Как запускается атомный реактор, и почему он излучает синее свечение
Реакторная шахта в момент загрузки сборок с ТВЭЛами
Многие примерно представляют, как работают атомные реакторы на электростанциях, но вот сама подготовка к запуску и момент этого запуска - это очень интересная тема. Потому что сам момент выхода реактора из подкритического состояния на минимально контролируемый уровень мощности (МКУМ) - это не только очень ответственный процесс, но и весьма эффектный.
Сборка с ТВЭЛами
Здесь следует напомнить, что в реакторе есть тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы), который состоят из циркониевых трубок, внутри которых помещены таблетки уранового топлива. Пока эти ТВЭЛы просто лежат, вокруг них можно даже ходить, потому что в таком состоянии цепная реакция невозможна. Другое дело, если эти ТВЭЛы собрать в одном месте в достаточном количестве. В этих таблетках содержится 2 % двуокиси урана 235, и 98 % урана 238, 236, 239.
Кран-манипулятор провозит сборку с ТВЭЛами к реактору
Длина такой циркониевой трубки около 3,5 м, а диаметр около 1,35 см. Эти ТВЭЛы собираются в сборку, а сами сборки помещаются в реактор. Наполнение реактора такими сборками происходит при помощи манипулятора и камеры слежения. Как можно видеть, этот реактор уже почти заполнен. В шахту погружается манипулятор со сборкой ТВЭЛов (тот что слева), а рядом погружена труба с камерой визуального контроля.
Установка сборки с ТВЭЛами в реактор и визуальный контроль
Операторы крана-манипулятора погружает эти сборки с ТВЭЛами по очереди. При этом пустой бассейн выдержки отработавшего ядерного топлива используется как помещение временного хранения этих сборок на достаточном друг от друга расстоянии. Манипулятор берёт сборку и провозит её через зазор в стене между бассейном и реакторной шахтой.
Слева манипулятор, справа камера
Установка сборок в сам реактор - это очень сложный и ответственный процесс. Для этого используется человеко-машинный метод контроля, когда не только всевозможные датчики следят за установкой, но ещё и персонал через видеокамеру. Как можно видеть, в этом реакторе большая часть сборок с ТВЭЛами уже установлены. Ни в коем случае нельзя допустить, чтобы при касании или при ударе обо что угодно эта сборка разошлась, а сами циркониевые стержни с урановым топливом попадали в реактор в зазоры.
Работа манипулятора и камеры с подсветкой
Здесь также нужно отдельно пояснить, что помимо урановых стержней в этих сборках есть ещё и стержни-поглотители нейтронов. Они препятствую запуску цепной реакции, т.к. количества нейтронов и их суммарной энергии недостаточно для запуска процесса цепной ядерной реакции деления.
Надреакторный бассейн и сама шахта реактора заполняются водой
После того, как всё готово к запуску, сама шахта реактора и надреакторная часть бассейна заполняются водой до нужного уровня. Эта вода является первичным теплоносителем, и охладителем и защитой от излучения. Затем уже сам непосредственный пуск реактора начинается с подъёма стержней аварийной защиты в крайнее верхнее положение. Этот процесс проходит медленно и под постоянным контролем состояния реактора.
Вынимаются управляющие стержни, нет никакого свечения
Сейчас реактор выглядит примерно так. После того, как все стержни аварийной защиты вынуты из реактора, начинается постепенный подъём стержней автоматического регулирования. Всё это увеличивает плотность нейтронного потока. После того, как и стержни автоматического регулирования вынуты, начинается работа с компенсирующей группой. По сути это стержни компенсации реактивности реактора.
Яркая вспышка
На определённом этапе работы с реактивностью реактора появляется яркая вспышка. Её спектральный состав лежит больше в сине-фиолетовой зоне видимого света, а также в УФ-части спектра. Зрелище это по истине фантастическое и ни с чем несравнимое. С этого момента реактор считается запущенным. А всё дело в том, что в момент возникновения цепной реакции деления урана появляется большое количество элементарных частиц, у которых достаточно высокая скорость. Но поскольку все эти процессы проходят в воде, то скорость света в ней примерно на 40% ниже, чем в вакууме.
Установившееся свечение реактора
Так вот, некоторые частицы обладают на столько большой энергией, что перемещаются в воде чуть быстрее, чем свет перемещается в этой же воде. Если проводить аналогии, то здесь работает тот же эффект, который порождает ударную звуковую волну при переходе истребителя на сверхзвук. Только здесь вместо воздуха вода, вместо истребителя элементарные частицы, а вместо звука свет. Это излучение было названо излучением Вавилова-Черенкова. А учёные, открывшие этот эффект и объяснившие его природу, были удостоены Нобелевской премии в 1958 году.
Из блога: Пацан к успеху шёл