Ланцюгову реакцію треба підтримувати, але нею треба також керувати. Якщо водночас розщеплюється надто велика кількість атомів, то вивільняється дуже багато тепла і система може не витримати перегріву. Щоб запобігти цього, використовують контрольні стрижні та системи охолодження активної зони реактора.
Контрольні стрижні - це основні механізми, що регулюють швидкість розщеплення. Вони мають вигляд довгих стійких стальних трубок, заповнених порошком карбіду бору, кадмію або графіту. Це речовини, здатні вбирати нейтрони. Швидкість вивільнення енергії згоряння в реакторі контролюють за допомогою збільшення або зменшення кількості стрижнів у реакторі. Якщо між паливними стержнями вставити контрольні, то швидкість розщеплення зменшиться, бо нейтрони, які звичайно розщеплюють інші уранові ядра, поглинаються контрольними стрижнями, що діють неначе губка. І навпаки, якщо контрольні стрижні витягнути, то швидкість розщеплення збільшується, бо вивільнюється більше нейтронів, здатних розщеплювати сусідні атоми урану. Якщо вставити всі контрольні стрижні, то розщеплення атомів припиняється і реактор вимикається. Однак контрольні стрижні вбирають нейтрони, а не тепло. Тому, щоб не розтопилася активна зона реактора, потрібна ще одна система. Вона називається системою охолодження активної зони реактора.
У більшості таких систем для охолодження використовується вода. У міру того, як розщеплюється уранове паливо, утворюється тепло, яке проходить крізь стіни трубок з паливними пігулками. Ці трубки занурені у воду, яка безперервно циркулює в активній зоні завдяки дії охолоджувальних помп. Саме ця вода й охолоджує циркалоєві трубки, не даючи їм розтопитися.
4.Проблеми ядерної енергетики.
Коли первісна людина почала користуватися вогнем, вона наражала себе й своє оточення на величезну небезпеку: вогонь міг знищити ліс довкола, який для людини становив цілий світ. Минули тисячоліття, і наші знання про розміри Землі стали глибшими, але зважаючи на сучасну техніку і технологію, світ, у якому ми живемо, залишається досить малим. Людське суспільство, паразитує на тілі нашої Землі, поступово почало перетворювати середу свого існування. Створюючи знаряддя праці, технологію виробництва, використовуючи сировину, нарешті, оволодівши атомною енергією, людство мимоволі поставило під загрозу сам факт свого існування, так як розщеплення атомного ядра - це найнебезпечніший з процесів, відомих людині. З його допомогою можна обернути Землю на пустелю, але й можна примусити пустелю зацвісти буйним цвітом. Людина - в природі і з природи, а не над нею, наш вид смертний. Історія життя на Землі - це історія взаємодії між живими істотами і їхнім оточенням. Великою мірою фізична форма тварин і форма їхнього життя на Землі зумовлені оточуючим середовищем. Лише протягом теперішнього сторіччя один з видів - а саме людина - набув такої могутності, яка здатна змінити природу світу.
Можна зробити висновок про те, що людство створило цивілізацію, яка стала матеріальним бар’єром між собою і природою. Цей бар’єр настільки складний і громіздкий, що вже перешкоджає подальшому розвитку. Іншими словами, людина відділилась, відгородилася від природи, стала рабом своєї цивілізації, техніки. Ії зарозумілість і жадоба влади над природою - найбільша небезпека для неї самої.
Теоретично ядерна енергія близька до ідеальної. Вона ефективна і недорога. У добу, коли нафтові запаси обмежені, атомна енергетика забезпечує незалежність тієї чи іншої країни від країн - експортерів нафти. Проте найпалкіші прихильники ядерної енергетики визнають, що з її виробництвом пов’язано чимало проблем.
Проблема 1. Під час роботи реакторів в паливних стрижнях накопичуються радіоактивні відходи. Розпадаючись, ці відходи виділяють тепло, і тому їх треба охолоджувати ще довго після закінчення керованого процесу розщеплення. На сьогодні не існує поки що загальноприйнятого способу зберігати відходи, які залишаються високорадіоактивними протягом дуже довгого часу.
Існує проблема могильників, де поховані радіоактивні речовини, дамб, які повинні захищати річки і водойми від радіаційного забруднення.
Високорадіоактивні відходи неможливо знищити: їх треба ізолювати від навколишнього середовища на десятки тисяч років – лише тоді вони стануть нешкідливі. Але ми не знаємо як це зробити. Людське суспільство ще не існувало десятки тисяч років. Тому необхідно створити систему знешкодження ядерних відходів, яка була б незалежна від людини. Досі жоден технічний процес ніколи не був безпомилковим і вічним, а саме це й потрібно для ізоляції ядерних матеріалів.
