|
Реферат: Ядерные реакторы (Безопасность жизнедеятельности)
Комсомольск-на-Амуре
KOST
&
AKRED
COST@AMURNET.RU
ПЛАН
1.Введение.
2.Общее устройство электростанции.
3.Немного ядерной физики.
4. Ядерный реактор.
5. Устройство различных типов ядерных реакторов.
6.Сравнение.
7. Факторы опасности ядерных реакторов.
8. Заключение.
Список литературы
1.Введение.
Опасна ли ядерная энергетика? Этим вопросом особенно часто стали
задаваться в последнее время, особенно после аварий на атомных
электростанциях Тримайл-Айленд и Чернобыльской АЭС. И если опасность все же
имеется, то каким образом можно уменьшить риск неприятных последствий
аварии? И где же причина того или иного фактора опасности? Ответу на эти
вопросы и посвящена данная работа.
В данном докладе будут освещены основные вопросы устройства и работы
атомных электростанций и ядерных реакторов, проведена сравнительная
характеристика различных типов ядерных реакторов, разъяснены причины их
опасности.
2.Общее устройство электростанции.
Все аппараты для преобразования различных видов энергии в
электрическую - электростанции можно условно разделить на следующие виды:
. Тепловые электростанции - они преобразуют различные виды энергии в
энергию нагретого теплоносителя (в основном воды), который, в свою
очередь, передает свою энергию на турбину, вырабатывающую
электрический ток. К этому виду относятся угольные, газовые, атомные
электростанции, электростанции, работающие на нефти и ее производных,
некоторые виды солнечных.
. Гидроэлектростанции - преобразовывают энергию движущейся воды в
электричество, передавая ее непосредственно на турбину. К ним
относятся гидроэлектростанции и приливные электростанции.
. Электростанции, непосредственно вырабатывающие электричество -
солнечные на фотоэлементах, ветряные.
Принципиальная схема тепловой электростанции представлена на рис.1.
Стоит иметь в виду, что в ее конструкции может быть предусмотрено несколько
контуров - теплоноситель от тепловыделяющего реактора может не идти сразу
на турбину, а отдать свое тепло в теплообменнике теплоносителю следующего
контура, который уже может поступать на турбину, а может дальше передавать
свою энергию следующему контуру. Также в любой электростанции предусмотрена
система охлаждения отработавшего теплоносителя, чтобы довести температуру
теплоносителя до необходимого для повторного цикла значения. Если
поблизости от электростанции есть населенный пункт, то это достигается
путем использования тепла отработавшего теплоносителя для нагрева воды для
отопления домов или горячего водоснабжения, а если нет, то излишнее тепло
отработавшего теплоносителя просто сбрасывается в атмосферу в градирнях (их
можно видеть на рисунке обложки: из себя они представляют широкие
конусообразные трубы). Конденсатором отработавшего пара на неатомных
электростанциях чаще всего служат именно градирни.
Рис.1
[pic]
Атомные электростанции относятся к тепловым, так как в их устройстве
имеются тепловыделители, теплоноситель и генератор электрического тока -
турбина. Существуют как одноконтурные АЭС, так и двух-трех-контурные (это
зависит от типа ядерного реактора).
3.Немного ядерной физики.
Для лучшего уяснения принципов работы ядерного реактора и смысла
процессов, происходящих в нем, вкратце изложим основные моменты физики
реакторов.
. Ядерный реактор - аппарат, в котором происходят ядерные реакции -
превращения одних химических элементов в другие. Для этих реакций
необходимо наличие в реакторе делящегося вещества, которое при своем
распаде выделяет элементарные частицы, способные вызвать распад других
ядер.
. Деление атомного ядра может произойти самопроизвольно или при
попадании в него элементарной частицы. Самопроизвольный распад в
ядерной энергетике не используется из-за очень низкой его
интенсивности.
. В качестве делящегося вещества в настоящее время могут использоваться
изотопы урана — уран-235 и уран-238, а также плутоний-239.
. В ядерном реакторе происходит цепная реакция. Ядра урана или плутония
распадаются, при этом образуются два-три ядра элементов середины
таблицы Менделеева, выделяется энергия, излучаются гамма-кванты и
образуются два или три нейтрона, которые, в свою очередь, могут
прореагировать с другими атомами и, вызвав их деление, продолжить
цепную реакцию. Для распада какого-либо атомного ядра необходимо
попадание в него элементарной частицы с определенной энергией
(величина этой энергии должна лежать в определенном диапазоне: более
медленная или более быстрая частица просто оттолкнется от ядра, не
проникнув в него). Наибольшее значение в ядерной энергетике имеют
нейтроны.
. В зависимости от скорости элементарной частицы выделяют два вида
нейтронов: быстрые и медленные. Нейтроны разных видов по-разному
влияют на ядра делящихся элементов.
. Уран-238 делится только быстрыми нейтронами. При его делении
выделяется энергия и образуется 2-3 быстрых нейтрона. Вследствие того,
что эти быстрые нейтроны замедляются в веществе урана-238 до
скоростей, неспособных вызвать деление ядра урана-238, цепная реакция
в уране-238 протекать не может.
. Поскольку в естественном уране основной изотоп - уран-238, то цепная
реакция в естественном уране протекать не может.
. В уране-235 цепная реакция протекать может, так как наиболее
эффективно его деление происходит, когда нейтроны замедлены в 3-4 раза
по сравнению с быстрыми, что происходит при достаточно длинном их
пробеге в толще урана без риска быть поглощенными посторонними
веществами или при прохождении через вещество, обладающее свойством
замедлять нейтроны, не поглощая их.
. Поскольку в естественном уране имеется достаточно большое количество
веществ, поглощающих нейтроны (тот же уран-238, который при этом
превращается в другой делящийся изотоп - плутоний-239), то в
современных ядерных реакторах необходимо для замедления нейтронов
применять не сам уран, а другие вещества, мало поглощающие нейтроны
(например, графит или тяжелая вода).
. Обыкновенная вода нейтроны замедляет очень хорошо, но сильно их
поглощает. Поэтому для нормального протекания цепной реакции при
использовании в качестве замедлителя обыкновенной легкой воды
необходимо использовать уран с высокой долей делящегося изотопа -
урана-235 (обогащенный уран). Обогащенный уран производят по
достаточно сложной и трудоемкой технологии на горнообогатительных
комбинатах, при этом образуются токсичные и радиоактивные отходы.
. Графит хорошо замедляет нейтроны и плохо их поглощает. Поэтому при
использовании графита в качестве замедлителя можно использовать менее
обогащенный уран, чем при использовании легкой воды.
. Тяжелая вода очень хорошо замедляет нейтроны и плохо их поглощает.
Поэтому при использовании тяжелой воды в качестве замедлителя можно
использовать менее обогащенный уран, чем при использовании легкой
воды. Но производство тяжелой воды очень трудоемко и экологически
опасно.
. При попадании медленного нейтрона в ядро урана-235 он может быть
захвачен этим ядром. При этом произойдет ряд ядерных реакций, итогом
которых станет образование ядра плутония-239. (Плутоний-239 в принципе
может тоже использоваться для нужд ядерной энергетики, но в настоящее
время он является одним из основных компонентов начинки атомных бомб.)
