Чтение онлайн

И то и другое утверждения верны. Это объясняется самим устройством реактора, который разделён на две зоны — центральную, где происходит реакция деления, и периферийную, состоящую из урана-238 , где накапливается плутоний. В активной зоне KB, отнесённый к этой части реактора, в самом деле меньше единицы. Однако с учётом плутония, возникшего в зоне воспроизводства, то есть по отношению к реактору в целом, KB больше единицы.

Не правда ли, наблюдается странная картина: проделав путь по кругу, плутоний через пять лет возвращается в исходную точку, в свой же (или соседний) реактор. Зачем? Ведь гораздо проще и выгоднее сжечь его на месте, не теряя времени на перевозку и переработку.

Почему бы для этого две зоны быстрого реактора не заменить одной, „смешав“ их в такой пропорции, чтобы была обеспечена и критичность, и воспроизводящая функция? Недостаток такого смешения очевиден: резко возрастет критическая масса реактора, она устремляется в бесконечность для смеси урана с плутонием при концентрации последнего в пределах 4,5 процента.

Но ведь и преимуществ немало. Для утверждения концепции нового реактора не требуется длительных вычислений. Исходным является только один факт — быстрый реактор может иметь KB больше единицы непосредственно в активной зоне, если исходная концентрация плутония ниже равновесной. Иными словами — заключена в пределах от 5 до 10 процентов по отношению к урану-238 .

В предлагаемом реакторе осуществляется глубокое выгорание топлива, и он не рассчитан на поддержку плутонием от других реакторов. По этой причине топливо может не подвергаться химической регенерации (открытый цикл) или если перерабатывается, то по упрощённой технологии, с отделением тяжёлой фракции (уран , плутоний, трансураны) в целом. Плутоний в чистом виде не высвобождается. Он всегда находится в комбинации с другими элементами и для использования в оружии непригоден.

Несколько слов по поводу конечных продуктов реакторов деления. Как всякое масштабное производство, атомные станции имеют отходы, притом радиоактивные, в очень концентрированном состоянии.

Все радиоактивные продукты, возникшие в результате деления, можно разделить на две группы: трансурановые элементы, которые появляются при захвате нейтронов ураном и его дочерними продуктами, и осколки деления. Первые из них характеризуются весьма длительными периодами полураспада — тысячи и даже миллионы лет (хотя есть исключения) , вторые — наоборот, живут, как правило, недолго — от секунд до нескольких десятков лет.

В дальнейшем мы будем исходить из того, что путём химических манипуляций можно отделить тяжёлые ураны и трансураны от осколков и элементов конструкции. Стоимость и возможность такой технологии должны сопоставляться со стоимостью экологических мероприятий, обусловленных работой электростанций на органическом топливе, выбрасывающих в год в атмосферу миллионы тонн золы, — на 1 ГВт(э) .

Посчитано, что по своим ядерно-физическим показателям трансурановая смесь не уступает исходной, плутониевой, и, следовательно, может быть многократно использована. В этом заключён радикальный способ уничтожения радиоактивных трансурановых элементов: их можно сжигать в тех же реакторах, где они рождаются. Впрочем, в самом отмеченном факте ничего удивительного нет. Трансураны, пересыщаясь нейтронами, имеют усиленную тенденцию к делению. Известно, например, что у кюрия-245 критическая масса в несколько раз меньше, чем у плутония-239 .

Вместе с тем нельзя не сказать, что при всей принципиальной ясности конкретное исполнение подобного рода твэлов может ветретить значительные технические трудности. Подсчёт показывает, что в стационарной смеси трансуранов спонтанное тепловыделение в сотни раз, а нейтронный фон — в десятки тысяч раз больше, чем в стандартном плутонии.

