Атомний конструктор реактор на столі, Журнал Популярна Механіка
У 1950-х роках, з появою атомних реакторів перед людством, здавалося б, замаячили блискучі перспективи вирішення всіх енергетичних проблем. Інженери-енергетики проектували атомні електростанції, суднобудівники — атомні електроходи, і навіть автоконструктори вирішили приєднатися до свята та використати «мирний атом». У суспільстві виник «атомний бум», і промисловості не вистачало кваліфікованих фахівців. Була потрібна притока нових кадрів, і було розгорнуто серйозну освітню компанію не лише серед студентів університетів, а й серед школярів. Наприклад, A.C. Gilbert Company випустила 1951 року дитячий набір Atomic Energy Lab, що містить кілька невеликих радіоактивних джерел, необхідні прилади, а також зразки уранової руди. Цей «найсучасніший науковий набір», як було написано на коробці, дозволяв «юним дослідникам провести понад 150 наукових експериментів».
Кадри вирішують усі
За півстоліття вчені отримали кілька гірких уроків і навчилися будувати надійні та безпечні реактори. І хоча зараз у цій галузі спостерігається спад, викликаний нещодавньою аварією на Фукусімі, незабаром він знову зміниться підйомом, і АЕС, як і раніше, розглядатимуться як надзвичайно перспективний спосіб отримання чистої, надійної та безпечної енергії. Але вже зараз в Україні відчувається дефіцит кадрів, як і в 1950-х. Щоб залучити школярів та підвищити інтерес до атомної енергетики, Науково-виробниче підприємство (НВП) «Екоатомконверсія», взявши приклад з A.C. Gilbert Company випустила освітній набір для дітей від 14 років. Зрозуміло, наука за ці півстоліття не стояла на місці, тому, на відміну від свого історичногопрототипу, сучасний набір дозволяє отримати набагато цікавіший результат, а саме — зібрати на столі справжнісінький макет атомної електростанції. Зрозуміло, що діє.
Грамотність із пелюшок
«Наша компанія родом з Обнінська-міста, де атомна енергія знайома і звична людям мало не з дитячого садка, — пояснює «ПМ» науковий керівник НВП «Екоатомконверсія» Андрій Виходанко. — І всі розуміють, що її боятися зовсім не треба. Адже по-справжньому страшна лише невідома небезпека. Тому ми й вирішили випустити цей набір для школярів, який дозволить їм вдосталь поекспериментувати та вивчити принципи роботи атомних реакторів, не наражаючи себе і навколишніх на серйозний ризик. Як відомо, знання, отримані в дитинстві, найміцніші, тому випуском цього набору ми сподіваємося значно знизити ймовірність повторення Чорнобиля або
Фукусімі у майбутньому».
Непотрібний плутоній
За роки роботи багатьох АЕС накопичилися тонни так званого реакторного плутонію. Він складається здебільшого зі збройового Pu-239, що містить близько 20% домішки інших ізотопів, насамперед Pu-240. Це робить реакторний плутоній абсолютно непридатним створення ядерних бомб. Відділення домішки виявляється дуже складним, оскільки різниця мас між 239-м та 240-м ізотопами - всього 0,4%. Виготовлення ядерного палива з добавкою реакторного плутонію виявилося технологічно складним і економічно невигідним, так що цей матеріал залишився без справ. Саме «непридатний» плутоній і використаний у «Наборі юного атомника», розробленому НВП «Екоатомконверсія».
Як відомо, для початку ланцюгової реакції поділу ядерне паливо повинно мати певну критичну масу. Для кулі зі збройового урану-235 вона становить 50 кг, з плутонію-239 — лише10. Оболонка з відбивачів нейтронів, наприклад берилію, може знизити критичну масу в кілька разів. А використання сповільнювача, як у реакторах на теплових нейтронах, знизить критичну масу більш ніж удесятеро, до кількох кілограмів високозбагаченого U-235. Критична маса Pu-239 взагалі складе сотні грамів, і саме такий надкомпактний реактор, що вміщується на столі, розробили в «Екоатомконверсії».
Що в скриньці
Упаковка набору скромно оформлена в чорно-білих тонах і лише неяскраві трисегментні значки радіоактивності дещо виділяються на загальному тлі. «Жодної небезпеки насправді немає, — каже Андрій, вказуючи на слова «Цілком безпечно!», написані на коробці. — Але ж такі вимоги офіційних інстанцій». Коробка важка, що не дивно: в ній знаходиться герметичний свинцевий транспортувальний контейнер з тепловиділяючої збіркою (ТВС) з шести плутонієвих стрижнів з цирконієвою оболонкою. Крім цього, набір включає зовнішній корпус реактора з термостійкого скла з хімічним загартуванням, кришку корпусу зі скляним вікном і гермовводами, корпус активної зони з нержавіючої сталі, підставку під реактор, керуючий стрижень-поглинач з карбіду бору. Електрична частина реактора представлена вільнопоршневим двигуном Стірлінга із сполучними полімерними трубками, маленькою лампою розжарювання та проводами. У комплект також входять кілограмовий пакет із порошком борної кислоти, пара захисних костюмів із респіраторами та гамма-спектрометр із вбудованим гелієвим детектором нейтронів.
Будівництво АЕС
Складання діючого макета АЕС по доданому керівництву в картинках дуже проста і займає менше півгодини. Одягнувши стильний захисний костюм (він потрібен тільки на час складання), розкриваємо герметичнуупаковку з ТВС. Потім вставляємо збирання всередину корпусу реактора, накриваємо корпусом активної зони. Під кінець замикаємо зверху кришку з гермовводами. У центральний потрібно вставити до кінця стрижень-поглинач, а через будь-який з двох інших заповнити активну зону дистильованою водою до межі на корпусі. Після заповнення до гермовводів підключаються трубки для пари та конденсату, що проходять через теплообмінник двигуна Стірлінга. Сама АЕС на цьому закінчена і готова до запуску, залишається лише помістити її на спеціальну підставку в акваріум, заповнений розчином борної кислоти, який добре поглинає нейтрони та захищає молодого дослідника від нейтронного опромінення.
Три, два, один – пуск!
Підносимо гамма-спектрометр з датчиком нейтронів впритул до стінки акваріума: невелика частина нейтронів, що не становить загрози здоров'ю, все-таки виходить назовні. Повільно піднімаємо регулювальний стрижень до початку швидкого зростання потоку нейтронів, що означає запуск ядерної реакції, що самопідтримується. Залишається лише дочекатися виходу на потрібну потужність і на 1 см за мітками всунути стрижень назад, щоб швидкість реакції стабілізувалася. Як тільки почнеться кипіння, у верхній частині корпусу активної зони з'явиться прошарок пари (перфорація в корпусі не дозволяє цьому прошарку оголити плутонієві стрижні, що могло б призвести до їх перегріву). Пара трубкою йде вгору, до двигуна Стірлінга, там він конденсується і стікає вихідною трубкою вниз всередину реактора. Різниця температур між двома кінцями двигуна (один нагрівається парою, а інший охолоджується кімнатним повітрям) перетворюється на коливання поршня-магніту, а той, у свою чергу, наводить змінний струм у навколишній двигун обмотці, запалюючи атомне світло в руках юного дослідника і, як сподіваютьсярозробники, атомний інтерес у його серці.