Рэактар на хуткіх нейтронах

Хоць у аснове працы любога ядзернага рэактара ляжыць дзяленне радыеактыўнага рэчыва, якое суправаджаецца вылучэннем тэмпературы, у залежнасці ад канструктыўных асаблівасцяў адрозніваюць дзве іх разнавіднасці - рэактар на хуткіх нейтронах і павольных, часам званых цеплавымі.

Нейтроны, вылучыліся ў працэсе рэакцыі, валодаюць вельмі высокай пачатковай хуткасцю, тэарэтычна пераадольваючы за секунду тысячы кіламетраў. Гэта - хуткія нейтроны. У працэсе перамяшчэння з-за сутыкнення з атамамі навакольнага матэрыі іх хуткасць запавольваецца. Адным з простых і даступных спосабаў штучна знізіць хуткасць з'яўляецца размяшчэнне ў іх на шляху вады ці графіту. Такім чынам, навучыўшыся рэгуляваць ўзровень кінэтычнай энергіі гэтых часціц, чалавек атрымаў магчымасць стварыць два тыпу рэактараў. Сваю назву «цеплавыя» нейтроны атрымалі дзякуючы таму, што хуткасць іх перамяшчэння пасля запаволення практычна адпавядае натуральнай хуткасці внутриатомного цеплавога руху. У лікавым эквіваленце яна складае да 10 км у секунду. Для мікрасвету гэта значэнне адносна нізка, таму захоп часціц ядрамі адбываецца вельмі часта, выклікаючы новыя віткі дзялення (ланцуговую рэакцыю). Следствам гэтага з'яўляецца неабходнасць у значна меншай колькасці дзеліцца рэчывы, чым не могуць пахваліцца рэактары на хуткіх нейтронах. Акрамя таго, зніжаюцца некаторыя іншыя накладныя выдаткі. Дадзены момант як раз і тлумачыць, чаму большасць працуючых ядзерных станцый выкарыстоўваюць менавіта павольныя нейтроны.

Здавалася б - калі ўсё пралічана, то навошта патрэбен рэактар на хуткіх нейтронах? Аказваецца, не ўсё так адназначна. Найважнейшая перавага такіх установак - здольнасць забяспечваць ядзерным палівам іншыя рэактары, а таксама ствараць павялічаны цыкл дзялення. Спынімся на гэтым больш падрабязна.

Рэактар на хуткіх нейтронах больш поўна выкарыстоўвае загружанае ў актыўную зону паліва. Пачнем па парадку. Тэарэтычна, выкарыстоўваць у якасці гаручага можна толькі два элемента: плутоній-239 і уран (ізатопы 233 і 235). У прыродзе сустракаецца толькі ізатоп U-235, але яго зусім мала, каб гаварыць пра перспектыўнасць такога выбару. Названыя уран і плутоній - гэта вытворныя ад торыя-232 і ўрану-238, якія ўтвараюцца ў выніку ўздзеяння на іх патоку нейтронаў. А вось ужо гэтыя два радыеактыўных матэрыялу значна часцей сустракаюцца ў натуральнай форме. Такім чынам, калі б удалося запусціць самападтрымоўваемаму ланцуговую рэакцыю дзялення U-238 (ці плутонію-232), то яе вынікам стала б ўзнікненне новых порцый дзеліцца рэчывы - ўрану-233 або плутонія-239. Пры запаволенні нейтронаў да цеплавой хуткасці (класічныя рэактары) такі працэс немагчымы: палівам у іх служаць менавіта U-233 і Pu-239, а вось рэактар на хуткіх нейтронах дазваляе выканаць такое дадатковае пераўтварэнне.

Працэс выглядае наступным чынам: загружаем уран-235 або торый-232 (сыравіна), а таксама порцыю ўрану-233 або плутонія-239 (паліва). Апошнія (любой з іх) забяспечваюць паток нейтронаў, неабходны для «запальвання» рэакцыі ў першых элементах. У працэсе распаду вылучаецца цеплавая энергія, преобразуемая генератарамі станцыі ў электрычнасць. Хуткія нейтроны ўздзейнічаюць на сыравіну, пераўтвараючы гэтыя элементы ў ... новыя порцыі паліва. Звычайна колькасці згарэлага і пралому паліва роўныя, але калі сыравіны загружана больш, то генерацыя новых порцый дзеліцца матэрыялу адбываецца нават хутчэй, чым расход. Адсюль другая назва такіх рэактараў - размножители. Лішкі паліва можна выкарыстоўваць у класічных павольных разнавіднасцях рэактараў.

Недахоп мадэляў на хуткіх нейтронах у тым, што перад загрузкай уран-235 павінен быць узбагачаны, што патрабуе дадатковых фінансавых укладанняў. Акрамя таго, сама канструкцыя актыўнай зоны больш складаная.