Поэтому ядерное топливо в реакторе не только расходуется, но и
нарабатывается. У некоторых ядерных реакторов основной задачей
является как раз такая наработка.
. Другим способом решить проблему необходимости замедления нейтронов
является создание реакторов без необходимости их замедлять - реакторов
на быстрых нейтронах. В таком реакторе основным делящимся веществом
является не уран, а плутоний. Уран же (используется уран-238)
выступает как дополнительный компонент реакции - от быстрого нейтрона,
выпущенного при распаде ядра плутония, произойдет распад ядра урана с
выделением энергии и испусканием других нейтронов, а при попадании в
ядро урана замедлившегося нейтрона он превратится в плутоний-239,
возобновляя тем самым запасы ядерного топлива в реакторе. В связи с
малой величиной поглощения нейтронов плутонием цепная реакция в сплаве
плутония и урана-238 идти будет, причем в ней будет образовываться
большое количество нейтронов.
. Таким образом, в ядерном реакторе должен использоваться либо
обогащенный уран с замедлителем, поглощающем нейтроны, либо
необогащенный уран с замедлителем, мало поглощающем нейтроны, либо
сплав плутония с ураном без замедлителя. О различных типах ядерных
реакторов, реализующих эти три возможности разными способами, будет
говориться дальше.
4. Ядерный реактор.
Как уже указывалось, тремя обязательными элементами для реакторов на
тепловых нейтронах являются тепловыделитель, замедлитель и теплоноситель.
На данном рисунке представлена типичная схема активной зоны.
[pic]
Через реактор с помощью насосов (обычно называемых циркуляционными)
прокачивается теплоноситель, поступающий потом или на турбину (в РБМК) или
в теплообменник (в остальных типах реакторов). Нагретый теплоноситель
теплообменника поступает на турбину, где теряет часть своей энергии на
выработку электричества. Из турбины теплоноситель поступает в конденсатор
для пара, чтобы в реактор поступал теплоноситель с нужными для оптимальной
работы параметрами. Также в реакторе имеется система управления им (на
рисунке не показана), которая состоит из набора стержней диаметром в
несколько сантиметров и длиной, сопоставимой с высотой активной зоны,
состоящих из высокопоглощающего нейтроны материала, обычно из соединений
бора. Стержни располагаются в специальных каналах и могут быть подняты или
опущены в реактор. В поднятом состоянии они способствуют разгону реактора,
в опущенном - заглушают его. Приводы стержней регулируются независимо друг
от друга, поэтому с их помощью можно конфигурировать активность реакции в
различных частях активной зоны.
Реакторы, работающие на быстрых нейтронах, устроены несколько иначе.
О них будет сказано ниже.
Несколько терминов:
Топливная кассета - конструкция из таблеток урана и собирающего их
вместе корпуса толщиной 10-20 см и длиной в несколько метров, являющаяся
выделителем энергии за счет распада урана. Материалом корпуса обычно
является цирконий.
ТВС - тепловыделяющая сборка - топливная кассета и ее крепление. ТВС
находится в активной зоне реактора.
СУЗ - система управления защитой. В основном состоит из
нейтронопоглощающих стержней.
5. Устройство различных типов ядерных реакторов.
В настоящее время в мире существует пять типов ядерных реакторов. Это
реактор ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический реактор), РБМК (Реактор Большой
Мощности Канальный), реактор на тяжелой воде, реактор с шаровой засыпкой и
газовым контуром, реактор на быстрых нейтронах. У каждого типа реактора
есть особенности конструкции, отличающие его от других, хотя, безусловно,
отдельные элементы конструкции могут заимствоваться из других типов. ВВЭР
строились в основном на территории бывшего СССР и в Восточной Европе,
реакторов типа РБМК много в России, странах Западной Европы и Юго-Восточной
Азии, реакторы на тяжелой воде в основном строились в Америке. Параметры
этих реакторов лучше всего представить в виде таблицы.
|Параметры сравнения|ВВЭР |РБМК |Реактор на тяжелой |
| | | |воде |
|Тепловыделитель |4.5%-й |2.8%-й обогащенный |2-3%-й обогащенный |
| |обогащенный уран |уран |уран |
|Замедлитель и его |Легкая вода. |Графит. Хорошо |Тяжелая вода. Очень |
|свойства |Очень хорошо |замедляет нейтроны, |хорошо замедляет |
| |замедляет |почти не поглощает |нейтроны, почти не |
| |нейтроны, очень |нейтроны. Достаточно|поглощает нейтроны. |
| |сильно поглощает |дешев. |Очень дорога в |
| |нейтроны. Очень | |производстве. |
| |дешева. | | |
|Особенности |Тесное |Достаточно редкое |Достаточно редкое |
|активной зоны, |расположение |расположение |расположение |
|определяемые |тепловыделяющих |тепловыделяющих |тепловыделяющих |
|параметрами |элементов, |элементов, |элементов, |
|замедлителя |необходимость |возможность |возможность |
| |повышенного |использования |использования |
| |обогащения урана |низкообогащенного |низкообогащенного |
| | |урана или |урана или |
| | |отработанного |отработанного |
| | |топлива ВВЭР |топлива ВВЭР |
|Количество контуров|Два |Один |Два |
|Теплоноситель |Легкая вода в |Легкая вода. |Тяжелая вода в |
| |обоих контурах. |Замедляющий эффект |первом контуре, |
| |Одновременно |незначителен. |легкая вода во |
| |является | |втором. Тяжелая вода|
| |замедлителем. | |одновременно |
| | | |является |
| | | |замедлителем. |
|Регулирование |Раствор борной |Регулирующие стержни|Регулирующие стержни|
| |кислоты в |из бороциркониевого |из бороциркониевого |
| |теплоносителе. |сплава и оксида |сплава и оксида |
| |Регулирующие |европия. |европия. |
| |стержни из | | |
| |бороциркониевого | | |
| |сплава и оксида | | |
| |европия. | | |
|Перегрузки топлива |1 раз в 4-6 |В процессе работы, с|Раз в несколько |
| |месяцев, с полной|помощью специальной |месяцев, с полной |
| |остановкой |перегрузочной |остановкой реактора.|
| |реактора и |машины, позволяющей | |
| |вскрытием его |перезагружать | |
| |корпуса. Каждый |отдельные | |
| |тепловыделяющий |тепловыделяющие | |
| |элемент |элементы. Каждый | |
| |переставляется |тепловыделяющий | |
| |внутри реактора |элемент | |
| |трижды до его |переставляется | |
| |окончательного |внутри реактора | |
| |извлечения. |несколько раз до его| |
| | |окончательного | |
| | |извлечения. | |
|Наружный отражатель|Наружный |Графитовая кладка |Наружный |
| |металлический |толщиной 65 см. |металлический |
| |корпус. |Наружный корпус не |корпус. |
| | |обязателен, но | |
| | |желателен по | |
| | |соображениям | |
| | |безопасности | |
ВВЭР
Реакторы ВВЭР являются самым распространенным типом реакторов в
России. Весьма привлекательны дешевизна используемого в них теплоносителя-
замедлителя и относительная безопасность в эксплуатации, несмотря на
необходимость использования в этих реакторах обогащенного урана. Из самого
названия реактора ВВЭР следует, что у него и замедлителем, и теплоносителем
является обычная легкая вода. В качестве топлива используется обогащенный
до 4.5% уран. Принципиальная схема реактора ВВЭР представлена на рис.2.
