كيف يبدو المفاعل النووي؟ موسوعة المدرسة

وفي منتصف القرن العشرين، تركز اهتمام البشرية حول الذرة وتفسير العلماء للتفاعل النووي، الذي قرروا في البداية استخدامه لأغراض عسكرية، فاخترعوا أولى القنابل النووية حسب مشروع مانهاتن. ولكن في الخمسينيات من القرن العشرين، تم استخدام المفاعل النووي في الاتحاد السوفياتي للأغراض السلمية. ومن المعروف أنه في 27 يونيو 1954، دخلت أول محطة للطاقة النووية في العالم بقدرة 5000 كيلوواط في خدمة البشرية. واليوم، يتيح المفاعل النووي توليد كهرباء بقدرة 4000 ميجاوات أو أكثر، أي أكثر بـ 800 مرة مما كان عليه الحال قبل نصف قرن.

ما هو المفاعل النووي: التعريف الأساسي والمكونات الرئيسية للوحدة

المفاعل النووي هو وحدة خاصة تنتج الطاقة نتيجة الحفاظ بشكل صحيح على تفاعل نووي خاضع للرقابة. يُسمح باستخدام كلمة "ذري" مع كلمة "مفاعل". يعتبر الكثيرون بشكل عام أن مفهومي "النووي" و"الذري" مترادفان، إذ لا يجدون بينهما فرق جوهري. لكن ممثلي العلم يميلون إلى التركيبة الأكثر صحة - "المفاعل النووي".

مثير للاهتمام حقيقة!يمكن أن تحدث التفاعلات النووية مع إطلاق أو امتصاص الطاقة.

المكونات الرئيسية في تصميم المفاعل النووي هي العناصر التالية:

• مشرف;
• قضبان التحكم؛
• قضبان تحتوي على خليط مخصب من نظائر اليورانيوم؛
• عناصر حماية خاصة ضد الإشعاع؛
• المبرد.
• مولد البخار؛
• عنفة؛
• مولد كهرباء؛
• مكثف؛
• وقود نووي.

ما هي المبادئ الأساسية لتشغيل المفاعل النووي التي يحددها الفيزيائيون ولماذا لا تتزعزع

يعتمد مبدأ التشغيل الأساسي للمفاعل النووي على خصوصيات مظهر التفاعل النووي. في لحظة العملية النووية للسلسلة الفيزيائية القياسية، يتفاعل الجسيم مع نواة ذرية، ونتيجة لذلك، تتحول النواة إلى نواة جديدة مع إطلاق جزيئات ثانوية، والتي يسميها العلماء جاما كوانتا. خلال النووية تفاعل تسلسليمطلق سراحه كمية كبيرةطاقة حرارية. يُطلق على المكان الذي يحدث فيه التفاعل المتسلسل اسم قلب المفاعل.

مثير للاهتمام حقيقة!تشبه المنطقة النشطة خارجيًا غلاية يتدفق من خلالها الماء العادي، ويعمل كمبرد.

ولمنع فقدان النيوترونات، تُحاط منطقة قلب المفاعل بعاكس نيوتروني خاص. مهمتها الأساسية هي التخلص معظمالنيوترونات المنبعثة في القلب. عادةً ما يتم استخدام نفس المادة التي تعمل كمهدئ كعاكس.

يتم التحكم الرئيسي في المفاعل النووي باستخدام قضبان تحكم خاصة. ومن المعروف أن هذه القضبان يتم إدخالها في قلب المفاعل وتهيئ جميع الظروف لتشغيل الوحدة. عادة ما تكون قضبان التحكم مصنوعة من المركبات الكيميائية البورون والكادميوم. لماذا يتم استخدام هذه العناصر بالذات؟ نعم، كل ذلك لأن البورون أو الكادميوم قادران على امتصاص النيوترونات الحرارية بشكل فعال. وبمجرد التخطيط للإطلاق، وفقًا لمبدأ تشغيل المفاعل النووي، يتم إدخال قضبان التحكم في القلب. وتتمثل مهمتها الأساسية في امتصاص جزء كبير من النيوترونات، وبالتالي إثارة تطور التفاعل المتسلسل. يجب أن تصل النتيجة إلى المستوى المطلوب. عند زيادة القوة أعلاه المستوى المقرريتم تشغيل الآلات الأوتوماتيكية، مما يؤدي بالضرورة إلى غمر قضبان التحكم في عمق قلب المفاعل.

وبالتالي، يصبح من الواضح أن التحكم أو قضبان التحكم تلعب دور مهمفي تشغيل مفاعل نووي حراري.

وللحد من تسرب النيوترونات، يُحاط قلب المفاعل بعاكس نيوتروني، والذي يقذف كتلة كبيرة من النيوترونات الهاربة بحرية إلى القلب. يستخدم العاكس عادة نفس المادة التي يستخدمها الوسيط.

وفقًا للمعيار، فإن نواة ذرات المادة الوسيطة لها كتلة صغيرة نسبيًا، بحيث أنه عند اصطدامها بنواة خفيفة، يفقد النيوترون الموجود في السلسلة طاقة أكبر من تلك التي يفقدها عند اصطدامه بنواة ثقيلة. المشرفون الأكثر شيوعًا هم الماء العادي أو الجرافيت.

مثير للاهتمام حقيقة!تتميز النيوترونات في عملية التفاعل النووي للغاية السرعه العاليهالحركة، ولهذا السبب يلزم وجود وسيط، يدفع النيوترونات إلى فقدان جزء من طاقتها.

لا يمكن لأي مفاعل في العالم أن يعمل بشكل طبيعي دون مساعدة المبرد، لأن الغرض منه هو إزالة الطاقة المتولدة في قلب المفاعل. يجب استخدام السوائل أو الغازات كمبرد، لأنها غير قادرة على امتصاص النيوترونات. دعونا نعطي مثالا على المبرد لمفاعل نووي مدمج - الماء، ثاني أكسيد الكربونوأحيانًا حتى معدن الصوديوم السائل.

وبالتالي، فإن مبادئ تشغيل المفاعل النووي تعتمد بالكامل على قوانين التفاعل المتسلسل ومساره. جميع مكونات المفاعل - الوسيط، والقضبان، والمبرد، والوقود النووي - تؤدي المهام الموكلة إليها، مما يضمن التشغيل الطبيعي للمفاعل.

ما هو الوقود المستخدم للمفاعلات النووية ولماذا يتم اختيار هذه العناصر الكيميائية

يمكن أن يكون الوقود الرئيسي في المفاعلات هو نظائر اليورانيوم أو البلوتونيوم أو الثوريوم.

في عام 1934، لاحظ ف. جوليو كوري، بعد أن لاحظ عملية انشطار نواة اليورانيوم، أنه نتيجة لذلك تفاعل كيميائيتنقسم نواة اليورانيوم إلى نوى شظايا واثنين أو ثلاثة نيوترونات حرة. وهذا يعني أن هناك احتمال أن تنضم النيوترونات الحرة إلى نوى اليورانيوم الأخرى وتؤدي إلى انشطار آخر. وهكذا، كما يتنبأ التفاعل المتسلسل: سيتم إطلاق ستة إلى تسعة نيوترونات من ثلاث نوى يورانيوم، وسوف تنضم مرة أخرى إلى النوى المتكونة حديثًا. وهكذا إلى ما لا نهاية.

من المهم أن نتذكر!النيوترونات التي تظهر أثناء الانشطار النووي قادرة على إثارة انشطار نوى نظير اليورانيوم ذو العدد الكتلي 235، ولتدمير نوى نظير اليورانيوم ذو العدد الكتلي 238، قد تكون الطاقة المتولدة أثناء عملية الاضمحلال غير كافية .

نادرا ما يوجد اليورانيوم رقم 235 في الطبيعة. تبلغ حصتها 0.7% فقط، لكن اليورانيوم الطبيعي 238 يحتل مكانًا أكثر اتساعًا ويشكل 99.3%.

على الرغم من هذه النسبة الصغيرة من اليورانيوم 235 في الطبيعة، لا يزال الفيزيائيون والكيميائيون غير قادرين على رفضها، لأنها الأكثر فعالية لتشغيل مفاعل نووي، مما يقلل من تكلفة إنتاج الطاقة للبشرية.

متى ظهرت المفاعلات النووية الأولى وأين يتم استخدامها بشكل شائع اليوم؟

في عام 1919، كان الفيزيائيون قد انتصروا بالفعل عندما اكتشف رذرفورد ووصف عملية تكوين البروتونات المتحركة نتيجة اصطدام جسيمات ألفا مع نوى ذرات النيتروجين. ويعني هذا الاكتشاف أن نواة نظير النيتروجين، نتيجة اصطدامها بجسيم ألفا، تحولت إلى نواة نظير الأكسجين.

قبل ظهور المفاعلات النووية الأولى، تعلم العالم عدة قوانين فيزيائية جديدة تحكم كل شيء جوانب مهمةالتفاعل النووي. وهكذا، في عام 1934، اقترح F. Joliot-Curie، H. Halban، L. Kowarski لأول مرة على المجتمع ودائرة علماء العالم افتراضًا نظريًا و قاعدة الأدلةحول إمكانية إجراء تفاعلات نووية. وكانت جميع التجارب تتعلق بملاحظة انشطار نواة اليورانيوم.

في عام 1939، قام E. Fermi، I. Joliot-Curie، O. Gan، O. Frisch بتتبع تفاعل انشطار نواة اليورانيوم عند قصفها بالنيوترونات. خلال البحث، وجد العلماء أنه عندما يضرب نيوترون متسارع نواة اليورانيوم، تنقسم النواة الموجودة إلى قسمين أو ثلاثة أجزاء.

تم إثبات التفاعل المتسلسل عمليا في منتصف القرن العشرين. تمكن العلماء في عام 1939 من إثبات أن انشطار نواة واحدة من اليورانيوم يطلق حوالي 200 ميغا إلكترون فولت من الطاقة. لكن ما يقرب من 165 ميغا إلكترون فولت يتم تخصيصها للطاقة الحركية لنواة الشظايا، ويتم نقل الباقي بعيدًا عن طريق كمات جاما. وقد أحدث هذا الاكتشاف طفرة في فيزياء الكم.

واصل إي. فيرمي عمله وأبحاثه لعدة سنوات أخرى وأطلق أول مفاعل نووي في عام 1942 في الولايات المتحدة الأمريكية. أطلق على المشروع المنفذ اسم "Chicago Woodpile" وتم وضعه على القضبان. في 5 سبتمبر 1945، أطلقت كندا مفاعلها النووي ZEEP. لم تكن القارة الأوروبية متخلفة كثيرا، وفي الوقت نفسه تم بناء تركيب F-1. وبالنسبة للروس هناك شيء آخر تاريخ لا ينسى– في 25 ديسمبر 1946، تم إطلاق مفاعل في موسكو تحت قيادة إ.كورشاتوف. ولم تكن هذه أقوى المفاعلات النووية، ولكنها كانت بداية سيطرة الإنسان على الذرة.

للأغراض السلمية، تم إنشاء مفاعل نووي علمي في عام 1954 في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. أول سفينة سلمية تعمل بالطاقة النووية في العالم محطة توليد الكهرباء- كاسحة الجليد النووية "لينين" - بنيت في الاتحاد السوفييتي عام 1959. ومن الإنجازات الأخرى لدولتنا كاسحة الجليد النووية "أركتيكا". لأول مرة في العالم، وصلت هذه السفينة السطحية القطب الشمالي. حدث هذا في عام 1975.

استخدمت المفاعلات النووية المحمولة الأولى النيوترونات البطيئة.

أين تستخدم المفاعلات النووية وما هي الأنواع التي تستخدمها البشرية؟

• المفاعلات الصناعية. يتم استخدامها لتوليد الطاقة في محطات الطاقة النووية.
• المفاعلات النووية تعمل كوحدات دفع للغواصات النووية.
• المفاعلات التجريبية (المحمولة، الصغيرة). بدونهم، لن تتم أي تجربة أو بحث علمي حديث.

