Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
Промышленное производство ядерной энергии получило значительный импульс, когда президент Эйзенхауэр в своей речи в ООН 8 декабря 1953 года вы-
Плутоний создают в ядерных реакторах, таких как реактор N (вверху справа) на объекте в Хэнфорде (вверху слева). После удаления топлива из активной зоны реактора его помещают в емкость для охлаждения (справа посередине), чтобы распались самые короткоживущие продукты деления. Для отделения плутония и урана от остальных продуктов деления в облученном ядерном топливе используют PUREX процесс (внизу слева). Высокоактивные отходы, образующиеся в результате PUREX процесса, хранят в очень больших емкостях (внизу справа), находящихся на территории объекта
Number 26 2000 Los Alamos Science
11
Исторический обзор
Mark I, прототип реактора, который можно было использовать на подводной лодке, стал первым в США реактором для производства значительных количеств энергии; он начал эксплуатироваться 31 мая 1953 г. Два года спустя, под умелым руководством адмирала Хаймана Г. Рикковера, в Соединенных Штатах была начата реализация программ реакторов для ВМФ с первыми морскими испытаниями атомной подводной лодки “Наутилус”
¦3
сказался в поддержку программы “Атом для мира”. Хотя ядерная энергетика и не развивалась с той скоростью, которую предрекали в годы президентства Эйзенхауэра, тем не менее она стала составной частью производимой в мире энергии. Сегодня примерно 430 ядерных энергетических реакторов во всем мире вырабатывают почти 20% электроэнергии, снабжая ею около миллиарда человек. В США в настоящее время эксплуатируются 104 реактора. В то же время за последние 20 лет заказов на строительство новых ядерных электростанций в США не было.
Ядерные реакторы создавались и для обеспечения энергией подводных лодок ВМФ под умелым руководством адмирала Хаймана Г. Рикковера. С морских испытаний в январе 1955 года первой ядерной подводной лодки “Наутилус” в США началась реализация программы создания реакторов для ВМФ. Советский Союз не только последовал этому примеру со своей программой ядерных подводных лодок, но построил и многие другие морские суда, включая первый в мире атомный ледокол “Ленин” в 1959 году.
Ядерные реакторы предназначены для проведения цепной реакции деления и для контролируемого получения ядерной энергии. В промышленных реакторах обычно используется топливо, содержащее от 95 до 98% урана-238, при этом остальную часть составляет делящийся изотоп уран-235. “Делящийся” означает, что ядро делится при поглощении нейтронов с любой энергией, в том числе нейтронов с малой энергией, находящихся в тепловом равновесии с окружающей средой (известных как тепловые нейтроны). Воспроизводящие изотопы, которые могут превращаться в делящиеся изотопы, делятся только нейтронами большой энергии. Уран-238 и торий-232 являются воспроизводящими изотопами.
В тепловых реакторах используются тепловые нейтроны, чтобы “сжигать” делящиеся компоненты уранового топлива. Атомы урана-235, поглощающие нейтроны малой энергии, расщепляются на два ядра почти равной массы. Эти продукты деления разлетаются с огромной энергией, основная часть которой превращается в тепло при торможении в топливном стержне. Тепло извлекается теплоносителем (обычно водой), пропускаемым через теплообменник. Вода на другой стороне теплообменника преобразуется в пар, который вращает турбину, соединенную с элек-
Советский Союз объявил о первой в мире атомной электростанции в Обнинске (а), запущенной в эксплуатацию 27 июня 1954 г. Это был водяной реактор с графитовым замедлителем, предназначенный для производства 5 МВт электроэнергии. В 1956 г. в Великобритании была начата эксплуатация первой атомной электростанции в Селлафильде (б), предназначенной исключительно для промышленных целей. В декабре 1957 г. была пущена в эксплуатацию первая промышленная американская электростанция в г. Шиппингпорт (Пенсильвания) (в)
12
Los Alamos Science Number 26 2000
Исторический обзор
3% U-235
97% U-238
Урановое
топливо
3% высокоактивных отходов
1% U-235 1% Pu
— 95% U-238
Отработавшее топливо _____?
Материал, который V можно ' использовать повторно
трогенератором. Современные большие коммерческие реакторы имеют генерируемую электрическую мощность более миллиарда ватт.
При делении урана-235 в среднем выделяется ~ 2,5 нейтрона. Для поддержания цепной реакции требуется, чтобы лишь один из этих нейтронов был поглощен другим атомом урана-235. Остальные нейтроны поглощаются множеством атомов урана-238, образуя уран-239, который затем распадается с образованием плутония-239. Поскольку плутоний-239 является делящимся, он также может расщепляться и испускать энергию. В современных реакторах на долю образующегося плутония приходится примерно 30% вырабатываемой энергии.
В гражданском секторе, согласно оценкам, запасы плутония во всем мире в настоящее время составляют более 1000 т - количество, по сравнению с которым запасы оружейного плутония не кажутся большими. В промышленном, или энергетическом, плутонии содержится около 40% неделящихся изотопов. Оружейный же плутоний, производимый в реакторах военного назначения, содержит более 93% плутония-239 и менее 7% других изотопов плутония.
