Astăzi vom face o scurtă călătorie în lumea fizicii nucleare. Tema excursiei noastre va fi un reactor nuclear. Veți afla cum funcționează, ce principii fizice stau la baza funcționării sale și unde este utilizat acest dispozitiv.

Nașterea energiei nucleare

Primul reactor nuclear din lume a fost creat în 1942 în SUA grup experimental de fizicieni condus de laureat Premiul Nobel Enrico Fermi. În același timp, au efectuat o reacție de auto-susținere de fisiune a uraniului. Geniul atomic a fost eliberat.

Primul reactor nuclear sovietic a fost lansat în 1946, iar 8 ani mai târziu, prima centrală nucleară din lume din orașul Obninsk a generat curent. Directorul științific șef al lucrărilor în industria energiei nucleare a URSS a fost un fizician remarcabil Igor Vasilievici Kurchatov.

De atunci, mai multe generații de reactoare nucleare s-au schimbat, dar elementele principale ale designului său au rămas neschimbate.

Anatomia unui reactor nuclear

Această instalație nucleară este un rezervor de oțel cu pereți groși, cu o capacitate cilindrică variind de la câțiva centimetri cubi până la mulți metri cubi.

În interiorul acestui cilindru se află sfântul sfintelor - miezul reactorului. Aici are loc reacția în lanț de fisiune nucleară.

Să vedem cum are loc acest proces.

Nuclei de elemente grele, în special Uraniu-235 (U-235), sub influența unui mic șoc energetic, ele sunt capabile să se destrame în 2 fragmente de masă aproximativ egală. Agentul cauzal al acestui proces este neutronul.

Fragmentele sunt cel mai adesea nuclee de bariu și cripton. Fiecare dintre ele poartă o sarcină pozitivă, așa că forțele de repulsie coulombiană îi forțează să se despartă în direcții diferite cu o viteză de aproximativ 1/30 din viteza luminii. Aceste fragmente sunt purtători de energie cinetică colosală.

Pentru utilizarea practică a energiei, este necesar ca eliberarea acesteia să fie autosusținută. Reacție în lanț, Fisiunea în cauză este deosebit de interesantă deoarece fiecare eveniment de fisiune este însoțit de emisia de noi neutroni. În medie, sunt produși 2-3 neutroni noi per neutron inițial. Numărul de nuclee de uraniu fisionabil crește ca o avalanșă, provocând eliberarea unei energii enorme. Dacă acest proces nu este controlat, se va întâmpla explozie nucleara. Are loc în .

Pentru a regla numărul de neutroni materialele care absorb neutronii sunt introduse în sistem, asigurând o eliberare lină de energie. Cadmiul sau borul sunt folosite ca absorbanți de neutroni.

Cum să frânezi și să folosești enormul energie kinetică fragmente? Lichidul de răcire este utilizat în aceste scopuri, de ex. un mediu special, în mișcare în care fragmentele sunt încetinite și se încălzesc la extrem temperaturi mari. Un astfel de mediu poate fi apă obișnuită sau grea, metale lichide (sodiu), precum și unele gaze. Pentru a nu provoca tranziția lichidului de răcire într-o stare de vapori, presiunea ridicată este menținută în miez (până la 160 atm). Din acest motiv, pereții reactorului sunt fabricați din oțel de zece centimetri de clase speciale.

Dacă neutronii zboară în afara combustibilului nuclear, reacția în lanț poate fi întreruptă. Prin urmare, există o masă critică de material fisionabil, de ex. masa sa minimă la care se va menține o reacție în lanț. Depinde de diverși parametri, inclusiv prezența unui reflector în jurul miezului reactorului. Acesta servește la prevenirea scurgerii de neutroni în mediu inconjurator. Cel mai comun material pentru acest element structural este grafitul.

Procesele care au loc în reactor sunt însoțite de eliberarea aspect periculos radiații – radiații gamma. Pentru a minimiza acest pericol, este echipat cu protecție anti-radiații.

Cum funcționează un reactor nuclear?

Combustibilul nuclear, numit bare de combustibil, este plasat în miezul reactorului. Sunt tablete formate din material sfărâmat și plasate în tuburi subțiri de aproximativ 3,5 m lungime și 10 mm în diametru.

Sute de ansambluri similare de combustibil sunt plasate în miez și devin surse de energie termică eliberată în timpul reacției în lanț. Lichidul de răcire care curge în jurul barelor de combustibil formează primul circuit al reactorului.

Încălzit la parametri înalți, este pompat într-un generator de abur, unde își transferă energia în apa din circuitul secundar, transformându-l în abur. Aburul rezultat rotește turbogeneratorul. Electricitatea generată de această unitate este transmisă consumatorului. Iar aburul evacuat, racit de apa din iazul de racire, sub forma de condens, revine in generatorul de abur. Ciclul este finalizat.

Această funcționare cu dublu circuit a unei instalații nucleare elimină pătrunderea radiațiilor care însoțesc procesele care au loc în nucleu dincolo de limitele sale.

Deci, în reactor are loc un lanț de transformări energetice: energia nucleară a materialului fisionabil → în energia cinetică a fragmentelor → energia termică a lichidului de răcire → energia cinetică a turbinei → și în energie electrică în generator.

Pierderile inevitabile de energie duc la Eficiența centralelor nucleare este relativ scăzută, 33-34%.

Pe lângă producție energie electrica La centralele nucleare, reactoarele nucleare sunt folosite pentru a produce diverși izotopi radioactivi, pentru cercetare în multe domenii ale industriei și pentru a studia parametrii admiși ai reactoarelor industriale. Reactoarele de transport, care furnizează energie pentru motoarele vehiculelor, devin din ce în ce mai răspândite.

Tipuri de reactoare nucleare

De obicei, reactoarele nucleare funcționează cu uraniu U-235. Cu toate acestea, conținutul său în material natural este extrem de scăzut, doar 0,7%. Cea mai mare parte a uraniului natural este izotopul U-238. Numai neutronii lenți pot provoca o reacție în lanț în U-235, iar izotopul U-238 este divizat doar de neutroni rapizi. Ca urmare a divizării nucleului, se nasc atât neutroni lenți, cât și cei rapizi. Neutronii rapizi, care se confruntă cu inhibiție în lichidul de răcire (apă), devin lenți. Dar cantitatea de izotop U-235 din uraniul natural este atât de mică încât este necesar să se recurgă la îmbogățirea lui, aducând concentrația acestuia la 3-5%. Acest proces este foarte costisitor și neprofitabil din punct de vedere economic. În plus, timpul de epuizare a resurselor naturale ale acestui izotop este estimat la doar 100-120 de ani.

Prin urmare, în industria nucleară Există o tranziție treptată la reactoare care funcționează pe neutroni rapizi.

Principala lor diferență este că metalele lichide sunt folosite ca lichid de răcire, care nu încetinesc neutronii, iar U-238 este folosit ca combustibil nuclear. Nucleele acestui izotop trec printr-un lanț de transformări nucleare în Plutoniu-239, care este supus unei reacții în lanț în același mod ca U-235. Adică, combustibilul nuclear este reprodus, și în cantități care depășesc consumul său.

Potrivit experților rezervele izotopului Uraniu-238 ar trebui să fie suficiente pentru 3000 de ani. Acest timp este suficient pentru ca omenirea să aibă suficient timp pentru a dezvolta alte tehnologii.

Probleme de utilizare a energiei nucleare

Alături de avantajele evidente energie nucleara, amploarea problemelor asociate cu exploatarea instalațiilor nucleare nu poate fi subestimată.