لقد تعلم العالم العلمي اليوم كيفية تحلية المياه باستخدام مفاعلات خاصة. مياه البحر، تزويد السكان بالجودة يشرب الماء. هناك الكثير من المفاعلات النووية العاملة في روسيا. وبذلك، وبحسب الإحصائيات، تعمل في الولاية حوالي 37 وحدة حتى عام 2018.

وبحسب التصنيف يمكن أن تكون على النحو التالي:

• بحث (تاريخي). وتشمل هذه محطة F-1، التي تم إنشاؤها كموقع تجريبي لإنتاج البلوتونيوم. I. V. عمل كورشاتوف في شركة F-1 وقاد أول مفاعل فيزيائي.
• بحث (نشط).
• مستودع الأسلحة. كمثال على المفاعل - A-1، الذي دخل التاريخ كأول مفاعل مع التبريد. الطاقة السابقة للمفاعل النووي صغيرة ولكنها عملية.
• طاقة.
• السفينة. ومن المعروف أنه في السفن والغواصات، بحكم الضرورة والجدوى الفنية، يتم استخدام مفاعلات معدنية مبردة بالماء أو سائلة.
• فضاء. على سبيل المثال، دعنا نسمي التثبيت "Yenisei". سفن الفضاء، والذي يلعب دورًا إذا كان من الضروري استخراج طاقة إضافية، ويجب الحصول عليها باستخدام الألواح الشمسية ومصادر النظائر.

وبالتالي، فإن موضوع المفاعلات النووية واسع النطاق للغاية، وبالتالي يتطلب دراسة متعمقة وفهم قوانين فيزياء الكم. لكن أهمية المفاعلات النووية للطاقة واقتصاد الدولة محاطة بالفعل بلا شك بهالة من الفائدة والمنفعة.

التصميم ومبدأ التشغيل

آلية إطلاق الطاقة

لا يصاحب تحول المادة إطلاق طاقة مجانية إلا إذا كانت المادة تحتوي على احتياطي من الطاقة. ويعني الأخير أن الجسيمات الدقيقة لمادة ما تكون في حالة ذات طاقة سكون أكبر من الحالة المحتملة الأخرى التي يوجد فيها انتقال. يتم دائمًا منع الانتقال التلقائي عن طريق حاجز الطاقة، للتغلب على الجسيمات الدقيقة التي يجب أن تتلقى كمية معينة من الطاقة من الخارج - طاقة الإثارة. يتكون رد الفعل الخارجي للطاقة من حقيقة أنه في التحول الذي يلي الإثارة، يتم إطلاق طاقة أكثر مما هو مطلوب لإثارة العملية. هناك طريقتان للتغلب على حاجز الطاقة: إما عن طريق الطاقة الحركية للجسيمات المتصادمة، أو عن طريق طاقة الارتباط للجسيم المنضم.

إذا أخذنا في الاعتبار النطاق العياني لإطلاق الطاقة، فيجب أن تتمتع جميع جزيئات المادة أو جزء منها على الأقل في البداية بالطاقة الحركية اللازمة لإثارة التفاعلات. ولا يمكن تحقيق ذلك إلا عن طريق زيادة درجة حرارة الوسط إلى القيمة التي تقترب فيها طاقة الحركة الحرارية من عتبة الطاقة التي تحد من مسار العملية. في حالة التحولات الجزيئية، أي التفاعلات الكيميائية، تبلغ هذه الزيادة عادة مئات الكلفن، ولكن في حالة التفاعلات النووية تكون على الأقل 107 بسبب ارتفاع عاليحواجز كولوم لتصادم النوى. يتم إجراء الإثارة الحرارية للتفاعلات النووية عمليًا فقط أثناء تخليق النوى الأخف، حيث تكون حواجز كولوم في حدها الأدنى (الاندماج النووي الحراري).

لا يتطلب الإثارة من خلال ربط الجزيئات طاقة حركية كبيرة، وبالتالي لا يعتمد على درجة حرارة الوسط، لأنه يحدث بسبب الروابط غير المستخدمة المتأصلة في القوى الجذابة للجزيئات. ولكن لإثارة التفاعلات، فإن الجسيمات نفسها ضرورية. وإذا كنا نعني مرة أخرى ليس فعل رد فعل منفصل، ولكن إنتاج الطاقة على نطاق مجهري، فهذا ممكن فقط عند حدوث تفاعل متسلسل. يحدث الأخير عندما تظهر الجسيمات التي تثير التفاعل مرة أخرى كمنتجات لتفاعل خارج الطاقة.

تصميم

يتكون أي مفاعل نووي من الأجزاء التالية:

• الأساسية مع الوقود النووي والمهدئ.
• عاكس نيوتروني يحيط بالنواة؛
• نظام التحكم في التفاعل المتسلسل، بما في ذلك الحماية في حالات الطوارئ؛
• الحماية من الإشعاع؛
• نظام التحكم عن بعد.

المبادئ الفيزيائية للتشغيل

أنظر أيضا المقالات الرئيسية:

يمكن وصف الحالة الحالية للمفاعل النووي من خلال عامل تكاثر النيوترونات الفعال كأو التفاعل ρ والتي ترتبط بالعلاقة التالية:

القيم التالية نموذجية لهذه الكميات:

• ك> 1 - يزداد التفاعل المتسلسل بمرور الوقت، عند دخول المفاعل فوق الحرجالدولة، وتفاعلها ρ > 0;
• ك < 1 - реакция затухает, реактор - دون الحرج, ρ < 0;
• ك = 1, ρ = 0 - عدد الانشطارات النووية ثابت، والمفاعل في حالة مستقرة شديد الأهميةحالة.

شروط الحرجية للمفاعل النووي:

يتم عكس عامل الضرب إلى الوحدة من خلال موازنة تكاثر النيوترونات مع خسائرها. هناك في الواقع سببان للخسائر: الالتقاط دون انشطار وتسرب النيوترونات خارج وسط التكاثر.

ومن الواضح أن ك< k 0 , поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k 0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k 0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны.

يمكن تحديد k 0 للمفاعلات الحرارية من خلال ما يسمى بـ "صيغة العوامل الأربعة":

• η هو إنتاج النيوترونات لاثنين من الامتصاص.

يمكن أن تصل أحجام مفاعلات الطاقة الحديثة إلى مئات الأمتار المكعبة ولا يتم تحديدها بشكل أساسي من خلال الظروف الحرجة، ولكن من خلال قدرات إزالة الحرارة.

الحجم الحرجالمفاعل النووي - حجم قلب المفاعل حالة حرجة. الكتلة الحرجة- كتلة المادة الانشطارية في المفاعل وهي في حالة حرجة.

المفاعلات التي تستخدم الوقود كوقود هي الأقل كتلة حرجة. محاليل مائيةأملاح النظائر الانشطارية النقية مع عاكس نيوترون مائي. بالنسبة إلى 235 U، تبلغ هذه الكتلة 0.8 كجم، مقابل 239 Pu - 0.5 كجم. ومع ذلك، فمن المعروف على نطاق واسع أن الكتلة الحرجة لمفاعل LOPO (أول مفاعل لليورانيوم المخصب في العالم)، والذي كان يحتوي على عاكس من أكسيد البريليوم، كانت 0.565 كجم، على الرغم من أن درجة التخصيب للنظير 235 كانت أكبر قليلاً فقط. من 14%. من الناحية النظرية، لديها أصغر كتلة حرجة، حيث تبلغ هذه القيمة 10 جم فقط.

من أجل تقليل تسرب النيوترونات، يتم إعطاء النواة شكلًا كرويًا أو قريبًا من الكروي، على سبيل المثال، أسطوانة قصيرة أو مكعب، نظرًا لأن هذه الأشكال لها أصغر نسبة مساحة سطحية إلى حجم.

على الرغم من أن القيمة (e - 1) عادة ما تكون صغيرة، إلا أن دور تربية النيوترونات السريعة كبير جدًا، لأنه بالنسبة للمفاعلات النووية الكبيرة (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

لبدء تفاعل متسلسل، عادة ما تكون النيوترونات المنتجة أثناء الانشطار التلقائي لنواة اليورانيوم كافية. ومن الممكن أيضًا استخدام مصدر خارجي للنيوترونات لبدء تشغيل المفاعل، على سبيل المثال، خليط من و، أو مواد أخرى.

حفرة اليود

حفرة اليود هي حالة مفاعل نووي بعد إيقاف تشغيله، وتتميز بتراكم نظير الزينون قصير العمر. تؤدي هذه العملية إلى ظهور مؤقت لتفاعل سلبي كبير، والذي بدوره يجعل من المستحيل إعادة المفاعل إلى طاقته التصميمية خلال فترة معينة (حوالي 1-2 أيام).

تصنيف

حسب الغرض

تنقسم المفاعلات النووية حسب طبيعة استخدامها إلى:

• مفاعلات الطاقةمصممة لإنتاج الطاقة الكهربائية والحرارية المستخدمة في قطاع الطاقة، وكذلك لتحلية مياه البحر (تصنف مفاعلات تحلية المياه أيضًا على أنها صناعية). وتستخدم هذه المفاعلات بشكل رئيسي في محطات الطاقة النووية. تصل الطاقة الحرارية لمفاعلات الطاقة الحديثة إلى 5 جيجاوات. مجموعة منفصلة تشمل:
  • مفاعلات النقل، مصممة لتوفير الطاقة لمحركات المركبات. أوسع مجموعات التطبيقات هي مفاعلات النقل البحري المستخدمة في الغواصات والسفن السطحية المختلفة، بالإضافة إلى المفاعلات المستخدمة في تكنولوجيا الفضاء.
• المفاعلات التجريبيةمخصص لدراسة الكميات الفيزيائية المختلفة التي تعتبر قيمتها ضرورية لتصميم وتشغيل المفاعلات النووية ؛ قوة هذه المفاعلات لا تتجاوز عدة كيلووات.
• مفاعلات الأبحاث، حيث يتم استخدام تدفقات النيوترونات وغاما الكم التي تم إنشاؤها في القلب للبحث في مجال الفيزياء النووية، وفيزياء الحالة الصلبة، والكيمياء الإشعاعية، وعلم الأحياء، لاختبار المواد المخصصة للعمل في تدفقات النيوترونات المكثفة (بما في ذلك أجزاء المفاعلات النووية) من أجل إنتاج النظائر. ولا تتجاوز قوة مفاعلات الأبحاث 100 ميجاوات. عادة لا يتم استخدام الطاقة المحررة.
• المفاعلات الصناعية (الأسلحة والنظائر).، يستخدم لإنتاج النظائر المستخدمة في مختلف المجالات. الأكثر استخدامًا لإنتاج مواد الأسلحة النووية، مثل 239 Pu. وتصنف أيضًا على أنها صناعية المفاعلات المستخدمة لتحلية مياه البحر.

في كثير من الأحيان تستخدم المفاعلات لحل مشكلتين مختلفتين أو أكثر، وفي هذه الحالة تسمى متعددة الأغراض. على سبيل المثال، تم تصميم بعض مفاعلات الطاقة، وخاصة في الأيام الأولى للطاقة النووية، في المقام الأول للتجريب. يمكن لمفاعلات النيوترونات السريعة إنتاج الطاقة وإنتاج النظائر في وقت واحد. المفاعلات الصناعية، بالإضافة إلى مهمتها الرئيسية، غالبا ما تولد الطاقة الكهربائية والحرارية.

حسب طيف النيوترونات

• مفاعل نيوتروني حراري (بطيء) ("المفاعل الحراري")
• مفاعل نيوتروني سريع ("مفاعل سريع")

عن طريق وضع الوقود

• المفاعلات غير المتجانسة، حيث يتم وضع الوقود بشكل منفصل في القلب على شكل كتل، يوجد بينها وسيط؛
• المفاعلات المتجانسة، حيث يكون الوقود والمهدئ عبارة عن خليط متجانس (نظام متجانس).