Рис.2
[pic]
Как видно из схемы, он имеет два контура. Первый контур, реакторный,
полностью изолирован от второго, что уменьшает радиоактивные выбросы в
атмосферу. Циркуляционные насосы (насос первого контура на схеме не
показан) прокачивают воду через реактор и теплообменник (питание
циркуляционных насосов происходит от турбины). Вода реакторного контура
находится под повышенным давлением, так что несмотря на ее высокую
температуру (293 градуса - на выходе, 267 - на входе в реактор) ее
закипания не происходит. Вода второго контура находится под обычным
давлением, так что в теплообменнике она превращается в пар. В
теплообменнике-парогенераторе теплоноситель, циркулирующий по первому
контуру, отдает тепло воде второго контура. Пар, генеруемый в
парогенераторе, по главным паропроводам второго контура поступает на
турбины и, отдает часть своей энергии на вращение турбины, после чего
поступает в конденсатор. Конденсатор, охлаждаемый водой циркуляционного
контура (так сказать, третий контур), обеспечивает сбор и конденсацию
отработавшего пара. Конденсат, пройдя систему подогревателей, подается
снова в теплообменник.
Энергетическая мощность большинства реакторов ВВЭР в нашей стране -
1000 мегаватт (Мвт).
Рис.3
[pic]
Строение активной зоны реактора ВВЭР показано на рис.3. Она имеет
прочный наружный стальной корпус, могущий в случае непредвиденных
обстоятельств локализовать возможную аварию. Корпус полностью заполнен
водой под высоким давлением. В середине активной зоны расположены ТВС с
шагом в 20-25 см. Некоторые ТВС дополнены сверху поглотителем из
бороциркониевого сплава и нитрида бора и способны находится в активной зоне
или бороциркониевой частью, или урановой - таким образом осуществляется
регулирование цепной реакции. Вода подается в реактор снизу под давлением.
Сверху реактор закрыт стальной крышкой, герметизирующей его корпус и
являющейся биозащитой.
РБМК
РБМК построен по несколько другому принципу, чем ВВЭР. Прежде всего в
его активной зоне происходит кипение - из реактора поступает пароводная
смесь, которая, проходя через сепараторы, делится на воду, возвращающуюся
на вход реактора, и пар, который идет непосредственно на турбину.
Электричество, вырабатываемое турбиной, тратится, как и в реакторе ВВЭР,
также на работу циркуляционных насосов. Его принципиальная схема - на
рис.4.
Рис.4
[pic]
Основные технические характеристики РБМК следующие. Активная зона
реактора — вертикальный цилиндр диаметром 11.8 метров и высотой 7 метров
(см.рис.5). По периферии активной зоны, а также сверху и снизу расположен
боковой отражатель - сплошная графитовая кладка толщиной 0.65 метра.
Собственно активная зона собрана из графитовых шестигранных колонн (всего
их 2488), собранных из блоков сечением 250х250мм. По центру каждого блока
сквозь всю колонну проходят сквозные отверстия диаметром 114мм для
размещения технологических каналов и стержней СУЗ.
Общее число технологических каналов в активной зоне 1693. Внутри
большинства технологических каналов находятся тепловыделяющие кассеты,
имеющие довольно сложную структуру. Кассета состоит из двух последовательно
соединенных тепловыделяющих сборок (ТВС), длина каждой из которых 3,5м. ТВС
содержит 18 стержневых твэлов — трубок наружным диаметром 13,5мм с толщиной
стенки 0,9 мм, заполненных таблетками диаметром 11,5мм из двуокиси урана
(UO2), крепежные детали из сплава циркония и несущий стержень из оксида
ниобия. Стенки кассеты плотно фиксированы к графитовой кладке, а внутри
кассет циркулирует вода. В остальных каналах расположены стержни системы
управления защитой, которые состоят из поглотителя - бороциркониевого
сплава. Некоторые каналы полностью изолированы от теплоносителя, и в них
расположены датчики радиации.
Электрическая мощность РБМК - 1000 Мвт. АЭС с реакторами РБМК
составляют заметную долю в атомной энергетике. Так, ими оснащены
Ленинградская, Курская, Чернобыльская, Смоленская, Игналинская АЭС.
Рис.5. Активная зона реактора РБМК
[pic]
ВВЭР и РБМК: сравнительные характеристики.
Проводя сравнение различных типов ядерных реакторов, стоит
остановится на двух наиболее распространенных в нашей стране и в мире типах
этих аппаратов: ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический реактор) и РБМК (Реактор
Большой Мощности Канальный). Наиболее принципиальные различия: ВВЭР —
корпусной реактор (давление держится корпусом реактора); РБМК-- канальный
реактор (давление держится независимо в каждом канале); в ВВЭР
теплоноситель и замедлитель — одна и та же вода (дополнительный замедлитель
не вводится), в РБМК замедлитель — графит, а теплоноситель — вода; в ВВЭР
пар образуется во втором корпусе парогенератора, в РБМК пар образуется в
непосредственно в активной зоне реактора (кипящий реактор) и прямо идет на
турбину — нет второго контура. Из-за различного строения активных зон
параметры работы у этих реакторов также разные. Для безопасности реактора
имеет значение такой параметр, как коэффициент реактивности - его можно
образно представить как величину, показывающую, как изменения того или
иного другого параметра реактора повлияет на интенсивность цепной реакции в
нем. Если этот коэффициент положительный, то при увеличении параметра, по
которому приводится коэффициент, цепная реакция в реакторе при отсутствии
каких-либо других воздействий будет нарастать и в конце станет возможным
переход ее в неуправляемую и каскадно нарастающую - произойдет разгон
реактора. При разгоне реактора происходит интенсивное тепловыделение,
приводящее к расплавлению тепловыделителей, стеканию их расплава в нижнюю
часть активной зоны, что может привести к разрушению корпуса реактора и
выбросу радиоактивных веществ в окружающую среду.
В данной таблице приведены коэффициенты реактивности для РБМК и ВВЭР.
Коэффициенты реактивности реакторов ВВЭР и РБМК.
|Коэффициенты |ВВЭР |РБМК |
|реактивности | | |
|Паровой (при |— (при появлении в |+ (при появлении в |
|наличии пара в |активной зоне пара реактор|активной зоне пара реактор|
|активной зоне) |глохнет) |разгоняется) |
|Температуры |— (при повышении |+(при повышении |
|теплоносителя |температуры теплоносителя |температуры теплоносителя |
| |реактор глохнет) |реактор разгоняется) |
|Плотности |— (при снижении плотности |+(при снижении плотности |
|теплоносителя |теплоносителя, (в |теплоносителя, (в |
| |частности, при повышении |частности, при повышении |
| |его температуры) реактор |его температуры) реактор |
| |глохнет) |разгоняется) |
Пояснение.
