معدل تفاعل المفاعل النووي. مفاعل نووي ، مبدأ التشغيل ، تشغيل مفاعل نووي

الفصل الثامن مبدأ تشغيل وإمكانيات المفاعل النووي 1. تصميم المفاعل النووي يتكون المفاعل النووي من العناصر الخمسة الرئيسية التالية: 1) الوقود النووي ؛ 2) وسيط النيوترون ؛ 3) نظام التحكم ؛ 4) نظام التبريد ؛ 5) واقية

الفصل 11 الجهاز الداخلي للتيار الكهربائي §1. ثنائي القطب الجزيئي 2. الاستقطاب الإلكتروني §3. جزيئات قطبية الاستقطاب التوجيهي §4. المجالات الكهربائية في فراغات العازل §5. ثابت عازل للسوائل ؛ صيغة كلوسيوس - موسوتي §6.

هذه الأسطوانة الرمادية التي لا توصف هي الرابط الرئيسي في الصناعة النووية الروسية. بالطبع ، لا يبدو حسن المظهر للغاية ، ولكن بمجرد أن تفهم الغرض منه وتنظر إلى الخصائص التقنية ، تبدأ في إدراك سبب حراسة الدولة لسر إنشائها وهيكلها مثل قرة عينها.

نعم ، لقد نسيت أن أقدم: أمامك جهاز طرد مركزي غازي لفصل نظائر اليورانيوم VT-3F (الجيل التاسع). مبدأ التشغيل أساسي ، مثله مثل فاصل الحليب ، الثقيل ، تحت تأثير قوة الطرد المركزي ، مفصول عن الضوء. إذن ما هو المغزى والتفرد؟

بادئ ذي بدء ، دعنا نجيب على سؤال آخر - ولكن بشكل عام ، لماذا نفصل اليورانيوم؟

اليورانيوم الطبيعي ، الموجود مباشرة في الأرض ، عبارة عن مزيج من نظيرين: اليورانيوم 238و اليورانيوم 235(و 0.0054٪ U-234).
اليورانيوم 238، إنه معدن رمادي ثقيل فقط. يمكنك صنع قذيفة مدفعية منها ، حسنًا ، أو ... سلسلة مفاتيح. وإليك ما يمكنك فعله اليورانيوم 235؟ حسنًا ، أولاً ، قنبلة ذرية ، وثانيًا وقود لمحطات الطاقة النووية. وهنا نأتي إلى السؤال الرئيسي - كيف نفصل هاتين الذرتين المتماثلتين تقريبًا عن بعضهما البعض؟ لا حقا كيف؟!

على فكرة:نصف قطر نواة ذرة اليورانيوم 1.5 10-8 سم.

من أجل دفع ذرات اليورانيوم إلى السلسلة التكنولوجية ، يجب تحويلها (اليورانيوم) إلى حالة غازية. لا فائدة من الغليان ، يكفي جمع اليورانيوم بالفلور والحصول على سادس فلوريد اليورانيوم HFC. تكنولوجيا إنتاجه ليست معقدة للغاية ومكلفة ، وبالتالي HFCالحصول على حق حيث يتم استخراج هذا اليورانيوم. سادس فلوريد اليورانيوم هو مركب اليورانيوم الوحيد شديد التقلب (عند تسخينه إلى 53 درجة مئوية ، ينتقل سداسي فلوريد (في الصورة) مباشرة من الحالة الصلبة إلى الغازية). ثم يتم ضخها في حاويات خاصة وإرسالها للتخصيب.

القليل من التاريخ

في بداية السباق النووي ، أتقن أعظم العقول العلمية ، كل من الاتحاد السوفياتي والولايات المتحدة الأمريكية ، فكرة فصل الانتشار - تمرير اليورانيوم من خلال غربال. صغير 235سوف ينزلق النظير ، و "السميك" 238يعلق. ولم يكن صنع غربال بثقوب النانو للصناعة السوفيتية في عام 1946 هو المهمة الأكثر صعوبة.