في مفاعل غير متجانس، يمكن فصل الوقود والمهدئ مكانيًا، على وجه الخصوص، في مفاعل التجويف، يحيط العاكس المهدئ بتجويف بوقود لا يحتوي على وسيط. من وجهة نظر فيزيائية نووية، فإن معيار التجانس/عدم التجانس ليس التصميم، بل وضع كتل الوقود على مسافة تتجاوز طول الاعتدال النيوتروني في وسيط معين. وهكذا، فإن المفاعلات ذات ما يسمى "الشبكة القريبة" مصممة لتكون متجانسة، على الرغم من أن الوقود فيها عادةً ما يكون منفصلاً عن الوسيط.

تسمى كتل الوقود النووي في المفاعل غير المتجانس بتجمعات الوقود (FA)، والتي تقع في قلب المفاعل عند عقد شبكة منتظمة، وتشكل الخلايا.

حسب نوع الوقود

• نظائر اليورانيوم 235، 238، 233 (235 يو، 238 يو، 233 يو)
• نظير البلوتونيوم 239 (239 Pu)، وكذلك نظائر 239-242 Pu على شكل خليط مع 238 U (وقود MOX)
• نظير الثوريوم 232 (232 ث) (عن طريق التحويل إلى 233 يو)

حسب درجة الإثراء:

• اليورانيوم الطبيعي
• اليورانيوم ضعيف التخصيب
• اليورانيوم عالي التخصيب

حسب التركيب الكيميائي:

• معدن يو
• UC (كربيد اليورانيوم)، إلخ.

حسب نوع المبرد

• الغاز (انظر مفاعل غاز الجرافيت)
• D2O (الماء الثقيل، انظر مفاعل الماء الثقيل النووي، CANDU)

حسب نوع المشرف

• C (الجرافيت، انظر مفاعل غاز الجرافيت، مفاعل الماء الجرافيت)
• H2O (ماء، انظر مفاعل الماء الخفيف، مفاعل مبرد بالماء، VVER)
• D2O (الماء الثقيل، انظر مفاعل الماء الثقيل النووي، CANDU)
• هيدريدات معدنية
• بدون وسيط (انظر المفاعل السريع)

من تصمبم

بواسطة طريقة توليد البخار

• مفاعل مزود بمولد بخار خارجي (انظر مفاعل ماء-ماء، VVER)

تصنيف الوكالة الدولية للطاقة الذرية

• PWR (مفاعلات الماء المضغوط) - مفاعل الماء والماء (مفاعل الماء المضغوط)؛
• BWR (مفاعل الماء المغلي) - مفاعل الماء المغلي؛
• FBR (مفاعل المولد السريع) - مفاعل المولد السريع؛
• GCR (مفاعل مبرد بالغاز) - مفاعل مبرد بالغاز؛
• LWGR (مفاعل الماء الخفيف الجرافيت) - مفاعل الجرافيت والماء
• PHWR (مفاعل الماء الثقيل المضغوط) - مفاعل الماء الثقيل

وأكثرها شيوعًا في العالم هي مفاعلات الماء المضغوط (حوالي 62%) والماء المغلي (20%).

مواد المفاعل

تعمل المواد التي تُبنى منها المفاعلات عند درجات حرارة عالية في مجال النيوترونات والكميات والشظايا الانشطارية. ولذلك، ليست كل المواد المستخدمة في فروع التكنولوجيا الأخرى مناسبة لبناء المفاعل. عند اختيار مواد المفاعل، تؤخذ في الاعتبار مقاومتها للإشعاع، والخمول الكيميائي، ومقطع الامتصاص وخصائص أخرى.

عدم الاستقرار الإشعاعي للمواد له تأثير أقل في درجات الحرارة المرتفعة. تصبح حركة الذرات كبيرة جدًا بحيث يزداد بشكل ملحوظ احتمال عودة الذرات التي خرجت من الشبكة البلورية إلى مكانها أو إعادة تركيب الهيدروجين والأكسجين في جزيء الماء. وبالتالي، فإن التحليل الإشعاعي للمياه غير مهم في مفاعلات الطاقة غير المغلية (على سبيل المثال، VVER)، بينما في مفاعلات الأبحاث القوية يتم إطلاق كمية كبيرة من الخليط المتفجر. وللمفاعلات أنظمة خاصة لحرقها.

تكون مواد المفاعل على اتصال مع بعضها البعض (غلاف الوقود مع المبرد والوقود النووي، وأشرطة الوقود مع المبرد والمهدئ، وما إلى ذلك). وبطبيعة الحال، يجب أن تكون المواد الملامسة خاملة كيميائيا (متوافقة). مثال على عدم التوافق هو دخول اليورانيوم والماء الساخن في تفاعل كيميائي.

بالنسبة لمعظم المواد، تتدهور خصائص القوة بشكل حاد مع زيادة درجة الحرارة. في مفاعلات الطاقة، تعمل المواد الهيكلية عند درجات حرارة عالية. وهذا يحد من اختيار مواد البناء، وخاصة تلك الأجزاء من مفاعل الطاقة التي يجب أن تتحمل الضغط العالي.

الاحتراق وتكاثر الوقود النووي

أثناء تشغيل المفاعل النووي، بسبب تراكم شظايا الانشطار في الوقود، يتغير تركيبه النظائري والكيميائي، وتتشكل عناصر ما بعد اليورانيوم، وخاصة النظائر. يسمى تأثير شظايا الانشطار على تفاعلية المفاعل النووي تسمم(للشظايا المشعة) و الخبث(للنظائر المستقرة).

السبب الرئيسي لتسمم المفاعل هو الذي يحتوي على أكبر مقطع عرضي لامتصاص النيوترونات (2.6·10 6 حظيرة). نصف عمر 135 Xe ت 1/2 = 9.2 ساعة؛ العائد أثناء التقسيم هو 6-7٪. يتكون الجزء الأكبر من 135 Xe نتيجة للتحلل ( ت 1/2 = 6.8 ساعة). في حالة التسمم يتغير الكيف بنسبة 1-3%. يؤدي المقطع العرضي الكبير للامتصاص 135Xe ووجود النظير الوسيط 135I إلى ظاهرتين مهمتين:

1. إلى زيادة التركيز بمقدار 135 Xe، وبالتالي انخفاض تفاعل المفاعل بعد إيقافه أو تقليل الطاقة ("حفرة اليود")، مما يجعل التوقفات والتقلبات على المدى القصير في طاقة الخرج مستحيلة . يتم التغلب على هذا التأثير من خلال إدخال احتياطي التفاعل في الهيئات التنظيمية. يعتمد عمق ومدة بئر اليود على تدفق النيوترونات Ф: عند Ф = 5·10 18 نيوترون/(سم²·ثانية) تبلغ مدة بئر اليود حوالي 30 ساعة، والعمق أكبر مرتين من البئر الثابت تغير في الكيف بسبب التسمم بـ 135 Xe.
2. بسبب التسمم، يمكن أن تحدث تقلبات الزمانية المكانية في تدفق النيوترونات F، وبالتالي، في قوة المفاعل. تحدث هذه التذبذبات عند Ф > 10 18 نيوترون/(سم²·ثانية) وأحجام مفاعلات كبيرة. فترات التذبذب ˜ 10 ساعات.

عندما يحدث الانشطار النووي رقم ضخمشظايا مستقرة تختلف في مقاطع الامتصاص العرضية مقارنة بمقطع الامتصاص للنظائر الانشطارية. يصل تركيز الأجزاء ذات المقطع العرضي الكبير للامتصاص إلى التشبع خلال الأيام القليلة الأولى من تشغيل المفاعل. هذه هي في الأساس قضبان وقود من "أعمار" مختلفة.

متى استبدال كاملالوقود، فإن المفاعل لديه تفاعل زائد يحتاج إلى تعويض، بينما في الحالة الثانية يكون التعويض مطلوبًا فقط أثناء بدء التشغيل الأول للمفاعل. التحميل الزائد المستمر يجعل من الممكن زيادة عمق الاحتراق، حيث يتم تحديد تفاعل المفاعل من خلال متوسط ​​تركيزات النظائر الانشطارية.

كتلة الوقود المحمل تتجاوز كتلة الوقود الفارغ بسبب "وزن" الطاقة المنطلقة. بعد إغلاق المفاعل، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى انشطار النيوترونات المتأخرة، وبعد 1-2 دقيقة، بسبب إشعاع β وγ لشظايا الانشطار وعناصر ما بعد اليورانيوم، يستمر إطلاق الطاقة في الوقود. إذا عمل المفاعل لفترة كافية قبل التوقف، فبعد دقيقتين من التوقف، يكون إطلاق الطاقة حوالي 3٪، بعد ساعة واحدة - 1٪، بعد يوم - 0.4٪، بعد عام - 0.05٪ من الطاقة الأولية.

تسمى نسبة عدد نظائر البلوتونيوم الانشطارية المتكونة في مفاعل نووي إلى كمية 235 يو المحترقة معدل التحويلك ك . تزداد قيمة K K مع انخفاض الإثراء والاحتراق. بالنسبة لمفاعل الماء الثقيل الذي يستخدم اليورانيوم الطبيعي، مع احتراق قدره 10 غيغاواط في اليوم/طن K K = 0.55، ومع احتراق صغير (في هذه الحالة يسمى K K معامل البلوتونيوم الأولي) ك ك = 0.8. إذا احترق مفاعل نووي وأنتج نفس النظائر (مفاعل مولد)، فإن نسبة معدل التكاثر إلى معدل الاحتراق تسمى معدل التكاثر K V. في المفاعلات النووية التي تستخدم النيوترونات الحرارية K V< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах К В может достигать 1,4-1,5. Рост К В для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов زينمو و أالسقوط.

مراقبة المفاعلات النووية

لا يمكن التحكم في المفاعل النووي إلا بسبب حقيقة أنه أثناء الانشطار، تطير بعض النيوترونات من الشظايا مع تأخير يمكن أن يتراوح من عدة ميلي ثانية إلى عدة دقائق.

للتحكم في المفاعل، يتم استخدام قضبان الامتصاص، التي يتم إدخالها في قلب المفاعل، والمصنوعة من مواد تمتص النيوترونات بقوة (أساسًا، وبعض العناصر الأخرى) و/أو محلول حمض البوريك، المضاف إلى سائل التبريد بتركيز معين (التحكم في البورون). . يتم التحكم في حركة القضبان بواسطة آليات خاصة ومحركات تعمل وفقًا لإشارات المشغل أو معدات التحكم الآلي في تدفق النيوترونات.

في حالة اختلاف حالات طارئةفي كل مفاعل، يتم توفير الإنهاء الطارئ للتفاعل المتسلسل، ويتم ذلك عن طريق إسقاط جميع قضبان الامتصاص في القلب - وهو نظام حماية في حالات الطوارئ.

الحرارة المتبقية

إحدى القضايا المهمة المرتبطة مباشرة بالسلامة النووية هي حرارة الاضمحلال. هذا ميزة محددةالوقود النووي، والذي يتمثل في أنه بعد توقف التفاعل المتسلسل الانشطاري والقصور الحراري المعتاد لأي مصدر للطاقة، يستمر إطلاق الحرارة في المفاعل لفترة طويلةمما يخلق عددًا من المشاكل المعقدة تقنيًا.

الحرارة المتبقية هي نتيجة لتحلل منتجات الانشطار β و γ التي تراكمت في الوقود أثناء تشغيل المفاعل. تتحول نواة منتج الانشطار، بسبب الاضمحلال، إلى حالة أكثر استقرارًا أو استقرارًا تامًا مع إطلاق طاقة كبيرة.