. В реакторе ВВЭР при появлении в активной зоне пара или при повышении
температуры теплоносителя, приводящего к снижению его плотности,
падает количество столкновений нейтронов с атомами молекул
теплоносителя, уменьшается замедление нейтронов, вследствие чего все
они уходят за пределы активной зоны, не реагируя с другими ядрами.
Реактор останавливается.
. В реакторе РБМК при вскипании воды или повышении ее температуры,
приводящее к снижению ее плотности, уходит ее нейтронопоглощающее
действие (замедлитель в этом реакторе и так уже есть, а у пара
коэффициент поглощения нейтронов гораздо ниже, чем у воды). В реакторе
нарастает цепная реакция и он разгоняется., что, в свою очередь,
приводит к дальнейшему повышению температуры воды и ее вскипанию.
Следовательно, при возникновении нештатных ситуаций работы реактора,
сопровождающихся его разгоном, реактор ВВЭР заглохнет, а реактор РБМК
продолжит разгон с нарастающей интенсивностью, что может привести к очень
интенсивному тепловыделению, результатом которого будет расплавление
активной зоны реактора. Данное последствие очень опасно, так как при
контакте расплавленных циркониевых оболочек с водой происходит разложение
ее на водород и кислород, образующих крайне взрывчатый гремучий газ, при
взрыве которого неизбежно разрушение активной зоны и выброс радиоактивных
топлива и графита в окружающую среду. Именно по такому пути развивались
события при аварии на Чернобыльской АЭС. Поэтому в реакторе РБМК как нигде
важна роль защитных систем, которые будут или предотвращать разгон
реактора, или экстренно его охлаждать в случае разгона, гася подъем
температуры и вскипание теплоносителя. Современные реакторы типа РБМК
оборудованы достаточно эффективными подобными системами, практически
сводящими на нет риск развития аварии (на Чернобыльской АЭС в ночь аварии
по преступной халатности в нарушение всех инструкций и запретов были
полностью отключены системы аварийной защиты), но о подобной возможности
следует помнить.
Если подвести итог, то реактор РБМК требует меньшего обогащения
топлива, обладает лучшими возможностями по наработке делящегося материала
(плутония), имеет непрерывный эксплуатационный цикл, но более потенциально
опасен в эксплуатации. Степень этой опасности зависит от качества систем
аварийной защиты и квалификации эксплуатационного персонала. Кроме того,
вследствие отсутствия второго контура у РБМК больше радиационные выбросы в
атмосферу в течение эксплуатации.
Реактор на тяжелой воде.
В Канаде и Америке разработчики ядерных реакторов при решении
проблемы о поддержании в реакторе цепной реакции предпочли использовать в
качестве замедлителя тяжелую воду. У тяжелой воды очень низкая степень
поглощения нейтронов и очень высокие замедляющие свойства, превышающие
аналогичные свойства графита. Вследствие этого реакторы на тяжелой воде
работают на необогащенном топливе, что позволяет не строить сложные и
опасные предприятия по обогащению урана. В принципе хорошо спроектированный
и построенный реактор на тяжелой воде может работать долгие годы на
естественном уране, нуждающемся лишь в выделении его из руды, и давать
дешевую энергию. Но тяжелая вода очень дорога в производстве, и поэтому
вследствие неизбежных утечек ее из трубопроводов суммарные затраты на
эксплуатацию реактора возрастают и приближаются к аналогичным у РБМК и
ВВЭР.
[pic]
В качестве теплоносителя первого контура может использоваться
замедлитель - тяжелая вода, хотя имеются реакторы, где теплоноситель -
легкая вода, а контуры циркуляции теплоносителя и замедлителя разделены.
Конструкция реактора во многом аналогична конструкции реактора ВВЭР.
Реактор с шаровой засыпкой.
В реакторе с шаровой засыпкой активная зона имеет форму шара, в
который засыпаны тепловыделяющие элементы, также шарообразные. Каждый
элемент представляет из себя графитовую сферу, в которую вкраплены частицы
оксида урана. Через реактор прокачивается газ - чаще всего используется
углекислота СО2. Газ подается в активную зону под давлением и впоследствии
поступает на теплообменник. Регулирование реактора осуществляется стержнями
из поглотителя, вставляемыми в активную зону.
[pic]
Экстренное глушение реактора осуществляется путем выстреливания в
активную зону клина из поглотителя (рядом с реактором устраивают некое
подобие короткой пушки, которая в экстраординарной ситуации выстреливает в
реактор через его корпус клинообразный кусок поглотителя, при этом реактор
сразу останавливается). Реактор с шаровой засыпкой выгодно отличается тем,
что в нем принципиально не может произойти взрыв гремучего газа, и в случае
разгона реактора сомым неприятным последствием будет лишь расплавление
тепловыделяющих элементов и невозможность дальнейшей эксплуатации реактора.
Взрыва такого реактора при его разгоне произойти не может в принципе. С
другой стороны, в случае попадания воды в активную зону (например, из
второго контура в случае прорыва трубы в теплообменнике) разрушение
реактора и выброс радиоактивного газа-теплоносителя неизбежно.
Реакторы с шаровой засыпкой в незначительном количестве строились в
Восточной Европе и Америке.
Реактор на быстрых нейтронах.
Реактор на быстрых нейтронах очень сильно отличается от реакторов
всех остальных типов. Его основное назначение - обеспечение расширенного
воспроизводства делящегося плутония из урана-238 с целью сжигания всего или
значительной части природного урана, а также имеющихся запасов обедненного
урана. При развитии энергетики реакторов на быстрых нейтронах может быть
решена задача самообеспечения ядерной энергетики топливом.
[pic]
Прежде всего, в реакторе на быстрых нейтронах нет замедлителя. В
связи с этим в качестве топлива используется не уран-235, а плутоний и уран-
238, которые могут делится от быстрых нейтронов. Плутоний необходим для
обеспечения достаточной плотности нейтронного потока, которую не может
обеспечить один уран-238. Тепловыделение реактора на быстрых нейтронах в
десять-пятнадцать раз превосходит тепловыделение реакторов на медленных
нейтронах, в связи с чем вместо воды (которая просто не справится с таким
объемом энергии для передачи) используется расплав натрия (его температура
на входе - 370 градусов, а на выходе - 550, что в десять раз выше
аналогичных показателей, скажем, для ВВЭР - там температура воды на входе -
270 градусов, а на выходе - 293). Опять-таки в связи с большим
тепловыделением приходится оборудовать даже не два, а три контура (объем
теплоносителя на каждом последующем, естественно, больше), причем во втором
контуре используется опять-таки натрий. При работе такого реактора
происходит очень интенсивное выделение нейтронов, которые поглощаются слоем
урана-238, расположенного вокруг активной зоны. При этом этот уран
превращается в плутоний-239, который, в свою очередь, может использоваться
в реакторе как делящийся элемент. Плутоний используется также в военных
целях.
В настоящее время реакторы на быстрых нейтронах широкого
распространения не получили, в основном из-за сложности конструкции и
проблемы получения достаточно устойчивых материалов для конструкционных
деталей. В России имеется только один реактор такого типа (на Белоярской
АЭС). Считается, что такие реакторы имеют большое будущее.
6.Сравнение.
