26 июня 1954 года реактор в Обнинске впервые в мире дал ток в обычную сеть. Удержи реакцию сам, останови насосы, нажми аварийную защиту и посмотри, что станет со светом в окнах. А потом повтори первый пуск: загружай уран по каналу, пока реакция не пойдёт сама.
Ядро урана ловит нейтрон и раскалывается. При этом вылетают два-три новых нейтрона и выделяется много тепла. Если хотя бы один из новых нейтронов расколет следующее ядро, реакция идёт сама. Это цепная реакция.
Быстрый нейтрон ураном ловится плохо, его надо притормозить. Для этого топливо окружили графитом: нейтрон бьётся о его атомы и теряет скорость. Уран сидел в 128 вертикальных каналах в графитовой кладке. Стержни, которые глотают нейтроны, опускают в кладку, чтобы приглушить реакцию, и поднимают, чтобы разогнать.
Включи «Вручную» и попробуй удержать мощность. Реактор отвечает с задержкой: часть нейтронов вылетает не сразу, а через секунды. Только поэтому человек вообще успевает им управлять.
Через каналы течёт вода под давлением 100 атмосфер. При таком давлении она не кипит даже очень горячей. В парогенераторе эта вода отдаёт тепло второй воде, та превращается в пар и крутит турбину. Турбина крутит генератор, а он даёт ток.
Остальное тепло уходит в охлаждающую воду. А после остановки реактор ещё долго греется сам: распадаются осколки урана. Сразу после остановки это несколько процентов прежней мощности. Поэтому насосы нужны и заглушенному реактору.
Переключи на «Первый пуск». Урана в реакторе пока нет, счётчик ловит только нейтроны от источника. Загружай каналы. Каждый канал подхватывает нейтроны источника и размножает их, поэтому счёт растёт. Чем ближе реактор к критичности, тем сильнее он растёт от каждого нового канала.
Физики не ждали, пока реакция пойдёт: они строили график 1/M и продлевали его до нуля. Точка, где линия касается нуля, предсказывает, сколько каналов нужно. Попробуй сам: прогноз на графике сбудется, когда счёт начнёт расти без твоей помощи.
Чем выше давление, тем горячее нужно нагреть воду, чтобы она закипела. При 100 атмосферах это примерно 311 °C. Скороварка работает так же, только давление в ней всего около двух атмосфер.
В природном уране делящегося урана-235 всего 0,7%. Для Обнинска уран обогатили до 5%: в маленьком реакторе иначе не набрать столько делений, чтобы реакция шла сама.
Обнинский реактор — дальний предок РБМК: тоже графит, вода и каналы. Только в 30 раз меньше по тепловой мощности, чем один блок Чернобыля. Отработал 48 лет без серьёзных аварий.
1. Реактор Обнинской АЭС выделял 30 МВт тепла, а в сеть станция отдавала 5 МВт. Найдите КПД. Сколько тепла в час уходило в охлаждающую воду?
2. При загрузке 30 каналов счётчик показывал 200 импульсов в секунду, при 45 каналах — 400. Считая, что 1/M падает по прямой, оцените, при скольких каналах реактор станет критическим.