Primul este eliminarea deșeurilor radioactive și a echipamentelor demontate energie nucleară. Aceste elemente au activ radiații de fond, care persistă pe o perioadă lungă de timp. Pentru eliminarea acestor deșeuri, se folosesc recipiente speciale de plumb. Acestea ar trebui să fie îngropate în zone de permafrost la o adâncime de până la 600 de metri. Prin urmare, se lucrează în mod constant pentru a găsi o modalitate de reciclare a deșeurilor radioactive, care ar trebui să rezolve problema eliminării și să ajute la conservarea ecologiei planetei noastre.

A doua problemă nu mai puțin serioasă este asigurarea sigurantei in timpul functionarii CNE. Accidentele majore precum Cernobîl pot aduce multe vieți și pot face inutilizabile teritorii vaste.

Accidentul de la centrala nucleară japoneză Fukushima-1 a confirmat doar potențialul pericol care se manifestă atunci când apare o situație de urgență la instalațiile nucleare.

Cu toate acestea, posibilitățile energiei nucleare sunt atât de mari încât probleme ecologice se estompează în fundal.

Astăzi, omenirea nu are altă modalitate de a-și satisface foamea de energie din ce în ce mai mare. Baza energiei nucleare a viitorului va fi probabil reactoarele „rapide” cu funcția de a reproduce combustibilul nuclear.

Dacă acest mesaj ți-a fost de folos, m-aș bucura să te văd

Pe data de douăzeci și cinci decembrie se împlinesc 70 de ani de la lansarea primului reactor nuclear intern F-1, creat pentru implementarea proiectului nuclear sovietic. Reactorul, construit la Moscova pe teritoriul Laboratorului nr. 2 al Academiei de Științe a URSS (acum Institutul Național de Cercetare Kurchatov), ​​a devenit punctul de plecare pentru dezvoltarea multor zone nucleare pașnice în care Rusia ocupă o poziție de lider.

Președintele centrului, membru corespondent, a vorbit într-un interviu acordat corespondentului special al RIA Novosti, Vladimir Sychev, despre semnificația acelui eveniment pentru istoria Rusiei și a lumii întregi, despre importanța alegerii de către stat a priorităților strategice potrivite pentru dezvoltarea sa. și despre noile tehnologii unice dezvoltate de Institutul Kurchatov. Academia RusăȘtiințe Mihail Kovalchuk.

Mihail Valentinovici, ce a însemnat lansarea primului reactor F-1 pe continentul eurasiatic pentru industria noastră nucleară, pentru țară?

Nu numai pentru țară, ci și pentru viitorul lumii întregi. A fost un eveniment a cărui semnificație este greu de supraestimat. Imaginează-ți contextul politico-militar al vremii. Uniunea Sovietică a câștigat mare victorieîn mai 1945. Țara noastră a suportat greul bătăliei cu Germania nazistă. Spre sfarsitul Marelui Războiul Patriotic Uniunea Sovietică avea cea mai pregătită pentru luptă și echipată tehnic. Rolul URSS în lume sa întărit. Cu participarea noastră, a fost decisă soarta lumii - la conferințe de la Teheran, Yalta, Potsdam.

Și așa, pe 6 și 9 august 1945, Statele Unite au aruncat bombe atomice asupra Hiroshima și Nagasaki. De fapt, o țară s-a dovedit a fi proprietarul unor arme fără precedent cu o putere distructivă colosală. De fapt, victoria noastră a fost devalorizată. Până la 29 august 1949 - teste ale sovieticului bombă atomică la locul de testare Semipalatinsk - viitorul țării noastre a fost pus sub semnul întrebării. După cum știți, la 1 ianuarie 1950, conform planului troian american, a fost planificat să arunce 300 de bombe nucleare și 20 de mii de bombe convenționale asupra orașelor URSS.

Prin urmare, implementarea într-un timp foarte scurt, cu efort și resurse incredibile, a proiectului nuclear sovietic, a cărui primă etapă a fost lansarea reactorului F-1, a făcut posibilă restabilirea parității nucleare. Până acum, lumea trăiește fără un război global doar pentru că există un echilibru de putere. Și Rusia a supraviețuit până astăzi ca stat suveran pentru că atunci, în cele mai dificile vremuri, conducerea țării și știința avansată au găsit înțelegere reciprocă în fața amenințării care se confruntă. Pentru noi astăzi, acele evenimente servesc ca un exemplu al modului în care un stat ar trebui să aleagă și să combine prioritățile tactice și strategice, inclusiv cele științifice și tehnologice.

- Despre ce priorități vorbim?

Prioritățile tactice sunt pe termen scurt, ne asigură viata de zi cu zi, vizează producerea de produse specifice, crearea și dezvoltarea anumitor piețe și, de fapt, sunt specifice industriei.

Și prioritățile strategice sunt de natură pe termen mediu și lung. Nu se așteaptă inițial să creeze noi produse și piețe, dar ei sunt cei care asigură crearea de tehnologii fundamental noi, inovatoare și conduc la o schimbare a structurii tehnologice. De fapt, prioritățile strategice stabilesc viitorul.

Dar prioritățile tactice și strategice sunt legate între ele. Deși nu veți rezolva problemele actuale fără priorități tactice, dacă neglijați prioritățile strategice, dedicând forțe și resurse doar pentru rezolvarea problemelor tactice, atunci securitatea și independența țării și viitorul ei pot fi în pericol. Este important de menționat că prioritatea strategică, inclusiv în știință, nu poate fi niciodată aleasă, la figurat vorbind, la o adunare populară.

Prioritatea tactică este de fapt un echilibru al intereselor unui număr mare de jucători, participanți la piață cu produsele și banii lor. O prioritate serioasă, strategică, poate fi identificată doar de un grup de oameni progresiști ​​care privesc înainte și văd viitorul.

Prioritățile strategice avansează întotdeauna prin luptă, depășind rezistența mediului. Justificarea lor trebuie confirmată de un număr mare de examene profesionale. Abia atunci poate apărea o imagine care să privească spre viitor.

- Și proiectul atomic este un exemplu în acest sens?

Cred că asta este cel mai mult exemplu principal. În timpul războiului, prioritățile tactice au inclus, de exemplu, evacuarea întreprinderilor de apărare spre est, desfășurarea producției de noi tipuri de arme, cu ajutorul cărora am câștigat. Dar începerea lucrărilor privind armele atomice în Statele Unite a devenit o adevărată provocare strategică pentru țara noastră.

Și imaginați-vă ce s-ar întâmpla dacă chiar acum ani grei război, o parte a comunității noastre științifice nu a sunat toate clopotele, spunând că trebuie să ne creăm armele atomice, iar autoritățile nu vor sprijini oamenii de știință și nu vom începe să lucrăm pe acest subiect. Poate că până la începutul anilor 1950, țara noastră ar fi putut înceta cu totul să mai existe și nu v-am mai vorbi acum.

Program de creare arme nucleareÎn SUA a fost numit Proiectul Manhattan. Prima bombă atomică a fost detonată într-un loc de testare din New Mexico în iulie 1945. Oameni de știință remarcabili, dintre care mulți au emigrat în Statele Unite din Europa ocupată, atrăgând capacități financiare și de producție enorme, 130 de mii de muncitori și ingineri - toate acestea au permis americanilor să creeze o bombă atomică în puțin peste trei ani.

În URSS în anii 1930, un număr de institute fizice a obținut rezultate importante în studiul, așa cum se numea atunci, perspectivele de utilizare a energiei intranucleare: Institutul de Fizică și Tehnologie din Leningrad condus de Abram Ioffe, Institutul de Fizică Chimică condus de Nikolai Semenov, Institutul Radium condus de Vitali Khlopin, Fizica Lebedev Institutul condus de Serghei Vavilov, KIPT din Harkov.

Printre studenții lui Ioffe (apropo, care au studiat cândva cu Wilhelm Roentgen însuși) a fost Igor Vasilyevich Kurchatov, care a condus departamentul de fizică nucleară la LPTI la începutul anilor 1930. În 1937, la Institutul Radium, el și Lev Mysovsky au lansat primul ciclotron din Europa, iar acolo, în 1940, Konstantin Petrzhak și Georgy Flerov au descoperit fenomenul de fisiune spontană a uraniului.