Поки що більшість відходів ядерного палива “тимчасово” зберігають в облицьованих сталевими плитами басейнах біля атомних електростанцій, і небезпека забруднення навколишнього середовища дедалі зростає. Тепер у всьому світі працює приблизно чотириста атомних реакторів , а системи тривалого зберігання ядерних відходів не існує. Люди, відповідальні за ядерні програми ,вірять що нарешті буде створено довічно закриту систему. Але таку систему треба ще створити.
Проблема 2. Крім проблеми ядерних відходів, існує ще набагато поважніша проблема, а саме: проблема витоку радіації з ядерного реактора. Ядерний реактор через цілу низку причин не може вибухнути, як ядерна бомба. Однак один середній реактор містить у собі таку кількість радіоактивних матеріалів, яка в тисячу разів перевищує кількість радіоактивних матеріалів, вивільнених над Хіросімою, отже вивільнення навіть незначної частині цих матеріалів може завдати великої шкоди і людині, і навколишньому середовищу. Щоб відвернути таку небезпеку, реактори обладнають оболонкою з нержавіючої сталі, а довкола тієї оболонки будують міцні залізобетонні споруди. І все ж сильні вибухи пари або дія зовнішніх сил (вибухи бомб, урагани) можуть за екстремальних обставин призвести до аварії, незважаючи на зазначені запобіжні засоби.
Крім того реактор може розтопитися. Як що реактор функціонує нормально, вода проходить між комплектами паливних стрижнів і охолоджує активну зону. Якщо система охолодження відмовляє - чи то внаслідок неполадок у системі постачання електроенергією, чи внаслідок виходу з ладу помпи або магістралі подачі води, - починають працювати запасні охолоджувальні системи. Проте як що всі ці системи вийдуть з ладу, реактор може розтопитися.
Звичайна активна зона реактора занурена у воду. Але якщо потік охолоджувальної води припиниться, то вода, яка вже надійшла до активної зони, нагріється і випарується, оголивши активну зону. Температура всередині реактора підніметься, і циркалоєві оболонки на паливних пігулках розтопляться. Незабаром уранове паливо розтопиться і активна зона перетвориться на розтоплену радіоактивну масу металу. Врешті-решт активна зона стане калюжею на дні реактора. Відтак, досягнувши температури 5000 градусів за Фаренгейтом, метал розтопить дно реактора і виллється на зовнішню захисну споруду. Ця захисна споруда призначена для того, щоб відвернути витік радіації в разі вибуху або пошкодження реактора, але від розтоплення вона не захищає. Вступаючи в хімічну реакцію із залізобетоном, розтоплене паливо проходить крізь дно захисної споруди і далі вниз. Колись вважали, що розтоплене ядерне паливо проходитиме крізь землю все далі і далі. Однак тепер вважають, що розтоплене паливо почне взаємодіяти з елементами ґрунту під електростанцією і спричинить парові вибухи перед тим, як зупинитись на глибині приблизно двадцяти метрів у скляній оболонці, утвореній внаслідок дії високої температури на ґрунт.
Що ж таке радіація? І чому вона небезпечна?
Радіація це продукт нестійкості атомного ядра. Більшість ізотопів, що трапляються в природі (різні форми того самого елемента), стійкі, тобто не виявляють тенденції до розподілу. Але що до ядра стійкого атома додати нейтронів або відняти їх від нього, то його енергетична рівновага порушиться, і для того, щоб відновити її, з ядра треба щось виштовхнути. Наприклад, плутоній-239 це штучний елемент, створений додаванням нейтрона до урану-238. Плутоній-239, як і більшість штучних ізотопів, нестійкий. Він по суті, прагне стати чимось іншим і, виштовхнувши два протони і два нейтрони, стає ураном-235. Радіація складається з частинок або хвиль, що їх випускає нестійкий атом. Радіоактивність це спонтанний розпад або руйнування нестійкого атома внаслідок випромінення частинок або хвиль.
Сама радіація - явище досить звичайне. Земля виникла як результат радіоактивного вибуху. Ми живимо в радіоактивному світі. Кожний чоловік і кожна жінка трошки радіоактивні, оскільки вся жива тканина зберігає сліди радіоактивності. І все ж радіація дуже небезпечна, бо випромінювані частинки й хвилі можуть викликати зміни в інших атомах, дуже важливих для живих організмів. Наприклад, коли два протони й два нейтрони випускаються разом із ядра, то їх називають альфа-частинкою. Альфа частинки порівняно важкі й великі. Вони, зустрічаючись з атомом, взаємодіють із ним, зміщуючи його електрони і порушуючи рівновагу ядра. Проте альфа частинки мають невисоку проникальну силу і не можуть подолати навіть таки перешкоди, як аркуш паперу чи людська шкіра. Отже, серйозної шкоди атом, що випускає альфа-частинки, може завдати лише тоді, коли його ковтнути разом із їжею або вдихнути.