Машина-двигательОт водяного колеса до атомного двигателя
Шрифт:
Но вот энергия деления урановых ядер уже освоена. И первое промышленное применение она получила у нас, в советской стране. В четверг 1 июля 1954 года во всех газетах Советского Союза было опубликовано следующее сообщение Совета Министров СССР:
«О ПУСКЕ В СССР ПЕРВОЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ НА АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ
В настоящее время в Советском Союзе усилиями советских ученых и инженеров успешно завершены работы по проектированию и строительству первой промышленной электростанции на атомной энергии полезной мощностью в 5000 киловатт.
27 июня 1954
Впервые промышленная турбина работает не за счет сжигания угля или других видов топлива, а за счет атомной энергии расщепления ядра атома урана.
Вводом в действие атомной электростанции сделан реальный шаг в деле мирного использования атомной энергии.
Советскими учеными и инженерами ведутся работы по созданию промышленной электростанции на атомной энергии мощностью 50—100 тысяч киловатт.
Первый атомный двигатель, работающий для нужд промышленности и сельского хозяйства, пущен! Его родина — Советский Союз».
Как же удалось ученым и инженерам обуздать атомную энергию?
Как работает атомный двигатель и каковы его перспективы? Достаточны ли, наконец, запасы «атомного горючего»?
Атомный котел и атомное горючее
Освободившаяся атомная энергия превращается в тепло. Значит, двигатель, превращающий это тепло в механическую работу, должен быть тепловым.
Но пока шла речь о паровых двигателях или о двигателях внутреннего сгорания, всё было понятно. В первом случае тепло выделялось вне цилиндра машины — в топке парового котла. Во втором случае тепло выделялось при сгорании топлива внутри цилиндра. Понятно и то, как, сжигая топливо, заставляют тепло работать и в газовой турбине и в реактивном двигателе…
Но как заставить работать двигатель на атомной энергии? Не взрывать же в каждом, цилиндре по атомной бомбочке?
Да, пожалуй, в поршневом двигателе внутреннего сгорания атомное горючее пока использовать трудно (хотя и такие предложения появляются). Но вот для турбин — паровых и газовых — техника уже знает пути применения атомного горючего.
Так, например, способ внешнего «сгорания» здесь оказывается вполне осуществимым.
Надо только вместо обычных паровых или воздушных (для газовых турбин) котлов построить специальные атомные-котлы. В этих котлах процесс выделения атомной энергии должен, конечно, идти медленно, без взрывов, так же, как при сгорании обычного топлива.
Начиная с 1942 года было построено несколько таких котлов, но только один из них — котел, установленный на первой в мире атомной электростанции в Советском Союзе, — был предназначен для промышленного использования.
Что же представляет собой такой котел? Вероятно, услышав название «котел», вы представили себе устройство, напоминающее паровые котлы?
Схема установки с атомным двигателем.
«Атомный котел», оказывается, вовсе
Сердцевина «котла» представляет собой графитовый блок: ряд положенных друг на друга столбиком толстых графитовых плит. В плитах в определенном порядке просверлены отверстия, в которые вложены стержни из металлического урана.
Словно конфету, графитовый блок с урановой начинкой снаружи обертывают сначала тонким слоем металла бериллия, а затем очень толстым слоем бетона (от одного до пяти метров).
Вот и получается огромное сооружение. Первый реактор, построенный в 1942 году американцами, имел размеры 10х10х7 м, то есть занимал объем солидного двухэтажного дома.
Зачем же такое нагромождение?
Для того, чтобы понять назначение графита, бериллия, бетона и еще кое-каких частей «котла», о которых будет сказано дальше, вернемся к «критической массе» урана. Без такой массы нельзя выделить атомную энергию.
Итак, нам известно, что если изготовить килограммовый кусок урана, имеющего атомный вес 235 (изотоп U-235), то в таком куске окажется возможной цепная реакция и произойдет мгновенное выделение огромного количества тепла.
Но почему же так быстро произойдет деление такого большого количества ядер урана? Да потому, что вылетающие нейтроны обладают колоссальными скоростями — до 10–15 тысяч километров в секунду! Понятно, что в небольшом куске урана взметнувшийся и молниеносно нарастающий вихрь нейтронов в течение каких-то весьма малых долей секунды сделает свое дело — расщепит все встречные ядра.
А нужна ли для ядер урана-235 бомбардировка такими быстрыми нейтронами? Ведь эти ядра могут даже самопроизвольно распадаться… По-видимому, достаточно было бы получить от нейтрона и несравненно менее сильный толчок.
И действительно, ученым удалось установить, что как раз очень медленными нейтронами, двигающимися со скоростью всего лишь 3 километра в секунду, ядра урана-235 лучше всего расщепляются.
Ну, а раз так, то, значит, есть возможность замедлить и весь процесс выделения энергии в «критической массе», — надо только эту массу рассредоточить, проложив между кусочками урана какие-либо прокладки, пробираясь через которые нейтроны снижали бы свою скорость.
Правда, при этом необходимо обеспечить цепную реакцию, то есть принять меры, чтобы нейтроны не вылетали куда-либо наружу.
Вот так и возникла идея «атомного котла».
Графитный блок как раз и используется в качестве замедлителя нейтронов. Металлические стержни урана все вместе составляют «критическую массу» и распределены в блоке так, чтобы нейтроны, проходя через толщу графита, замедляли свою скорость. А бериллиевая оболочка нужна для того, чтобы отражать те нейтроны, которые, не встретив на своем пути ядер, стремятся вылететь наружу. Такой «отражатель нейтронов» позволяет уменьшить величину «критической массы».