Grafit într-un reactor atomic, Andrei Smirnov

Grafit - materiale de mai multe industrii de sprijin, și este același lucru - materialul de construcție a producțiilor individuale. Separate, dar foarte important. Unul dintre ei va spune mai multe.

Și primul reactor nuclear din lume. și primul reactor al țării au fost uraniu-grafit.

Evident, cei mai mulți cititori știu că rolul principal al grafitului într-un reactor nuclear - rolul unui moderator de neutroni. Dar toată lumea știe de ce trebuie să le încetinească? De obicei, această întrebare se răspunde, că neutroni rapizi nu diviza nucleul de uraniu-235.

Acest lucru nu este destul de adevărat. Dacă neutroni rapizi lovit nucleul de uraniu-235, ar fi fuzionat cu ea, iar nucleul compus dezintegrat. Dar miezul este cunoscut a fi de multe ori mai mică decât un atom, iar majoritatea neutroni zboara. neutronii lenți care zboară aproape 235 nuclee, aceste nuclee sunt prinse, și apoi împărțite de bază. neutroni rapizi este prea nuclee energetice și dispersate în masa de uraniu-238 izotop pulmonar (U-235) nu a reușit să le captureze.
Enrico Fermi și Leo Szilard calculat mai întâi că lanțul procesului de fisiune a uraniului va deveni posibilă dacă neutronii lent de la o viteză de aproximativ 22 m / s. (Pentru microcosmos este o viteză foarte lent. Nici un generator de neutroni nu poate furniza astfel de particule inhibată. De aceea, ei trebuie să încetinească în materie.)
Am crezut, și nu fără motiv, că cel mai bun, cel mai eficient moderator de neutroni este apa grea. oxid de deuteriu, D2O.

prima instalare din lume, care a sperat să realizeze o reacție nucleară în lanț, a fost construită în 1939 în Franța. Un bol de aluminiu umplut cu o suspensie de oxid de uraniu din apa grea. Cu apă grea legată de cel puțin trei povești eroice. Norvegiană anti-fasciști detonat instalație de electroliză „Hydro“ fabrică și a distrus cea mai mare parte a stocurilor D2O destinate exportului în Germania nazistă. Asistenții Frederic Joliot-Curie și Hans Leo Kovarskii Halban a reușit să scoată din Franța ocupată de 130 de litri de apă grea, de fapt, întregul stoc francez. Cunoscut, în cele din urmă, povestea dramatică a marelui Dane Niels Bohr, care, lăsând acasă, nu a adus nimic altceva decât o sticlă de bere verde, cu apă grea. Marele suferință și confuzie au fost Bohr, atunci când a sosit în Anglia, el a descoperit că meciul manual pentru profesorul absent-minded a luat sticla greșit. mișcarea subterană daneză a dat ordinul de a găsi și de a elimina sticla cu D2O înainte ca ea este descoperit de germani. A costat o mulțime de sudoare și de risc, dar în cele din urmă totul sa terminat cu bine, și Bor cu ușurare destupat sticla „greșit“ - a fost o bere bună în ea.

Aceste trei povești, desigur, nu sunt echivalente. producția Likviditsiya D2O în Norvegia și-a dat o lovitură serioasă pentru planurile fizicienii germani, în 1942 la fabrica, în conformitate cu liniile directoare din Germania, acestea au fost de a primi mai mult de 4,5 tone de apă grea. Rețineți că, potrivit calculelor de F. Joliot-Curie, pentru a menține reacția în lanț necesară pentru a salva doar o tonă de D2O.

Mulți ani mai târziu, reactoare cu apă grea ca moderator a apărut. Dar primele reactoare nucleare și Fermi și Kurchatov ales pentru a face uraniu-grafit. De ce? Aici este ceea ce a fost scris despre el în memoriile sale, „atomii din casa noastră“, Laura Fermi - văduva marelui fizician. „După câteva luni de cercetare, au ajuns la concluzia că nici apă, nici o altă substanță care conține hidrogen nu este adecvat ca moderator. Hidrogenul absoarbe prea mulți neutroni, și din cauza acestei reacții în lanț nu este posibilă.
Leo Szilard și Fermi a decis să utilizeze carbon ca moderator. Ei au crezut că carbonul este suficient de lent și de a absorbi neutroni le este mai mică decât apa. Dar acest atom de carbon ar trebui să aibă un grad foarte ridicat de puritate.

Szilard și Fermi conceput pentru a construi ceva care, în conformitate cu raționamentul lor, trebuia să ofere o reacție în lanț. Această construcție a fost să fie un ambreiaj de straturi de uraniu și grafit foarte pură; straturi de grafit pur trebuie să alterneze cu straturi de grafit cu inserate în ea de tije de uraniu, cu alte cuvinte, ei au decis să construiască un teanc, sau „oală“.

Traducerea cuvântului gramada ca un „vas“ poate fi cu greu considerat de succes (gramada limba engleză este un morman, o grămadă). Și într-adevăr, primul reactor este mai mult ca o stivă. În țara noastră, termenul „gramada atomica“, a fost de scurtă durată. Denumirea comună este acum astfel de structuri - un reactor nuclear.