Același Georgy Flerov, un tehnician locotenent (mai târziu academician, tovarășul lui Kurchatov la crearea primei bombe atomice sovietice, unul dintre fondatorii Institutului Comun pentru Cercetări Nucleare din Dubna) a fost cel care a scris o scrisoare de pe front către Iosif. Stalin în aprilie 1942, unde a vorbit cu aproape certitudine despre faptul că munca de creare a armelor nucleare a început în plină desfășurare în Statele Unite. În același timp, conducerea GRU al Statului Major al Armatei Roșii a informat Academia de Științe a URSS despre lucrări străine privind utilizarea energiei atomice în scopuri militare.

Dar începutul real al proiectului atomic sovietic este considerat a fi 28 septembrie 1942, când Comitetul de Apărare a Statului (GOKO) a recunoscut necesitatea reluării „lucrărilor privind studierea posibilității de stăpânire a energiei intranucleare”, întreruptă de izbucnirea războiului. Conducerea țării, bazându-se pe sistemul său de expertiză, pe datele primite prin diverse canale, inclusiv de la informații, a evaluat ceea ce au spus oamenii de știință și a făcut absolut alegerea potrivita, incepand lucrul la problema atomica.

- De ce crearea și lansarea reactorului F-1 este considerată o etapă cheie în proiectul nostru nuclear?

Faptul este că nucleul central al oricărui program de creare a armelor atomice este producția de materiale fisionabile și explozivi nucleari. Puteți dezvolta modele originale de încărcături nucleare după cum doriți, dar fără cantitatea necesară de plutoniu-239 sau uraniu-235, aceste idei vor rămâne idei.

Inițial, pentru prima noastră bombă atomică a fost aleasă varianta cu încărcătură de plutoniu - producția de plutoniu într-un reactor industrial era mai realizabilă decât producția de uraniu îmbogățit și din punct de vedere al timpului, ceea ce este foarte important.

Dar mai întâi a fost necesar să se construiască un reactor experimental sau un cazan, așa cum se numea atunci. Primele experimente au arătat că materialele produse de industria noastră, din care putea fi asamblat reactorul, conțin o mulțime de impurități nocive. Pentru a implementa același lanț reacție nucleară este nevoie doar de uraniu foarte pur. Prin urmare, scopul principal a fost crearea unui cazan cu uraniu-grafit ca bază pentru următorul pas - productie industriala explozivi nucleari - plutoniu. Uniunea Sovietică și-a început programul atomic în condiții de război, o lipsă aproape completă de resurse și pierderi umane și materiale enorme.

Pentru a crea primul nostru reactor, a fost necesar să asigurăm explorarea geologică și exploatarea uraniului, să îi creăm metalurgia de la zero și să stabilim producția de grafit de cea mai înaltă calitate, fără precedent. În plus, au fost create instrumentele necesare. Abia la sfârșitul anului 1945 au început să producă uraniu și grafit de calitatea cerută și în volume suficiente.

Al doilea domeniu important de lucru a fost calculul operabilității proiectării reactorului pentru implementarea unei reacții nucleare în lanț auto-susținut. Aceasta a fost, de asemenea, o întreprindere colosală. În vara anului 1946, a fost construită o clădire specială cu un puț de reactor adânc de 10 metri, cu protecție biologică fiabilă, dispozitive de monitorizare a radiațiilor interne și externe și control de la distanță al reactorului.

Au fost asamblate unul câte unul patru ansambluri (sute de tone de grafit) și, în același timp, a fost construită o clădire pentru reactor. În groapa sa, a fost asamblat cel de-al cincilea ansamblu final, care la 25 decembrie 1946 a devenit legendarul reactor F-1 - „Primul fizic”. A fost nevoie de doar 16 luni pentru a finaliza acest proiect grandios! De atunci, Institutul Kurchatov a fost în fruntea creării de noi reactoare. Și totul a început cu reactorul F-1.

Așadar, lansarea lui F-1 a fost un eveniment cu adevărat de epocă - s-a dovedit experimental că oamenii de știință noștri pot realiza o reacție în lanț controlată de fisiune a uraniului. Expresia pe care a spus-o Kurchatov imediat după lansarea F-1 este binecunoscută: „Energia atomică este acum subordonată voinței poporului sovietic”.

Acest lucru a făcut posibilă începerea imediată a creării de reactoare industriale puternice pentru producerea de plutoniu de calitate pentru arme. După lansarea reactorului F-1, au fost efectuate o serie de experimente foarte importante, care au făcut posibilă construirea și lansarea primului reactor industrial în Uralii de Sud în 1948. Iată trei puncte cheie în crearea primei noastre bombe atomice: 25 decembrie 1946 - lansarea reactorului experimental F-1, 22 iunie 1948 - reactorul industrial construit în Urali - producătorul de plutoniu pentru arme " Annushka" - a fost adusă la putere maximă, 29 august 1949 - explozia primei noastre sarcini atomice la locul de testare din Semipalatinsk.

Cea mai importantă concluzie din acele evenimente este următoarea: crearea și lansarea reactorului F-1 în cele mai dificile condiții pentru țară este o demonstrație a oportunității conducerii țării în luarea deciziilor corecte strategic în cele mai dificile, uneori critice condiții. .
Dar lansarea F-1 a devenit, de asemenea, punctul de plecare pentru dezvoltarea foarte rapidă și rapidă a științei și tehnologiei nucleare și a industriei nucleare a țării. În 1957, am lansat primul nostru submarin nuclear, Leninsky Komsomol, iar în 1959, primul spărgător de gheață nuclear din lume, Lenin, a fost pus în funcțiune. Astăzi, Rusia este proprietarul singurei flote de spărgătoare de gheață nucleare din lume. Ne garantează o prezență strategică în latitudinile nordice, unde sunt concentrate rezerve uriașe de petrol, gaze și resurse biologice.

Și în 1954, Igor Vasilyevich Kurchatov a lansat prima centrală nucleară industrială din lume la Obninsk. Astăzi Rusia, corporația de stat Rosatom, este lider mondial în construcția de centrale nucleare. Centrala nucleară Kudankulam din India, centrala nucleară Tianwan din China, centrala nucleară Bushehr din Iran - acele centrale care au fost lansate în acest secol. Stația Ostrovets este construită în Belarus, centrala nucleară Paks-2 este planificată în Ungaria, Rooppur în Bangladesh, Hanhikivi în Finlanda și Akkuyu în Turcia. Portofoliul de comenzi al lui Rosatom depășește acum 300 de miliarde de dolari. Stăpânim energia nucleară în toate domeniile - de la exploatarea uraniului până la proiectare, construcția de centrale nucleare, asigurarea funcționării acestora, aprovizionarea cu combustibil și dezafectarea (adică pe parcursul întregului ciclu de viață).

- Care este rolul Institutului Kurchatov aici?

Institutul Kurchatov a fost întotdeauna principala organizație științifică a țării noastre în domeniul atomic. Avem o astfel de schemă, așa cum o numim „Arborele reactorului Kurchatov”. Acesta arată cum au ieșit diferite tipuri de reactoare din reactorul F-1 - industriale, energetice, de cercetare, de transport, care sunt utilizate pe submarine, pe spărgătoare de gheață nucleare, nucleare centrale electrice pentru spatiu.

Și acum se poate spune că suntem un think tank independent, care oferă sprijin științific pentru proiectele Rosatom. Practica a dovedit corectitudinea creării unui astfel de laborator național precum Institutul Kurchatov. Avem cel mai puternic potențial fizic nuclear al țării. Acționăm nu numai ca un expert în proiectele Rosatom, ci și ca participant științific direct al acestora. Fiecare centrală nucleară a fost dezvoltată și lansată cu participarea Institutului Kurchatov.