على الرغم من أن معدل إطلاق حرارة الاضمحلال يتناقص بسرعة إلى قيم صغيرة مقارنة بقيم الحالة المستقرة، إلا أنه مهم في مفاعلات الطاقة العالية من حيث القيمة المطلقة. لهذا السبب، يتطلب توليد الحرارة المتبقية منذ وقت طويلالتأكد من إزالة الحرارة من قلب المفاعل بعد إيقاف التشغيل. تتطلب هذه المهمة تصميم تركيب المفاعل ليشمل أنظمة تبريد ذات مصدر طاقة موثوق، كما تتطلب أيضًا تخزين الوقود النووي المستهلك على المدى الطويل (3-4 سنوات) في مرافق تخزين ذات تجهيزات خاصة. ظروف درجة الحرارة- حمامات التبريد، والتي عادة ما تكون موجودة على مقربة من المفاعل.

أنظر أيضا

• قائمة المفاعلات النووية المصممة والمبنية في الاتحاد السوفيتي

الأدب

• ليفين في.إي. الفيزياء النووية والمفاعلات النووية.الطبعة الرابعة. - م: اتوميزدات، 1979.
• شوكوليوكوف أ.يو. "اليورانيوم. مفاعل نووي طبيعي." "الكيمياء والحياة" العدد 6، 1980، ص. 20-24

ملحوظات

1. "ZEEP - أول مفاعل نووي في كندا"، متحف كندا للعلوم والتكنولوجيا.
2. جريشيلوف أ.أ.، إيجوبوف إن.د.، ماتوشينكو أ.م.الدرع النووي. - م: الشعارات، 2008. - 438 ص. -

I. تصميم مفاعل نووي

يتكون المفاعل النووي من العناصر الخمسة الرئيسية التالية:

1) الوقود النووي.

2) وسيط النيوترونات.

3) الأنظمة التنظيمية؛

4) أنظمة التبريد.

5) شاشة واقية.

1. الوقود النووي.

الوقود النووي هو مصدر للطاقة. يوجد حاليًا ثلاثة أنواع معروفة من المواد الانشطارية:

أ) اليورانيوم 235، الذي يشكل 0.7%، أو 1/140 من اليورانيوم الطبيعي؛

6) البلوتونيوم 239، والذي يتكون في بعض المفاعلات المعتمدة على اليورانيوم 238، والذي يشكل تقريباً كامل كتلة اليورانيوم الطبيعي (99.3%، أو 139/140 جزء).

بإلتقاط النيوترونات تتحول نواة اليورانيوم 238 إلى نوى نبتونيوم – العنصر 93 الجدول الدوريمندليف. ويتحول الأخير بدوره إلى نوى البلوتونيوم - العنصر 94 في الجدول الدوري. يتم استخراج البلوتونيوم بسهولة من اليورانيوم المشعع كيميائياويمكن استخدامه كوقود نووي؛

ج) اليورانيوم 233، وهو نظير اصطناعي لليورانيوم يتم الحصول عليه من الثوريوم.

وعلى عكس اليورانيوم 235، الموجود في اليورانيوم الطبيعي، يتم الحصول على البلوتونيوم 239 واليورانيوم 233 بشكل صناعي فقط. ولهذا السبب يطلق عليهم اسم الوقود النووي الثانوي؛ ومصدر هذا الوقود هو اليورانيوم 238 والثوريوم 232.

وبالتالي، من بين جميع أنواع الوقود النووي المذكورة أعلاه، يعتبر اليورانيوم هو النوع الرئيسي. وهذا ما يفسر النطاق الهائل الذي تجريه عمليات البحث والتنقيب عن رواسب اليورانيوم في جميع البلدان.

تتم أحيانًا مقارنة الطاقة المنبعثة في المفاعل النووي بالطاقة المنبعثة أثناء تفاعل الاحتراق الكيميائي. ومع ذلك، هناك فرق جوهري بينهما.

كمية الحرارة الناتجة عن عملية انشطار اليورانيوم لا يمكن قياسها المزيد من الكميةالحرارة التي يتم الحصول عليها من احتراق الفحم، على سبيل المثال: 1 كجم من اليورانيوم 235، أي ما يعادل علبة سجائر، يمكن نظريًا أن توفر طاقة تعادل 2600 طن من الفحم.

ومع ذلك، لا يتم استغلال فرص الطاقة هذه بشكل كامل، حيث لا يمكن فصل كل اليورانيوم 235 عن اليورانيوم الطبيعي. ونتيجة لذلك، فإن 1 كيلوغرام من اليورانيوم، بحسب درجة تخصيبه باليورانيوم 235، يعادل حالياً حوالي 10 أطنان من الفحم. ولكن ينبغي أن يؤخذ في الاعتبار أن استخدام الوقود النووي يسهل النقل، وبالتالي يقلل بشكل كبير من تكلفة الوقود. وقد قدر الخبراء البريطانيون أنهم من خلال تخصيب اليورانيوم سيكونون قادرين على زيادة الحرارة المنتجة في المفاعلات بمقدار 10 مرات، وهو ما يعادل طنًا واحدًا من اليورانيوم إلى 100 ألف طن من الفحم.

والفرق الثاني بين عملية الانشطار النووي، الذي يحدث مع انطلاق الحرارة، والاحتراق الكيميائي، هو أن تفاعل الاحتراق يتطلب الأكسجين، في حين أن بدء التفاعل المتسلسل لا يتطلب سوى عدد قليل من النيوترونات وكتلة معينة من الوقود النووي، أي ما يعادل إلى الكتلة الحرجة، التي حددناها بالفعل في القسم الخاص بالقنبلة الذرية.

وأخيرًا، فإن عملية الانشطار النووي غير المرئية تكون مصحوبة بانبعاث إشعاعات ضارة للغاية، والتي يجب توفير الحماية منها.

2. وسيط النيوترونات.

ومن أجل تجنب انتشار نواتج الانشطار في المفاعل، يجب وضع الوقود النووي في أغلفة خاصة. لتصنيع مثل هذه الأصداف، يمكن استخدام الألومنيوم (يجب ألا تتجاوز درجة حرارة سائل التبريد 200 درجة)، أو حتى الأفضل من ذلك، البريليوم أو الزركونيوم - معادن جديدة يمكن الحصول عليها في شكل نقيمحفوفة بصعوبات كبيرة.

تتمتع النيوترونات الناتجة أثناء الانشطار النووي (في المتوسط ​​2-3 نيوترونات أثناء انشطار نواة عنصر ثقيل) بطاقة معينة. ولكي يكون احتمال انقسام النيوترونات إلى أنوية أخرى أكبر، والذي بدونه لا يكون التفاعل مستداما ذاتيا، فمن الضروري أن تفقد هذه النيوترونات جزءا من سرعتها. ويتم تحقيق ذلك عن طريق وضع وسيط في المفاعل، حيث يتم تحويل النيوترونات السريعة إلى نيوترونات بطيئة نتيجة الاصطدامات العديدة المتتالية. نظرًا لأن المادة المستخدمة كوسيط يجب أن تحتوي على نوى ذات كتلة تساوي تقريبًا كتلة النيوترونات، أي نوى العناصر الخفيفة، فقد تم استخدام الماء الثقيل كوسيط منذ البداية (D 2 0، حيث D هو الديوتيريوم ، الذي حل محل الهيدروجين الخفيف في الماء العادين20). ومع ذلك، يحاولون الآن استخدام الجرافيت بشكل متزايد - فهو أرخص ويعطي نفس التأثير تقريبًا.

طن من الماء الثقيل الذي تم شراؤه في السويد يكلف 70-80 مليون فرنك. وفي مؤتمر جنيف للاستخدام السلمي للطاقة الذرية، أعلن الأمريكيون أنهم سيتمكنون قريبا من بيع الماء الثقيل بسعر 22 مليون فرنك للطن.

طن الجرافيت يكلف 400 ألف فرنك، وطن من أكسيد البريليوم يكلف 20 مليون فرنك.

يجب أن تكون المادة المستخدمة كوسيط نقية لتجنب فقدان النيوترونات أثناء مرورها عبر الوسيط. وفي نهاية الجريان، تبلغ سرعة النيوترونات المتوسطة حوالي 2200 م/ث، بينما تبلغ سرعتها الأولية حوالي 20 ألف كم/ث. في المفاعلات، يحدث إطلاق الحرارة تدريجيًا ويمكن التحكم فيه، على عكس ذلك قنبلة ذريةحيث يحدث على الفور ويأخذ طابع الانفجار.

بعض أنواع المفاعلات السريعة لا تحتاج إلى وسيط.

3. النظام التنظيمي.

يجب أن يكون الشخص قادرًا على التسبب في التفاعل النووي وتنظيمه وإيقافه حسب الرغبة. ويتم تحقيق ذلك باستخدام قضبان التحكم المصنوعة من فولاذ البورون أو الكادميوم، وهي مواد لديها القدرة على امتصاص النيوترونات. اعتمادًا على العمق الذي يتم فيه إنزال قضبان التحكم في المفاعل، فإن عدد النيوترونات الموجودة في القلب يزيد أو ينقص، مما يجعل من الممكن في النهاية تنظيم العملية. يتم التحكم في قضبان التحكم تلقائيًا باستخدام آليات مؤازرة؛ يمكن لبعض هذه القضبان أن تسقط على الفور في القلب في حالة الخطر.

في البداية كانت هناك مخاوف من أن يؤدي انفجار المفاعل إلى نفس الضرر الذي تسببه القنبلة الذرية. ومن أجل إثبات أن انفجار المفاعل لا يحدث إلا في ظروف مختلفة عن الظروف العادية ولا يشكل خطرا جسيما على السكان الذين يعيشون في محيط المحطة النووية، تعمد الأمريكيون تفجير ما يسمى بالمفاعل "المغلي". وبالفعل، حدث انفجار يمكن أن نصفه بـ«الكلاسيكي»، أي غير النووي؛ وهذا يثبت مرة أخرى أنه يمكن بناء المفاعلات النووية بالقرب من تلك المنطقة المستوطناتدون أي خطر خاص على الأخير.

4. نظام التبريد.

أثناء الانشطار النووي، يتم إطلاق طاقة معينة، والتي يتم نقلها إلى منتجات الاضمحلال والنيوترونات الناتجة. نتيجة لاصطدامات النيوترونات العديدة، يتم تحويل هذه الطاقة إلى طاقة حرارية، وذلك لمنع ذلك خروج سريعفشل المفاعل، يجب إزالة الحرارة. في المفاعلات المصممة لإنتاج النظائر المشعة، لا يتم استخدام هذه الحرارة، ولكن في المفاعلات المصممة لإنتاج الطاقة، تصبح، على العكس من ذلك، المنتج الرئيسي. يمكن إجراء التبريد باستخدام الغاز أو الماء، الذي يدور في المفاعل تحت الضغط من خلال أنابيب خاصة ثم يتم تبريده في مبادل حراري. يمكن استخدام الحرارة المنطلقة لتسخين البخار الذي يقوم بتدوير التوربين المتصل بالمولد؛ مثل هذا الجهاز سيكون بمثابة محطة للطاقة النووية.

5. شاشة واقية.

من أجل تجنب تأثيرات مؤذيةالنيوترونات التي يمكنها التحليق خارج المفاعل والحماية من إشعاعات جاما المنبعثة أثناء التفاعل، تكون الحماية الموثوقة ضرورية. وقد حسب العلماء أن مفاعلًا بقوة 100 ألف كيلوواط ينبعث هذه الكمية الإشعاع الإشعاعيما سيحصل عليه الشخص الموجود على مسافة 100 متر منه خلال دقيقتين. جرعة قاتلة. ولضمان حماية الموظفين الذين يخدمون المفاعل، تم بناء جدران يبلغ ارتفاعها مترين من الخرسانة الخاصة بألواح الرصاص.

