Приключения изобретений - Александр Ивич
Трагическим был день Хиросимы для многих физиков-антифашистов, работавших над созданием ядерного реактора. Они дали Америке атомную бомбу, чтобы предупредить опасность – использование атомной бомбы фашистами. Но фашисты были разгромлены прежде, чем овладели внутриядерной энергией. И добили германских фашистов советские войска и их союзники без помощи атомной бомбы.
Взрыв в Хиросиме был нужен правителям Америки не для выигрыша уже выигранной войны, а в целях политических, которым вовсе не сочувствовало большинство физиков, создавших атомное оружие.
Правители Америки хотели устрашить весь мир – показать, что в их руках оружие, которое делает невозможной борьбу с ними. Мир принуждён теперь покорно выполнять волю Америки – вот что должно было доказать жестокое нападение на Хиросиму.
Американцы высчитали, что Советский Союз раньше чем лет через десять – пятнадцать никак не сумеет построить ядерный реактор. А на самом-то деле постройка ядерных реакторов у нас тогда уже завершалась.
Но вот в чём была важнейшая особенность работы советских учёных. Пока в Америке занимались только атомной бомбой, мы, запасшись по необходимости этим оружием, стали сразу же работать над использованием атомной энергии в мирных целях. И намного опередили в этом Америку.
При взрыве атомной бомбы выделяется огромное количество тепла. Воздух нагревается так, что всё живое погибает на много километров вокруг. Такое «тепло» годится только для уничтожения. А советским учёным нужно было добыть тепло умеренное, годное для работы, для созидания, а не для уничтожения.
Эта задача впервые в мире была решена советскими учёными, построившими атомную электростанцию. Она дала ток 27 июня 1954 года.
Построили реактор, в нём поместили сто двадцать восемь урановых стержней – каждый в графитовой шубе. Бомбардируя урановые ядра нейтронами, возбудили цепную реакцию. Расщепление атомов вызывает нагревание урановых стержней. Тепло забирает вода, которая проходит по трубам в реакторе. Используется это тепло для образования пара. Пар вращает лопасти турбины. А турбина приводит в движение генератор, вырабатывающий электрический ток.
Этот ток первой в мире атомной электростанции идёт в колхозы и города. Весь расход «топлива» – радиоактивного урана – всего тридцать граммов в сутки. Угля, чтобы получить такое же количество тока, понадобилось бы не меньше ста тонн – в три миллиона раз больше.
Активный участок реактора, где происходит расщепление ядер урана, невелик. Это цилиндр из графитовых блоков высотой с человеческий рост (1,7 метра) и диаметром около полутора метров. А в целом атомная электростанция – большое сооружение.
Ведь, кроме помещений, нужных для управления реактором, необходимо создать надёжную защиту от радиоактивных частиц, которые опасны для людей. Надо, чтобы вредные излучения не вышли за пределы реактора. А это не просто – они проникают даже сквозь толстую стену. Приходится строить несколько стен из разных материалов. Первая стена – графитовая, вторая – из стальных плит, третья – метровый слой воды и потом ещё одна стена из бетона трёхметровой толщины. А над реактором – чугунный потолок. Помещения атомной электростанции тоже отделены одно от другого толстыми бетонными стенами, и специальные приборы постоянно проверяют, не загрязнён ли воздух радиоактивными частицами.
Ну, а куда девать отработанные урановые стержни? Они очень опасны, так как долго ещё излучают вредные для здоровья людей частицы. Замена стержней производится механизмами. Они переносят отработанный стержень в глубокий бассейн, и он там отлёживается целый год, пока не станет безопасным. Управляют этими механизмами так же, как реактором, на расстоянии.
Много тут было работы изобретателям. Ведь надо было придумать автоматические приборы для регулирования цепной реакции, механизмы для смены отработанных урановых стержней. И это ещё далеко не всё – нужно было создать приборы контроля, которые давали бы в зал управления все сведения о его работе, сообщали обо всём, что происходит в реакторе. Надёжность этих приборов должна быть совершенной – ведь когда реактор пущен в ход, к нему уже не приблизишься для ремонта!
Реактор и все нужные для его работы приборы учёным и инженерам пришлось изобретать и строить в тесном содружестве. Технические задачи тут неразрывно связаны с теоретическими исследованиями – нельзя оторвать одно от другого. И никогда прежде не было таким тесным содружество учёных с техниками, как в создании ядерных реакторов. Учёные усваивали технические навыки, становились изобретателями и конструкторами, а инженеры глубоко изучали теоретическую физику.
Атомные электростанции работают, дают ток. У нас их уже несколько. Строятся новые, всё более крупные. Но почти всегда важное изобретение как бы вырывается вперёд и требует, чтобы многие отрасли техники подтянулись до уровня этого изобретения и дали возможность извлечь из нового изобретения все выгоды, которые оно сулит. Сейчас ядерный реактор – это котёл, поставляющий пар турбине. Самый современный способ получения энергии – путём деления атомного ядра – требует и новых, совершенных, способов использования этой энергии. Иначе коэффициент полезного действия атомного горючего останется невысоким.
Тепла реактор мог бы дать больше, чем десятки самых крупных паровых котлов, величиной с пятиэтажный дом каждый. Но при одном условии: всё тепло надо отводить из реактора без малейшей задержки – иначе он мгновенно выйдет из строя.
А для того, чтобы отвести очень быстро большие количества тепла, нужен огромный поток воды. Пропустить его через реактор невозможно, потому что рабочая зона реактора, как вы уже знаете, невелика.
Где же выход, есть ли он? Есть – и не один. Но каждый требует ещё огромного совместного труда учёных с изобретателями.
Предлагают, например, отводить тепло без помощи воды. Каким же способом – воздухом, газом? Нет, и воздуха и газа понадобилось бы ещё больше, чем воды. А вот жидкий металл для этого очень удобен, и лучше всего жидкий натрий, который кипит при температуре в восемьсот градусов.
Что это даёт? Огромное сокращение объёма жидкости, забирающей тепло от реактора: жидкого натрия нужно почти в двадцать тысяч раз меньше, чем воды, потому что температура его кипения при нормальном давлении очень высока. Иначе говоря, текущий по трубам жидкий натрий заберёт во много раз больше тепла, чем вода. Коэффициент полезного действия реактора резко повысится. Но, чтобы заменить воду жидким металлом, надо преодолеть столько препятствий, что одно перечисление их заняло бы много страниц. И всё же реактор останется паровым котлом, только более экономичным, чем нынешние.
Действительно новым способом использования атомной энергии был бы совсем другой – превращение её непосредственно в электрическую энергию, – а не в тепловую. Задача очень трудная, но учёные подошли вплотную к её решению. У нас уже работает небольшой опытный реактор, который преобразует ядерную