من تقرير إسحاق كونستانتينوفيتش كيكوين في المجلس العلمي والتقني التابع لمجلس مفوضي الشعب (الوارد في مجموعة المواد التي رفعت عنها السرية حول المشروع الذري لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (Ed. Ryabev)): في الوقت الحاضر ، تعلمنا كيفية عمل شبكات بفتحات بحوالي 5/1000 مم ، أي 50 ضعف متوسط ​​المسار الحر للجزيئات عند الضغط الجوي. لذلك ، يجب أن يكون ضغط الغاز الذي يحدث عنده فصل النظائر على هذه الشبكات أقل من 1/50 من الضغط الجوي. من الناحية العملية ، نتوقع العمل عند ضغط يبلغ حوالي 0.01 من الغلاف الجوي ، أي في ظل ظروف فراغ جيدة. يُظهر الحساب أنه من أجل الحصول على منتج مُخصب بتركيز 90٪ في نظير خفيف (مثل هذا التركيز يكفي للحصول على مادة متفجرة) ، يجب توصيل حوالي 2000 خطوة من هذا القبيل في سلسلة. في الآلة التي صممناها وصنعناها جزئيًا ، من المتوقع أن تنتج 75-100 جم من اليورانيوم -235 يوميًا. سيتألف التثبيت من 80-100 "عمود" تقريبًا ، كل منها يحتوي على 20-25 خطوة. "

يوجد أدناه وثيقة - تقرير بيريا إلى ستالين حول التحضير للانفجار النووي الأول. فيما يلي إشارة صغيرة إلى المواد النووية المتراكمة في بداية صيف عام 1949.

والآن تخيل لنفسك - 2000 منشأة ضخمة ، من أجل حوالي 100 جرام! حسنًا ، إلى أين نذهب ، هناك حاجة إلى القنابل. وبدأوا في بناء المصانع ، وليس فقط المصانع ، ولكن المدن بأكملها. حسنًا ، المدن فقط ، تتطلب محطات الانتشار هذه قدرًا كبيرًا من الكهرباء بحيث كان عليها بناء محطات طاقة منفصلة في مكان قريب.

في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، تم تصميم المرحلة الأولى D-1 من المصنع رقم 813 لإنتاج إجمالي يبلغ 140 جرامًا من 92-93٪ يورانيوم -235 يوميًا في سلسلتين من 3100 مرحلة فصل متطابقة في الطاقة. تم تخصيص مصنع طائرات غير مكتمل في قرية Verkh-Neyvinsk ، على بعد 60 كم من سفيردلوفسك ، للإنتاج. في وقت لاحق تحول إلى Sverdlovsk-44 ، والمصنع 813 (في الصورة) إلى مصنع Ural Electrochemical - أكبر إنتاج للعزل في العالم.

وعلى الرغم من تصحيح أخطاء تقنية فصل الانتشار ، وإن كانت مصحوبة بصعوبات تكنولوجية كبيرة ، فإن فكرة إتقان عملية طرد مركزي أكثر اقتصادا لم تترك جدول الأعمال. بعد كل شيء ، إذا تمكنت من إنشاء جهاز طرد مركزي ، فسيتم تقليل استهلاك الطاقة من 20 إلى 50 مرة!

كيف يتم تركيب جهاز الطرد المركزي؟

يتم ترتيبه أكثر من العنصر الأساسي ويبدو وكأنه غسالة قديمة تعمل في وضع "الدوران / التجفيف". في غلاف مختوم يوجد دوار دوار. هذا الدوار مزود بالغاز (UF6). بسبب قوة الطرد المركزي ، التي تزيد بمئات الآلاف من المرات عن مجال جاذبية الأرض ، يبدأ الغاز بالانفصال إلى كسور "ثقيلة" و "خفيفة". تبدأ الجزيئات الخفيفة والثقيلة بالتجمع في مناطق مختلفة من الدوار ، ولكن ليس في المركز وعلى طول المحيط ، ولكن في الأعلى والأسفل.

يحدث هذا بسبب التيارات الحرارية - يتم تسخين غطاء الدوار ويحدث تدفق عكسي للغاز. يوجد في الجزء العلوي والسفلي من الأسطوانة أنبوبان صغيران - المدخل. يدخل الخليط المستنفد إلى الأنبوب السفلي ، ويدخل الخليط الذي يحتوي على تركيز أعلى من الذرات إلى الأنبوب العلوي 235U. يدخل هذا الخليط في جهاز الطرد المركزي التالي ، وهكذا ، حتى التركيز 235لن يصل اليورانيوم إلى القيمة المطلوبة. سلسلة من أجهزة الطرد المركزي تسمى سلسلة.

ميزات تقنية.