تم بناء المفاعل الأول في ديسمبر 1942 من قبل شركة فيرمي الإيطالية. بحلول نهاية عام 1955، كان هناك حوالي 50 مفاعلا نوويا في العالم (الولايات المتحدة الأمريكية - 2 1، إنجلترا - 4، كندا - 2، فرنسا - 2). تجدر الإشارة إلى أنه بحلول بداية عام 1956، تم تصميم حوالي 50 مفاعلا آخر للأغراض البحثية والصناعية (الولايات المتحدة الأمريكية - 23، فرنسا - 4، إنجلترا - 3، كندا - 1).

وتتنوع أنواع هذه المفاعلات بشكل كبير، بدءًا من مفاعلات النيوترونات البطيئة المزودة بمهدئات من الجرافيت واليورانيوم الطبيعي كوقود إلى مفاعلات النيوترونات السريعة التي تستخدم اليورانيوم المخصب بالبلوتونيوم أو اليورانيوم 233، المنتج صناعيًا من الثوريوم، كوقود.

بالإضافة إلى هذين النوعين المتعارضين، هناك سلسلة كاملة من المفاعلات التي تختلف عن بعضها البعض إما في تركيب الوقود النووي، أو في نوع الوسيط، أو في المبرد.

من المهم جدًا ملاحظة أنه على الرغم من أن الجانب النظري للقضية يتم دراسته جيدًا الآن من قبل المتخصصين في جميع البلدان، إلا أنه في المجال العملي لم تصل البلدان المختلفة بعد إلى نفس المستوى. الولايات المتحدة الأمريكية وروسيا تتقدمان على الدول الأخرى. ويمكن القول إن مستقبل الطاقة النووية سيعتمد بشكل أساسي على التقدم التكنولوجي.

مؤلف إيفانوف إيجور بيروفيتش

هيكل مصادم LHC الآن بعض الصور. المصادم هو مُسرِّع للجزيئات المتصادمة. هناك، تتسارع الجسيمات على طول حلقتين وتتصادم مع بعضها البعض. ويعد هذا أكبر تركيب تجريبي في العالم، لأن طول هذه الحلقة - النفق -

من الكتاب أحدث كتابحقائق. المجلد 3 [الفيزياء والكيمياء والتكنولوجيا. التاريخ وعلم الآثار. متنوع] مؤلف كوندراشوف أناتولي بافلوفيتش

من كتاب المشكلة الذرية بواسطة ران فيليب

من الكتاب 5 ب. الكهرباء والمغناطيسية مؤلف فاينمان ريتشارد فيليبس

من كتاب المؤلف

الفصل الثامن مبدأ التشغيل وقدرات المفاعل النووي I. تصميم المفاعل النووي يتكون المفاعل النووي من العناصر الخمسة الرئيسية التالية: 1) الوقود النووي 2) وسيط النيوترونات 3) نظام التحكم 4) نظام التبريد 5) ) محمي

من كتاب المؤلف

الفصل 11 الهيكل الداخلي للعوازل §1. ثنائيات القطب الجزيئي§2. الاستقطاب الإلكتروني §3. الجزيئات القطبية استقطاب التوجه§4. المجالات الكهربائيةفي الفراغات العازلة§5. ثابت العزل الكهربائي للسوائل. صيغة كلاوسيوس-موسوتي§6.

أهمية الطاقة النووية في العالم الحديث

قطعت الطاقة النووية خطوات كبيرة خلال العقود القليلة الماضية، لتصبح أحد أهم مصادر الكهرباء للعديد من البلدان. وفي الوقت نفسه، ينبغي أن نتذكر أن تطور هذه الصناعة اقتصاد وطنيهي الجهود الهائلة التي يبذلها عشرات الآلاف من العلماء والمهندسين والعمال العاديين الذين يبذلون قصارى جهدهم لضمان عدم تحول "الذرة المسالمة" إلى تهديد حقيقيلملايين الناس. النواة الحقيقية لأي محطة للطاقة النووية هي المفاعل النووي.

تاريخ إنشاء المفاعل النووي

تم بناء أول جهاز من هذا النوع في ذروة الحرب العالمية الثانية في الولايات المتحدة الأمريكية على يد العالم والمهندس الشهير إي. فيرمي. بسبب مظهره غير العادي، الذي يشبه كومة من كتل الجرافيت المكدسة فوق بعضها البعض، كان هذا المفاعل النووي يسمى شيكاغو ستاك. ومن الجدير بالذكر أن هذا الجهاز يعمل باليورانيوم الذي تم وضعه بين الكتل مباشرة.

إنشاء مفاعل نووي في الاتحاد السوفيتي

في بلدنا، تم تقديم القضايا النووية أيضا زيادة الاهتمام. على الرغم من أن الجهود الرئيسية للعلماء تركزت على الاستخدام العسكري للذرة، فقد استخدموا بنشاط النتائج التي تم الحصول عليها للأغراض السلمية. تم بناء أول مفاعل نووي، يحمل الاسم الرمزي F-1، من قبل مجموعة من العلماء بقيادة عالم الفيزياء الشهير إ.كورشاتوف في نهاية ديسمبر عام 1946. وكان عيبه الكبير هو عدم وجود أي نظام تبريد، وبالتالي فإن قوة الطاقة التي أطلقها كانت ضئيلة للغاية. وفي الوقت نفسه، أكمل الباحثون السوفييت العمل الذي بدأوه، مما أدى إلى افتتاح أول محطة للطاقة النووية في العالم بعد ثماني سنوات فقط في مدينة أوبنينسك.

مبدأ تشغيل المفاعل

المفاعل النووي هو جهاز تقني معقد وخطير للغاية. يعتمد مبدأ عملها على حقيقة أنه أثناء تحلل اليورانيوم، يتم إطلاق العديد من النيوترونات، والتي بدورها تطرد الجزيئات الأولية من ذرات اليورانيوم المجاورة. يطلق هذا التفاعل المتسلسل كمية كبيرة من الطاقة على شكل حرارة وأشعة جاما. وفي الوقت نفسه، ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار حقيقة أنه إذا لم يتم التحكم في هذا التفاعل بأي شكل من الأشكال، فإن انشطار ذرات اليورانيوم سوف يحدث. وقت قصيرقد يؤدي إلى انفجار قوي له عواقب غير مرغوب فيها.

ومن أجل أن يتم التفاعل ضمن حدود محددة بدقة، فإن تصميم المفاعل النووي له أهمية كبيرة. حاليًا، كل هيكل من هذا القبيل هو نوع من الغلايات التي يتدفق من خلالها سائل التبريد. وعادة ما يستخدم الماء بهذه الصفة، ولكن هناك محطات للطاقة النووية تستخدم الجرافيت السائل أو الماء الثقيل. من المستحيل تخيل مفاعل نووي حديث بدون مئات من الأشرطة السداسية الخاصة. أنها تحتوي على عناصر توليد الوقود، من خلال القنوات التي تتدفق فيها المبردات. هذا الكاسيت مطلي بطبقة خاصة قادرة على عكس النيوترونات وبالتالي إبطاء التفاعل المتسلسل

المفاعل النووي وحمايته

لديها عدة مستويات من الحماية. بالإضافة إلى الجسم نفسه، فهو مغطى بعزل حراري خاص وحماية بيولوجية في الأعلى. من وجهة نظر هندسية، هذا الهيكل عبارة عن مخبأ قوي من الخرسانة المسلحة، والأبواب مغلقة بإحكام قدر الإمكان.

أيضًا، إذا لزم الأمر، يتم تبريد المفاعل بسرعة دلو من الماءو جليد.

عنصر	السعة الحرارية
	قضيب تبريد 10 كيلو(المهندس 10 كيلو خلية التبريد)
	10 000
	قضيب تبريد 30 ألف(المهندس. خلية تبريد 30K)
	30 000
	قضيب تبريد 60 ألف(المهندس. خلية تبريد 60K)
	60 000
	مكثف أحمر(المهندس RSH-المكثف)
	19 999
	من خلال وضع مكثف ساخن جدًا في شبكة تصنيع مع غبار الحجر الأحمر، يمكنك تجديد احتياطيه الحراري بمقدار 10000 eT. هكذا ل التعافي الكاملالمكثف يحتاج إلى غبارين.
	مكثف اللازورد(المهندس LZH-المكثف)
	99 999
	يتم تجديده ليس فقط بالحجر الأحمر (5000 eT)، ولكن أيضًا باللازورد بقيمة 40.000 eT.

تبريد المفاعل النووي (حتى الإصدار 1.106)

• يمكن لقضيب التبريد تخزين 10000 eT ويبرد بمقدار 1 eT كل ثانية.
• تخزن كسوة المفاعل أيضًا 10000 eT، ويتم تبريدها في كل ثانية مع احتمال بنسبة 10% لـ 1 eT (في المتوسط ​​0.1 eT). من خلال الألواح الحرارية، يمكن لعناصر الوقود وموزعي الحرارة توزيع الحرارة عليها عدد أكبرعناصر التبريد.
• يقوم موزع الحرارة بتخزين 10,000 eT، ويقوم أيضًا بموازنة مستوى حرارة العناصر القريبة، ولكن مع إعادة توزيع ما لا يزيد عن 6 eT/s لكل منها. كما أنه يعيد توزيع الحرارة على الجسم، حتى 25 eT/s.
• التبريد السلبي.

• تقوم كل كتلة من الهواء تحيط بالمفاعل في منطقة 3x3x3 حول المفاعل النووي بتبريد الوعاء بمقدار 0.25 eT/s، وتبرد كل كتلة من الماء بمقدار 1 eT/s.
• بالإضافة إلى ذلك، يتم تبريد المفاعل نفسه بمعدل 1 eT/s، وذلك بفضل النظام الداخليتنفس.
• ويتم أيضًا تهوية كل غرفة مفاعل إضافية وتبريد الغلاف بمقدار 2 eT/s أخرى.
• ولكن إذا كانت هناك كتل حمم بركانية (مصادر أو تدفقات) في منطقة 3x3x3، فإنها تقلل من تبريد الهيكل بمقدار 3 eT/s. كما أن اشتعال النار في نفس المنطقة يقلل من التبريد بمقدار 0.5 eT/s.

إذا كان التبريد الكلي سلبيا، فإن التبريد سيكون صفر. أي أنه لن يتم تبريد وعاء المفاعل. يمكنك حساب أن الحد الأقصى للتبريد السلبي هو: 1+6*2+20*1 = 33 eT/s.

• التبريد في حالات الطوارئ (حتى الإصدار 1.106).

بالإضافة إلى أنظمة التبريد التقليدية، هناك مبردات "طوارئ" يمكن استخدامها للتبريد الطارئ للمفاعل (حتى مع توليد حرارة عالية):

• دلو من الماء يوضع في قلب المفاعل النووي يبرد وعاء المفاعل النووي بمقدار 250 إلكترون تيرا إذا تم تسخينه بما لا يقل عن 4000 إلكترون تيرا.
• يقوم الثلج بتبريد الجسم بمقدار 300 eT إذا تم تسخينه بمقدار 300 eT على الأقل.

تصنيف المفاعلات النووية

المفاعلات النووية لها تصنيفها الخاص: MK1، MK2، MK3، MK4 وMK5. يتم تحديد الأنواع من خلال إطلاق الحرارة والطاقة، وكذلك بعض الجوانب الأخرى. MK1 هو الأكثر أمانًا، ولكنه ينتج أقل قدر من الطاقة. ينتج MK5 أكبر قدر من الطاقة مع أكبر فرصة للانفجار.

MK1

أكثر أنواع المفاعلات أمانا، فهو لا يسخن إطلاقا، وفي نفس الوقت ينتج أقل قدر من الطاقة. تنقسم إلى نوعين فرعيين: MK1A - النوع الذي يتوافق مع شروط الفصل بغض النظر بيئةوMK1B - الذي يتطلب التبريد السلبي للوفاء بمعايير الفئة 1.

