Беседы о физике и технике

Опыт эксплуатации ядерно-энергетической установки Обнинской АЭС и проведенные работы позволили решить многие задачи по дальнейшему совершенствованию схем будущих АЭС и улучшению технико-экономических показателей. Так, уже в 1974 г. себестоимость 1 кВт∙ч электроэнергии на Нововоронежской АЭС составила 0,655 коп., т. е. была ниже стоимости энергии современных тепловых станций европейской части СССР. В двенадцатой пятилетке введено в строй около 41 000 МВт новых мощностей, т. е. за 5 лет мощность АЭС увеличивалась в 2,5 раза.

В настоящее время обогащенного урана и плутония накопилось в мире столько, что их достаточно для изготовления десяти атомных бомб в день. Этот факт свидетельствует о неотложности проблем ядерного разоружения и мирного использования ядерной энергии. Если даже небольшую часть накапливаемого плутония использовать в производстве зарядов в мирных целях, то человечество получит дешевый источник энергии.

НО ВЕДЬ ЯДЕРНЫЕ ВЗРЫВЫ БЫВАЮТ И МИРНЫМИ?

Мирные ядерные взрывы можно использовать в самых различных видах работ, например при ликвидации аварийных газовых фонтанов, интенсификации добычи нефти, создании подземных хранилищ и наземных резервуаров для хранения воды и т. д.

В СССР ядерный взрыв мощностью 30 кт на глубине 1550 м обеспечил надежное перекрытие ствола аварийной скважины с расходом 12 млн∙м³ газа в сутки, что длительное время не удавалось сделать другими способами. С помощью ядерного взрыва мощностью более 100 кт был образован искусственный резервуар для воды общим объемом около 20 млн. м³.

За последние годы в связи с бурным расширением добычи газа, нефтепродуктов резко выросли потребности в разнообразных хранилищах. Оказалось, что для их создания удобно использовать подземные ядерные взрывы в пластах каменной соли, обладающих необходимыми упругопластическими свойствами. Так, полость объемом 20 тыс. м³ была образована на глубине 1140 м ядерным взрывом мощностью 15 кт.

Мирные взрывы, давая в руки человека новую область использования ядерной энергии, еще не раскрыли всех своих возможностей и продолжают детально изучаться учеными и инженерами.

А ЯДЕРНЫЕ РЕАКТОРЫ СТОЯТ НЕ ТОЛЬКО НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ?

Широкие возможности использования ядерных реакторов для транспортных установок имеются на флоте. Об этом свидетельствует успешный опыт эксплуатации ледоколов «Ленин», «Арктика», а также на подводных лодках и других типах кораблей. Ядерные реакторы, работающие на быстрых нейтронах, применяют в г. Шевченко на Каспии для получения пресной воды из морской в объеме 120 тыс. т в сутки. Этой воды достаточно для обеспечения нужд города. Теплота от ядерного реактора может быть использована и в металлургической промышленности. Так, в настоящее время на Старооскольском металлургическом комбинате, где осуществляется бездоменный способ получения губчатого железа, требуется по технологическому процессу температура 950—1250 °C. Если для нагревания до таких температур не сжигать газ, а использовать энергию ядерного реактора, то экономия газа составит 50–55 %, а это даст большой экономический эффект.

В химической промышленности основным сырьем для производства азотных удобрений являются аммиак и метанол. Процесс их получения идет при 800–900 °C и также базируется на потреблении большого количества природного газа, 45 % которого расходуется как топливо. Подогревая смесь теплом ядерных реакторов, можно не только экономить газ, но и повысить общую долю полезной теплоты, устранить выброс в атмосферу токсичных продуктов горения газа и снизить стоимость аммиака и метанола.

Ядерные реакторы могут быть использованы для получения дешевого водорода, который в будущем станет основным видом топлива.

КОГДА НАЧАЛИСЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФИЗИКЕ АТОМНОГО ЯДРА?