حسنًا ، أولاً ، سرعة الدوران - في الجيل الحديث من أجهزة الطرد المركزي تصل إلى 2000 دورة في الدقيقة (لا أعرف حتى ما أقارن به ... أسرع بعشر مرات من التوربينات في محرك الطائرة)! وهي تعمل بلا توقف لثلاثة عقود من السنين! أولئك. الآن أجهزة الطرد المركزي التي تم تشغيلها تحت بريجنيف تدور في مجموعات متتالية! لم يعد اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية موجودًا ، لكنهم يستمرون في الدوران والدوران. ليس من الصعب حساب أنه خلال دورة عمله ، يقوم الدوار بإحداث 2،000،000،000،000 (2 تريليون) دورة. وأي نوع من المحامل يمكنه التعامل معها؟ نعم لا شيء! لا توجد اتجاهات.

الجزء المتحرك نفسه عبارة عن قمة عادية ، وفي الجزء السفلي له إبرة قوية تستند إلى محمل دفع من اكسيد الالمونيوم ، والطرف العلوي معلق في فراغ ، ممسوك بمجال كهرومغناطيسي. الإبرة ليست بسيطة أيضًا ، فهي مصنوعة من سلك عادي لأوتار البيانو ، وهي مقواة بطريقة صعبة للغاية (ما - جي تي). ليس من الصعب تخيل أنه مع مثل هذه السرعة الهائلة للدوران ، يجب ألا تكون أجهزة الطرد المركزي نفسها متينة فحسب ، بل يجب أن تكون فائقة القوة.

يتذكر الأكاديمي جوزيف فريدلاندر: كان من الممكن إطلاق النار عليهم ثلاث مرات. ذات مرة ، عندما تلقينا بالفعل جائزة لينين ، وقع حادث كبير ، وانفجر غطاء جهاز الطرد المركزي. قطع متناثرة ، ودمرت أجهزة الطرد المركزي الأخرى. ارتفعت سحابة مشعة. اضطررت إلى إيقاف الخط بأكمله - كيلومتر واحد من التركيبات! كانت أجهزة الطرد المركزي في سريدماش تحت قيادة الجنرال زفيريف ، قبل المشروع الذري الذي كان يعمل في مقاطعة بيريا. وقال الجنرال في الاجتماع: "الوضع حرج. الدفاع عن البلاد تحت التهديد. إذا لم نصحح الموقف بسرعة ، فسوف تتكرر السنة السابعة والثلاثون من أجلك. وعلى الفور تم إغلاق الاجتماع. ثم توصلنا إلى تقنية جديدة تمامًا مع هيكل موحد متناح تمامًا للأغطية ، ولكن كانت هناك حاجة إلى تركيبات معقدة للغاية. منذ ذلك الحين ، تم إنتاج هذه الأغطية. لم يكن هناك المزيد من المشاكل. يوجد في روسيا ثلاثة مصانع تخصيب ، مئات الآلاف من أجهزة الطرد المركزي.
في الصورة: اختبارات الجيل الأول من أجهزة الطرد المركزي

كانت علب الدوار أيضًا معدنية في البداية ، حتى تم استبدالها بـ ... ألياف الكربون. خفيفة الوزن ومقاومة للغاية للتمزق ، وهي مادة مثالية لأسطوانة دوارة.

يتذكر ألكسندر كوركين ، المدير العام لـ UEIP (2009-2012): "لقد أصبح الأمر سخيفًا. عند اختبار واختبار جيل جديد من أجهزة الطرد المركزي "أكثر دوارة" ، لم ينتظر أحد الموظفين حتى يتوقف الدوار تمامًا ، وفصله عن السلسلة وقرر نقله إلى الحامل بين ذراعيه. لكن بدلاً من المضي قدمًا ، مهما قاومته بشدة ، اعتنق هذه الأسطوانة وبدأ في التحرك للخلف. لذلك رأينا بأعيننا أن الأرض تدور ، والجيروسكوب قوة عظيمة ".

من اخترع؟

أوه ، إنه لغز مغمور بالغموض وملفوف بالغموض. هنا لديك الفيزيائيون الألمان المأسورون ، ووكالة المخابرات المركزية ، وضباط SMERSH وحتى الطيار الجاسوس باورز. بشكل عام ، تم وصف مبدأ جهاز الطرد المركزي الغازي في نهاية القرن التاسع عشر.

حتى في فجر المشروع الذري ، اقترح فيكتور سيرجيف ، مهندس مكتب التصميم الخاص لمصنع كيروف ، طريقة فصل بالطرد المركزي ، لكن زملائه في البداية لم يوافقوا على فكرته. في الوقت نفسه ، حارب علماء من ألمانيا المهزومة على إنشاء جهاز طرد مركزي في مركبة خاصة NII-5 في سوخومي: الدكتور ماكس ستينبيك ، الذي عمل تحت قيادة هتلر كمهندس رئيسي لشركة سيمنز ، وجيرنوت زيبي ، ميكانيكي سابق في Luftwaffe ، خريج جامعة فيينا. في المجموع ، ضمت المجموعة حوالي 300 عالم فيزيائي "مُصدَّر".

يتذكر أليكسي كاليتيفسكي ، المدير العام لشركة CJSC Centrotech-SPb التابعة لشركة State Corporation Rosatom: توصل المتخصصون لدينا إلى استنتاج مفاده أن أجهزة الطرد المركزي الألمانية غير مناسبة على الإطلاق للإنتاج الصناعي. لم يكن لدى جهاز Steenbeck نظام لنقل المنتج المخصب جزئيًا إلى المرحلة التالية. تم اقتراح تبريد أطراف الغطاء وتجميد الغاز ، ثم فك التجميد ، وجمعه ووضعه في جهاز الطرد المركزي التالي. وهذا يعني أن المخطط لا يعمل. ومع ذلك ، كان للمشروع بعض الحلول التقنية المثيرة للاهتمام وغير العادية. تم دمج هذه "الحلول المثيرة وغير العادية" مع النتائج التي حصل عليها العلماء السوفييت ، ولا سيما مع مقترحات فيكتور سيرجيف. من الناحية النسبية ، فإن جهاز الطرد المركزي المدمج لدينا هو ثلث ثمرة الفكر الألماني وثلثي الفكر السوفيتي ".بالمناسبة ، عندما جاء سيرجيف إلى أبخازيا وعبر لنفس ستينبيك وزيبي عن أفكاره بشأن اختيار اليورانيوم ، رفضها ستينبيك وزيبي ووصفها بأنها غير قابلة للتحقيق.

إذن ما الذي توصل إليه سيرجيف.

وكان اقتراح سيرجيف هو إنشاء أجهزة لأخذ عينات الغاز على شكل أنابيب بيتوت. لكن الدكتور ستينبيك ، الذي كان يعتقد أنه يأكل أسنانه في هذا الموضوع ، كان قاطعًا: "سوف يبطئون التدفق ويسببون الاضطرابات ولن يكون هناك انفصال!" بعد سنوات ، وهو يعمل على مذكراته ، سوف يندم على ذلك: "فكرة تستحق أن تأتي منا! لكنها لم تخطر ببالي ... "

في وقت لاحق ، عندما كان خارج الاتحاد السوفياتي ، لم يعد Steenbeck يتعامل مع أجهزة الطرد المركزي. لكن جيرونت تسيبي ، قبل مغادرته إلى ألمانيا ، أتيحت له الفرصة للتعرف على النموذج الأولي لأجهزة الطرد المركزي لسيرجييف والمبدأ البسيط المبتكر لعمله. مرة واحدة في الغرب ، "الماكرة Zippe" ، كما كان يطلق عليه غالبًا ، حصل على براءة اختراع لتصميم جهاز الطرد المركزي باسمه (براءة الاختراع رقم 1071597 لعام 1957 ، معلقة في 13 دولة). في عام 1957 ، بعد أن انتقلت إلى الولايات المتحدة الأمريكية ، قامت Zippe ببناء منشأة عاملة هناك ، حيث أعادت إنتاج النموذج الأولي لسيرجيف من الذاكرة. وأطلق عليها ، دعونا نشيد ، "جهاز الطرد المركزي الروسي" (في الصورة).

بالمناسبة ، أظهرت الهندسة الروسية نفسها في العديد من الحالات الأخرى. مثال على ذلك هو صمام الإغلاق الأولي للطوارئ. لا توجد أجهزة استشعار وأجهزة كشف ودوائر إلكترونية. لا يوجد سوى صنبور السماور ، الذي يلامس بتلاته إطار الشلال. إذا حدث خطأ ما ، وقام جهاز الطرد المركزي بتغيير موقعه في الفضاء ، فإنه ببساطة يستدير ويغلق خط المدخل. إنها مثل مزحة حول قلم أمريكي وقلم رصاص روسي في الفضاء.