Если подводить итог, то стоит сказать следующее. Реакторы ВВЭР
достаточно безопасны в эксплуатации, но требуют высокообогащенного урана.
Реакторы РБМК безопасны лишь при правильной их эксплуатации и хорошо
разработанных системах защиты, но зато способны использовать
малообогащенное топливо или даже отработанное топливо ВВЭР-ов. Реакторы на
тяжелой воде всем хороши, но уж больно дорого добывать тяжелую воду.
Технология производства реакторов с шаровой засыпкой еще недостаточно
хорошо разработана, хотя этот тип реакторов стоило бы признать наиболее
приемлемым для широкого применения, в частности, из-за отсутствия
катастрофических последствий при аварии с разгоном реактора. За реакторами
на быстрых нейтронах - будущее производства топлива для ядерной энергетики,
эти реакторы наиболее эффективно используют ядерное топливо, но их
конструкция очень сложна и пока еще малонадежна.
7. Факторы опасности ядерных реакторов.
Факторы опасности ядерных реакторов достаточно многочисленны.
Перечислим лишь некоторые из них.
. Возможность аварии с разгоном реактора. При этом вследствие
сильнейшего тепловыделения может произойти расплавление активной зоны
реактора и попадание радиоактивных веществ в окружающую среду. Если в
реакторе имеется вода, то в случае такой аварии она будет разлагаться
на водород и кислород, что приведет к взрыву гремучего газа в реакторе
и достаточно серьезному разрушению не только реактора, но и всего
энергоблока с радиоактивным заражением местности.
Аварии с разгоном реактора можно предотвратить, применив специальные
технологии конструкции реакторов, систем защиты, подготовки персонала.
. Радиоактивные выбросы в окружающую среду. Их количество и характер
зависит от конструкции реактора и качества его сборки и эксплуатации.
У РБМК они наибольшие, у реактора с шаровой засыпкой наименьшие.
Очистные сооружения могут уменьшить их.
Впрочем, у атомной станции, работающей в нормальном режиме, эти
выбросы меньше, чем, скажем, у угольной станции, так как в угле тоже
содержатся радиоактивные вещества, и при его сгорании они выходят в
атмосферу.
. Необходимость захоронения отработавшего реактора.
На сегодняшний день эта проблема не решена, хотя есть много
разработок в этой области.
. Радиоактивное облучение персонала.
Можно предотвратить или уменьшить применением соответствующих мер
радиационной безопасности в процессе эксплуатации атомной станции.
Ядерный взрыв ни в одном реакторе произойти в принципе не может.
8. Заключение.
Атомная энергетика - активно развивающаяся отрасль. Очевидно, что ей
предназначено большое будущее, так как запасы нефти, газа, угля постепенно
иссякают, а уран - достаточно распространенный элемент на Земле. Но следует
помнить, что атомная энергетика связана с повышенной опасностью для людей,
которая, в частности, проявляется в крайне неблагоприятных последствиях
аварий с разрушением атомных реакторов. В связи с этим необходимо
закладывать решение проблемы безопасности (в частности, предупреждение
аварий с разгоном реактора, локализацию аварии в пределах биозащиты,
уменьшение радиоактивных выбросов и др.) еще в конструкцию реактора, на
стадии его проектирования.
Стоит также рассматривать другие предложения по повышению
безопасности объектов атомной энергетики, как то: строительство атомных
электростанций под землей, отправка ядерных отходов в космическое
пространство.
Целью настоящей работы было всего лишь рассказать о современной
атомной энергетике, показать устройство и основные типы ядерных реакторов.
К сожалению, объем доклада не позволяет более подробно остановиться на
вопросах физики реактора, тонкостях конструкции отдельных типов и
вытекающих из них проблем эксплуатации, надежности и безопасности.
Список литературы
1. И.Х.Ганев. Физика и расчет реактора. Учебное пособие для вузов. М,
1992, Энергоатомиздат.
2. Л.В.Матвеев, А.П.Рудик. Почти все о ядерном реакторе. М., 1990,
Энергоатомиздат.
Реферат на тему: Ядерный взрыв
В зависимости от вида примененного противником оружия массового поражения
могут образовываться очаги ядерного, химического, бактериологического
(биологического) поражения и зоны радиоактивного, химического и
бактериологического (биологического) заражения. Очаги поражения могут
возникать и при применении обычных средств поражения противника. При
воздействии двух видов и более оружия массового поражения образуется очаг
комбинированного поражения. Первичные действия поражающих факторов ОМП и
других средств нападения противника могут привести к возникновению взрывов,
пожаров, затоплений местности и распространению на ней сильнодействующих
ядовитых веществ. При этом образуются вторичные очаги поражения. В этом
реферате мы рассмотрим воздействие ядерного оружия на окр. среду, человека,
животных и т.д.
Итак, воздействие ядерного оружия.
Поражающее действие ядерного взрыва определяется механическим
воздействием ударной волны, тепловым воздействием светового излучения,
радиационным воздействием проникающей радиации и радиоактивного заражения.
Для некоторых элементов объектов поражающим фактором является
электромагнитное излучение (электромагнитный импульс) ядерного взрыва.
Распределение энергии между поражающими факторами ядерного взрыва
зависит от вида взрыва и условий, в которых он происходит. При
взрыве в атмосфере примерно 50 % энергии взрыва расходуется на образование
ударной волны, 30—40%— на световое излучение, до 5 % — на проникающую
радиацию и электромагнитный импульс и до 15 %—на радиоактивное заражение.
Для нейтронного взрыва характерны те же поражающие факторы, однако
несколько по-иному распределяется энергия взрыва: 8—10%—на образование
ударной волны, 5—8 % — на световое излучение и около 85 % расходуется на
образование нейтронного и гамма-излучений (проникающей радиации).
Действие поражающих факторов ядерного взрыва на людей и элементы объектов
происходит не одновременно и различается по длительности воздействия,
характеру и масштабам поражения.
Ударная волна—это область резкого сжатия среды, которая в виде
сферического слоя распространяется во все стороны от места взрыва со
сверхзвуковой скоростью. В зависимости от среды распространения различают
ударную волну в воздухе, в воде или грунте (сейсмовзрывные волны).
Ударная волна в воздухе образуется за счет колоссальной энергии, выделяемой
в зоне реакции, где исключительно высокая температура, а давление достигает
миллиардов атмосфер (до 105 млрд. Па). Раскаленные пары и газы, стремясь
расшириться, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их
до больших давления и плотности и нагревают до высокой температуры. Эти
слои воздуха приводят в движение последующие слои. И так сжатие и
перемещение воздуха происходит от одного слоя к другому во все стороны от
центра взрыва, образуя воздушную ударную волну. Расширение раскаленных
газов происходит в сравнительно малых объемах, поэтому их действие на более
заметных удаленьях от центра ядерного взрыва исчезает и основным носителем
действия взрыва становится воздушная ударная волна. Вблизи центра взрыва
скорость распространения ударной волны в несколько раз превышает скорость
звука в воздухе. С увеличением расстояния от места взрыва скорость
распространения волны быстро падает, а ударная волна ослабевает; на больших
удаленьях ударная волна переходит, по существу, в обычную акустическую
волну и скорость ее распространения приближается к скорости звука в
окружающей среде, т. е. к 340 м/с. Воздушная ударная волна при ядерном
взрыве средней мощности проходит примерно 1000 м за 1,4 с, 2000 м—за 4 с.
