Прообразом Белоярской атомная электростанция

.

Она по­служила первая в мире атомная электростанция. Научно-технические идеи, заложенные в первенце атомной энергетики, на уральской станции воплощены на новом, более современном уровне.

Основная отличительная особенность БАЭС — ядер­ный перегрев пара непосредственно в самом реакторе, перед подачей пара на турбину. Это позволяет с макси­мальной выгодой использовать возможности ядерного топлива, а также получить высокие параметры пара и тем самым уже сейчас достигнуть коэффициента полез­ного действия в 35—38%, как и у самых лучших совре­менных тепловых станций.

Схема первого блока БАЭС на 100 тыс. квт, который вступил сейчас в период опытно-промышленной эксплу­атации с постепенным освоением проектной мощности, состоит из двух контуров. Вода первого контура под давлением 155 ат подается в испарительные каналы, расположенные в активной зоне реактора. Здесь она нагревается теплом расщеп­ляющегося урана до 340° С и частично испаряется. Об­разующаяся пароводяная эмульсия поступает в сепара­тор, откуда пар подается в специальный испаритель и там отдает свой «жар» воде второго контура. Пар второго контура под давлением 110 ат и с тем­пературой ‘314° С из испарителя поступает в активную зону реактора — в пароперегревательные каналы. Здесь пар второго контура перегревается до 480—500° Читать далее

Наличие электронов

Первоначально предполагалось, что помимо протонов в состав ядер входят еще и электроны. Наличие там электронов, казалось, подтверждалось фактом испуска­ния радиоактивными веществами бета-лучей, т. е. бы­стрых электронов. Однако уже в тридцатых годах нашего столетия выяснилось, что такое предположение противо — реч’ит ряду опытных фактов и потому неправильно. Электрон слишком велик, чтобы поместиться внутри ядра. Классический диаметр электрона (Ю-13 см) оказы­вается таким же, что и диаметр ядра. Если же учесть, что электрон обладает волновыми свойствами, т. е. ве­дет себя аналогично волне, длина которой, определяемая по формуле де Бройля (4), значительно превосходит раз­меры ядра, то становится ясным, что такой электрон втиснуться в ядро не может.

Современное учение о строении атомных ядер заро­дилось в 1932 г. Непосредственным толчком к его воз­никновению послужило открытие в 1932 г. английским физиком Д. Чадвиком новой, неизвестной до того вре­мени частицы вещества — нейтрона.

Нейтрон — это, как видно из его названия, нейтраль­ная, т. е. не имеющая электрического заряда, частица с массой, равной приблизительно массе протона. Более точная величина его массы составляет 1,00898 а.е.м.,
что Читать далее

Периодический закон элементов Д. И. Менделеева

Прежде чем рассматривать внутреннее строение ато­мов, мы расскажем о периодическом законе химических элементов, который вот уже почти целое столетие служит руководящим принципом при изучении атомов. Этот закон открыт гениальным русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869 г. В то далекое от нас время было известно всего 64 химических элемента. Причем лишь 35 из них были изучены достаточно хоро­шо, у остальных даже основные свойства еще не были установлены с достоверностью. Само существование ато­мов еще не было доказано экспериментально. В этих условиях лишь гениальный ум и глубочайшая вера в объективность законов природы смогли привести Мен­делеева, стихийного материалиста и диалектика, к от­крытию, которое Ф. Энгельс о-ценил как научный подвиг. Менделеев установил, что свойства химических эле­ментов изменяются периодически и что между ними, сле­довательно, существует внутренняя закономерная связь. Основываясь на этом, Менделеев расположил элементы в ряд групп, построив таким образом периодиче­скую систему элементов (рис. 1), в которой, как выяснилось позже, каждый элемент имеет объектив­но обусловленное место с определенным порядковым номером, называемым атомным номером или числом Менделеева. Зная место элемента в периоди­ческой системе, можно определить его основные свой­ства. Менделеев предсказал существование новых, не известных еще элементов и наперед Читать далее

Ядерное устройство

Рассмотрим устройство ядерного реактора на при­мере ураново-графитового реактора, работающего на тепловых нейтронах.

Ядерный реактор представляет собой сооружение, внутри которого расположен графитовый блок (замед­литель нейтронов), заполненный стержнями из естествен­ного урана. Блок из графита представляет собой очень чистый углерод. Освобождаемые при реакции деления ядер урана-235 быстрые нейтроны сталкиваются на своем пути движения с атомами углерода, и поэтому их скорость уменьшается до уровня энергии тепловых ней­тронов. Часть нейтронов все же улетает из котла. Одна­ко с помощью окружающей реактор оболочки (напри­мер, из бериллия) эти нейтроны можно отразить и на­править в зону ядерной реакции. Использование отра­жателя нейтронов позволяет уменьшить критический объем реактора.

Кроме урановых стержней в реактор, работающий на тепловых нейтронах, вводятся еще стержни управления, покрытые кадмием или выполненные из бористой стали (содержание 1—2% бора). Кадмий, как и бористая сталь, обладает свойством хорошо поглощать медлен­ные нейтроны, и поэтому, в зависимости от глубины по­гружения этих стержней в реактор, цепную реакцию можно замедлить, ускорить или приостановить вовсе. Во всех реальных системах в целях безопасности детали из делящихся материалов вводятся снизу или сбоку, а поглощающие стержни — сверху.

Нагревание материалов

Из которых состоит реактор, приводит к тому, что они расширяются, а плот­ность этих материалов падает, что в свою очередь ведет к увеличению свободного пробега нейтронов, а следова­тельно, к ухудшению замедляющих свойств замедлителя и дополнительной утечке нейтронов из реактора. Для компенсации этих потерь также нужно несколько увели­чить критические размеры реактора.

Какая же форма реактора является наиболее выгод­ной? Чтобы ответить на этот вопрос, вспомним, что утеч­ка нейтронов из реактора происходит из наружного его слоя (с поверхности). Новые же нейтроны при цепной реакции рождаются во всем объеме реактора. Следова­тельно, для уменьшения потерь нейтронов необходимо уменьшить отношение площади поверхности реактора к его объему, что достигается увеличением размеров реак­тора.

Действительно, представим себе сферический реактор радиусом поверхность которого равна 5 = 4л;/?2, а объем V = — я/?3. В этом случае отношение поверхности к объему будет равно Из этого выражения следует, что с увеличением раз­меров реактора (его радиуса) отношение уменьшает­ся, а следовательно, уменьшается и доля потерянных нейтронов. Как известно, для одного и того же объема наимень­шей поверхностью обладает сфера. Поэтому наименьший критический объем будет иметь сферический реактор. Читать далее

Явления, наблюдаемые при ядерном взрыве

В зависимости от характера объекта и задач атом­ного нападения ядерный взрыв может быть произведен в воздухе, у поверхности земли (воды) или под землей (под водой). Соответственно этому различают воздуш­ный, наземный (надводный) и подземный (подводный) взрывы. Воздушный ядерный взрыв может применяться для разрушения городских и промышленных зданий, для по­ражения людей и техники на поле боя, для поражения самолетов на аэродромах; в этих случаях он произво­дится на высоте нескольких сотен и тысяч метров над землей — в зависимости от величины тротилового экви­валента заряда. Воздушный ядерный взрыв может быть применен для поражения летящих самолетов и самоле­тов-снарядов. В этом случае взрыв может производить­ся на больших высотах над поверхностью земли; это так называемый высотный ядерный взрыв. Наземный (надводный) взрыв может применяться для разрушения прочных наземных сооружений, желез­нодорожных узлов, убежищ тяжелого типа, аэродромов, для поражения надводных кораблей. Он может быть произведен на высоте нескольких десятков метров над землей (водой) или непосредственно у поверхности зем­ли (воды). По мнению иностранных специалистов, подземный атомный взрыв может применяться для разрушения осо­бо прочных подземных сооружений, аэродромов, подзем­ных заводов и складов. В некоторых случаях наземный Читать далее

Факторы ядер­ного взрыва

Это ударную волну, световое из­лучение, проникающую радиацию и ра­диоактивное заражение местности. Таким образом, в отличие от взрыва обычных взрывчатых ве­ществ ядерный взрыв характеризуется комбинирован­ным поражающим действием.

Расскажем о высотном и космическом взрывах. Внешняя картина высотного ядерного взрыва напоми­нает воздушный взрыв. Отличие состоит в том, что с земли не поднимается столб пыли. При взрыве наблю­даются огненный шар и клубящееся облако.

Поражение летящего самолета при высотном взрыве происходит или вследствие разрушения конструкции са­молета, или в результате гибели >его экипажа. Конструк­ция самолета разрушится под действием ударной волны и светового излучения; экипаж погибнет от действия проникающей радиации. Таким образом, поражающими факторами при высотном атомном взрыве являются ударная волна, световое излучение и проникающая ра­диация.