أيامنا

كان مؤلف هذه السطور حاضرًا هذا الأسبوع في حدث مهم - إغلاق المكتب الروسي لمراقبي وزارة الطاقة الأمريكية بموجب العقد HEU-LEU. كانت هذه الصفقة (اليورانيوم العالي التخصيب واليورانيوم المنخفض التخصيب) ، ولا تزال ، أكبر اتفاقية للطاقة النووية بين روسيا وأمريكا. بموجب شروط العقد ، قام العلماء النوويون الروس بمعالجة 500 طن من اليورانيوم المستخدم في صنع الأسلحة (90 ٪) إلى وقود (4 ٪) من مركبات الكربون الهيدروفلورية لمحطات الطاقة النووية الأمريكية. وبلغت عائدات 1993-2009 ما قيمته 8.8 مليار دولار أمريكي. كانت هذه هي النتيجة المنطقية للاختراق التكنولوجي لعلمائنا النوويين في مجال فصل النظائر ، الذي تم إجراؤه في سنوات ما بعد الحرب.
في الصورة: شلالات من أجهزة الطرد المركزي الغازية في إحدى ورش UEIP. يوجد حوالي 100،000 منهم هنا.

بفضل أجهزة الطرد المركزي ، تلقينا آلاف الأطنان من المنتجات العسكرية والتجارية الرخيصة نسبيًا. الصناعة النووية ، واحدة من الصناعات القليلة المتبقية (الطيران العسكري ، الفضاء) ، حيث تتمتع روسيا بتفوق لا جدال فيه. الطلبات الأجنبية فقط لمدة عشر سنوات قادمة (من 2013 إلى 2022) ، محفظة Rosatom باستثناء العقد HEU-LEU 69.3 مليار دولار. في عام 2011 ، تجاوزت 50 مليار ...
في الصورة ، مستودع للحاويات مع مركبات الكربون الهيدروفلورية في UEIP.

في 28 سبتمبر 1942 ، تم تبني قرار لجنة دفاع الدولة رقم 2352ss "بشأن تنظيم العمل على اليورانيوم". يعتبر هذا التاريخ البداية الرسمية لتاريخ الصناعة النووية في روسيا.

دائمًا ما يكون تفاعل الانشطار المتسلسل مصحوبًا بإطلاق طاقة هائلة الحجم. الاستخدام العملي لهذه الطاقة هو المهمة الرئيسية للمفاعل النووي.

المفاعل النووي هو جهاز يحدث فيه تفاعل انشطاري نووي متحكم فيه أو متحكم فيه.

وفقًا لمبدأ التشغيل ، تنقسم المفاعلات النووية إلى مجموعتين: مفاعلات نيوترونية حرارية ومفاعلات نيوترونية سريعة.

كيف يعمل مفاعل نووي حراري نيوتروني؟

يحتوي المفاعل النووي النموذجي على:

• الأساسية والمنسق ؛
• عاكس نيوتروني
• المبرد.
• نظام التحكم في رد الفعل المتسلسل ، الحماية في حالات الطوارئ ؛
• نظام التحكم والحماية من الإشعاع ؛
• نظام التحكم عن بعد.

1 - منطقة نشطة 2 - عاكس 3 - الحماية ؛ 4 - قضبان التحكم 5 - المبرد 6 - مضخات 7 - مبادل حراري 8 - التوربينات 9 - المولد 10 - مكثف.

الأساسية والمشرف

في القلب يحدث تفاعل سلسلة الانشطار المتحكم به.

تعمل معظم المفاعلات النووية على نظائر ثقيلة من اليورانيوم 235. لكن في العينات الطبيعية لخام اليورانيوم ، لا يتجاوز محتواه 0.72٪. هذا التركيز لا يكفي لتطور تفاعل متسلسل. لذلك ، يتم إثراء الخام صناعياً ، وبذلك يصل محتوى هذا النظير إلى 3٪.

يتم وضع المواد الانشطارية ، أو الوقود النووي ، على شكل كريات في قضبان محكمة الإغلاق تسمى TVELs (عناصر الوقود). أنها تتخلل كامل المنطقة النشطة مليئة الوسيطالنيوترونات.