O centrală nucleară este o instalație gigantică complexă din punct de vedere tehnologic. Acestea sunt sute de sisteme care funcționează simultan. Dar inima unei unități nucleare este un reactor nuclear. Institutul Kurchatov este directorul științific al proiectării și instalării acestora. Calculăm parametrii acestor reactoare, zonele lor active și combustibilul nuclear.

După Cernobîl, de ceva vreme a apărut o idiosincrazie față de energia nucleară, cauzată în mare parte de o puternică campanie de informare. Cred că Occidentul a folosit în mare măsură dezastrul de la Cernobîl pentru a submina structura Uniunii Sovietice, care era deja slăbită economic și geopolitic la acea vreme. În opinia publică s-a creat o imagine teribilă a țării noastre, incapabilă de a manipula energia nucleară. Nu voi intra acum într-o discuție despre aceste evenimente - acesta este un subiect pentru o conversație separată, dar de fapt Cernobîl a fost folosit pentru a da o lovitură grea. Uniunea Sovietică. Și trebuie să spun că, din păcate, acesta a fost un succes.

Dar, după accidentul de la Cernobîl, am început să lucrăm activ, inclusiv în cooperare internațională, la dezvoltarea de noi sisteme de siguranță pentru centralele nucleare. Iar noile sisteme de siguranță pe care le-am creat - așa-numitele capcane de topire - fac deja parte din echipamentele CNE, care au fost instalate pentru prima dată la CNE Tianwan din China și CNE Kudankulam din India. Astfel de capcane de topire sunt concepute pentru a colecta, a conține și a preveni în mod fiabil substanțele radioactive să părăsească instalația reactorului în cazul unui accident grav.

În plus, calculăm chiar și scenarii de aproape incredibile, așa-numitele accidente dincolo de baza de proiectare, până la un ipotetic prăbușire de avion pe domul stației sau un atac terorist.

De asemenea, suntem angajați în lucrări de extindere a duratei de viață a unităților nucleare. Și nu doar studiem posibilitățile acestui lucru, ci și le punem în practică - specialiștii noștri au dezvoltat un sistem pentru așa-numita recoacere a vaselor reactoarelor, în urma căruia caracteristicile operaționale ale acestora sunt aproape complet restaurate.

Unul dintre domeniile noastre principale rămâne tehnologia nucleară, dezvoltarea și îmbunătățirea acesteia. Nu suntem doar lideri științifici ai unor proiecte moderne precum NPP-2006 și VVER-TOI, ci și creatori activi. De exemplu, în domeniul științei materialelor, cu participarea noastră, a fost dezvoltat un nou grad de oțel, care, cu ajutorul nanotehnologiei, dobândește proprietăți speciale, iar acest lucru va ajuta la prelungirea duratei de viață a vaselor reactoarelor la sute de ani.

Avem, de asemenea, o mulțime de dezvoltări legate de centralele nucleare de putere redusă, relevante, de exemplu, pentru Arctica. Există distanțe uriașe, puține zone populate, în mare parte sate mici, baze militare și pur și simplu nu este nevoie de centrale mari acolo. Ceea ce este, de asemenea, fundamental este că în această regiune există o cerere pentru instalații care nu necesită întreținere constantă de-a lungul multor ani. Institutul Kurchatov a lucrat în această direcție încă din anii 1970, am creat prototipuri de lucru ale unor astfel de stații de putere redusă, care funcționează pe principiul conversiei directe a energiei. Astfel de reactoare, prin parametrii lor de proiectare, oferă siguranță pasivă și, în plus, pot fi fabricate într-o fabrică ca parte a producției de masă și instalate aproape oriunde.

Astăzi, industria noastră nucleară este aproape de restabilirea unui sistem cu drepturi depline de organizații de conducere științifică. Cât de important crezi că este asta?

Acesta, din punctul meu de vedere, este un proces absolut necesar. Este evident că fără restabilirea sistemului de conducere științifică, noi descoperiri sunt imposibile – nici în domeniul nuclear, nici în industria de apărare, nici în sectorul spațial. La urma urmei, orice structură sau organizație de inginerie, tehnologică, de producție în sine nu poate și nu ar trebui să genereze idei noi, deoarece stăpânește rezultatele științifice transferate prin inginerie și tehnologie și este responsabilă pentru producția finală de înaltă calitate și fiabilă. produse. Prin urmare, este în esență conservator și acesta este conservatorism sănătos.

Dar orice principiu nou poate fi propus și justificat doar de știință - cu contact deplin cu inginerii și tehnologii.

Institutul Kurchatov îndeplinește această funcție de director științific și trebuie să revenim la acest sistem în alte domenii. Institutul de proiectanți generali și tehnologi șefi este deja reînviat în complexul militar-industrial.

- Cum vede Institutul Kurchatov modalitățile de dezvoltare a energiei nucleare?

Energia nucleară actuală este construită pe reactoare folosind așa-numiții neutroni termici. Principalul combustibil nuclear pentru astfel de instalații este uraniul-235. Dar în uraniul natural, ponderea izotopului de uraniu-235 este de doar 0,7%, restul este aproape în întregime uraniu-238, iar pentru a crea combustibil pentru centralele nucleare este necesar să se obțină uraniu îmbogățit, în care ponderea. din izotopul 235 ar fi deja câteva procente .

Apropo, tehnologiile interne de îmbogățire a uraniului au fost dezvoltate și la Institutul Kurchatov sub conducerea academicianului Isaac Kikoin. Industria noastră de îmbogățire și complexul de separare a izotopilor rămân astăzi unul dintre cele mai bune din lume. Avem pe drum o nouă generație de centrifuge cu gaz și, de exemplu, Statele Unite și-au închis programul de centrifuge cu gaz anul acesta, nemaifiind în stare să stăpânească această tehnologie.

Deci, prin arderea uraniului-235 în reactoarele cu neutroni termici, energia nucleară aproape că nu folosește volume uriașe de materii prime valoroase - uraniu-238. Și aceasta este o mare problemă din punctul de vedere al furnizării efective a energiei nucleare cu materii prime. Dar această problemă poate fi rezolvată prin utilizarea reactoarelor cu neutroni rapidi, unde uraniul-238 „arde”. În plus, cu ajutorul așa-numitelor reactoare de reproducere, sau reproducătoare, este posibilă reproducerea extinsă a „combustibilului” nuclear.

Există un alt avantaj al reactoarelor „rapide”. La urma urmei, energia nucleară lasă în urmă combustibil nuclear uzat și deșeuri radioactive care trebuie îngropate și există tehnologii adecvate pentru aceasta. Cu toate acestea, din punct de vedere al mediului, aceasta nu este cea mai bună opțiune, desigur.

Dar este posibil să se creeze un ciclu închis al combustibilului nuclear - reprocesați combustibilul nuclear uzat, extrageți materiale fisionabile valoroase din acesta, folosiți-le pentru a crea combustibil nuclear nou, atât pentru reactoare cu neutroni rapidi, cât și pentru reactoare termice și ardeți radionuclizi periculoși în reactoare „rapide”. . Și atunci nu vom rezolva doar problema materiilor prime, ci vom ajunge și la o adevărată energie nucleară „verde” în sensul minimizării deșeurilor radioactive.

Rusia este lider mondial în dezvoltarea acestor tehnologii. Acum suntem singura țară în care funcționează reactoare cu neutroni rapidi la nivel industrial, acestea sunt reactoarele BN-600 și BN-800 de la CNE Beloyarsk. Acum, o parte a experților spune că viitorul se află doar în reactoare cu neutroni rapizi, în timp ce cealaltă nu este de acord cu acest lucru. În realitate, trebuie să înțelegem că energia noastră nucleară promițătoare trebuie să fie bicomponentă, în care ambele tipuri de reactoare vor fi interconectate. Aceasta înseamnă că trebuie să îmbunătățim baza existentă a reactoarelor noastre de putere cu neutroni termici VVER răcite cu apă, deoarece acestea sunt instalații masive pentru producerea de energie electrică. Și, în același timp, aduceți-l la o calitate înaltă nou nivel reactoare „rapide”, folosindu-le pentru a „post-arde” uraniul-238 și pentru a crea o bază de combustibil pentru reactoarele termice. Și împreună vom atinge armonia deplină.