3000 м—за 7с, 5000 м—за 12 с. Отсюда следует, что человек, увидев вспышку
ядерного взрыва, за время до прихода ударной волны, может занять ближайшее
укрытие (складку местности, канаву, кювет, простенок и т. п.) и тем самым
уменьшить вероятность поражения ударной волной.
Ударная волна в воде при подводном ядерном взрыве качественно напоминает
ударную волну в воздухе. Однако подводная ударная волна отличается от
воздушной ударной волны своими параметрами. На одних и тех же расстояниях
давление во фронте ударной волны в воде гораздо больше, чем в воздухе, а
время действия—меньше. Например, максимальное избыточное давление на
расстоянии 900 м от центра ядерного взрыва мощностью 100 кт в глубоком
водоеме составляет 19000 кПа, а при взрыве в воздушной среде—около 100 кПа.
При наземном ядерном взрыве часть энергии взрыва расходуется на
образование волны сжатия в грунте. В отличие от ударной волны в воздухе она
характеризуется менее резким увеличением давления во фронте волны, а также
более медленным его ослаблением за фронтом. Давление во фронте волны сжатия
уменьшается довольно быстро с удалением от центра взрыва, и на больших
расстояниях волна сжатия становится подобной сейсмической волне.
При взрыве ядерного боеприпаса в грунте основная часть энергии взрыва
передается окружающей массе грунта и производит мощное сотрясение грунта,
напоминающее по своему действию землетрясение.
Характер воздействия ударной волны на людей и животных. Ударная волна
может нанести незащищенным людям и животным травматические поражения,
контузии или быть причиной их гибели. Поражения могут быть
непосредственными или косвенными.
Непосредственное поражение ударной волной возникает в результате
воздействия избыточного давления и скоростного напора воздуха. Ввиду
небольших размеров тела человека ударная волна почти мгновенно охватывает
человека и подвергает его сильному сжатию. Процесс сжатия продолжается со
снижающейся интенсивностью в течение всего периода фазы сжатия, т. е. в
течение нескольких секунд. Мгновенное повышение давления в момент прихода
ударной волны воспринимается живым организмом как резкий удар. В то же
самое время скоростной напор создает значительное лобовое давление, которое
может привести к перемещению тела в пространстве.
Косвенные поражения люди и животные могут получить в результате ударов
обломками разрушенных зданий и сооружений или в результате ударов летящих с
большой скоростью осколков стекла, шлака, камней, дерева и других
предметов. Например, при избыточном давлении во фронте ударной волны 35 кПа
плотность летящих осколков достигает 3500 шт. на квадратный метр при
средней скорости перемещения этих предметов 50 м/с.
Характер и степень поражения незащищенных людей и животных зависят от
мощности и вида взрыва, расстояния, метеоусловий, а также от места
нахождения (в здании, на открытой местности) и положения (лежа, сидя, стоя)
человека.
Воздействие воздушной ударной волны на незащищенных людей характеризуется
легкими, средними, тяжелыми и крайне тяжелыми травмами.
Крайне тяжелые контузии и травмы у людей возникают при избыточном
давлении более 100 кПа (1 кгс/см2). Отмечаются разрывы внутренних
органов, переломы костей, внутренние кровотечения, сотрясение мозга,
длительная потеря сознания. Разрывы наблюдаются в органах, содержащих
большое количество крови (печень, селезенка, почки), наполненных газом
(легкие, кишечник) или имеющие полости, наполненные жидкостью (желудочки
головного мозга, мочевой и желчный пузыри). Эти травмы могут привести к
смертельному исходу.
Тяжелые контузии и травмы возможны при избыточных давлениях от 60 до 100
кПа (от 0,6 до 1,0 кгс/см2). Они характеризуются сильной контузией всего
организма, потерей сознания, переломами костей, кровотечением из носа и
ушей; возможны повреждения внутренних органов и внутренние кровотечения.
Поражения средней тяжести возникают при избыточном давлении 40— 60 кПа
(0,4—0,6 кгс/см2). При этом могут быть вывихи конечностей, контузия
головного мозга, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей.
Легкие поражения наступают при избыточном давлении 20—40 кПа (0,2—0,4
кгс/см2). Они выражаются в скоропроходящих нарушениях функций организма
(звон в ушах, головокружение, головная боль). Возможны вывихи, ушибы.
Избыточные давления во фронте ударной волны 10 кПа (0,1 кгс/см2) и менее
для людей и животных, расположенных вне укрытий, считаются безопасными.
Радиус поражения обломками зданий, особенно осколками стекол,
разрушающихся при избыточном давлении более 2 кПа (0,02 кгс/см2) может
превышать радиус непосредственного поражения ударной волной.
Гарантированная защита людей от ударной волны обеспечивается при укрытии
их в убежищах. При отсутствии убежищ используются противорадиационные
укрытия, подземные выработки, естественные укрытия и рельеф местности.
Механическое воздействие ударной волны. Характер разрушения элементов
объекта (предметов) зависит от нагрузки, создаваемой ударной волной, и
реакции предмета на действие этой нагрузки.
Общую оценку разрушений, вызванных ударной волной ядерного взрыва, принято
давать по степени тяжести этих разрушений. Для большинства элементов
объекта, как правило, рассматриваются три степени—слабое, среднее и сильное
разрушение. Для жилых и промышленных зданий берется обычно четвертая
степень— полное разрушение. При слабом разрушении, как правило, объект не
выходит из строя; его можно эксплуатировать немедленно или после
незначительного (текущего) ремонта. Средним разрушением обычно называют
разрушение главным образом второстепенных элементов объекта. Основные
элементы могут деформироваться и повреждаться частично. Восстановление
возможно силами предприятия путем проведения среднего или капитального
ремонта. Сильное разрушение объекта характеризуется сильной деформацией или
разрушением его основных элементов, в результате чего объект выходит из
строя и не может быть восстановлен.
Применительно к гражданским и промышленным зданиям степени разрушения
характеризуются следующим состоянием конструкции.
Слабое разрушение. Разрушаются оконные и дверные заполнения и легкие
перегородки, частично разрушается кровля, возможны трещины в стенах верхних
этажей. Подвалы и нижние этажи сохраняются полностью. Находиться в здании
безопасно и оно может эксплуатироваться после проведения текущего ремонта.
Среднее разрушение проявляется в разрушении крыш и встроенных элементов—
внутренних перегородок, окон, а также в возникновении трещин в стенах,
обрушении отдельных участков чердачных перекрытий и стен верхних этажей.
Подвалы сохраняются. После расчистки и ремонта может быть использована
часть помещений нижних этажей. Восстановление зданий возможно при
проведении капитального ремонта.
Сильное разрушение характеризуется разрушением несущих конструкций и
перекрытий верхних этажей, образованием трещин в стенах и деформацией
перекрытий нижних этажей. Использование помещений становится невозможным, а
ремонт и восстановление чаще всего нецелесообразным.
