Графит в атомен реактор, Andrei Smirnov
Графит - помощен материал на много индустрии, и то е същото - материалът на изграждане на индивидуални продукции. Отделни но много важно. Един от тях ще каже повече.
И първата в света ядрен реактор. и първия реактор на страната бяха уран-графит.
Очевидно е, че повечето читатели знаят, че основната роля на графит в ядрен реактор - ролята на неутронна модератор. Но всеки знае, защо трябва да ги забави? Обикновено на този въпрос е отговорено, че бързите неутрони не се делят на уран-235 ядро.
Това не е съвсем вярно. Ако бързи неутрони хит на уран-235 ядро, тя ще се слее с него, и съединение ядро се разпада. Но ядрото е известно, че много пъти по-малки от един атом, а по-голямата част от неутроните лети. Бавните неутрони летящи почти 235 ядра, тези ядра са в капан, и след това се разделят ядро. Бързи неутрони е прекалено енергични и разпръснати ядра в масата на уран-238 изотоп на белия дроб (U-235) не успяват да ги хванат.
Енрико Ферми и Лео Сцилард първи Изчислено е, че веригата на процеса на уран разпад ще стане възможно, ако бавните неутрони при скорост около 22 м / сек. (За микрокосмоса е много бавна скорост. Никой не неутронен генератор не може да осигури такива частици инхибира. Следователно, те трябва да се забави в тази област.)
Ние вярвахме, и не без основание, че най-добрият, най-ефективният неутронна модератора е тежка вода. деутериев оксид, D2O.
първата инсталация в света, които са се надявали да провежда ядрена верижна реакция, е построена през 1939 година във Франция. Алуминиева купа, пълна със суспензия от уранов оксид в тежка вода. С тежка вода, свързан най-малко три героични истории. Норвежки антифашисти взривиха електролиза завод завод "Хидро" и унищожени голяма част от запасите D2O предназначени за износ в нацистка Германия. Асистенти Фредерик Жолио-Кюри и Ханс Лео Kovarskii Halban успели да извадят от окупираните Франция 130 литра тежка вода, всъщност целия френски състав. Известен най-накрая, разказва драматичната история на великия Dane Нилс Бор, който, да напускат дома, не донесе нищо друго, освен една бутилка зелена бира с тежка вода. Голям стрес и объркване бяха Бор, когато пристигнах в Англия, той открил, че мачът учебник за разсеяния професор взе грешното бутилката. Датски нелегално движение дал заповед за намиране и премахване на бутилка с D2O, преди тя да бъде открито от германците. Това струва много пот и риск, но в крайна сметка всичко завърши добре и Бор с облекчение отпуши "погрешно" бутилка - това е една добра бира в него.
Тези три истории, разбира се, не са равностойни. производство Likviditsiya D2O в Норвегия нанесе сериозен удар върху плановете на немските физици, за през 1942 година в завода, в съответствие с насоките от Германия, те щяха да приемат повече от 4,5 тона тежка вода. Имайте предвид, че според изчисленията на Ф. Жолио Кюри, за да се поддържа необходимото за да спаси само един тон D2O верижна реакция.
Много години по-късно, реактори с тежка вода, като модератор се появили. Но първите ядрени реактора и Fermi и Курчатов са избрали да направят уран-графит. Защо? Ето какво е написано за него в мемоарите си ", атомите в нашия дом," Лора Fermi - вдовицата на великия физик. "След няколко месеца на научните изследвания, те заключи, че нито вода, нито друга, съдържащ водород, вещество, което не е подходящ като модератор. Водородът абсорбира много неутрони, и поради това верижна реакция не е възможно.
Лео Сцилард и Fermi решили да използват въглероден като модератор. Те си мислеха, че въглеродът е достатъчно бавните неутрони и усвояване на тях е по-малък, отколкото вода. Но това въглерод трябва да има много висока степен на чистота.
Szilard и Fermi замислен да се изгради нещо, което, според тяхната логика, би трябвало да осигури верижна реакция. Тази конструкция е да бъде съединител на уран слоеве и много чист графит; слоеве от чист графит трябва да се редуват със слоеве от графит с поставена в него на уранови пръчки, с други думи, те решили да построят купчина, или "гърне".
Превод на думата купчината като "гърне" едва ли може да се счита за успешна (английски купчина е купчина, купчина). И наистина, на първия реактор е по-скоро като комин. В нашата страна терминът "атомен пиле" е краткотрайно. Общото название в момента е тези структури - ядрен реактор.
От други книги е известно, че някои от техническите характеристики на реактора, построен във фермата и някои от детайлите на своята работа. Подобно на части за автомобили, предлагани на dtbm.ru всички ядрени реактори са изработени от висококачествени материали. В хода са класове висококачествена стомана и се пречиства графит. Известно е, например, че в основата на структури бяха височина графит колона от 3 и 1.2 метра ширина, и че изграждането на графит блокови кубически банки, допълнени с уранов оксид. Както той пише историк на американските ядрени изследвания Уилям Л. Лорънс, "атомен огън се оставя да се горят в продължение на двадесет и осем минути, след което на Fermi даде сигнал и огънят бил потушен."