Viitorul energiei este asociat și cu utilizarea reacțiilor termonucleare. Și Institutul Kurchatov, după cum se știe, a fost fondatorul tehnologiei în această direcție.

Energia nucleară se bazează pe utilizarea energiei eliberate în timpul fisiunii grele nuclee atomice. Și baza energiei termonucleare ar trebui să fie utilizarea energiei eliberate în timpul fuziunii nucleelor ​​izotopilor ușori ai hidrogenului - deuteriu, tritiu. Mai mult, reacțiile de fuziune eliberează ordine de mărime mai multă energie decât reacțiile de fisiune și, prin urmare, fuziunea termonucleară este mult mai favorabilă din punct de vedere energetic.

Oamenii noștri de știință sovietici de la Institutul Kurchatov au propus tehnologia termonucleară la mijlocul anilor 1950, a fost construită prima instalație tokamak din lume (o cameră toroidală cu bobine magnetice), care a creat condițiile necesare pentru ca fuziunea termonucleară controlată să aibă loc. Deoarece este imposibil să se obțină materiale care pot menține plasma încălzită la temperaturi gigantice de zeci de milioane de grade, cordonul de plasmă din tokamak a fost ținut de un câmp magnetic puternic.

Dar trebuie nu numai să aprindeți plasma, ci să o țineți o anumită perioadă de timp, astfel încât plasma să ardă, să funcționeze, astfel încât să puteți obține cel puțin aceeași cantitate de energie ca a fost cheltuită pentru aprinderea ei. Prin urmare, acum în sudul Franței, la Cadarache, cu participarea activă a Rusiei, inclusiv a centrului nostru, o organizație internațională reactor de fuziune ITER. Aceasta nu este o centrală termonucleară, ci o centrală pilot, scopul ei este tocmai de a demonstra această posibilitate de funcționare cu plasmă.

În general, proiectul ITER este de fapt o tranziție la noi principii pentru stăpânirea proceselor de fuziune nucleară și energetică care au loc în Soare și stele. Acest lucru este dificil de evaluat folosind orice șabloane. La urma urmei, la început nimeni nu s-a gândit la beneficiile economice ale energiei nucleare, dar acum ea stă la baza dezvoltării energiei moderne.

Întrebarea despre ce fel de centrală termonucleară va exista este una foarte dificilă și clar că nu în viitorul apropiat. Dar o posibilitate mai apropiată de utilizare a tehnologiilor cu plasmă este deja vizibilă.

Fuziunea termonucleară produce un număr mare de neutroni cu energie mare. Datorită acestui fapt, este posibilă creșterea dramatică a eficienței instalațiilor care funcționează pe principiile fisiunii nucleelor ​​grele. Adică, este posibil să se creeze un reactor hibrid - de exemplu, să înconjoare o sursă de neutroni termonucleari cu o așa-numită pătură, o structură care conține nuclee fisionabile, de exemplu sub formă de săruri lichide, inclusiv uraniu-238. Lucrările în această direcție sunt deja în desfășurare la Institutul Kurchatov.

Cu ajutorul reactoarelor cu sare topită, este posibil să se rezolve problema resurselor energiei nucleare prin utilizarea toriu-232, ale cărui rezerve sunt mari pe Pământ, și transformând-o în uraniu-233. Atractivitatea conceptului de reactoare cu sare topită, spre deosebire de reactoarele tradiționale cu combustibil solid, constă în posibilitatea de a schimba compoziția combustibilului nuclear fără a opri reactorul, în plus, acumularea de produse de fisiune în miezul său este eliminată. În plus, în aceeași instalație, o sursă termonucleară poate fi combinată cu un ciclu închis al combustibilului nuclear.

Așadar, după părerea mea, reactoarele hibride sunt o utilizare realist realizabilă a energiei termonucleare ca sursă de neutroni, capabilă să aducă mai aproape, ca să spunem așa, „ecologizarea” energiei nucleare.

- Unde mai pot fi găsite, în opinia dumneavoastră, aplicații ale tehnologiilor cu plasmă?

In spatiu. Suntem în pragul explorării spațiului adânc. Dar cu ajutorul navelor echipate doar cu baterii solare, acest lucru va fi imposibil de realizat din motive evidente. Sunt necesare surse de energie fundamental diferite. Și astăzi, după cum știți, o centrală nucleară de clasa megawați este creată în Rusia. Permiteți-mi să subliniez acest cuvânt – motor energetic. Toată cosmonautica modernă este, la figurat vorbind, un zbor Munchausen pe un ghiule. Adică lansăm o rachetă de parcă am trage dintr-un tun, în sensul că nu putem schimba traiectoria „nucleului”. Dar pentru explorarea spațiului adânc, acest lucru este absolut necesar.

Astăzi, orbita sateliților noștri geostaționari este corectată folosind motoare cu plasmă instalate pe aceștia, dezvoltate de Institutul Kurchatov și produse de Biroul de Design Kaliningrad Fakel. Ideea acestor așa-numite motoare Morozov datează din anii 60 ai secolului trecut.

Dar apoi este posibil să se creeze motoare puternice de rachete cu plasmă fără electrozi. Astfel de motoare pot fi deja folosite pentru zboruri interplanetare pe distanțe lungi. Iar următorul pas este un motor de rachetă termonuclear bazat pe o instalație de fuziune termonucleară, numită „capcană deschisă”, din care va curge plasma, creând propulsie de jet. Cu ajutorul unui astfel de motor se va putea accelera sau încetini mișcarea și manevra în spațiu. Acesta este un lucru fundamental și, în esență, va duce la o schimbare de paradigmă în astronautică.

Mihail Valentinovici, în decembrie 2015, la o întâlnire cu președintele țării, ați propus adoptarea unui program termonuclear intern. Există vreun progres în această direcție?

Da. Există o instrucțiune corespunzătoare din partea președintelui țării. În plus, la începutul lunii iunie a acestui an, am semnat acorduri cu Rosatom privind crearea a două centre interdepartamentale - un centru de cercetare în plasmă și termonucleare, precum și un centru pentru cercetarea neutrinilor.

Am mai propus ca Academia Rusă de Științe să se alăture proiectelor ambelor centre, dar, din păcate, nu am găsit înțelegere. Dar unele institute academice și-au exprimat interesul - Institutul de Fizică și Tehnologie din Sankt Petersburg, Institutul de Fizică Nucleară din Novosibirsk cer să le implice în această activitate.

Astfel de centre sunt acum în curs de formare. Se creează un program de cercetare pentru Centrul de Cercetare în Plasmă și Termonucleare împreună cu Rosatom, conceptul său a fost format și audiat la consiliile științifice și tehnice relevante. Acum acest concept a fost trimis președintelui țării.

Ați vorbit despre „arborele evolutiv Kurchatov” al reactoarelor nucleare. Dar pe peretele din coridorul din apropierea biroului tău există o altă diagramă - acesta este un „copac” al diferitelor tehnologii care a ieșit din pereții Institutului Kurchatov. Există, de exemplu, ceea ce se numește acum tehnologii de sisteme vii.

Puțini oameni știu, dar biologia moleculară internă a început și la Institutul Kurchatov, în departamentul său de radiobiologie, creat la inițiativa lui Kurchatov în 1958.