Полное разрушение. Разрушаются все основные элементы здания, включая и
несущие конструкции. Использовать здания невозможно. Подвальные помещения
при сильных и полных разрушениях могут сохраняться и после разбора завалов
частично использоваться.
Наибольшие разрушения получают наземные здания, рассчитанные на
собственный вес и вертикальные нагрузки, более устойчивы заглубленные и
подземные сооружения. Здания с металлическим каркасом средние разрушения
получают при 20—40 кПа, а полные—при 60—80 кПа, здания кирпичные—при 10—20
и 30—40, здания деревянные— при 10 и 20 кПа соответственно. Здания с
большим количеством проемов более устойчивы, так как в первую очередь
разрушаются заполнения проемов, а несущие конструкции при этом испытывают
меньшую нагрузку. Разрушение остекления в зданиях происходит при 2—7 кПа.
Объем разрушений в городе зависит от характера строений, их этажности и
плотности застройки. При плотности застройки 50 % давление ударной волны на
здания может быть меньше (на 20—40 %), чем на здания, стоящие на открытой
местности, на таком же расстоянии от центра взрыва. При плотности застройки
менее 30 % экранирующее действие зданий незначительно и не имеет
практического значения.
Энергетическое, промышленное и коммунальное оборудование может иметь
следующие степени разрушений.
Слабые разрушения: деформации трубопроводов, их повреждения на стыках;
повреждения и разрушении контрольно-измерительной аппаратуры; повреждение
верхних частей колодцев на водо-, тепло- и газовых сетях; отдельные разрывы
на линии электропередач (ЛЭП); повреждения станков, требующих замены
электропроводки, приборов и других поврежденных частей.
Средние разрушения: отдельные разрывы и деформации трубопроводов,
кабелей; деформации и повреждения отдельных опор ЛЭП; деформация и смещение
на опорах цистерн, разрушение их выше уровня жидкости;
повреждения станков, требующих капитального ремонта.
Сильные разрушения: массовые разрывы трубопроводов, кабелей и разрушения
опор ЛЭП и другие разрушения, которые нельзя устранить при капитальном
ремонте.
Наиболее стойки подземные энергетические сети. Газовые, водопроводные и
канализационные подземные сети разрушаются только при наземных взрывах в
непосредственной близости от центра при давлении ударной волны 600—1500
кПа. Степень и характер разрушения трубопроводов зависят от диаметра и
материала труб, а также от глубины прокладки. Энергетические сети в
зданиях, как правило, выходят из строя при разрушении элементов застройки.
Воздушные линии связи и электропроводок получают сильные разрушения при
80—120 кПа, при этом линии, проходящие в радиальном направлении от центра
взрыва, повреждаются в меньшей степени, чем линии, проходящие
перпендикулярно к направлению распространения ударной волны.
Станочное оборудование предприятий разрушается при избыточных давлениях
35—70 кПа. Измерительное оборудование—при 20—30 кПа, а наиболее
чувствительные приборы могут повреждаться и при 10 кПа и даже 5 кПа. При
этом необходимо учитывать, что при обрушении конструкций зданий также будет
разрушаться оборудование.
Для гидроузлов наиболее опасными являются надводный и подводный взрывы со
стороны верхнего бьефа. Наиболее устойчивые элементы гидроузлов — бетонные
и земляные плотины, которые разрушаются при давлении более 1000 кПа.
Наиболее слабые — гидрозатворы водосливных плотин, электрическое
оборудование и различные надстройки.
Степень разрушений (повреждений) транспортных средств зависит от их
положения относительно направления распространения ударной волны.
Средства транспорта, расположенные бортом к направлению действия ударной
волны, как правило, опрокидываются и получают большие повреждения, чем
машины, обращенные к взрыву передней частью. Загруженные и закрепленные
средства транспорта имеют меньшую степень повреждения. Более устойчивыми
элементами являются двигатели. Например, при сильных повреждениях двигатели
автомашин повреждаются незначительно, и машины способны двигаться своим
ходом.
Наиболее устойчивы к воздействию ударной волны морские и речные суда и
железнодорожный транспорт. При воздушном или надводном взрыве повреждение
судов будет происходить главным образом под действием воздушной ударной
волны. Поэтому повреждаются в основном надводные части судов—палубные
надстройки, мачты, радиолокационные антенны
и т. д. Котлы, вытяжные устройства и другое внутреннее оборудование
повреждаются затекающей внутрь ударной волной. Транспортные суда получают
средние повреждения при давлениях 60—80 кПа. Железнодорожный подвижной
состав может эксплуатироваться после воздействия избыточных давлений:
вагоны—до 40 кПа, тепловозы—до 70 кПа (слабые разрушения).
Самолеты—более уязвимые объекты, чем остальные транспортные средства.
Нагрузки, создаваемые избыточным давлением 10 кПа, достаточны для того,
чтобы образовались вмятины в обшивке самолета, деформировались крылья и
стрингеры, что может привести к временному снятию с полетов.
Воздушная ударная волна также действует на растения. Полное повреждение
лесного массива наблюдается при избыточном давлении, превышающем 50 кПа
(0,5 кгс/см2). Деревья при этом вырываются с корнем, ломаются и
отбрасываются, образуя сплошные завалы. При избыточном давлении от 30 до 50
кПа (03,—0,5 кгс/см2) повреждается около 50 % деревьев (завалы также
сплошные), а при давлении от 10 до 30 кПа (0,1—0,3 кгс/см2)—до 30%
деревьев. Молодые деревья более устойчивы к воздействию ударной волны, чем
старые и спелые.
Световое излучение. По своей природе световое излучение ядерного взрыва —
совокупность видимого света и близких к нему по спектру ультрафиолетовых и
инфракрасных лучей. Источник светового излучения — светящаяся область
взрыва, состоящая из нагретых до высокой температуры веществ ядерного
боеприпаса, воздуха и грунта (при наземном взрыве). Температура светящейся
области в течение некоторого времени сравнима с температурой поверхности
солнца (максимум 8000—10000 и минимум 1800 °С). Размеры светящейся области
и ее температура быстро изменяются во времени. Продолжительность светового
излучения зависит от мощности и вида взрыва и может продолжаться до
десятков секунд. При воздушном взрыве ядерного боеприпаса мощностью 20 кт
световое излучение продолжается 3 с, термоядерного заряда 1Мт—10с.
Поражающее действие светового излучения характеризуется световым импульсом.
Световым импульсом называется отношение количества световой энергии к
площади освещенной поверхности, расположенной перпендикулярно
распространению световых лучей. Единица светового импульса — джоуль на
квадратный метр (Дж/м2) или калория на квадратный сантиметр (кал/см2). 1
Дж/м2=23,9* 10-6кал/см2;
1 кДж/м2= 0,0239 кал/см2; 1 кал/см2 = 40 кДж/м2. Световой импульс зависит
от мощности и вида взрыва, расстояния от центра взрыва и ослабления
светового излучения в атмосфере, а также от экранирующего воздействия дыма,
пыли, растительности, неровностей местности и т.д.
