Ядерное топливо (в виде стержней) относительно безопасно для человека во время производства. Так какой же процесс происходит в реакторе, чтобы такие стержни "активировались" и начали производить энергию?
ОТВЕТ
Уран действительно не является очень радиоактивным веществом. Период полураспада изотопа U-238 составляет 4,5 миллиарда лет, а изотопа 235 - 700 миллионов лет. Это означает, что он распадается очень медленно и испускает мало излучения.
Более того, в обоих случаях основным способом распада является альфа-излучение, которое имеет очень короткий радиус действия, едва достигающий нескольких сантиметров в воздухе. Это означает, что излучение от топлива исходит только с его поверхности, так как альфа-частицы, испускаемые атомами внутри топливной лепешки, не выходят наружу.
Только очень небольшая часть распадов является спонтанными делениями, во время которых образуются нейтроны, способные выйти из материала. В случае с U-238 это происходит раз в 50 миллионов распадов, а с U-235 - раз в 700 миллиардов распадов.
Однако энергия, которая питает реактор, поступает не от спонтанного распада атомных ядер. Фокус в том, что мы разрушаем уран нейтронами, т.е. заставляем его делить. Это дает огромную энергию (знаменитое E = mc2) - более 80 миллиардов джоулей на грамм топлива (из угля мы можем получить 30 000 джоулей на грамм). Кроме того, нейтроны, образующиеся при делении, могут расщеплять другие ядра в самоподдерживающейся цепной реакции.
Реакторное топливо само по себе не запустит цепную реакцию. Если бы это было так, то из него можно было бы сделать ядерную бомбу, но этого не происходит. Нейтроны, образующиеся при делении, обладают высокой энергией и движутся быстро. А уран неохотно ловит такие нейтроны.
Только медленные нейтроны эффективны для инициирования деления, но только для изотопа 235. Поэтому ядерное топливо большинства реакторов слегка обогащено этим изотопом (обычно 3-5%, для бомбы необходимо 90%). Чтобы замедлить нейтроны, необходим замедлитель, обычно вода, в которой нейтроны отскакивают от протонов (водорода), как билеты, и быстро теряют свою энергию.
Только когда топливо окружено замедлителем, оно может достичь критичности и начать непрерывно вырабатывать энергию. Обычно в самом начале количество нейтронов, спонтанно испускаемых ураном, слишком мало, и необходим стартовый источник нейтронов в виде нуклида, готового к спонтанному делению.
Таким источником может быть, например, Californ-252, период полураспада которого составляет 2,6 года, а около 3% распадов приходится на спонтанное деление. В отличие от уранового топлива, даже небольшое его количество опасно для человека, и для его безопасного использования необходимы специальное оборудование и процедуры.
Комментарии
Отправить комментарий