Faptul este că, pentru a înțelege efectul radiațiilor asupra organismelor vii, a fost necesar să se cunoască structura lor pe nivel molecular. Kurchatov și Alexandrov, într-un moment în care a existat persecuția geneticii, au salvat această tendință în URSS, deoarece opinia lor a fost întotdeauna semnificativă pentru autorități. Institutul de Genetică și Selecția Microorganismelor Industriale (GosNIIGenetiki) și Institutul de Genetică Moleculară au apărut apoi din departamentul de radiobiologie. Astăzi, știința viețuitoarelor și nanobiotehnologiile devin un domeniu principal, cu peste 70% din toate cercetările mondiale concentrându-se pe obiecte vii. Și Părinții noștri fondatori au fost uimiți când au venit în sprijinul muncii în domeniul biologiei în urmă cu aproape 60 de ani.

ÎN anul trecut munca pe tehnologii asemănătoare naturii a devenit una dintre cele carti de vizita Institutul Kurchatov. Există o contradicție aici cu direcțiile despre care ați vorbit?

Dimpotrivă, aceasta este logica dezvoltării științei. După cum am spus deja, tehnologia nucleară și energia nucleară rămân una dintre prioritățile noastre - acestea sunt aceleași priorități tactice despre care am vorbit chiar la început. Cu toate acestea, astăzi ne confruntăm cu o nouă alegere de prioritate strategică, nu mai puțin dură decât la mijlocul anilor 1940. Este conectat la nivel global cu dezvoltarea durabilă a civilizației noastre, ceea ce este imposibil fără energie și resurse suficiente. Mai mult decât atât, nu vorbim doar de petrol și gaze: rezervele de apă potabilă, teren arabil, păduri și minerale se epuizează. Există deja o luptă acerbă pentru ei în lume, asta vedem în fiecare zi. Pentru mulți este deja evident că criza globală de astăzi nu poate fi rezolvată în cadrul paradigmei existente a civilizației moderne.

Avem nevoie de un salt calitativ, de o trecere la alte principii, în primul rând, de producere și consum de energie, care să tragă cu ele toate celelalte domenii. În tehnosfera creată de om, folosim mașini și mecanisme care consumă cantități enorme de energie. Progresul tehnic a perturbat metabolismul specific al naturii, creând tehnologii ostile acesteia. Aceste tehnologii, de fapt, sunt copii slabe ale elementelor individuale ale proceselor naturale și se bazează pe un model foarte specializat de știință și tehnologii industriale.

În general, o astfel de dezvoltare a fost inevitabilă și naturală a devenit prețul de plătit pentru progresul tehnic, pentru confortul vieții noastre. Dar, în cele din urmă, influența umană asupra lumea deja aproape de punctul critic. Dar în ultimele decenii, în contextul globalizării, dezvoltarea tehnologică, și de fapt distrugerea resurselor, a implicat din ce în ce mai multe țări și regiuni, aducând mai aproape o catastrofă a resurselor.

Poți să te muți în vechea paradigmă, să construiești altele noi Stații atomiceși crește producția de energie, epuizând resursele până la capăt. Dar există o a doua cale - crearea de tehnologii și sisteme fundamental noi de utilizare a energiei prin materiale hibride și sisteme bazate pe acestea, adică înlocuirea consumatorului final de energie de astăzi cu sisteme care reproduc principiile naturii vii - ordine de mărime mai economice și în siguranță.

Cele mai mari supercalculatoare consumă zeci de megawați de energie. Și se crede că limitarea puterii computerului se va datora tocmai lipsei de energie pentru ei. Dar creier uman consumă doar zece wați - adică de un milion de ori mai puțin! Astăzi, dezvoltarea științei a atins un astfel de nivel încât este deja posibilă construirea unor astfel de materiale și sisteme asemănătoare naturii.

Un instrument pentru crearea unei noi tehnosfere asemănătoare naturii este tehnologiile convergente nano-, bio-, informaționale, cognitive și socio-umanitare (tehnologii NBICS). Aceștia au devenit a doua cea mai importantă direcție principală de dezvoltare științifică a Institutului Kurchatov în ultimii ani.

- Cum arată în practică un anumit proiect NBICS?

Nanobiotehnologiile au devenit deja o nouă cultură tehnologică, unde la nivel atomic liniile dintre viu și neviu, lumea naturală organică și anorganică sunt șterse. Problema viitorului apropiat este reproducerea sistemelor și proceselor naturii vii sub forma unei celule sintetice, crearea în masă a țesuturilor și organelor artificiale, tehnologii aditive care utilizează principiul natural de formare a obiectelor, creșterea lor, crearea lor la comandă. .

Bioenergetica, dispozitive care produc și utilizează energie prin procese metabolice naturale în sistemele vii, se dezvoltă activ. Următorul pas este crearea inteligenței artificiale bazată pe tehnologii cognitive, informaționale și pe baza materială a nano-bio. Figurat vorbind, intenționăm să creăm un computer care să fie comparabil atât în ​​ceea ce privește performanța, cât și consumul de energie cu creierul nostru, pe baza conexiunii cele mai noi tehnologii cu cele asemănătoare naturii.

Avem un program de cercetare colosal. Într-adevăr, centrul național de cercetare de astăzi „Institutul Kurchatov” include șase locații în Moscova, Protvina și Sankt Petersburg. În următorii câțiva ani, vom pune în funcțiune cel mai puternic reactor de cercetare a neutronilor cu flux complet din lume, PIK, la locația noastră din Gatchina și, de asemenea, intenționăm să construim acolo cea mai recentă sursă de sincrotron de a patra generație.

Adăugăm și o infrastructură educațională puternică cercetării noastre - nu departe de Gatchina, în Peterhof, se află Facultatea de Fizică a Universității din Sankt Petersburg, al cărei decan sunt eu. Și aici, la Moscova, pe baza MIPT, în urmă cu șapte ani, am creat prima facultate de tehnologii NBICS din lume, care furnizează în fiecare an aproximativ 50 de absolvenți Institutului Kurchatov. Avem și un întreg educațional interdisciplinar programul școlar, pe care l-am lansat împreună cu guvernul de la Moscova și la care participă astăzi aproape 40 de școli.

Adică, dacă pot să o pun într-o singură frază, viitorul Institutului Kurchatov este, de fapt, chiar crearea viitorului în interiorul lui?

Aș spune asta - creația. Avem totul pentru asta.

Reactoarele nucleare.

Un reactor nuclear (atomic) este un dispozitiv conceput pentru a organiza o reacție în lanț controlată de fisiune atomică, care este însoțită de eliberare. cantitate mare energie.

Reactoarele nucleare sunt elementul principal al centralelor nucleare moderne.

Primele reactoare nucleare.

Primul reactor nuclear a fost construit și lansat în decembrie 1942 în SUA sub conducerea lui E. Fermi.

Primul reactor construit în afara Statelor Unite a fost ZEEP, lansat în Canada pe 5 septembrie 1945.

În Europa, primul reactor nuclear a fost instalația F-1, care a început să funcționeze pe 25 decembrie 1946 la Moscova sub conducerea lui I.V. Kurchatov.

Până în 1978, în lume funcționau deja aproximativ o sută de reactoare nucleare de diferite tipuri.

Istoria creării reactoarelor nucleare.

Lucrări științifice în Germania.

Grupul teoretic „Proiectul Uraniului” al Germaniei naziste, care lucra în cadrul Societății Kaiser Wilhelm, a fost condus de Weizsäcker, dar numai formal. Liderul real a fost Heisenberg, care s-a dezvoltat baza teoretica reacție în lanț, Weizsäcker și un grup de participanți s-au concentrat pe crearea unei „mașini de uraniu” - primul reactor.

La sfârșitul primăverii anului 1940, unul dintre oamenii de știință ai grupului, Harteck, a efectuat primul experiment încercând să creeze o reacție în lanț folosind oxid de uraniu și un moderator de grafit solid. Cu toate acestea, materialul fisionabil disponibil nu a fost suficient pentru a atinge acest obiectiv.