MK2

النوع الأمثل من المفاعلات، والذي، عند التشغيل بكامل طاقته، لا يسخن بأكثر من 8500 طن لكل دورة (الوقت الذي يتمكن فيه قضيب الوقود من التفريغ الكامل أو 10000 ثانية). وبالتالي، هذا هو الحل الأمثل للحرارة/الطاقة. بالنسبة لهذه الأنواع من المفاعلات، يوجد أيضًا تصنيف منفصل MK2x، حيث x هو عدد الدورات التي سيعمل بها المفاعل دون ارتفاع درجة الحرارة بشكل حرج. يمكن أن يكون الرقم من 1 (دورة واحدة) إلى E (16 دورة أو أكثر). MK2-E هو المعيار بين جميع المفاعلات النووية، لأنه عمليا أبدى. (أي أنه قبل نهاية الدورة السادسة عشرة، سيكون لدى المفاعل الوقت الكافي للتبريد إلى 0 eT)

MK3

مفاعل قادر على العمل على الأقل 1/10 من الدورة الكاملة دون تبخر الماء/كتل الذوبان. أقوى من MK1 وMK2، ولكنها تتطلب إشرافًا إضافيًا، لأنه بعد مرور بعض الوقت يمكن أن تصل درجة الحرارة إلى مستوى حرج.

MK4

مفاعل يمكنه العمل على الأقل 1/10 من الدورة الكاملة دون حدوث انفجارات. أقوى الأنواع التشغيلية المفاعلات النوويةالذي يتطلب أكبر قدر من الاهتمام. يتطلب الإشراف المستمر. لأول مرة يصدر ما يقرب من 200.000 إلى 1.000.000 eE.

MK5

المفاعلات النووية من الفئة 5 غير صالحة للتشغيل، وتستخدم بشكل أساسي لإثبات حقيقة انفجارها. على الرغم من أنه من الممكن صنع مفاعل وظيفي من هذه الفئة، إلا أنه لا فائدة من القيام بذلك.

تصنيف إضافي

على الرغم من أن المفاعلات تحتوي بالفعل على ما يصل إلى 5 فئات، إلا أن المفاعلات تنقسم أحيانًا إلى عدة فئات فرعية أصغر ولكنها مهمة من نوع التبريد والكفاءة والأداء.

تبريد

-SUC(المبردات ذات الاستخدام الواحد – استخدام عناصر التبريد لمرة واحدة)

• قبل الإصدار 1.106، كانت هذه العلامة تشير إلى تبريد المفاعل بطريقة طارئة(باستخدام دلاء من الماء أو الثلج). عادة، نادرًا ما يتم استخدام مثل هذه المفاعلات أو لا يتم استخدامها على الإطلاق نظرًا لأن المفاعل قد لا يعمل لفترة طويلة دون إشراف. تم استخدام هذا عادةً لـ Mk3 أو Mk4.
• بعد ظهور الإصدار 1.106 المكثفات الحرارية. تشير الفئة الفرعية -SUC الآن إلى وجود المكثفات الحرارية في الدائرة. يمكن استعادة قدرتها الحرارية بسرعة، ولكن هذا سوف يتطلب إنفاق الغبار الأحمر أو اللازورد.

كفاءة

الكفاءة هي متوسط ​​عدد النبضات التي تنتجها قضبان الوقود. بشكل تقريبي، هذا هو عدد ملايين الطاقة التي تم الحصول عليها نتيجة تشغيل المفاعل، مقسومًا على عدد قضبان الوقود. لكن في حالة دوائر التخصيب، يتم إنفاق جزء من النبضات على التخصيب، وفي هذه الحالة لا تتوافق الكفاءة تمامًا مع الطاقة المستقبلة وستكون أعلى.

تتمتع قضبان الوقود المزدوجة والرباعية بكفاءة أساسية أعلى مقارنة بالقضبان المفردة. في حد ذاتها، تنتج عناصر الوقود المفردة نبضًا واحدًا، ونبضات مزدوجة - نبضتين، ونبضات رباعية - ثلاثة. فإذا كانت إحدى الخلايا الأربع المجاورة تحتوي على عنصر وقود آخر أو عنصر وقود مستنفد أو عاكس نيوتروني فإن عدد النبضات يزداد بواحدة أي بحد أقصى 4 أخرى، ومما سبق يتبين أن الكفاءة لا يمكن أن تكون أقل من 1 أو أكثر من 7.

العلامات	معنى كفاءة
إ.	=1
الضعف الجنسي	> 1 و<2
الجماعة الأوروبية.	≥2 و<3
إي بي.	≥3 و<4
إ.أ.	≥4 و<5
إي +	≥5 و<6
إي ++	≥6 و<7
إي*	=7

فئات فرعية أخرى

قد ترى أحيانًا أحرفًا إضافية أو اختصارات أو رموزًا أخرى على مخططات المفاعل. على الرغم من استخدام هذه الرموز (على سبيل المثال، لم يتم تسجيل الفئة الفرعية -SUC رسميًا من قبل)، إلا أنها لا تحظى بشعبية كبيرة. لذلك، يمكنك الاتصال بالمفاعل الخاص بك حتى Mk9000-2 EA^ dzhigurda، ولكن هذا النوع من المفاعلات ببساطة لن يتم فهمه وسيتم اعتباره مزحة.

بناء المفاعل

نعلم جميعًا أن المفاعل يسخن ويمكن أن يحدث انفجار فجأة. وعلينا أن نطفئه ونشغله. فيما يلي وصف لكيفية حماية منزلك، وكذلك كيفية تحقيق أقصى استفادة من المفاعل الذي لن ينفجر أبدًا. في هذه الحالة، يجب أن يكون لديك بالفعل 6 غرف مفاعل مثبتة.

منظر للمفاعل مع الغرف. مفاعل نووي من الداخل.

1. تغطية المفاعل بالحجر المسلح (5x5x5)
2. إجراء التبريد السلبي، أي ملء المفاعل بأكمله بالماء. املأها من الأعلى حيث سيتدفق الماء إلى الأسفل. وباستخدام هذا المخطط، سيتم تبريد المفاعل بمعدل 33 ​​تيرا تيرا في الثانية.
3. احصل على أقصى قدر من الطاقة المولدة باستخدام قضبان التبريد، وما إلى ذلك. كن حذرًا، لأنه حتى لو تم وضع موزع حرارة واحد بشكل غير صحيح، فقد تحدث كارثة! (يظهر الرسم التخطيطي للإصدارات حتى 1.106)
4. لمنع انفجار MFE الخاص بنا من الجهد العالي، نقوم بتركيب محول كما في الصورة.

مفاعل MK-V EB

يعرف الكثير من الناس أن التحديثات تجلب التغييرات. تضمنت إحدى هذه التحديثات قضبان وقود جديدة - مزدوجة ورباعية. الرسم البياني أعلاه لا يناسب قضبان الوقود هذه. فيما يلي وصف تفصيلي لتصنيع مفاعل خطير إلى حد ما ولكنه فعال. للقيام بذلك، يتطلب IndustrialCraft 2 التحكم النووي. ملأ هذا المفاعل MFSU وMFE في حوالي 30 دقيقة من الوقت الحقيقي. لسوء الحظ، هذا مفاعل من فئة MK4. لكنها أكملت مهمتها بتسخين ما يصل إلى 6500 eT. يوصى بتركيب 6500 على مستشعر درجة الحرارة وتوصيل نظام الإنذار وإيقاف الطوارئ بالمستشعر. إذا صرخ المنبه لأكثر من دقيقتين، فمن الأفضل إيقاف تشغيل المفاعل يدويًا. البناء هو نفسه على النحو الوارد أعلاه. تم تغيير موقع المكونات فقط.

طاقة الإخراج: 360 الاتحاد الأوروبي/طن

إجمالي كفاءة الطاقة: 72,000,000 جنيه مصري

وقت التوليد: 10 دقائق. 26 ثانية.

وقت إعادة التحميل: مستحيل

الحد الأقصى للدورات: دورة 6.26%

الوقت الإجمالي: أبدا

أهم شيء في مثل هذا المفاعل هو عدم تركه ينفجر!

مفاعل Mk-II-E-SUC Breeder EA+ مع القدرة على إثراء عناصر الوقود المستنفدة

نوع فعال إلى حد ما ولكنه مكلف من المفاعلات. إنه ينتج 720.000 eT في الدقيقة وتسخن المكثفات بنسبة 27/100، وبالتالي، بدون تبريد المكثفات، سيتحمل المفاعل دورات مدتها 3 دقائق، ومن المؤكد تقريبًا أن المفاعل الرابع سوف ينفجر. من الممكن تركيب عناصر الوقود المنضب للتخصيب. يوصى بتوصيل المفاعل بمؤقت وإحاطة المفاعل بـ "تابوت" مصنوع من الحجر المقوى. نظرًا لجهد الخرج العالي (600 EU/t)، يلزم وجود أسلاك عالية الجهد ومحول عالي الجهد.

طاقة الإخراج: 600 الاتحاد الأوروبي/طن

إجمالي eE: 120,000,000 eE

زمن التوليد: دورة كاملة

مفاعل MK-I EB

العناصر لا تسخن على الإطلاق، 6 قضبان وقود رباعية تعمل.

طاقة الإخراج: 360 الاتحاد الأوروبي/طن

إجمالي كفاءة الطاقة: 72,000,000 جنيه مصري

زمن التوليد: دورة كاملة

وقت إعادة الشحن: غير مطلوب

الحد الأقصى للدورات: عدد لا نهائي

الوقت الإجمالي: ساعتان و 46 دقيقة 40 ثانية.

مفاعل Mk-I EA++

طاقة منخفضة ولكنها اقتصادية من حيث المواد الخام ورخيصة البناء. يتطلب عاكسات النيوترونات.

طاقة الإخراج: 60 الاتحاد الأوروبي/طن

إجمالي eE: 12,000,000 eE

زمن التوليد: دورة كاملة

وقت إعادة الشحن: غير مطلوب

الحد الأقصى للدورات: عدد لا نهائي

الوقت الإجمالي: ساعتان و 46 دقيقة 40 ثانية.

مفاعل Mk-I EA*

قوة متوسطة ولكنها رخيصة نسبيًا وفعالة للغاية. يتطلب عاكسات النيوترونات.

طاقة الإخراج: 140 الاتحاد الأوروبي/طن

إجمالي الطاقة الكهربائية: 28,000,000 جنيه مصري

زمن التوليد: دورة كاملة

وقت إعادة الشحن: غير مطلوب

الحد الأقصى للدورات: عدد لا نهائي

الوقت الإجمالي: ساعتان و 46 دقيقة 40 ثانية.

مفاعل Mk-II-E-SUC Breeder EA+، لتخصيب اليورانيوم

مدمجة ورخيصة لبناء تخصيب اليورانيوم. وقت التشغيل الآمن هو دقيقتين و 20 ثانية، وبعد ذلك يوصى بإصلاح مكثفات اللازورد (إصلاح واحد - 2 لازورد + 1 حجر أحمر)، الأمر الذي سيتطلب مراقبة مستمرة للمفاعل. وأيضًا، بسبب التخصيب غير المتكافئ، يوصى باستبدال القضبان عالية التخصيب بأخرى ضعيفة التخصيب. وفي الوقت نفسه، يمكنها إنتاج 48,000,000 eE لكل دورة.

طاقة الإخراج: 240 الاتحاد الأوروبي/طن

إجمالي الطاقة: 48,000,000 جنيه مصري

زمن التوليد: دورة كاملة

وقت إعادة الشحن: غير مطلوب

الحد الأقصى للدورات: عدد لا نهائي

الوقت الإجمالي: ساعتان و 46 دقيقة 40 ثانية.

