Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
В описанном выше реакторе на тепловых нейтронах за один цикл производства энергии фактически потребляется лишь небольшая часть урана-235 и образовавшегося плутония. Воспроизводящий уран-238, составляющий основную часть топливного стержня, практически инертен, так как его энергетический потенциал реализуется только после того, как он поглотит нейтрон и превратится в делящийся плутоний-239. Таким образом, большая часть энергетического потенциала этого топлива остается неиспользованной. Вскоре после второй мировой войны Ферми и другие ученые нашли способ увеличить производство плутония и получать делящегося топлива больше, чем было затрачено. После сжигания топлива в одном цикле излишний плутоний можно извлечь, отделить от урана-238 и переработать в топливные стержни. Путем “воспроизводства” плутония в пределах замкнутого топливного цикла можно извлекать большую часть ядерной энергии.
Для поддержания цепной реакции в реакторе-размножителе используются нейтроны с высокой энергией (быстрые нейтроны), а не тепловые нейтроны. Сечение деления уменьшается с увеличением энергии нейтронов, так что цепную реакцию поддерживают за счет увеличения количества делящегося вещества (урана-235 или плутония-239). Поскольку при каждом акте деления образуется избыток нейтронов, общий эффект таков, что в пределах реактора имеется много нейтронов, которые участвуют в превращении урана-238 и воспроизводстве плутония.
Управлять реакторами-размножителями намного сложнее и их создание намного дороже по сравнению с реакторами на тепловых нейтронах. В течение нескольких десятилетий в Соединенных Штатах, Советском Союзе и Франции интенсивно проводились работы по программе реакторов-размножителей. Ho администрация Картера выступила категорически против реализации программы реакторов-размножи-телей в США, и она была окончательно прекращена в 1983 году аннулированием программы реактора-размножителя в Клинч-Ривер. Франция, Россия и Япония до сих пор занимаются технологией реакторов-размножителей в надежде на возрожде-
Топливо, прошедшее один цикл сжигания в реакторе, называют отработавшим, даже если в нем содержится 2 % делящегося вещества и 95 % воспроизводящего вещества
(Эта иллюстрация публикуется с разрешения PowerLine (Япония))
В Лос-Аламосе было разработано несколько исследовательских реакторов. Они предназначались для создания большого потока нейтронов, который можно использовать для получения данных по сечениям нейтронов, пригодным для ядерного оружия. Следует упомянуть реактор Clementine, сооруженный к концу 1946 г. В нем использовались металлический плутоний в качестве топлива и быстрые нейтроны для получения цепной реакции. Использование плутония в качестве топлива привело к возникновению проблем, связанных с сильной коррозией, и в 1952 г. эксплуатация реактора Clementine была прекращена
Первым реактором на быстрых нейтронах, в котором полностью была реализована концепция расширенного воспроизводства ядерного топлива и который был предназначен для производства энергии для потребления, был экспериментальный реактор-размножитель EBR-I, находящийся в г. Арко (Айдахо). 20 декабря 1951 г. реактор заработал и первоначально вырабатывал электричество, достаточное для горения четырех лампочек мощностью 150 Вт. Позднее его выходная мощность достигла 100 кВт
Number 26 2000 Los Alamos Science
13
Исторический обзор
В течение 35 лет плутоний рециклирова-ли путем сжигания смешанного оксидного топлива (МОХ-топлива) в ядерных реакторах. Сегодня разрешается загружать активную зону европейских стандартных водяных ядерных реакторов МОХ-топливом примерно на одну треть. На фото вверху техник проверяет стержни с МОХ-топливом
(Это фото любезно предоставлено редакцией журнала “Nuclear Recycling”)
В Советском Союзе в ответ на американский проект Плаушер в 1965 г. на Семипалатинском полигоне в Казахстане был произведен собственный “промышленный ядерный взрыв”. Целью этого испытания было создание плотины через небольшую реку. Кромка кратера взрыва должна была образовать запруду, которая заполнится в процессе весеннего паводка. В результате испытания образовалось озеро, объем воды в котором составил примерно 10 миллионов кубических метров. Произошел значительный выброс радиоактивности в атмосферу. Сегодня вода этого озера, известного как озеро Балапан, контролируется и используется в целях скотоводства на данной территории. Современные ядерные заряды для МЯВ, такие как показанные на снимке справа, взятом из Музея атомного оружия г. Снежинска, предназначены для минимизации выхода реакций деления с целью снижения радиационного загрязнения
ние коммерческого интереса к ним в начале нынешнего столетия.
Другим путем полного использования энергетического потенциала урана является рециклирование или переработка отработавшего топлива. Невыгоревший уран и плутоний, возникший в процессе работы реактора, химически отделяются друг от друга и от радиоактивных продуктов деления (продукты деления, поглощая нейтроны, гасят цепную реакцию, а поэтому их необходимо удалять). В то же время выгода, полученная благодаря рециклированию ядерного топлива, сводится на нет тем, что выделенный плутоний может быть использован для создания ядерного оружия.