Распад ядер урана сопровождается рождением искусственных радиоактивных веществ. Да! Атомы родятся, живут и умирают. Разумеется, эти слова надо понимать в переносном смысле.

Впервые с превращениями в мире атомов, считавшихся раньше вечными неделимыми частицами веществ, физики столкнулись, когда А. Беккерелем и супругами Кюри была открыта радиоактивность (1896–1899). С тех пор обнаружено около сорока природных радиоактивных элементов. В 1934 г. Ирэн и Фредерик Жолио-Кюри доказали возможность создания искусственных радиоактивных элементов и радиоактивных изотопов.

После создания ядерных реакторов и ускорителей элементарных частиц было осуществлено практическое получение радиоактивных элементов. Например, радий крайне дорог, если его добывать обычным способом.

Теперь же в урановых котлах получают дешевые радиоактивные вещества, заменяющие сотни тонн радия. Ряд изотопов, например кобальт-90, молибден-99, полоний-210, специально получают при нейтронном облучении мишеней, состоящих обычно из более легких изотопов тех же элементов.

КАК ПРИМЕНЯЮТ ИЗОТОПЫ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ?

Сейчас трудно назвать такую область нашего хозяйства, где не применялись бы изотопы. В СССР налажено производство около 4 тыс. наименований соединений на основе 156 радиоактивных и 240 стабильных изотопов, имеющих практическое значение.

Для текстильной, полиграфической, резиновой, фотокинопленочной промышленности выпускают большое количество радиоизотопных нейтрализаторов статического электричества. Они позволяют повысить в 2–3 раза скорость машин, перерабатывающих листовой или пленочный материал с низкой электропроводностью.

Широко применяют радиоизотопные приборы. По сравнению с другой контрольно-измерительной аппаратурой их преимущества заключаются в отсутствии непосредственного контакта с исследуемым объектом, быстродействии и надежности. В настоящее время широкое применение нашел так называемый активационный анализ. Исследуемый материал подвергают облучению в реакторе. Возбужденные атомы начинают испускать α-, β- и γ-излучения. Облучаемый материал испускает целый спектр различных излучений с самыми разными свойствами. И точно так же, как ухо опытного музыканта способно выделить в грохоте оркестра слабое пение скрипки, анализаторы способны выделить из спектра обученного материала излучение, специфичное для того или иного элемента. Таким образом можно распознать материалы, содержание которых в образце не превышает 10^-8 %. С помощью этого метода, например, удалось определить границы золотоносного месторождения Мурунтау, т. е. очертить зону, где добыча этого драгоценного металла выгодна.

С помощью радиоактивных элементов, так называемых меченых атомов, ведут поиски воды. Важно знать, где, куда и с какой скоростью течет она под землей. В нефтеразведке радиоизотопная аппаратура надежно контролирует изменение свойств окружающей скважину среды (воды, нефти, пустой породы).

В металлургии с помощью радиоизотопных приборов удалось автоматизировать загрузку доменных печей шихтой, осуществить контроль уровня и разливку металла, обеспечить непрерывное измерение толщины проката, контролировать износ печей без остановки их работы.

В машиностроении применение радиоизотопных приборов позволило контролировать подачу заготовок, регулировать температурный режим, осуществлять блокировку оборудования и т. п. В строительстве, сельском хозяйстве радиоизотопные приборы широко применяют для измерения плотности и влажности различных материалов и определения степени их однородности. В ряде отраслей применяют метод гамма-дефектоскопии, позволяющей контролировать качество сварных швов в трубопроводах и в котлах высокого давления, обнаружить разрывы арматуры в железобетонных конструкциях, раковины и трещины в металлических деталях и отливках.

Так, на реке Сыр-Дарья была сооружена плотина Токтогульского водохранилища на 18 млрд. м³ воды. В результате напора воды в теле плотины образовались каверны, через которые вода просачивалась вниз. Применив меченые атомы, удалось определить места расположения каверн. Каверны запломбировали и авария была предотвращена.