مفاعل MK-I EC

مفاعل "الغرفة". إنها ذات طاقة منخفضة، لكنها رخيصة جدًا وآمنة تمامًا - كل الإشراف على المفاعل يتلخص في استبدال القضبان، نظرًا لأن التبريد عن طريق التهوية يتجاوز توليد الحرارة مرتين. من الأفضل وضعه بالقرب من MFE/MFSU وتكوينهما لإصدار إشارة ريدستون عند شحنها جزئيًا (تنبعث إذا كانت ممتلئة جزئيًا)، وبالتالي فإن المفاعل سوف يملأ مخزن الطاقة تلقائيًا ويتوقف عن العمل عندما يكون ممتلئًا. لتصنيع جميع المكونات، ستحتاج إلى 292 نحاسًا، و102 حديدًا، و24 ذهبًا، و8 حجرًا أحمر، و7 مطاطًا، و7 قصديرًا، ووحدتين من الغبار الخفيف واللازورد، بالإضافة إلى 6 وحدات من خام اليورانيوم. وتنتج 16 مليون وحدة دولية لكل دورة.

طاقة الإخراج: 80 الاتحاد الأوروبي/طن

إجمالي كفاءة الطاقة: 32,000,000 جنيه مصري

زمن التوليد: دورة كاملة

وقت إعادة الشحن: غير مطلوب

الحد الأقصى للدورات: عدد لا نهائي

الوقت الإجمالي: حوالي 5 ساعات و 33 دقيقة. 00 ثانية.

توقيت المفاعل

تنتج مفاعلات فئة MK3 وMK4 الكثير من الطاقة في وقت قصير، لكنها تميل إلى الانفجار دون مراقبة. ولكن بمساعدة جهاز توقيت، يمكنك جعل هذه المفاعلات المتقلبة تعمل دون ارتفاع درجة الحرارة الحرجة وتسمح لك بالذهاب بعيدًا، على سبيل المثال، لحفر الرمال لمزرعة الصبار الخاصة بك. فيما يلي ثلاثة أمثلة على أجهزة ضبط الوقت:

• مؤقت مصنوع من موزع وزر خشبي وأسهم (الشكل 1). السهم المطلق جوهري، وعمره دقيقة واحدة. عند توصيل زر خشبي به سهم عالق بالمفاعل، سيعمل لمدة دقيقة واحدة تقريبًا. 1.5 ثانية. سيكون من الأفضل فتح الوصول إلى زر خشبي، ثم سيكون من الممكن إيقاف المفاعل بشكل عاجل. وفي الوقت نفسه، يتم تقليل استهلاك الأسهم، حيث أنه عند توصيل الموزع بزر آخر غير الزر الخشبي، بعد الضغط عليه، يطلق الموزع 3 أسهم مرة واحدة بسبب الإشارة المتعددة.
• مؤقت لوحة الضغط الخشبية (الشكل 2). تتفاعل لوحة الضغط الخشبية في حالة سقوط جسم عليها. العناصر المسقطة لها "عمر افتراضي" يبلغ 5 دقائق (في SMP قد تكون هناك انحرافات بسبب اختبار الاتصال)، وإذا قمت بتوصيل اللوحة بالمفاعل، فستعمل لمدة 5 دقائق تقريبًا. 1 ثانية. عند إنشاء العديد من أجهزة ضبط الوقت، يمكنك وضع هذا المؤقت أولاً في السلسلة، حتى لا يتم تثبيت موزع. بعد ذلك سيتم تشغيل سلسلة الموقتات بأكملها من خلال قيام اللاعب بإلقاء عنصر على لوحة الضغط.
• مؤقت مكرر (الشكل 3). يمكن استخدام مؤقت المكرر لضبط تأخير المفاعل، لكنه مرهق للغاية ويتطلب قدرًا كبيرًا من الموارد لإنشاء ولو تأخير بسيط. الموقت نفسه عبارة عن خط دعم للإشارة (10.6). كما ترون، فإنه يأخذ مساحة كبيرة، وتأخير الإشارة هو 1.2 ثانية. مطلوب ما يصل إلى 7 مكررات (21

  التبريد السلبي (حتى الإصدار 1.106)

  التبريد الأساسي للمفاعل نفسه هو 1. بعد ذلك، يتم فحص المنطقة 3x3x3 حول المفاعل. تضيف كل غرفة مفاعل 2 إلى التبريد، وتضيف الكتلة التي تحتوي على الماء (المصدر أو التيار) 1. وتقل الكتلة التي تحتوي على الحمم البركانية (المصدر أو التيار) بمقدار 3. ويتم حساب الكتل التي تحتوي على الهواء والنار بشكل منفصل. يضيفون إلى التبريد (عدد كتل الهواء-2×عدد كتل النار)/4(إذا لم تكن نتيجة القسمة عددًا صحيحًا، فسيتم تجاهل الجزء الكسري). إذا كان التبريد الإجمالي أقل من 0، فإنه يعتبر مساوياً لـ 0.
  أي أن وعاء المفاعل لا يمكن أن يسخن بسبب عوامل خارجية. في أسوأ الحالات، ببساطة لن يبرد بسبب التبريد السلبي.

  درجة حرارة

  عند درجات الحرارة المرتفعة، يبدأ المفاعل في إحداث تأثير سلبي على البيئة. هذا التأثير يعتمد على معامل التسخين. عامل التسخين = درجة حرارة وعاء المفاعل الحالية / درجة الحرارة القصوى، أين درجة حرارة المفاعل القصوى=10000+1000*عدد غرف المفاعل+100*عدد الألواح الحرارية داخل المفاعل.
  إذا كان معامل التدفئة:

  • <0,4 - никаких последствий нет.
  • >=0.4 - هناك فرصة 1.5×(معامل التسخين -0.4)أنه سيتم تحديد كتلة عشوائية في المنطقة 5x5x5وإذا حدث أن كان كتلة قابلة للاشتعال، مثل ورق الشجر أو بعض قطع الخشب أو الصوف أو السرير، فإنه يحترق.
  أي أنه مع معامل تسخين 0.4 تكون الفرص صفر، مع معامل تسخين 0.67 ستكون أعلى من 100%. أي أنه مع معامل تسخين 0.85 فإن الاحتمال سيكون 4×(0.85-0.7)=0.6 (60%)، ومع 0.95 وما فوق سيكون الاحتمال 4×(95-70)=1 (100%). اعتمادًا على نوع الكتلة، سيحدث ما يلي:
  • إذا كانت كتلة مركزية (المفاعل نفسه) أو كتلة صخرية، فلن يكون هناك أي تأثير.
  • سيتم تحويل الكتل الحجرية (بما في ذلك الخطوات والخام)، والكتل الحديدية (بما في ذلك كتل المفاعلات)، والحمم البركانية، والأرض، والطين إلى تدفق الحمم البركانية.
  • إذا كانت كتلة هوائية فستكون هناك محاولة لإشعال النار في مكانها (إذا لم تكن هناك كتل صلبة قريبة فلن تظهر النار).
  • سوف تتبخر الكتل المتبقية (بما في ذلك الماء)، وفي مكانها ستكون هناك أيضًا محاولة لإشعال النار.
  • >=1 - انفجار! قوة الانفجار الأساسية هي 10. كل عنصر وقود في المفاعل يزيد من قوة الانفجار بمقدار 3 وحدات، وكل كسوة مفاعل تقللها بمقدار وحدة واحدة. كما أن قوة الانفجار محدودة بحد أقصى 45 وحدة. ومن حيث عدد الكتل المسقطة، فإن هذا الانفجار يشبه القنبلة النووية، حيث سيتم تدمير 99% من الكتل بعد الانفجار، وسيكون الانخفاض 1% فقط.

  حساب التسخين أو عناصر الوقود منخفضة التخصيب، ثم يسخن وعاء المفاعل بمقدار 1 eT.

• إذا كان هذا دلوًا من الماء، وكانت درجة حرارة وعاء المفاعل أكثر من 4000 eT، فسيتم تبريد الوعاء بمقدار 250 eT، ويتم استبدال دلو الماء بدلو فارغ.
• إذا كان هذا دلوًا من الحمم البركانية، فسيتم تسخين وعاء المفاعل بمقدار 2000 eT، ويتم استبدال دلو الحمم البركانية بدلو فارغ.
• إذا كانت هذه كتلة من الجليد، وكانت درجة حرارة العلبة أكثر من 300 ه، فسيتم تبريد العلبة بمقدار 300 ه، وتنخفض كمية الجليد بمقدار 1. أي أن كومة الثلج بأكملها لن تتبخر ذات مرة.
• إذا كان هذا موزعًا للحرارة، فسيتم إجراء الحساب التالي:
  • يتم فحص 4 خلايا متجاورة، بالترتيب التالي: اليسار واليمين والأعلى والأسفل.

إذا كان لديهم كبسولة تبريد أو غلاف مفاعل، فسيتم حساب توازن الحرارة. التوازن=(درجة حرارة المبدد الحراري - درجة حرارة العنصر المجاور)/2

1. وإذا كان الرصيد أكبر من 6 فهو يساوي 6.
2. إذا كان العنصر المجاور عبارة عن كبسولة تبريد، فإنه يسخن إلى قيمة الرصيد المحسوب.
3. إذا كانت هذه هي بطانة المفاعل، فسيتم إجراء حساب إضافي لنقل الحرارة.

• إذا لم تكن هناك كبسولات تبريد بالقرب من هذه اللوحة، فسوف ترتفع حرارة اللوحة إلى قيمة التوازن المحسوب (لا تتدفق الحرارة من الموزع الحراري إلى العناصر الأخرى من خلال اللوحة الحرارية).
• إذا كانت هناك كبسولات تبريد، فسيتم التحقق مما إذا كان توازن الحرارة قابلاً للقسمة على عددها دون باقي. إذا لم ينقسم، فإن توازن الحرارة يزداد بمقدار 1 إت، ويتم تبريد اللوحة بمقدار 1 إت حتى تنقسم تمامًا. أما إذا بردت كسوة المفاعل ولم ينقسم التوازن بشكل كامل، فإنه يسخن، ويقل الرصيد حتى يبدأ بالانقسام الكامل.
• وبناء على ذلك، يتم تسخين هذه العناصر إلى درجة حرارة تساوي كمية الاتزان.

1. ويؤخذ مودولو، وإذا كان أكبر من 6 فهو يساوي 6.
2. يسخن الموزع الحراري إلى قيمة التوازن.
3. يتم تبريد العنصر المجاور بقيمة التوازن.

• يتم حساب التوازن الحراري بين الموزع الحراري والإسكان.

التوازن=(درجة حرارة الموزع الحراري-درجة حرارة الحالة+1)/2 (إذا لم تكن نتيجة القسمة عددًا صحيحًا، فسيتم تجاهل الجزء الكسري)

• إذا كان الرصيد موجباً فإن:

1. وإذا كان الرصيد أكثر من 25 فهو يساوي 25.
2. يتم تبريد الموزع الحراري بقيمة التوازن المحسوبة.
3. يتم تسخين وعاء المفاعل إلى قيمة التوازن المحسوبة.

• إذا كان الرصيد سلبيا، ثم:

1. تؤخذ مودولو وإذا تبين أنها أكثر من 25 فهي تساوي 25.
2. يسخن الموزع الحراري إلى قيمة التوازن المحسوبة.
3. يتم تبريد وعاء المفاعل إلى قيمة التوازن المحسوبة.