În 1941, la Universitatea din Leipzig, un membru al grupului lui Heisenberg, Doepel, a construit un stand cu un moderator de apă grea, în experimente pe care, până în mai 1942, a fost posibil să se realizeze producția de neutroni în cantități care depășesc absorbția acestora.

Oamenii de știință germani au reușit să obțină o reacție în lanț cu drepturi depline în februarie 1945 într-un experiment efectuat într-o mină care lucra lângă Haigerloch. Cu toate acestea, câteva săptămâni mai târziu, programul nuclear al Germaniei a încetat să mai existe.

Lucrări științifice în SUA.

Reacția în lanț de fisiune nucleară (pe scurt, reacția în lanț) a fost efectuată pentru prima dată de oamenii de știință americani în decembrie 1942. Un grup de fizicieni de la Universitatea din Chicago, condus de E. Fermi, a creat primul reactor nuclear din lume, numit Chicago Pile-1 (CP-1). Era format din blocuri de grafit, între care erau amplasate bile de uraniu natural și dioxidul acestuia. Neutronii rapizi care au apărut după fisiunea nucleelor ​​de 235U au fost încetiniți de grafit la energii termice și apoi au provocat noi fisiuni nucleare. Reactoarele precum SR-1, în care majoritatea fisiunilor au loc sub influența neutronilor termici, se numesc reactoare cu neutroni termici. Conțin mult moderator în comparație cu combustibilul nuclear.

Lucrări științifice în URSS.

În URSS, studiile teoretice și experimentale ale caracteristicilor pornirii, funcționării și controlului reactoarelor au fost efectuate de un grup de fizicieni și ingineri sub conducerea academicianului I.V. Kurchatov.

Primul reactor sovietic F-1 a fost construit în Laboratorul nr. 2 al Academiei de Științe a URSS (Moscova). Acest reactor a fost adus în stare critică la 25 decembrie 1946. Reactorul F-1 a fost asamblat din blocuri de grafit și avea forma unei bile cu un diametru de aproximativ 7,5 m în partea centrală a bilei cu un diametru de 6 m, prin orificiile blocurilor de grafit erau plasate tije de uraniu. Reactorul F-1, ca și reactorul CP-1, nu avea sistem de răcire, așa că funcționa la niveluri de putere foarte scăzute (Puterea medie nu depășea 20 W. Pentru comparație, primul reactor american CP-1 depășea rar 1 W de putere). Rezultatele cercetării la reactorul F-1 au devenit baza proiectelor de reactoare industriale mai complexe. În 1948 a fost pus în funcțiune reactorul I-1 (după alte surse se numea A-1) pentru producerea plutoniului.

27 iunie 1954 a început să lucreze prima centrală nucleară din lume cu o capacitate electrică de 5 MW în orașul Obninsk.

Principiile fizice de funcționare a unui reactor nuclear.

Diagrama unui reactor nuclear cu neutroni termici:

1 - Tija de control.

2 - Protecție împotriva radiațiilor.

3 - Izolatie termica.

4 - Retarder.

5 - Combustibil nuclear.

6 - Lichidul de răcire.

Starea actuală a unui reactor nuclear poate fi caracterizată prin factorul efectiv de multiplicare a neutronilor k sau reactivitatea ρ, care sunt legate prin următoarea relație:

Astfel, sunt posibile următoarele opțiuni pentru dezvoltarea unei reacții în lanț de fisiune atomică:

1. ρ<0, Кэф

2. ρ>0, Kef>1 - reactorul este supercritic, intensitatea reacției și puterea reactorului cresc.

3. ρ=0, Kef=1 - reactorul este critic, intensitatea reacției și puterea reactorului sunt constante.

Clasificarea reactoarelor nucleare.

În funcție de scopul și natura lor de utilizare, reactoarele nucleare sunt împărțite în:

Reactoarele energetice concepute pentru a produce energie electrică și termică utilizate în sectorul energetic, precum și pentru desalinizarea apei de mare (reactoarele de desalinizare sunt, de asemenea, clasificate ca industriale). Astfel de reactoare sunt utilizate în principal în centralele nucleare. Puterea termică a reactoarelor de putere moderne ajunge la 5 GW.

Reactoare de transport concepute pentru a furniza energie motoarele vehiculelor. Cele mai largi grupuri de aplicații sunt reactoarele de transport maritim utilizate pe submarine și diferite nave de suprafață, precum și reactoarele utilizate în tehnologia spațială.

Reactoare experimentale concepute pentru a studia diferite mărimi fizice a căror semnificație este necesară pentru proiectarea și funcționarea reactoarelor nucleare. Puterea unor astfel de reactoare nu depășește de obicei câțiva kW.

Reactoare de cercetare, în care fluxurile de neutroni și cuante gamma create în miez sunt utilizate pentru cercetări în domeniul fizicii nucleare, fizicii stării solide, chimia radiațiilor, biologie, pentru testarea materialelor destinate să funcționeze în fluxuri intense de neutroni (inclusiv părți reactoare nucleare). ) pentru producerea de izotopi. Puterea reactoarelor de cercetare nu este de obicei mai mare de 100 MW. Energia eliberată de obicei nu este folosită.

Reactoare industriale (arme, izotopi) utilizate pentru producerea de izotopi utilizați în diverse domenii. Cel mai utilizat pentru producerea de materiale pentru arme nucleare, cum ar fi 239Pu. Reactoarele nucleare industriale includ, de asemenea, reactoare utilizate pentru desalinizarea apei de mare.

Reactoarele nucleare sunt adesea folosite pentru a rezolva două sau mai multe probleme diferite, caz în care sunt numite multifuncționale. De exemplu, unele reactoare de putere, în special în primele zile ale energiei nucleare, au fost proiectate în primul rând pentru experimentare. Reactoarele cu neutroni rapidi pot produce simultan energie și izotopi. Reactoarele industriale, pe lângă sarcina lor principală, generează adesea energie electrică și termică.

Reactor nuclear. Reactorul atomic.

Reactorul nuclear funcționează fără probleme și eficient. Altfel, după cum știți, vor fi probleme. Dar ce se întâmplă înăuntru? Să încercăm să formulăm principiul de funcționare a unui reactor nuclear (nuclear) pe scurt, clar, cu opriri.

De fapt, acolo are loc același proces ca în timpul unei explozii nucleare. Doar explozia are loc foarte repede, iar în reactor totul se întinde până la perioadă lungă de timp. Drept urmare, totul rămâne în siguranță și primim energie. Nu atât de mult încât totul în jur ar fi distrus dintr-o dată, dar destul de suficient pentru a furniza energie electrică orașului.

Înainte de a înțelege cum are loc o reacție nucleară controlată, trebuie să știți ce este. reacție nucleară deloc.

Reacție nucleară este procesul de transformare (fisiune) a nucleelor ​​atomice atunci când interacționează cu particulele elementare și cuante gamma.

Reacțiile nucleare pot apărea atât cu absorbția, cât și cu eliberarea de energie. Reactorul folosește a doua reacție.

Reactor nuclear este un dispozitiv al cărui scop este menținerea unei reacții nucleare controlate cu eliberare de energie.

Adesea, un reactor nuclear este numit și reactor atomic. Să remarcăm că nu există nicio diferență fundamentală aici, dar din punctul de vedere al științei este mai corect să folosim cuvântul „nuclear”. Acum există multe tipuri de reactoare nucleare. Acestea sunt reactoare industriale uriașe menite să genereze energie în centrale electrice, reactoare nucleare ale submarinelor, reactoare experimentale mici folosite în experimente științifice. Există chiar reactoare folosite pentru desalinizarea apei de mare.