При наземных и надводных взрывах световой импульс на тех же расстояниях
меньше, чем при воздушных взрывах такой же мощности. Это объясняется тем,
что световой импульс излучает полусфера, хотя и большего диаметра, чем при
воздушном взрыве. Что касается распространения светового излучения, то
большое значение имеют другие факторы. Во-первых, часть светового излучения
поглощается слоями водяных паров и пыли непосредственно в районе взрыва. Во-
вторых, большая часть световых лучей прежде, чем достичь объекта на
поверхности земли, должна будет пройти воздушные слои, расположенные близко
к земной поверхности. В этих наиболее насыщенных слоях атмосферы происходит
значительное поглощение светового излучения молекулами водяных паров и
двуокиси углерода; рассеяние в результате наличия в воздухе различных
частиц здесь также гораздо большее. Кроме того, необходимо учитывать рельеф
местности. Количество световой энергии, достигающей объекта, находящегося
на определенном расстоянии от наземного взрыва, может составлять для малых
расстояний порядка трех четвертей, а на больших—половину импульса при
воздушном взрыве такой же мощности.
При подземных или подводных взрывах поглощается почти все световое
излучение.
При ядерном взрыве на большой высоте рентгеновские лучи, излучаемые
исключительно сильно нагретыми продуктами взрыва, поглощаются большими
толщами разреженного воздуха. Поэтому температура огненного шара
(значительно больших размеров, чем при воздушном взрыве) ниже. Для высот
порядка 30—100 км на световой импульс расходуется около 25— 35 % всей
энергии взрыва.
Обычно для целей расчета пользуются табличными данными зависимостей
световых импульсов от мощности и вида взрыва и расстояния от центра
(эпицентра) взрыва. Эти данные приведены для очень прозрачного воздуха с
учетом возможности рассеяния и поглощения атмосферой энергии светового
излучения.
При оценке светового импульса необходимо учитывать возможность воздействия
отраженных лучей. Если земная поверхность хорошо отражает свет (снежный
покров, высохшая трава, бетонное покрытие и др.), то прямое световое
излучение, падающее на объект, усиливается отраженным. Суммарный
световой импульс при воздушном взрыве может быть больше прямого в 1,5—2
раза. Если взрыв происходит между облаками и землей, то световое излучение,
отраженное от облаков, действует на объекты, закрытые от прямого излучения.
Световой импульс, отраженный от облаков, может достигать половины прямого
импульса.
Воздействие светового излучения на людей и сельскохозяйственных
животных. Световое излучение ядерною взрыва при непосредственном
воздействии вызывает ожоги открытых участков тела, временное ослепление или
ожоги сетчатки глаз. Возможны вторичные ожоги, возникающие от пламени
горящих зданий, сооружений, растительности,
воспламенившейся или тлеющей одежды.
Независимо от причин возникновения, ожоги разделяют по тяжести поражения
организма.
Ожоги первой степени выражаются в болезненности, покраснении и припухлости
кожи. Они не представляют серьезной опасности и быстро вылечиваются без
каких-либо последствий. При ожогах второй степени образуются пузыри,
заполненные прозрачной белковой жидкостью; при поражении значительных
участков кожи человек может потерять на некоторое время трудоспособность и
нуждается в специальном лечении. Пострадавшие с ожогами первой и второй
степеней, достигающими даже 50—60 % поверхности кожи, обычно
выздоравливают. Ожоги третьей степени характеризуются омертвлением кожи с
частичным поражением росткового слоя. Ожоги четвертой степени: омертвление
кожи и более глубоких слоев тканей (подкожной клетчатки, мышц, сухожилий
костей). Поражение ожогами третьей и четвертой степени значительной части
кожного покрова может привести к смертельному исходу. Одежда людей и
шерстяной покров животных защищает кожу от ожогов. Поэтому ожоги чаще
бывают у людей на открытых частях тела, а у животных — на участках тела,
покрытых коротким и редким волосом. Импульсы светового излучения,
необходимые для поражения кожи животных, покрытой волосяным покровом, более
высокие.
Степень ожогов световым излучением закрытых участков кожи зависит от
характера одежды, ее цвета, плотности и толщины. Люди, одетые в свободную
одежду светлых тонов, одежду из шерстяных тканей, обычно меньше поражены
световым излучением, чем люди, одетые в плотно прилегающую одежду темного
цвета или прозрачную, особенно одежду из синтетических материалов.
Большую опасность для людей и сельскохозяйственных животных представляют
пожары, возникающие на объектах народного хозяйства в результате
воздействия светового излучения и ударной волны. По данным иностранной
печати, в городах Хиросима и Нагасаки примерно 50 % всех смертельных
случаев было вызвано ожогами; из них 20—30 % — непосредственно световым
излучением и 70— 80 % — ожогами от пожаров.
Поражение глаз человека может быть в виде временного ослепления — под
влиянием яркой световой вспышки. В солнечный день ослепление длится 2—5
мин, а ночью, когда зрачок сильно расширен и через него проходит больше
света, — до 30 мин и более. Более тяжелое (необратимое) поражение — ожог
глазного дна — возникает в том случае, когда человек или животное фиксирует
свой взгляд на вспышке взрыва. Такие необратимые поражения возникают в
результате концентрированного (фокусируемого хрусталиком глаза) на
сетчатку глаза прямо падающего потока световой энергии в количестве,
достаточном для ожога тканей. Концентрация энергии, достаточной для ожога
сетчатой оболочки, может произойти и на таких расстояниях от места взрыва,
на которых интенсивность светового излучения мала и не вызывает ожогов
кожи. В США при испытательном взрыве мощностью около 20 кт отметили случаи
ожога сетчатки на расстоянии 16 км от эпицентра взрыва, на расстоянии, где
прямой световой импульс составлял примерно 6 кДж/м2 (0,15 кал/см2). При
закрытых глазах временное ослепление и ожоги глазного дна исключаются.
Защита от светового излучения более проста, чем от других поражающих
факторов. Световое излучение распространяется прямолинейно. Любая
непрозрачная преграда, любой объект, создающий тень, могут служить защитой
от него. Используя для укрытия ямы, канавы, бугры, насыпи, простенки между
окнами, различные виды техники, кроны деревьев и т. п., можно значительно
ослабить или вовсе избежать ожогов от светового излучения. Полную защиту
обеспечивают убежища и противорадиационные укрытия.
Тепловое воздействие на материалы. Энергия светового импульса, падая на
поверхность предмета, частично отражается его поверхностью, поглощается им
и проходит через него, если предмет прозрачный. Поэтому характер (степень)
поражения элементов объекта зависит как от светового импульса и времени его
действия, так и от плотности, теплоемкости, теплопроводности, толщины,
цвета, характера обработки материалов, расположения поверхности к падающему
световому излучению, — всего, что будет определять степень поглощения
световой энергии ядерного взрыва.
Световой импульс и время высвечивания светового излучения зависят от
мощности ядерного взрыва. При продолжительном действии светового излучения
происходит больший отток тепла от освещенной поверхности в глубь материала,
следовательно, для нагрева ее до той же температуры, что и при
кратковременном освещении, требуется большее количество световой энергии.
Поэтому, чем выше тротиловый эквивалент, тем больший световой импульс
требуется для воспламенения материала. И, наоборот, равные световые
импульсы могут вызвать большие поражения при меньших мощностях взрывов, так
как | |
