Чтобы все было понятно.

Наверное не каждому из Вас доводилось иметь дело с теми понятиями и терминами, которые нам придется использовать при беседе с Вами. Нам не хотелось бы затруднять Вас и загружать Вашу память разными «мудреными» вещами. Но кое о чем все же стоит поговорить, чтобы в ходе чтения книги у Вас не возникали неприятные ситуации, когда что-то оказывается непонятным. Мы попробуем рассказать об этих мудреных вещах совсем чуть-чуть. И ни капли больше. Вы можете прочитать этот раздел сразу. Надеемся, что из него Вам удастся извлечь что-то полезное. Но можно и обращаться к нему, когда в тексте книги Вам встретится что-либо незнакомое. Выбирайте сами. А мы пока начнем с самых «мелочей».

Атом. Когда-то считали, что это самая мелкая частичка всего того, что нас окружает. Так и появилось у этой частички имя «атом», что на греческом языке и означает «неделимый». Но на самом деле и эту частичку удалось разделить на еще более «неделимые». Оказалось, что атом состоит из ядра и электронов. Ядро представляет собой как бы центр «атомной системы», вокруг которого движутся по своим орбитам очень маленькие частицы - электроны. Получается что-то похожее на солнечную систему: ядро - это как бы Солнце, а электроны - что-то подобное планетам. Даже название такое придумали: планетарное строение атома.

Электрон - это очень маленькая частичка по сравнению с ядром. Так, у атома водорода масса электрона почти в 2.000 раз меньше массы ядра. Эта частичка имеет отрицательный заряд, одинаковый у всех электронов. Его и приняли за единицу электрического заряда.

Ядро - это очень тяжелая по сравнению с электроном часть атома. Когда говорят об «атомном весе», то имеют в виду вес ядра. Ядро имеет положительный электрический заряд, равный по величине заряду всех электронов атома. Поэтому атом оказывается нейтральным, то есть его полный заряд равен нулю.

Строение ядра. Ядро самого простого элемента - водорода (обозначим его H-1) состоит из одной частички - протона, который имеет положительный заряд, равный по величине заряду одного электрона, У водорода и есть один электрон и один протон. У более тяжелых атомов много электронов. В их ядре должно быть столько же протонов. Но в ядре таких атомов кроме протонов имеются и нейтроны. Это частички по весу такие же, как и протоны, но они не имеют электрического заряда. Вот, например, у природного Урана атомный вес 238, то есть его атом в 238 раз тяжелее атома водорода. Его обозначение U-238. У него 92 электрона и столько же протонов. А недостающее количество до атомного веса добирается нейтронами, которых должно быть 238-92=146.

Нейтрон - частичка вроде бы и не очень заметная, даже собственным зарядом не смогла обзавестись. Но уж очень коварная: может покинуть свое ядро или принять в свою компанию дополнительные нейтроны, успевшие покинуть другие ядра. И такой атом с «нестандартным» количеством нейтронов превращается в изотоп данного атома.

Изотоп – это атом, у которого количество нейтронов отличается от количества нейтронов в его нормальном состоянии. У такого изотопа число протонов и электронов остается тем же, а атомный вес из-за вольностей, допущенных нейтронами, становится иным. Может, например, Уран-238, потерявший три нейтрона, превратиться в изотоп Уран-235, который и является основой топлива атомного реактора. Изотопы отличаются нестабильностью своего состояния и могут самопроизвольно испускать или поглощать нейтроны.

Изотопы Водорода и тяжелая вода. Обычная вода представляет собой химическое соединение двух атомов водорода с одним атомом кислорода. О водороде (H-1) мы уже говорили, но существуют и изотопы водорода: Дейтерий (H-2) и Тритий (H-3). В их ядрах соответственно один и два нейтрона. Поэтому и их атомный вес равняется не единице, а двум и трем. Эти изотопы неустойчивы и могут самопроизвольно распадаться. Но в водных бассейнах Земли за счет солнечных лучей постоянно образуется некоторое количество изотопов водорода, и устанавливается некоторая равновесная концентрация их. В воде эти изотопы всегда содержатся, хотя и в очень малых концентрациях. На их основе и возникают молекулы тяжелой воды в виде соединений изотопа дейтерия с кислородом. Такая тяжелая вода и используется в канадском реакторе «Канду». Следует отметить, что в отличие от обычной воды тяжелая вода оказывается опасно ядовитой.

Быстрые и тепловые нейтроны. Когда нейтрон покидает свое ядро, он очень «спешит» уйти от него как можно дальше. Скорость его может быть очень большой. При такой скорости ему удается незамеченным пролетать мимо ядер других атомов. Такие нейтроны называются быстрыми. Если нам нужно поймать нейтроны и поглотить их другими ядрами, то от быстрых нейтронов пользы будет совсем мало, большая часть из них просто пролетит мимо. Можно их, конечно, «поймать» и вернуть назад или использовать в каких-то иных целях. Но это очень сложно. На такое способны только так называемые «реакторы на быстрых нейтронах». В остальных же реакторах приходится «притормаживать» быстрые нейтроны до таких скоростей, при которых им уже трудно проскакивать мимо встречающихся по пути ядер. Для этого используются вещества-замедлители.

