Главная / Библиотека / Шелест гранаты (издание второе) /
/ 2 Ветер в стали / 2.4 Ядерный реактор торпеды: запустить быстрее!

Глав: 7 | Статей: 53
Оглавление
Эта книга об оружии, но не только — она открывает причудливую мозаику явлений физического мира: химические и ядерные взрывы, разделение изотопов и магнитная гидродинамика, кинетика ионов в плотных газах и ударные волны в твердых телах, физика нейтронов и электроника больших токов, магнитная кумуляция и электродинамика. Обо всем этом автор рассказывает, не прибегая к сложному аппарату высшей математики. Для тех, кто пожелает ознакомиться с этими явлениями подробно, им же написано рассчитанное на подготовленного читателя учебное пособие для университетов и военных академий «Взрывы и волны».

В книге, которую держит в руках читатель, он найдет также исторические экскурсы, пронизанные иронией рассуждения о политике и политиках, а также — о персонажах замкнутого мира военной науки.

Во втором (электронном) издании переработан текст, существенно расширен иллюстративный ряд.

2.4 Ядерный реактор торпеды: запустить быстрее!

2.4

Ядерный реактор торпеды: запустить быстрее!

День защиты дипломной работы приближался. В ней не упоминалось о датчике приземного срабатывания: тогда надо было описывать и все подробности его применения, с приведением данных о мощности боевых блоков, защищенности шахт и многом другом. Эти сведения относились к высшей категории секретности и было бы нелегко объяснить, почему такие данные доверили студенту. Описать решили менее секретное применение генератора: для быстрого запуска торпедного ядерного реактора (его разрабатывали в другом институте).

В такой ситуации необходимо избежать «теплового эксцесса», подобного опыту доктора Слотина и значительную роль играют запаздывающие нейтроны.

…В ядерном реакторе — таком, например, какой обеспечивает энергией огромный корабль (рис. 2.22), — тепловыделение регулируют, вдвигая или выдвигая из активной зоны (той же сборки с делящимся веществом) стержни, содержащие поглощающие нейтроны элементы (кадмий, бор). Но мгновенные нейтроны размножаются слишком быстро — настолько, что затруднительно контролировать рост мощности: скорость введения стержней в активную зону всего лишь на метр (примерно 10 % ее длины) должна быть порядка километров в секунду — немыслимая для механических устройств с их блоками и тросами величина. А при меньших скоростях введения стержней реактор развалится от перегрева. Так и случается при авариях, и все же существует интервал положений стержней, в котором реактор вполне управляем. В этом режиме прирост числа нейтронов (и мощности) происходит за счет запаздывающих нейтронов (мгновенные тоже, конечно, рождаются, но каждое их последующее поколение увеличивается только на количество, соответствующее размножению запаздывающих). Реактор «вынужден ждать», пока долгоживущие осколки выпустят свои нейтроны, и не «идет в разгон» а набирает мощность медленно (проценты в секунду) — так, что прирост ее можно в нужный момент остановить, даже при ручном управлении.





Рис. 2.22

Вверху — снимок макета ядерного реактора ВВЭР-1000. Активная зона состоит из стержней с обогащенным ураном и стержней с веществом, поглощающим нейтроны (последние служат для регулировки мощности). Стержни омываются водой, которая замедляет нейтроны и служит теплоносителем. Вода циркулирует в активной зоне под высоким давлением и нагреть ее без вскипания можно до значительно большей, чем сотня градусов, температуры, обеспечив тем самым эффективный теплоотвод. Очень горячая вода из активной зоны поступает в теплообменник, где отдает свою энергию и та преобразуется для дальнейшего потребления.

Уран в стержнях (называемых ТВЭЛами — тепловыделяющими элементами, показанными в центре) обогащен «двести тридцать пятым» изотопом на 5 или чуть более процентов, он значительно «беднее», чем оружейный. От реактора получают огромную энергию, но, кроме того, U238 из его топлива не идет «в отвал», а превращается нейтронами в другое делящееся вещество при протекании реакций:

U238+п ? U239 ? Np239 ? Ри239

Ядерные реакции, продуктом которых является Pu239, в основном заканчиваются через несколько недель после извлечения отработавших ТВЭЛов. Это время они выдерживаются в бассейнах с водой, а их гамма-излучение столь интенсивно, что возбуждает вторичное (черенковское) излучение синеватого цвета в водяной защите (ниже). В «отсветивших» ТВЭЛах остается плутоний, который отличается от урана валентностью, что делает возможным его выделение химическими методами.

Выделение энергии при ядерной реакции происходит за счет массы: суммарная масса продуктов реакций меньше, чем ядер, в реакцию вступающих. Офицеры и матросы авианосца «Энтерпрайз» (нижний снимок) выстроилась на полетной палубе, образовав формулу Эйнштейна, связывающую убыль массы («т») реагентов при делении уранового топлива и выделяющуюся при этом энергию («Е»), которой ядерные реакторы обеспечивают их корабль («с» — скорость света). Цифра «40» означает, что все сорок лет службы корабля доказывают справедливость этой формулы. Перезарядка активных зон ядерной энергетической установки авианосца производится раз в три года и обеспечивает дальность плавания более чем в 300000 миль. «Энтерпрайз» вошел в состав ВМС США в 1961 г. и останется в строю до 2013 г. Полное водоизмещение авианосца — 93400 т.

…Запустить хоть и миниатюрный, но лишенный защиты реактор внутри подводной лодки — означало гибель экипажа. Но выстрелянная из лодки торпеда не могла долго ждать, пока ее реактор наберет нужную мощность. Надо было сделать это как можно быстрее, но не потеряв управляемости реактора. Путь существенного повышения, пусть и «запаздывающей», сверхкритичности означал приближение к состоянию, когда и мгновенных[54] нейтронов станет достаточно для их размножения в сборке. «Пошедший в разгон» реактор взорвется не как ядерный заряд (там период возрастания несравнимо короче), а как перегретый паровой котел. Но даже если, произойдя в нескольких метрах от лодки, тепловой взрыв и не разрушит ее прочный корпус, нейтроны и гамма-кванты устроят «маленький Чернобыль» (конечно, тогда это слово еще не было известным всем символом). Этот путь отвергли, как опасный. Вариант «подкачки» нейтронов с помощью генератора в сборку с небольшой «запаздывающей» сверхкритичностью представлялся более разумным. «Освежив» свои знания в этой области, 23 февраля 1972 года (в День советской армии) я предстал перед государственной экзаменационной комиссией.

Оглавление книги

Реклама

Генерация: 0.214. Запросов К БД/Cache: 0 / 0