Наиболее простой способ обращения с радиоактивными отходами, таким образом, заключён в следующей процедуре. Выгоревшие твэлы подвергаются обработке, при которой отделяются тяжёлые материалы (ураны и трансураны) от лёгких компонент (осколков , конструкционных материалов) . Первые по идеальной схеме все без исключения возвращаются в состав тепловыделяющих элементов (в определённой пропорции с ураном-238) . Если мощность станций не нарастает, то по прошествии некоторого времени общее количество трансуранов не изменяется. Так возникает полностью замкнутое производство энергии, предельно сбалансированное по нейтронам, с минимальным расходом природного урана.

В тех случаях, когда тяжёлые материалы вследствие технологических затруднений не могут быть возвращены в топливный цикл, трансурановая компонента подвергается захоронению. В связи с этим позволю себе одно замечание количественного характера. Известно, что из внутренних слоёв Земли к её поверхности поступает тепло, обязанное своим происхождением радиоактивному распаду тория и урана. Поток этого тепла, отнесённый ко всей поверхности Земли, таков, что он на несколько порядков превосходит тот, которого можно ожидать при полном захоронении трансурановой компоненты топлива. Конкретно в цифрах: если считать, что трансурановая радиоактивность будет накапливаться в Земле на протяжении тысячи лет, то тепловой баланс внутри Земли практически не изменится даже при наличии 100 миллионов (!) действующих энергоблоков гигаваттной мощности.

Таким образом, получается, что особой необходимости в искусственном уничтожении актиноидов нет. Они либо возвращаются, наряду с ураном и плутонием, в цикл, если удаётся найти приемлемую технологию, либо удаляются и подвергаются захоронению вместе с осколками.

Что касается лёгких материалов, то они после некоторой выдержки непосредственно на станции подвергаются окончательному захоронению. Через несколько сот лет их фон упадёт до уровня практически безопасного для окружающей среды.

В предлагаемом быстром реакторе многое из того, что декларировалось в общем плане, вполне достижимо. Автоматически поддерживается критсостояние, регулировка мощности осуществляется с помощью урана-238 , который не столько поглощает нейтроны, сколько их временно заимствует. Обеспечивается высокое (до 50 процентов) выгорание топлива с самообеспечением плутонием, нет необходимости в выделении плутония в последующих стадиях обработки использованного топлива, и, следовательно, исчезает угроза распространения ядерных материалов, а накопление радиоактивности может быть сведено к минимуму.

* * *

Термоядерная детонация. Подобно тому как свеча или бикфордов шнур зажигаются от спички, а порох от капсюля, так и нашей задачей является проведение аналогичной процедуры, но на ядерном уровне. Смысл её один: затратить как можно меньше энергии на инициирование реакции и получить в конечном итоге как можно больше энергии. Здесь следует пояснить, что порох сам по себе не производит энергии, он просто переносит её из одного места (завода-изготовителя, где энергия затрачивается на производство) к точке потребления, где она высвобождается.

Не так с ядерными реакциями — они протекают на компонентах (в нашем случае — на тяжёлом водороде-дейтерии), взятых из природы. Наличие другой составляющей реакции — трития (для ДТ amp;ndash;реакции), которого в природе нет, положения не изменяет, так как тритий регенерируется при последующей переработке.

Важнейшая особенность термоядерной детонации по сравнению с химической заключена в возможности многократного сжатия вещества перед фронтом горения энергией опережающего факела. Физической причиной этому служит превосходство ядерной энергии над внутренней энергией вещества. И при химической детонации происходит сжатие вещества на фронте ударной волны в несколько раз. Сейчас же речь идёт о сжатии топлива в сотни раз.

Важным преимуществом детонации со сжатием является её устойчивость (в химической детонации устойчивость возникает по причине полного выгорания) , если выполнено простое требование. Всякая сжимающаяся система испытывает три стадии: движение внутрь, прекращение движения в момент максимального сжатия и разлёт, то есть движение наружу. Утверждение сводится к тому, что процесс распространения устойчив, когда вспышка происходит до момента максимального сжатия. Другими словами, поскольку наилучшие условия горения возникают при наибольшем сжатии, реализовать их буквально невозможно, надо отступить, иметь некоторый запас.