, так называемое "нейтронное поле", которое имеет достаточно сложную конфигурацию. Им можно управлять, иногда оно колеблется. Это поле всегда является предметом пристального внимания физиков и повседневных забот инженеров.

В целом, несмотря на сложность физических процессов, происходящих в "атомном котле», его принципиальная схема оказалась чрезвычайно простой. "Урановый реактор олицетворяет гениальное и самое удивительное достижение науки за всю историю человечества", - писал Содди в конце жизни, через 50 лет после начала своих опытов с ураном.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >