О конструкции реактора, радиационном распуханнии графита

Вспоминает АП В этот период я занимался строительством второго реактора и был научным руководителем первого, который построил Курчатов. Когда проектировали первый реактор, тогда очень долго шел спор по казалось бы непринципиальному вопросу. Делать его с вертикальными каналами или делать его с горизонтальными каналами. Да, вдоль или поперек. Причем в общем то это технически казалось бы было довольно все равно. Кроме того, было еще такое соображение - как его делать, в виде свободного реактора или упирающегося на мощную облегающую его конструкцию. Вот такой был еще вопрос. Какие причины были этих споров? Дело в том что эта штука вообще холодная, цилиндр, диаметр которого примерно равен высоте, это графитовая кладка - она холодная. Когда она уже входит в действие она должна разогреться - там графит до температур скажем градусов триста, потом до более высоких температур, и он сильно довольно расширяется. И значит он тогда упирался бы в эту внешнюю конструкцию. Но с другой стороны она бы его фиксировала. Потому что ведь эта кладка вся делается из отдельных кирпичей, которые будут от нагрева ездить друг относительно друга как угодно, и в случае скажем остановки реактора, а это внезапное охлаждение, она должна будет усаживаться, а потом, будет расширяться относительно какого центра, относительно какой оси будет расширяться? Это тоже было не ясно, ось-то эта никак не фиксирована.

А в лежачем реакторе, горизонтальном, казалось бы все более определенно. Все построено значит и лежит на такой основе, а расширяется она только вверх и вниз потом при охлаждении, казалось бы что все должно быть спокойно. Ну и вбок конечно. Но тут ты можешь сделать так слегка коническую вот эту часть где она расширяется, и все будет фиксировано.

Все-таки решили сделать вертикальный, и так как его пронизывает тысяча труб, то эти трубы его должны держать и он не расползется. И оставили зазор между графитом и защитой, большой, метровый зазор. И вот оказалось что это было необычайно удачное решение. Когда начали работать с этими реакторами, и собственно говоря уже только на втором реакторе мы обнаружили что есть радиационное распухание графита . Причем это радиационное распухание графита больше гораздо чем температурное расширение.

Графит при облучении делается очень твердым, он превращается в такой материал как чугун по твердости. Он сильно расширяется потому что его атомы смещаются из положения равновесия в решетке и занимают какие- то промежуточные положения. Он пухнет, но так как они все находятся в каких-то метастабильных положениях, то он запасает огромное количество энергии. И если например такой графит начать потом разогревать, то где- то около температуры 600-700 градусов он вдруг сам начинает бешено разогреваться дальше. Причем, эти метастабильные все атомы начинают возвращаться на свои равновесные места. Вот это тепло Вигнера, оно так называется теперь, мы его открыли одновременно с американцами. Но у нас это все произошло благополучно, а у них и у англичан потом это кончилось крупной неприятностью. И вот какой. У американцев конструкция была рассчитана только на температурное расширение графита. После чего графитовая кладка упиралась в конструкцию защиты. И так как сила давления этого радиационного распухания огромная, то у них все котлы вышли из строя в Стенфорде, потому что разрушилась графитовая кладка и разрушилась система защиты. А у англичан, это было позже, там произошла такая вещь. У них были реакторы с газовым охлаждением, с более высокой температурой кладки. И в какой-то момент, когда они хотели повысить еще мощность своих реакторов, вдруг у них начало выделяться это самое Вигнеровское тепло. И тогда у них произошла просто крупнейшая авария. У них значит один из реакторов производственных, на которых они делали плутоний, разрушился, кладка раскалилась до бела, весь уран конечно к чертовой матери расплавился, выбросило этот и уран, и осколки, все. И даже там коровы, которые были в радиусе 100 километров от этого реактора, давали радиоактивное молоко. Так что это привело к очень крупной неприятности в свое время.

У нас обдумывали все варианты, конечно. Но в общем это обстоятельство не знали. Просто решили взять большие запасы.

И вот оказалось что это было очень разумное решение. Ну и .. больше того, потом уже в следующих реакторах у нас было сделано так, что труба в которую загружаются блоки урановые, она помещалась не прямо в сверление в графитовых блоках, а сначала туда вставлялись втулки графитовые. Почему мы пошли на такой "втулочный" вариант? В первом реакторе этого не было. Потому что к этому времени уже было несколько случаев " козлов " в первом реакторе. А "козел" это значит такая вещь, что почему-то вдруг прекращался расход воды через канал, после этого там уран расплавлялся, получались карбиды урана с графитом, распирали они всю эту штуку. И все это начинало гореть. И нужно было потом высверливать... достать все блоки, которые еще не расплавились, потом значит высверливать те блоки, которые расплавились, обсверливать их кругом по графиту. И это в общем приводило к очень тяжелым авариям.

Ссылки: