БР-5 отличается тем, что работает на быстрых нейтронах. Он составлен из тепловыделяющих стержней, заполненных концентрированным ядерным горючим — плутонием, элементом, не существующим в природе и искусственно созданным современной «алхимией». Реактор не нуждается ни в каком замедлителе. Просто надо строжайше рассчитанным образом сблизить стержни, чтобы в их строю возникла цепная реакция, нарастающий вихрь нейтронов, расщепляющих ядра плутония.
Автоматические регуляторы придают ей мирное течение.
Регулирующие органы реактора оригинальны: это пара никелевых браслетов общим весом в тонну, охватывающих рабочую зону, где идет цепная реакция. Они выполняют роль отражателя или, грубо говоря, роль пастухов, возвращающих заблудшие нейтроны обратно в зону. Органы управления сложны, они расчленены на более мелкие подвижные детали, как крыло самолета на закрылки. Всем этим хозяйством управляет при помощи тросов автоматическое устройство, которое ведет цепную реакцию, как автопилот ведет самолет. В аварийных случаях браслеты срываются вниз, нейтроны утекают из зоны, цепная реакция угасает.
Рабочая зона БР-5, где бушует цепная реакция, по объему не превышает ведра и раз в сто меньше объема рабочей зоны реактора атомной электростанции. Мегаватты тепловой энергии освобождаются в ничтожном объеме. А отсюда возникает сложнейшая проблема теплосъема — отвода полезного тепла. Даже ураганный поток газа, обтекающего стержни, не способен отвести выделяющееся тепло. О воде же и думать нечего. Ведь вода — замедлитель нейтронов, и поэтому нарушит самый принцип реактора. Расчет показывает, что с отводом тепла здесь управится лишь быстрый ручей из расплавленного металла; наиболее подходящий — легкий и легкоплавкий — натрий.
Даже самый далекий от техники человек посочувствует конструкторам, услышав это слово. Он, конечно, помнит по школьным опытам беспокойное поведение этого своеобразного вещества. Натрий мирно хранится в банке под слоем керосина — пособника поджигателей, но воспламеняется в воздухе и красиво взрывается в воде — пособнице пожарных.
И все-таки натрий приручен и впряжен в работу. Он прогоняется насосами через рабочую зону по замкнутой трубе. Его температура достигает 500 °C. От воспламенения его предохраняет инертный газ аргон. Через иллюминатор, остекленный защитным зеленоватым стеклом, мы глядим на могучие трубы натриевого контура, заключенные в замкнутом наглухо железобетонном каземате. Приблизиться к контуру опасно — он несет в себе радиоактивность, равную нескольким килограммам радия. Конечно, никому не пришло в голову направить трубу натриевого контура прямо в паровой котел. Он обогревает лишь промежуточный контур, в котором циркулирует эвтектический сплав натрия и калия, остающийся жидким даже при комнатной температуре. Промежуточный контур нерадиоактивен. Он подогревает парогенератор, в котором образуется пар средних параметров, способный вращать турбину.
Эти замкнутые контуры, сцепленные, как звенья цепи, образуют как бы кровеносную систему реактора. Только идеально чистый натрий циркулирует в ней безупречно. Примесь в нем кислорода в пять тысячных процента порождает окислы, вызывающие коррозию и закупорку труб, наподобие атеросклероза. Поэтому в помещении реактора находится перегонный аппарат для дистилляции натрия. Поэтому конструкторы включили в натриевый контур холодильник со стальными опилками, поглощающий окислы. В «организме» реактора он выполняет функции почки, очищающей кровь от вредных примесей.
На какой бы узел реактора ни падал взор, всюду видишь следы огромных трудностей, преодоленных с такой естественной простотой, какая встречается лишь в классических инженерных решениях.
Вот цепочка контуров аварийного теплосъема. Ясно каждому, что аварийная остановка насосов, гонящих металлы по контурам, приведет к гораздо более серьезным последствиям, чем внезапная остановка воды в горящей газовой ванной колонке. Ведь тепловыделение в реакторе не прекращается сразу. На этот случай ученые предусмотрели цепочку контуров, в которой тепло из рабочей зоны отбирается системой естественных восходящих течений: восходящим течением нагретого натрия, восходящим течением нагретого эвтектического сплава, наконец, восходящим током нагретого воздуха в высоченной фабричной трубе.
Остроумно загрузочное устройство реактора, позволяющее заменить любой стержень рабочей зоны и при этом не потерять аргон, и не спустить воздух, и не вызвать возгорания натрия, налипшего на стержне, и не пострадать самому от излучения. По шутливому выражению изобретателя, создававшего эту пробку, надежно закупоривающую «духа в бутылке», тут пришлось решать логическую задачу, подобную той, как переправить через реку одновременно волка, козу и капусту. Но боюсь, что обилие технических деталей утомит читателя.
Перейдем к выводам. Они серьезны и значительны.
Советские ученые развеяли призраки, порожденные недостаточным знанием, пугавшие мировую науку, заставлявшие сомневаться в скорейшем осуществлении идеи быстрых реакторов.
Они показали, что натрий не так страшен, как его малюют. Он даже надежнее и удобнее воды, потому что работает под нормальным давлением и не так разъедает трубы.
Они прогнали еще более грозный призрак, пророчивший, что под бомбардировкой неслыханно плотного потока нейтронов и ударами бесчисленных атомных микровзрывов в металле будет создаваться наклеп, чудовищно уродующий конструктивные элементы. По счастью, оказалось, что в высокотемпературной рабочей зоне реактора происходят одновременно и наклеп и отжиг, отчасти ликвидирующий наклеп. Керамические стержни из окиси плутония показали себя достаточно стойкими. Поставлен даже своеобразный мировой рекорд полноты выжигания ядерного горючего, достигшей после двух с половиной лет работы пяти процентов.
Была доказана в промышленных условиях возможность построения надежного и экономически выгодного реактора на быстрых нейтронах.
Что это даст людям?
Уже сейчас вокруг реактора, словно вокруг костра, прогоняющего мрак, собрались ученые самых разных интересов, проводящие ядерно-физические и материаловедческие исследования в потоках быстрых нейтронов небыва лой плотности. Но это — польза для науки. Что полезного даст реактор жизни?
Реактор на быстрых нейтронах замечателен тем, что может работать с расширенным воспроизводством ядерного горючего. Это значит, что запас горючего в атомной топке в ходе ее «горенья» будет возрастать. Разъясним, в чем дело.
Напомним, что каждый килограмм природного урана содержит только семь граммов изотопа урана-235, пригодного как ядерное горючее. Остальные девятьсот девяносто три грамма составляет недеятельный уран-238, уходящий в золу атомной топки.
Чудо техники заключается в том, что уран-238, помещенный в рабочую зону быстрого реактора, под воздействием быстрых нейтронов алхимически превращается в ценнейшее ядерное топливо — плутоний. Происходит более драгоценная метаморфоза, чем та, которую искали древние алхимики. Там старались добиться превращения мертвой ртути в мертвое золото. Здесь же мертвое вещество превращается в источник животворной энергии.
Если поместить в рабочую зону реактора уран-238, сделав из него, например, дополнительные стержни или отражатель нейтронов, можно добиться больших коэффициентов воспроизводства плутония, достигающих ста пятидесяти процентов.
Популяризаторы сравнивают реактор с птицей Феникс, сжигающей себя и затем возрождающейся из пепла. Размышляя глубже, еще раз убеждаешься, что законы поэзии не всегда совпадают с законами физики. Поэтические образы далеко не точно изображают сущность дела.
Реактор не во всем подобен сказочной птице. Все-таки сгоревшего не вернешь. Ни энергия, ни новые вещества в реакторе не рождаются из ничего. Просто происходят процессы, при которых «негорючие» в ядерном смысле элементы превращаются в горючие. Грубо сравнивая реактор с обычной печкой, можно сказать, что в дрова здесь превращается часть негорючих примесей и обмуровка самой топки. Огорчим еще раз неудачливых изобретателей «вечных двигателей»! Закон сохранения энергии не поколеблен, как не поколеблен и закон сохранения вещества.
3.9.
Долговечные машины нужны, но нужны ли вечные машины? Можно не гадать — есть возможность проверить. Правда, вечных машин у нас нет и быть не может, но остались кое-где почтенного возраста машины, которым от роду сто лет и больше.
В Малом театре в Москве была машина для подъема занавеса. Ей значительно больше ста лет, но она исправно работала, пока театр не попортила фашистская бомба.
Но при всем уважении к заслугам машины режиссеры ею давно не пользовались. Дело в том, что машина упрямо держалась старинной пословицы «Поспешишь — людей насмешишь!» и тащила занавес добрую четверть минуты. Для теперешних темпов театрального действия это был бы форменный зарез. Актеры просто не знали бы, что им делать на сцене и как им себя держать, пока, не спеша, управляется с занавесом нерасторопный механизм. Потому режиссеры избегали работать со старым занавесом, а использовали новый, раздвижной.