Замедлитель – вещество, при прохождении через которое нейтроны замедляют свою скорость. Атомы замедлителя как бы выполняют роль статистов на киносъемочной площадке. Они толкутся, постоянно попадаясь на пути «спешащих» нейтронов. И вынуждают их снижать свою скорость. Такими замедлителями могут быть вода, тяжелая вода, графит. Нейтроны, скорость которых снижена на столько, что они уже могут поглощаться встречающимися у них на пути ядрами, называются медленными или тепловыми нейтронами. Вот на таких нейтронах и работают подавляющее большинство атомных реакторов сегодня. Следовательно, для таких реакторов неотъемлемой частью является замедлитель нейтронов.

Расщепление ядер. Ядра тяжелых элементов обладают способностью расщепляться, то есть образовывать «осколки», представляющие ядра более легких элементов. Такое расщепление происходит под действием нейтрона, ударяющего в ядро. При разделении тяжелого ядра на осколки выделяется большое количество энергии, которая и называется атомной энергией.

Атомная энергия. При расщеплении в ходе ядерной реакции, происходящей в реакторе, ядер тяжелых элементов, например, элементов типа Урана или Плутония, выделяется большое количество энергии, которую и принято называть атомной или ядерной энергией.

Ядерный синтез. С легкими же ядрами может происходить нечто противоположное. Легкие ядра типа водорода, его изотопов и лития выделяют огромную энергию не за счет расщепления (дальше уже некуда расщепляться), а за счет их слияния или синтеза. Такое явление и называется ядерным синтезом. Выделяемая при этом энергия в сотни раз больше, чем при расщеплении тяжелых ядер. Именно благодаря такому процессу, происходящему в недрах Солнца, Ему и удается поддерживать столь высокую температуру, что тепло Его лучей достает и до нас. На Солнце этот процесс протекает при «звездных» температурах в сотни миллионов градусов. Такие условия на Земле пока удалось создать только в чреве водородной или термо-ядерной бомбы. Но существует сомнение в том, что такой процесс может протекать только при столь высоких температурах

.

Холодный ядерный синтез. Очень многие ученые сегодня утверждают, что такое возможно. Даже создают установки, высокий выход энергии из которых объясняют протеканием в них именно холодного синтеза. Тем более что при этом используется вода, в которой, как Вы уже знаете, имеется некоторое количество именно того элемента (Дейтерия), который может обеспечить протекание реакции синтеза. И чрезвычайно важно то, что при реакции синтеза не образуются вредные для человека и природы вещества. Неограниченные ресурсы изотопов водорода в водных бассейнах Земли могли бы превратить холодный синтез в практически неисчерпаемый источник энергии для Человечества. Дай-то Бог, чтобы это оказалось правдой!

Цепная реакция. В объеме ядерного топлива из некоторого количества ядер вылетает некоторое количество нейтронов. Часть из них поглощается другими ядрами. Эти «возбужденные» ядра, возмутившись вторжением непрошенных гостей, могут выбросить из себя один или несколько нейтронов. Из них тоже лишь часть может быть поглощена другими ядрами, которые также могут испустить некоторое количество нейтронов. И вот тут-то возникает самый главный вопрос: Будет ли поток движущихся нейтронов затухать или размножаться. Если поток остается постоянным, то это уже является цепной реакцией. Ну а если он начинает расширяться и нет возможностей остановить это расширение, то происходит взрыв. Такой процесс неограниченного возрастания интенсивности нейтронного потока и происходит в атомной бомбе. Но не только в ней. В чернобыльском реакторе также не смогли остановить процесс «разгона», и произошел взрыв! В нормальном режиме работы атомного реактора необходимо сохранить равновесие потока нейтронов. Для этого в реакторе и установлены различные системы регулирования и защиты. С их помощью и поддерживается некое среднее состояние между «глохнущим» потоком и режимом атомной бомбы. В этом и можно почувствовать близкую «родственную связь» атомного реактора с атомным взрывным устройством. Этих «родственников» разделяет лишь тонкая переборка в коммунальной квартире. Балансирование на этом остром лезвии и является главной задачей «мирных» атомщиков. Задача эта не из простых, и иногда ее решить не удается. Это бы ладно, но ведь они заставляют и нас балансировать вместе с ними. И цена в этой рискованной игре - наши жизни!

МОКС-топливо – это топливо для атомных реакторов, представляющее собой смесь плутония с ураном. Практически нигде в мире не используется.

