Виктор Михайлов - Физические основы получения атомной энергии

Для защиты обслуживающего персонала от вредного действия нейтронного и радиоактивного излучений реактор окружен со всех сторон биологической защитой. Она состоит из железного корпуса толщиной 2,5 см , окруженного бетонной стеной толщиной 3,2 м . Для защиты верхней части реактора имеется дополнительный слой графита толщиной 1,5 м и слой свинца 0,4 м . Кроме того, сверху реактор закрыт чугунной плитой толщиной 20 см .

Управление реактором производится целой системой поглощающих стержней, приводимых в движение ручным и автоматическим способом. Сигналы для автоматического передвижения стержней поступают от ионизационных камер. Для экстренного выключения реактора служат два аварийных кадмиевых стержня, расположенных в боковом отражателе. Стержни опускаются в крайнее нижнее положение за 0,4 секунды, надежно защищая реактор в случае каких-нибудь неисправностей в системе охлаждения и при выключении электрического тока.

Ядерный реактор РФТ сыграл важную роль в развитии советского реакторостроения.

Большой опыт по проектированию, постройке и эксплуатации ядерных реакторов, а также обширные исследования, выполненные на реакторе РФТ, послужили основой для создания ядерного реактора первой в мире атомной электростанции СССР. Это — первый энергетический реактор. По принципу своего действия он принадлежит к типу гетерогенных реакторов, работающих на тепловых нейтронах с замедлителем из графита. Тепловая мощность реактора, вертикальный разрез которого приведен на рис. 45, составляет 30 тыс. квт .

Конструктивную основу (остов) реактора составляет цилиндрическая графитовая кладка, центральная часть которой диаметром 1,5 м и высотой 1,7 м является активной зоной. Эта зона показана на рис. 45. Остальная часть графитовой кладки, окружающая активную зону со всех сторон, является отражателем нейтронов. Кладка заключена в стальной кожух, приваренный к нижней стальной плите. Сверху кладка закрыта массивной чугунной плитой. Кожух вместе с нижней и верхней плитами образует герметически закрытый объем, который во избежание выгорания графита заполняется при работе реактора инертным газом (гелием или азотом).

Биологическая защита обеспечивается: сбоку — слоем воды в 1 м и бетонной стенкой толщиной 3 м , сверху — совместно верхней частью графитовой кладки, чугунной плитой и защитным чугунным перекрытием. Вся конструкция размещается в шахте, так что его верхнее чугунное перекрытие находится на уровне пола. Фотография реактора сверху приведена на рис. 46. Видна верхняя защитная плита и сервомоторы стержней аварийной защиты и подводящие к ним кабели.

В графитовой кладке имеется 157 вертикальных отверстий, из которых 128 заняты урановыми стержнями (рабочими каналами), а остальные 29 предназначены для управляющих стержней и вспомогательных целей. Тепловыделяющие элементы имеют трубчатую конструкцию и сходны с аналогичными элементами реактора РФТ. Горючим служит обогащенный уран, содержащий 5% изотопа 235. Общее количество загружаемого урана составляет 550 кг , в котором содержится 27,5 кг изотопа 235. Каждые сутки в реакторе «сгорает» всего около 30 г урана 235.

Количество урана достигает критической массы с введением 60 уранового стержня. Это значит, что для начала работы реактора достаточно было бы 60 стержней, а их имеется 128. Добавочные 68 стержней необходимы по двум причинам. Во-первых, уран 235 со временем «выгорает», и поэтому излишек его в начале требуется для обеспечения последующей длительной работы реактора. Тепловая мощность в 30 тыс. квт обеспечивается в течение 100 дней приблизительно 120 стержнями. Во-вторых, добавочные стержни необходимы потому, что по мере работы реактора в тепловыделяющих элементах накапливаются продукты деления урана 235 («осколки»), многие из которых чрезвычайно сильно поглощают нейтроны. Эти «осколки» являются как бы «золой» или «шлаком» от сжигания ядерного горючего, которая «зашлаковывает» реактор, уменьшая количество нейтронов. Особенно вредными являются «осколки» — ядра атомов ксенона и самария, которые жадно поглощают нейтроны. В обычной топке шлак мешает сжигать уголь, и его время от времени выгребают. В ядерном реакторе удалять шлаки (продукты деления) во время работы реактора невозможно. Приходится поэтому увеличивать количество ядерного горючего и, следовательно, число возникающих в нем нейтронов с тем, чтобы компенсировать потери нейтронов в шлаках.