Космический ядерный взрыв происходит на такой вы­соте, где плотность воздуха практически равна нулю. В этом случае энергия взрыва передается только тому веществу, из которого состоит ядерный заряд и связан­ные с ним устройства, например ракета-носитель. Все это вещество разогревается до очень высокой темпера­туры, испаряется и превращается в сильно ионизирован­ный Читать далее

Ядерные реакторы, их классификация

Все существующие ядерные силовые установки обя­зательно имеют реактор. Однако типы используемых при этом реакторов могут быть разными. В одних силовых установках используются так называемые гомогенные реакторы, в других — гетерогенные. Иначе говоря, вы­полняя одну и ту же функцию, реакторы по своим кон­структивным особенностям могут существенно разли­чаться между собой. Для того чтобы четко себе пред­ставить тип того или иного реактора, необходимо вначале произвести их классификацию.

Классификация ядерных реакторов может быть про­изведена по одному из следующих признаков.

А. По виду используемого делящегося вещества реакторы подразделяются на работающие на чистом уране-235, природном уране или на природ­ном, обогащенном ураном-235, на плутонии и ура — не-233.

Б. По расположению делящегося веще­ства и замедлителя реакторы подразделяются на гомогенные и гетерогенные. Последние, как правило, в своем рабочем объеме имеют замедлитель нейтронов. При этом делящееся вещество и замедлитель в рабочем объеме распределяются в виде отдельных блоков, обра­зуя так называемую объемную решетку, или решетку из стержней урана. В гомогенном реакторе замедлитель (если он есть) перемешан с делящимся веществом так, что в каждой точке активной зоны реактора концентра­ция урана одинакова. Гомогенные реакторы могут рабо­тать и без замедлителя — только на одном лишь уране.

Основной закон радиоактивного распада

Прежде всего следует указать, что радиоактивный распад имеет статистический характер. Это означает, что ядра радиоактивных изотопов распадаются независимо друг от друга и не одновременно все сразу, а как бы по очереди: одно, потом какое-то другое, третье и т. д. Но рано или поздно все радиоактивные ядра распадаются, превращаясь в более устойчивые.

Процесс этот происходит с определенной для каждого изотопа скоростью, которую невозможно ни увеличить, ни уменьшить. У каждого радиоактивного изотопа распадается в единицу времени вполне определенная часть (доля) общего числа его атомов (ядер).

Число атомов, распадающихся в единицу времени, за­висит, разумеется, от количества атомов, т. е. от массы радиоактивного изотопа. Чем меньше взято вещества, тем меньше в нем атомов и тем мень­ше будет число распадающихся атомов. Так, напри­мер, в грамме радия распадается в течение секунды распадающихся за то же время атомов уменьшится вдвое. Но доля распадающихся атомов не изменится и будет для данного радиоактивного вещества постоянной величиной, за что ее и называют постоянной рас­пада. Эта малая дробь показывает, что в секунду из каж­дых 10 триллионов атомов радия распадается всего 137 атомов. Постоянная распада зависит от устойчивости атом­ных ядер — и у различных радиоактивных изотопов имеет свои разные значения. Чем больше постоянная распада, тем быстрее уменьшается первоначальное количество атомов. Читать далее

10 периодов активности

По истечении десяти периодов активность снижается до — = 0,001, что составляет 0,1% первоначальной величины. Следо­вательно, по истечении достаточно большого числа пе­риодов — полураспада можно считать, что распад факти­чески закончился.

Уменьшение количества радиоактивного изотопа, или его активности, с течением времени можно изобразить графически с помощью кривой (рис. 15). Здесь для простоты начальная активность принята за единицу, а вре­мя отложено по горизонтальной оси в периодах полу­распада. Активность какого-либо радиоактивного вещества в Международной системе единиц (СИ) измеряется числом распадов в веществе за одну секунду (распад/сек). Од­нако на практике все еще пользуются внесистемной еди­ницей кюри, установленной в свое время по радию. Активность данного количества радио­активного вещества равна 1 кюри, если в нем происходит 37-109 распадов за одну секунду. По активности того или другого препарата можно су­дить о количестве (точнее, массе) радиоактивного изо­топа, находящегося в нем. Единица активности — кюри — служит в то же время единицей для измерения количества радиоактивного вещества. Под кюри понимают в этом случае такое количество радиоактивного вещества, Читать далее