И това е известно, че през зидарията уран-графит по време на първото си стартиране мито, две млади учени с кофи в готовност. Кофи имат кадмий сол разтвор кадмий абсорбира неутрони и изгасва верижна реакция.
Нека сега се обърнем към друг известен книга, която се казва, че от първа ръка от един от спътниците на Курчатов учат. Какво да правим с уран и графит в края на войната.
В допълнение, ние знаем самоличността на Курчатов - учен и организатор на науката, този пасаж ще добави малко, освен, че за пореден път свидетелства, че Курчатов не се избегне необработен и черно в пълния смисъл на думата работа. Но ролята на графит в строителството на реактора, същия този пасаж казва, внимателният читател доста много.
От изложеното по-горе, което знаем за двете роли графит reaktore- на забавяне неутрони към тях и графит като строителните материали. Тук, в последните редове - доказателство за трети и четвърти от неговите роли. Графит в реактора е също неутронен отражател, да ги предпазва от напускане на активната зона, а също така служи като първа линия на радиация реактор служба за защита на персонал.
Да работи в ядрен реактор е подходящ не всеки графит. Реакторът не трябва да бъде графит и следи от кадмий, бор, ванадий, литий, редкоземни елементи, както и живак и хлор силно абсорбиращи неутроните. Строго регламентирано и други примеси. Следователно, реактори се използват само изкуствен графит на по-висока чистота.
В една стара книга открих следното определение: "Графа е последната стъпка от вековната естествено овъгляване на органична материя." Наистина, въглища може да се счита за предшественик на графит в въглероден родословното дърво на. превръщане на въглища в условия графит подземен - висока температура и липса на кислород. Тогава въглища консумира в окисляването на лека количеството кислород, което се запазва. Този кислород окислява остатъчен водород предимно въглища. Водната пара напуска остава чисти въглеродни атоми, в която тези условия са преподредени в кристалната решетка на графит.
Изкуствен графит, човек не се измисли нещо от себе си, той повтаря пътя на "естествен процес на карбонизация на органична материя." Суровината за реактор графит обикновено се използва нефтен кокс и въглищен катран (като свързващо вещество). Тяхното предварително внимателно пречиства на замърсители, кокс се раздробява на малки парченца, и след това се смесва със смолата получава testopodobnuyu гъста маса. От него желаните предварително сгъстен части до краен предел, за да се намали последваща обработка.
Електрическият или газ пещ при температура 1500 ° С, за целия процес на карбонизация и графитизиране на частичното маса. Едновременно с това, втори етап на пречистване: изгаряне на примесите. Но материалът, получен след изпичане, това не е графит реактор. А някои примеси остават и пори. И структурата на веществото все още е фина, характерни за по-ниско качество от естествен графит.
По-плътен графит се получава след допълнително импрегниране смола и повторното изпичане. "На този етап - както се казва британски експерти Г. Дрискол и Джордж Бел, -. Синтероване продукт е много здрава, тя не може да се обработи, и все още съдържа значително количество примеси. Следователно, продуктът се пълни и нефтен кокс се подлага на graphitizing калцинира в електрическа пещ при температура от около 2800 ° С; по време на това лечение образуването на кристали възниква и типичен слой структурата на графит. И едновременно промяна на свойствата на графит; Полученият материал може да бъде оформен лесно, и неговите термични увеличава проводимост. Процесът на графитизация също е подобрена чистота на продукта, тъй като много примеси при такива високи температури летливи ".
Може да се добави, че вторият етап на графитизация размер графитни кристали увеличава около десет пъти и да достигне в хилядни от милиметъра. реактор графит Плътност 2.21-2.25 грама на кубичен сантиметър, температура на топене 3800-3900 ° С под налягане, якост на опън не по-малко от 50 килопаскала до 1 cm2 и пресоване - от 160 до 300. Топлинният улавяне на напречното сечение неутроните се регулира строго и най-вече да не е повече от 0,0045 плевня. Той е много малък, но спектрално чист графит, тази стойност е все още една година и половина пъти по-малко.
Физици и инженери днес чистота "ядрени реактори" реактор графит като цяло удовлетворени. Но не във всички. От всички недостатъци на такъв графит може би naibolshiy- крехкост, т.е. ниско съпротивление на ударни натоварвания. И все пак - промяната в физични свойства под действието на неутрони бомбардиране. Особено си електропроводимост и топлопроводимостта се намалява значително. Последното е много лошо, защото в ядрения реактор произвежда топлина, която трябва да се извършва с кола.
Но не всички характеристики графит под влияние на неутронния поток се влошава. Еластичния модул, например, напротив, се разраства. Накратко, сложни физични и химични свойства на изкуствен графит като цяло отговаря на високите изисквания на съвременния ядрена технология.