Din alte cărți cunoscute la unele dintre caracteristicile tehnice ale reactorului, a construit ferma si unele detalii ale muncii lor. Ca piese auto oferite pe dtbm.ru toate reactoarele nucleare sunt fabricate din materiale de înaltă calitate. În cursul sunt clase de oțel de înaltă calitate, și grafit purificat. Este cunoscut, de exemplu, că fundația structurilor erau grafit înălțimea coloanei de 3 și 1,2 metri lățime, iar construcția blocului de grafit băncile cubice suplimentat cu oxid de uraniu. După cum a scris istoricul cercetării nucleare american William L. Laurence, „foc atomic a fost lăsat să ardă timp de douăzeci și opt de minute, apoi Fermi a dat semnalul, iar focul a fost stins.“

Și se știe că peste zidăria uraniu-grafit în timpul primei sale taxe start-up, doi tineri oameni de știință cu găleți la gata. Cupele au o sare de cadmiu soluție cadmiu absoarbe neutroni și se stinge reacția în lanț.
Să ne întoarcem acum la o altă carte celebră, care se spune că are de primă mână de la unul dintre însoțitorii Kurchatov învață. Ce se poate face cu uraniu și grafit, la sfârșitul războiului.

În plus, știm identitatea Kurchatov - un om de știință și organizator al științei, acest pasaj se va adăuga puțin, cu excepția faptului că, încă o dată mărturie că Kurchatov nu a evitat dur și negru, în sensul deplin al lucrării cuvânt. Dar rolul de grafit în construcția reactorului, același pasaj spune cititorul atent destul de mult.
Din cele de mai sus știm despre cele două roluri grafit reaktore- de încetinirea neutronilor pentru ei și grafit ca materiale de construcție. Aici, în ultimele rânduri - dovada a treia și a patra din rolurile sale. Grafitul în reactor este, de asemenea, un reflector de neutroni, le împiedică să părăsească zona activă și, de asemenea, servește ca prima linie a personalului de serviciu de protecție a radiațiilor reactor.

Pentru a lucra într-un reactor nuclear este potrivit nu fiecare grafit. Reactorul nu ar trebui să fie grafit și urme de cadmiu, bor, vanadiu, litiu, pământuri rare, precum mercurul și clorul neutroni puternic absorbante. Strict reglementat și alte impurități. Prin urmare, reactoarele sunt utilizate numai grafitului artificial de puritate mai mare.

Într-o carte veche am găsit următoarea definiție: „Contele este ultimul pas al carbonizarea naturale vechi de secole a materiei organice.“ Într-adevăr, cărbunele poate fi considerat un precursor al grafit în arborele genealogic al familiei de carbon. transformarea cărbunelui în condiții de grafit subteran - temperatură ridicată și a lipsei de oxigen. Apoi, cărbunele consumat în oxidarea ușoară cantitatea de oxigen care este conservat. Acest oxigen oxideaza rezidual de hidrogen în principal cărbune. Vaporii de apă lasă rămâne curat atomi de carbon în care aceste condiții sunt rearanjate într-o rețea cristalină de grafit.
Un grafit artificial, o persoană care nu inventează nimic de unul singur, el repetă calea „carbonizare naturală a materiei organice.“ Materia primă pentru reactorul de grafit utilizat în mod obișnuit cocs de petrol și de gudron de huilă (ca liant). avansul purificat cu grijă de contaminanți, cocs este zdrobit în bucăți mici, și apoi amestecat cu rășina preparată testopodobnuyu masa groasă. Din ea părțile precomprimate dorite la maximum pentru a reduce prelucrarea ulterioară.

Cuptorul electric sau gaz, la o temperatură de 1500 ° C, procesul complet de carbonizare și grafitizării masei parțiale. Simultan, o a doua etapă de purificare: arde impurităților. Dar materialul obținut după ardere, nu este un reactor de grafit. Și unele impurități au rămas, și pori. Și structura substanței este încă cu granulație fină, tipică pentru clasele inferioare de grafit natural.

Mai mult grafit dens se obține după o impregnare suplimentară și re-sinterizare. „În această etapă - așa cum spun expertii britanici D. Driscoll și George Bell, -. Produs Sinterizarea este foarte solid, nu poate fi prelucrat, și încă mai conține o cantitate semnificativă de impurități. De aceea, produsul este umplut și cocs de petrol este supus grafitare calcinat într-un cuptor electric, la o temperatură de aproximativ 2800 ° C; în timpul acestui tratament formarea cristalelor are loc și structura stratului tipic de grafit. Și în același timp modificarea proprietăților de grafit; materialul rezultat poate fi prelucrat cu ușurință, iar creșterile sale de conductivitate termică. Procesul de grafitizare este de asemenea îmbunătățit puritatea produsului, deoarece multe impurități la astfel de temperaturi ridicate volatiliza“.

Se poate adăuga că a doua etapă grafitizare a dimensiunii cristalelor de grafit crește de zece ori și să ajungă la peste miimi de milimetru. reactor grafit Densitate 2,21-2,25 grame pe centimetru cub, o temperatură de topire de 3800-3900 ° C, sub o presiune, o rezistență la rupere de cel puțin 50 de kilopascali la 1 centimetru pătrat și compresiune - de la 160 la 300. captare termică Secțiunea transversală neutronii este reglementată strict și mai ales nu este mai mare de 0,0045 hambar. Este foarte mic, dar grafit spectral pură, această valoare este încă una și jumătate de ori mai puțin.

Fizicienii și ingineri astăzi curățenia „reactoarelor nucleare“ reactor cu grafit, în general, satisfăcut. Dar nu în toate. Dintre toate dezavantajele unei astfel de grafit probabil fragilitate naibolshiy-, adică, rezistență redusă la sarcini de șoc. Și totuși - modificarea proprietăților fizice sub acțiunea unui bombardament cu neutroni. În special conductivitatea electrică și conductivitate termică sunt foarte reduse. Acesta din urmă este foarte rău, pentru că în reactorul nuclear produce căldură, care trebuie să fie efectuate imediat.

Dar nu toate caracteristicile grafit sub influența fluxului de neutroni se deteriorează. Modulul de elasticitate, de exemplu, din contră, în creștere. Pe scurt, proprietățile fizice și chimice complexe de grafit artificial ca un întreg satisface cerințele ridicate ale tehnologiei nucleare de azi.