Типы реакторов. Энергетические реакторы можно разделить на две группы: реакторы на тепловых нейтронах и реакторы на быстрых нейтронах. Подавляющее большинство реакторов относятся к первой группе. В этой группе реакторы можно разделить на группы по виду замедлителя и теплоносителя.

Теплоноситель - это то вещество, которое отводит тепло, выделяемое топливными элементами. Таким веществом могут быть вода, углекислый газ, гелий и даже жидкий металл натрий ( в реакторах на быстрых нейтронах). Остановимся только на основных типах реакторов.

Реактор типа ВВЭР. Его название расшифровывается, как водно-водяной энергетический реактор. В нем замедлителем является вода и она же является теплоносителем. Этот тип реактора с различными вариациями является наиболее распространенным в мире. Часть российских реакторов также относится к этому типу.

Реактор типа РБМК - реактор большой мощности канальный. Замедлителем в нем является графит, блоками которого заполнена вся внутренность реактора. За исключением вертикальных каналов, в которые вводятся тепло-выделяющие сборки с топливом (ТВС) и через которые проходит вода (теплоноситель), отводящая тепло. Такие реакторы изготавливаются только в России. Чернобыльские реакторы относятся к этому типу.

Реактор типа БН - реактор на быстрых нейтронах. Теплоносителем в нем является жидкий металл Натрий. Особенностью реактора такого типа является то, что в нем «производится» значительное количество Плутония, который может быть использован и в качестве ядерного топлива для других реакторов, и в качестве начинки атомных бомб. Такие реакторы называют реакторами-размножителями или бридерами.

Канадский реактор «Канду» («Candu») отличается от реактора ВВЭР главным образом тем, что в нем используется не обычная вода, а «тяжелая вода».

Радиоактивность - самопроизвольное превращение (распад) атомных ядер некоторых элементов (радионуклидов), сопровождающееся излучением.

Радионуклиды - нестабильные изотопы, в которых происходят cамопроизвольные превращения, сопровождающиеся излучением.

Период полураспада - время, за которое распадается половина всех радионуклидов данного типа. За следующий такой же период произойдет распад еще на половину от оставшейся части. Период полураспада (ППР) у разных радионуклидов различный. Так, у Йода-131, который был выброшен из чернобыльского реактора, ППР=8 суток. Это значит, что его опасное воздействие длилось около двух месяцев, в течение которых интенсивность его излучения уменьшилась почти в 200 раз. С Цезием-137, одним из основных радионуклидов, выброшенных при взрыве реактора, положение значительно хуже. Для него ППР=30 лет. Следовательно, ждать распада этого нуклида придется сотни лет. А еще один выброшенный элемент Плутоний-239, один из самых опасных, имеет ППР=24.000 лет. Его даже называют «вечным» радионуклидом.

Ионизирующее излучение - это излучение (радиационное, рентгеновское и др.), воздействие которого на вещество (тело человека, животного, растения) приводит к разложению молекул на ионы (положительно и отрицательно заряженные части молекул).

Облучение. Воздействие ионизирующего излучения разделяется на внешнее и внутреннее.

Внешнее облучение - облучение тела от внешних источников излучения. Этот вид облучения воздействует на организм при нахождении на загрязненных радионуклидами территориях или вблизи иных источников излучения.

Внутреннее облучение - облучение от источников, находящихся внутри тела человека. Эти источники попадают внутрь организма через дыхательные пути (с пылью в воздухе) и с загрязненными радионуклидами продуктами питания. Внутреннее облучение особенно опасно для организма, так как оно продолжает действовать независимо от того, в «чистом» или «грязном» месте находится человек или иной живой организм. Имеются специальные продукты или пищевые добавки (пиктины), которые ускоряют выведение радионуклидов из организма.

Поглощенная доза - количество энергии, полученное организмом при облучении (внешнем и внутреннем).

Рентген - единица измерения поглощенной дозы.

БЭР - биологический эквивалент рентгена, то есть единица измерения эквивалентной дозы, учитывающая различия в воздействии на организм разных видов облучения.

Предел дозы - наибольшее допустимое значение накопленной дозы за календарный год. Допустимое облучение населения - 0,5 бэр за год.

Допустимое облучение персонала ядерных объектов - 5 бэр за год.

Допустимое аварийное облучение населения - 10 бэр (одноразово).

Допустимое аварийное облучение персонала - 25 бэр (одноразово). Эта доза была принята в качестве предельно допустимой и для участников работ по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС.

МАГАТЭ - это Международное АГентство по АТомной Энергии. Штаб-квартира этой организации располагается в столице Австрии Вене. МАГАТЭ является одним из подразделений Организации Объединенных Наций, осуществляет контроль за АЭС во всех странах мира и проводит учет их строительства и условий эксплуатации.

АЭС – атомная электростанция.

АТЭЦ – атомная тепло-электро централь, то есть атомная станция, вырабатывающая электроэнергию и тепло или только тепло.