Istoria creării unui reactor nuclear

Primul reactor nuclear a fost lansat în 1942, nu atât de îndepărtat. Acest lucru s-a întâmplat în SUA sub conducerea lui Fermi. Acest reactor a fost numit „Chicago Woodpile”.

În 1946, a început să funcționeze primul reactor sovietic, lansat sub conducerea lui Kurchatov. Corpul acestui reactor era o minge de șapte metri în diametru. Primele reactoare nu aveau sistem de răcire, iar puterea lor era minimă. Apropo, reactorul sovietic avea o putere medie de 20 de wați, iar cel american - doar 1 wați. Pentru comparație: puterea medie a reactoarelor de putere moderne este de 5 gigawați. La mai puțin de zece ani de la lansarea primului reactor, în orașul Obninsk a fost deschisă prima centrală nucleară industrială din lume.

Principiul de funcționare al unui reactor nuclear (nuclear).

Orice reactor nuclear are mai multe părți: miez Cu combustibil Și moderator , reflector de neutroni , lichid de răcire , sistem de control și protecție . Izotopii sunt folosiți cel mai adesea ca combustibil în reactoare. uraniu (235, 238, 233), plutoniu (239) și toriu (232). Miezul este un cazan prin care curge apa obișnuită (lichid de răcire). Printre alți agenți de răcire, „apa grea” și grafitul lichid sunt mai puțin utilizate. Dacă vorbim despre funcționarea centralelor nucleare, atunci un reactor nuclear este folosit pentru a produce căldură. Electricitatea în sine este generată folosind aceeași metodă ca și în alte tipuri de centrale electrice - aburul rotește o turbină, iar energia mișcării este convertită în energie electrică.

Mai jos este o diagramă a funcționării unui reactor nuclear.

După cum am spus deja, degradarea unui nucleu greu de uraniu produce elemente mai ușoare și mai mulți neutroni. Neutronii rezultați se ciocnesc cu alte nuclee, provocându-le și fisiunea. În același timp, numărul de neutroni crește ca o avalanșă.

Ar trebui menționat aici factor de multiplicare a neutronilor . Deci, dacă acest coeficient depășește o valoare egală cu unu, are loc o explozie nucleară. Dacă valoarea este mai mică de unu, sunt prea puțini neutroni și reacția se stinge. Dar dacă mențineți valoarea coeficientului egală cu unu, reacția se va desfășura lung și stabil.

Întrebarea este cum să faci asta? În reactor, combustibilul este în așa-numitul elemente de combustibil (TVELakh). Acestea sunt baghete care conțin, sub formă de tablete mici, combustibil nuclear . Barele de combustibil sunt conectate în casete de formă hexagonală, dintre care pot fi sute într-un reactor. Casetele cu tije de combustibil sunt dispuse vertical, iar fiecare tijă de combustibil are un sistem care vă permite să reglați adâncimea imersiei sale în miez. Pe lângă casetele în sine, acestea includ tije de control Și tije de protecție în caz de urgență . Tijele sunt realizate dintr-un material care absoarbe bine neutronii. Astfel, tijele de control pot fi coborâte la diferite adâncimi în miez, ajustând astfel factorul de multiplicare a neutronilor. Tijele de urgență sunt proiectate pentru a opri reactorul în caz de urgență.

Cum pornește un reactor nuclear?

Ne-am dat seama de principiul de funcționare în sine, dar cum să pornim și să facem funcționarea reactorului? În linii mari, aici este o bucată de uraniu, dar reacția în lanț nu începe în ea de la sine. Cert este că în fizica nucleară există un concept masa critica .

Masa critică este masa de material fisionabil necesară pentru a începe o reacție nucleară în lanț.

Cu ajutorul tijelor de combustibil și a tijelor de control, se creează mai întâi o masă critică de combustibil nuclear în reactor, iar apoi reactorul este adus la nivelul optim de putere în mai multe etape.

În acest articol, am încercat să vă oferim o idee generală despre structura și principiul de funcționare a unui reactor nuclear (nuclear). Dacă aveți întrebări pe această temă sau vi s-a pus o problemă de fizică nucleară la universitate, vă rugăm să contactați specialiştilor companiei noastre. Ca de obicei, suntem gata să vă ajutăm să rezolvați orice problemă presantă cu privire la studiile dumneavoastră. Și în timp ce suntem la asta, iată un alt videoclip educațional pentru atenția ta!

Importanța energiei nucleare în lumea modernă

Energia nucleară a făcut progrese uriașe în ultimele decenii, devenind una dintre cele mai importante surse de electricitate pentru multe țări. În același timp, trebuie amintit că dezvoltarea acestei industrii economie nationala Merită eforturile enorme ale zeci de mii de oameni de știință, ingineri și muncitori obișnuiți care fac totul pentru a se asigura că „atomul pașnic” nu se transformă într-o amenințare reală pentru milioane de oameni. Adevăratul nucleu al oricărei centrale nucleare este reactorul nuclear.

Istoria creării unui reactor nuclear

Primul astfel de dispozitiv a fost construit în apogeul celui de-al Doilea Război Mondial în SUA de celebrul om de știință și inginer E. Fermi. Datorită aspectului său neobișnuit, care semăna cu un teanc de blocuri de grafit stivuite unul peste altul, acest reactor nuclear a fost numit Chicago Stack. Este de remarcat faptul că acest dispozitiv a funcționat cu uraniu, care a fost plasat chiar între blocuri.

Crearea unui reactor nuclear în Uniunea Sovietică

La noi s-au dat și probleme nucleare atenție sporită. În ciuda faptului că principalele eforturi ale oamenilor de știință s-au concentrat pe utilizarea militară a atomului, aceștia au folosit în mod activ rezultatele obținute în scopuri pașnice. Primul reactor nuclear, cu numele de cod F-1, a fost construit de un grup de oameni de știință condus de celebrul fizician I. Kurchatov la sfârșitul lui decembrie 1946. Dezavantajul său semnificativ a fost absența oricărui tip de sistem de răcire, astfel încât puterea energiei eliberate de acesta a fost extrem de nesemnificativă. În același timp, cercetătorii sovietici au finalizat lucrările pe care le-au început, care au avut ca rezultat deschiderea la doar opt ani mai târziu a primei centrale nucleare din lume în orașul Obninsk.

Principiul de funcționare al reactorului

Un reactor nuclear este un dispozitiv tehnic extrem de complex și periculos. Principiul său de funcționare se bazează pe faptul că, în timpul dezintegrarii uraniului, sunt eliberați mai mulți neutroni, care, la rândul lor, elimină. particule elementare de la atomii de uraniu vecini. Această reacție în lanț eliberează o cantitate semnificativă de energie sub formă de căldură și raze gamma. În același timp, ar trebui să se țină seama de faptul că, dacă această reacție nu este controlată în niciun fel, atunci fisiunea atomilor de uraniu va timp scurt poate duce la o explozie puternică cu consecințe nedorite.

Pentru ca reacția să se desfășoare în limite strict definite, proiectarea unui reactor nuclear este de mare importanță. În prezent, fiecare astfel de structură este un fel de cazan prin care curge lichidul de răcire. Apa este de obicei folosită în această calitate, dar există centrale nucleare care folosesc grafit lichid sau apă grea. Este imposibil să ne imaginăm un reactor nuclear modern fără sute de casete hexagonale speciale. Acestea conțin elemente generatoare de combustibil, prin canalele cărora curg lichidele de răcire. Această casetă este acoperită cu un strat special care este capabil să reflecte neutronii și, prin urmare, să încetinească reacția în lanț.

Reactorul nuclear și protecția acestuia

Are mai multe niveluri de protecție. Pe lângă corpul în sine, acesta este acoperit cu izolație termică specială și protecție biologică deasupra. Din punct de vedere ingineresc, această structură este un buncăr puternic din beton armat, ale cărui uși sunt închise cât mai etanș.