• إذا كان هذا قضيب وقود، ولم يتم إغراق المفاعل بإشارة الغبار الأحمر، فسيتم إجراء الحسابات التالية:

يتم حساب عدد النبضات المولدة للطاقة لقضيب معين. عدد النبضات=1+عدد قضبان اليورانيوم المجاورة. المجاورة هي تلك الموجودة في الفتحات الموجودة على اليمين واليسار والأعلى والأسفل.يتم حساب كمية الطاقة المولدة من القضيب. كمية الطاقة (eE/t)=10×عدد النبضات. eE/t - وحدة الطاقة لكل دورة (1/20 من الثانية)إذا كان هناك عنصر وقود مستنفد بجانب قضيب اليورانيوم، فإن عدد النبضات يزداد بعددها. إنه عدد النبضات = 1 + عدد قضبان اليورانيوم المجاورة + عدد قضبان الوقود المستنفد المجاورة. يتم أيضًا فحص عناصر الوقود المستنفدة المجاورة هذه، ومع بعض الاحتمالات، يتم إثراؤها بوحدتين. علاوة على ذلك فإن فرصة التخصيب تعتمد على درجة حرارة الحالة وإذا كانت درجة الحرارة:

• أقل من 3000 - فرصة 1/8 (12.5%)؛
• من 3000 وأقل من 6000 - 1/4 (25%)؛
• من 6000 وأقل من 9000 - 1/2 (50%)؛
• 9000 أو أعلى - 1 (100%).

عندما يصل عنصر الوقود المستنفد إلى قيمة تخصيب 10000 وحدة، فإنه يتحول إلى عنصر وقود منخفض التخصيب. إضافي لكل نبضةيتم حساب توليد الحرارة. وهذا هو، يتم إجراء الحساب عدة مرات كما توجد نبضات. يتم إحصاء عدد عناصر التبريد (كبسولات التبريد والألواح الحرارية وموزعات الحرارة) بجوار قضيب اليورانيوم. إذا كان عددهم متساويا:

• 0؟ يتم تسخين وعاء المفاعل بمقدار 10 eT.
• 1: يتم تسخين عنصر التبريد بمقدار 10 eT.
• 2: تسخن عناصر التبريد بمعدل 4 eT لكل منها.
• 3: يتم تسخين كل منهما بمقدار 2 eT.
• 4: يتم تسخين كل واحدة بمقدار 1 eT.

علاوة على ذلك، إذا كانت هناك لوحات حرارية هناك، فسوف يقومون أيضا بإعادة توزيع الطاقة. ولكن على عكس الحالة الأولى، فإن الصفائح الموجودة بجانب قضيب اليورانيوم يمكنها توزيع الحرارة على كل من كبسولات التبريد والألواح الحرارية التالية. ويمكن للألواح الحرارية التالية توزيع الحرارة بشكل أكبر على قضبان التبريد فقط. يقلل TVEL من متانته بمقدار 1 (في البداية 10000)، وإذا وصل إلى 0، فسيتم تدميره. بالإضافة إلى ذلك، مع فرصة 1/3 عند تدميرها، ستترك وراءها قضيب وقود مستنفد.

مثال للحساب

وهناك برامج تقوم بحساب هذه الدوائر. للحصول على حسابات أكثر موثوقية وفهم أفضل للعملية، فإن الأمر يستحق استخدامها.

لنأخذ على سبيل المثال هذا المخطط بثلاثة قضبان من اليورانيوم.

تشير الأرقام إلى ترتيب حساب العناصر في هذا المخطط، وسوف نستخدم نفس الأرقام للدلالة على العناصر حتى لا نخلط.

على سبيل المثال، لنحسب توزيع الحرارة في الثواني الأولى والثانية. سنفترض أنه في البداية لا يوجد تسخين للعناصر، والتبريد السلبي هو الحد الأقصى (33 eT)، ولن نأخذ في الاعتبار تبريد الألواح الحرارية.

الخطوة الأولى.

• درجة حرارة وعاء المفاعل هي 0 eT.
• 1- لم يتم تسخين غلاف المفاعل (RP) بعد.
• 2 - لم يتم تسخين كبسولة التبريد (OxC) بعد، ولن تبرد بعد الآن في هذه الخطوة (0 eT).
• 3 - ستخصص TVEL 8 eT (دورتان كل منهما 4 eT) إلى TP الأول (0 eT)، والذي سيسخنه إلى 8 eT، وإلى OxC الثاني (0 eT)، والذي سيسخنه إلى 8 eT.
• 4 - لم يتم تسخين OxC بعد، ولن يكون هناك تبريد في هذه الخطوة (0 eT).
• 5 - سوف يقوم جهاز رش الحرارة (HR)، الذي لم يتم تسخينه بعد، بموازنة درجة الحرارة مع 2m OxC (8 eT). سوف يبرده إلى 4 eT ويسخنه حتى 4 eT.

بعد ذلك، سوف يقوم TP الخامس (4 eT) بموازنة درجة الحرارة عند OxC العاشر (0 eT). سوف يقوم بتسخينه حتى 2 eT، وسوف يبرد إلى 2 eT. بعد ذلك، سوف يوازن TP الخامس (2 eT) درجة حرارة الجسم (0 eT)، مما يمنحه 1 eT. سوف تسخن العلبة حتى 1 eT، وسوف يبرد TP إلى 1 eT.

• 6 - ستخصص TVEL 12 eT (3 دورات كل منها 4 eT) إلى TP الخامس (1 eT)، والذي سيسخنه إلى 13 eT، وإلى TP السابع (0 eT)، والذي سيسخنه إلى 12 eT.
• 7 - تم تسخين TP بالفعل إلى 12 eT ويمكن أن يبرد باحتمال 10%، لكننا لا نأخذ في الاعتبار احتمال التبريد هنا.
• 8 - TP (0 eT) سوف يوازن درجة حرارة TP 7 (12 eT)، ويأخذ 6 eT منه. سوف يبرد TP السابع إلى 6 eT، وسوف يسخن TP الثامن حتى 6 eT.

بعد ذلك، سوف يوازن TP الثامن (6 eT) درجة الحرارة عند OxC التاسع (0 eT). ونتيجة لذلك، فإنه سوف يسخن إلى 3 eT، وسوف يبرد هو نفسه إلى 3 eT. بعد ذلك، سوف يقوم TP الثامن (3 eT) بموازنة درجة الحرارة عند OxC الرابع (0 eT). ونتيجة لذلك، فإنه سوف يسخن إلى 1 eT، وسوف يبرد هو نفسه إلى 2 eT. بعد ذلك، سوف يقوم TP الثامن (2 eT) بموازنة درجة الحرارة عند OxC الثاني عشر (0 eT). ونتيجة لذلك، فإنه سيتم تسخينه إلى 1 eT، وسوف يبرد هو نفسه إلى 1 eT. بعد ذلك، سوف يوازن جهاز TR الثامن (1 eT) درجة حرارة وعاء المفاعل (1 eT). نظرًا لعدم وجود اختلاف في درجة الحرارة، لا يحدث شيء.

• 9 - سوف يبرد OxC (3 eT) إلى 2 eT.
• 10 - سوف يبرد OxC (2 eT) إلى 1 eT.
• 11 - ستخصص TVEL 8 eT (دورتان كل منهما 4 eT) إلى OxC العاشر (1 eT)، والذي سيسخنه إلى 9 eT، وإلى TP الثالث عشر (0 eT)، والذي سيسخنه إلى 8 eT.

في الشكل، تُظهر الأسهم الحمراء التسخين من قضبان اليورانيوم، وتُظهر الأسهم الزرقاء موازنة الحرارة عن طريق موزعات الحرارة، وتُظهر الأسهم الصفراء توزيع الطاقة على وعاء المفاعل، وتُظهر الأسهم البنية التسخين النهائي للعناصر في هذه الخطوة، وتُظهر الأسهم الزرقاء التبريد للتبريد كبسولات. توضح الأرقام الموجودة في الزاوية اليمنى العليا عملية التسخين النهائية، وبالنسبة لقضبان اليورانيوم، وقت التشغيل.

التسخين النهائي بعد الخطوة الأولى:

• وعاء المفاعل - 1 eT
• 1TP - 8 تيرا بايت
• 2ОТС - 4EТ
• 4ООС - 1Т
• 5TP - 13 eT
• 7TP - 6 eT
• 8TP - 1 ت
• 9ООС - 2EТ
• 10 أوه - 9 إي تي
• 12 درجة مئوية - 0 درجة مئوية
• 13TP - 8 eT

الخطوة الثانية.

• سوف يبرد وعاء المفاعل إلى 0 eT.
• 1 - TP، لا يراعى التبريد.
• 2 - سوف يبرد OxC (4 eT) إلى 3 eT.
• 3 - ستخصص TVEL 8 eT (دورتان كل منهما 4 eT) إلى TP الأول (8 eT)، والذي سيسخنه إلى 16 eT، وإلى OxC الثاني (3 eT)، والذي سيسخنه إلى 11 eT.
• 4 - سوف يبرد OxC (1 eT) إلى 0 eT.
• 5 - TP (13 eT) سوف يوازن درجة الحرارة مع 2m OxC (11 eT). سوف يقوم بتسخينه حتى 12 eT، وسوف يبرد إلى 12 eT.

بعد ذلك، سوف يقوم TP الخامس (12 eT) بموازنة درجة الحرارة عند OxC العاشر (9 eT). سوف يقوم بتسخينه حتى 10 eT، وسوف يبرد إلى 11 eT. بعد ذلك، سوف يوازن TP الخامس (11 eT) درجة حرارة الجسم (0 eT)، مما يمنحه 6 eT. سيتم تسخين العلبة حتى 6 eT، وسوف يبرد TP الخامس إلى 5 eT.

• 6 - ستخصص TVEL 12 eT (3 دورات كل منها 4 eT) إلى TP الخامس (5 eT)، والذي سيسخنه إلى 17 eT، وإلى TP السابع (6 eT)، والذي سيسخنه إلى 18 eT.
• 7- TP (18eT) لا يراعى التبريد .
• 8 - TP (1 eT) سوف يوازن درجة حرارة TP السابع (18 eT) ويأخذ 6 eT منه. سوف يبرد TP السابع إلى 12 eT، وسوف يسخن TP الثامن حتى 7 eT.

بعد ذلك، سوف يقوم TP الثامن (7 eT) بموازنة درجة الحرارة عند OxC التاسع (2 eT). ونتيجة لذلك، فإنه سوف يسخن ما يصل إلى 4 eT، وسوف يبرد هو نفسه إلى 5 eT. بعد ذلك، سوف يقوم TP الثامن (5 eT) بموازنة درجة الحرارة عند OxC الرابع (0 eT). ونتيجة لذلك، فإنه سوف يسخن إلى 2 eT، وسوف يبرد هو نفسه إلى 3 eT. بعد ذلك، سوف يقوم TP الثامن (3 eT) بموازنة درجة الحرارة عند OxC الثاني عشر (0 eT). ونتيجة لذلك، فإنه سوف يسخن إلى 1 eT، وسوف يبرد هو نفسه إلى 2 eT. بعد ذلك، سوف يقوم جهاز TR الثامن (2 eT) بموازنة درجة حرارة وعاء المفاعل (6 eT)، مع أخذ 2 eT منه. سوف تبرد العلبة إلى 4 eT، وسوف تسخن TP الثامن حتى 4 eT.

• 9 - سوف يبرد OxC (4 eT) إلى 3 eT.
• 10 - سوف يبرد OxC (10 eT) إلى 9 eT.
• 11 - ستخصص TVEL 8 eT (دورتان كل منهما 4 eT) إلى OxC العاشر (9 eT)، والذي سيسخنه إلى 17 eT، وإلى TP الثالث عشر (8 eT)، والذي سيسخنه إلى 16 eT.
• 12 - سوف يبرد OxC (1 eT) إلى 0 eT.
• 13 - TP (8 eT) لا يؤخذ في الاعتبار التبريد.

التسخين النهائي بعد الخطوة الثانية:

• وعاء المفاعل - 4 eT
• 1TP - 16 eT
• 2ОhС - 12 eT
• 4ООС - 2EТ
• 5TP - 17 eT
• 7TP - 12 eT
• 8TP - 4 eT
• 9ООС - 3EТ
• 10 أوه - 17 إي تي
• 12 درجة مئوية - 0 درجة مئوية
• 13TP - 16 eT