До чего только не дойдёт пытливый ум в попытках усмирить и поставить себе на службу даже опасные для человека явления природы. Повышенный радиационный фон от ядерных реакторов является одним из факторов, ограничивающих развитие ядерной техники, но, несмотря на это, на протяжении многих лет строятся и эксплуатируются установки, для которых генерация нейтронного поля является основным предназначением!
Для чего они нужны? Для того, чтобы понимать, как будут вести себя разные вещества при высоком облучении. Известно, что оно не несёт для конструкционных материалов ничего хорошего: впитав большое количество нейтронов, те становятся более пластичными и меняют размеры, претерпевая объёмное расширение.
Кроме научного интереса — знания поведения веществ под облучением — эксперименты имеют и практическое применение: конструирование лазеров с ядерной накачкой и создание материалов, способных выдерживать как ядерный взрыв, так и нахождение внутри реактора высокой мощности на протяжении нескольких лет.
Естественно, для проведения экспериментов ученым и инженерам интересно получить высокие потоки нейтронов. Обязательно ли для этого строить огромный и фонящий реактор? Ни в коем случае, ведь над материалом можно провести «шоковую терапию» — облучить его сильно, но быстро! Реакторы специальной конструкции, позволяющие реализовать неконтролируемую, но самогасящуюся цепную реакцию деления для получения высоких потоков нейтронов на короткие промежутки времени, называются импульсными. Работы по их созданию велись и продолжают идти до сих пор в нескольких профильных учреждениях Росатома. Но из всего многообразия импульсных реакторов предлагаю ознакомиться с творением работников ВНИИТФ им. Забабахина (г. Снежинск), впервые запущенного ровно 50 лет назад – импульсным гомогенным реактором испытательного комплекса, ИГРИК.
Он примечателен своей конструкцией. Когда у большинства реакторов, являющихся гетерогенными, несущие конструкции активной зоны (места, где происходит цепная реакция деления) не являются единым целым с топливом, ИГРИК является гомогенным – в его активной зоне топливо составляет однородную смесь с неделящимися материалами. Поэтому с виду конструкция чрезвычайно проста, активная зона является просто полостью (на схеме п. 7) в корпусе реактора (5), где налит раствор соли уранилсульфата в воде.
Каким же образом реактор выдаёт нейтронные импульсы? В спокойном, стационарном, состоянии ядерную реакцию сдерживают пять стержней, сделанных из гидрида лития. Они поглощают лишние нейтроны, из-за чего количество последних постоянно. При необходимости дать импульс поглотители выстреливаются из своих каналов за пределы активной зоны, из-за чего поток нейтронов практически мгновенно (за 0,7 мс) возрастает, вызывая цепную реакцию деления. За время порядка 2,5 мс выделяется 60 МДж (чуть больше 1,5 киловатт-часов) тепла, сколько выдаёт средняя электроплитка за 45 мин или целая Билибинская АЭС за 1,5 с, но с фантастической мощностью 24 ГВт! Как у самой мощной в мире ГЭС Три ущелья!
За время импульса температура раствора повышается до 250 °С, из-за чего тот частично испаряется, частично разбрызгивается по полости, оказывая на неё давление в 90 атм, поэтому большая часть нейтронов вместо деления ядер урана разлетается кто куда, и реакция гаснет.
После дожигания водорода, образовавшегося при радиационном разложении воды, и доливания раствора ИГРИК готов выпустить новый импульс. Но часто опытные сотрудники института для научных целей получают несколько импульсов подряд или растягивают один на пару секунд! За 20 лет эксплуатации на ИГРИКе было получено около 1700 импульсов, а также выполнено 300 пусков в статическом режиме. Так что реактор дал большую пользу отечественной науке и отправился на заслуженный покой. На его место встал реактор ИГРИК-2, повторяющий удачную конструкцию предшественника и работающий до сих пор.
Помните, что радиация неполезна для здоровья, но может быть полезна человечеству! Будьте здоровы, и до новых встреч!
Автор: Аким Халиуллин,
Пост от CatTech