لماذا يحتاج المفاعل النووي إلى وسيط نيوتروني؟

الحقيقة هي أن النيوترونات التي ولدت بعد اضمحلال نوى اليورانيوم -235 لها سرعة عالية جدًا. إن احتمال التقاطها بواسطة نوى يورانيوم أخرى أقل بمئات المرات من احتمال التقاط النيوترونات البطيئة. وإذا لم تقلل من سرعتها ، فقد يتلاشى التفاعل النووي بمرور الوقت. الوسيط يحل مشكلة تقليل سرعة النيوترونات. إذا تم وضع الماء أو الجرافيت في مسار النيوترونات السريعة ، فيمكن تقليل سرعتها بشكل مصطنع وبالتالي يمكن زيادة عدد الجسيمات التي تلتقطها الذرات. في الوقت نفسه ، هناك حاجة إلى كمية أقل من الوقود النووي للتفاعل المتسلسل في المفاعل.

نتيجة لعملية التباطؤ ، نيوترونات حرارية، سرعتها عمليا تساوي سرعة الحركة الحرارية لجزيئات الغاز في درجة حرارة الغرفة.

كوسيط في المفاعلات النووية ، يتم استخدام الماء والماء الثقيل (أكسيد الديوتيريوم D 2 O) والبريليوم والجرافيت. لكن أفضل وسيط هو الماء الثقيل D 2 O.

عاكس نيوتروني

لتجنب تسرب النيوترونات إلى البيئة ، يتم إحاطة قلب المفاعل النووي عاكس نيوتروني. كمادة للعاكسات ، غالبًا ما تستخدم نفس المواد المستخدمة في الوسطاء.

المبرد

تتم إزالة الحرارة المنبعثة أثناء التفاعل النووي باستخدام مبرد. كمبرد في المفاعلات النووية ، غالبًا ما يتم استخدام الماء الطبيعي العادي ، والذي تم تنقيته مسبقًا من الشوائب والغازات المختلفة. ولكن نظرًا لأن الماء يغلي بالفعل عند درجة حرارة 100 درجة مئوية وضغط 1 ضغط جوي ، من أجل زيادة نقطة الغليان ، يزداد الضغط في دائرة المبرد الأساسي. يغسل ماء الدائرة الأولية ، التي تدور عبر قلب المفاعل ، قضبان الوقود ، بينما تسخن إلى درجة حرارة 320 ْم. علاوة على ذلك ، داخل المبادل الحراري ، ينبعث الحرارة إلى ماء الدائرة الثانية. يمر التبادل عبر أنابيب التبادل الحراري ، لذلك لا يوجد اتصال مع ماء الدائرة الثانوية. هذا لا يشمل دخول المواد المشعة إلى الدائرة الثانية للمبادل الحراري.

ثم يحدث كل شيء كما هو الحال في محطة توليد الطاقة الحرارية. يتحول الماء في الدائرة الثانية إلى بخار. يعمل البخار على تشغيل التوربينات التي تشغل المولد الكهربائي الذي يولد الكهرباء.

في مفاعلات الماء الثقيل ، المبرد هو الماء الثقيل D 2 O ، وفي المفاعلات ذات المبردات المعدنية السائلة ، يكون معدنًا منصهرًا.

نظام التحكم في التفاعل المتسلسل

تتميز الحالة الحالية للمفاعل بكمية تسمى التفاعلية.

ρ = ( ك -1) / ك ,

ك = ن أنا / ن أنا -1 ,

أين ك هو عامل الضرب النيوتروني ،

ن أنا هو عدد نيوترونات الجيل القادم في تفاعل الانشطار النووي ،

ن أنا -1 , هو عدد نيوترونات الجيل السابق في نفس التفاعل.

اذا كان ك ˃ 1 ، يتراكم التفاعل المتسلسل ، يسمى النظام فوق الحرجةالعاشر. اذا كان ك< 1 ، يتحلل التفاعل المتسلسل ، ويسمى النظام دون الحرجة. في ك = 1 المفاعل في حالة حرجة مستقرة، لأن عدد النوى الانشطارية لا يتغير. في هذه الحالة ، التفاعلية ρ = 0 .

يتم الحفاظ على الحالة الحرجة للمفاعل (عامل مضاعفة النيوترونات المطلوب في مفاعل نووي) عن طريق الحركة قضبان التحكم. تشتمل المواد التي صنعت منها على مواد تمتص النيوترونات. يتحكم دفع أو دفع هذه القضبان في القلب في معدل تفاعل الانشطار النووي.

يوفر نظام التحكم التحكم في المفاعل أثناء بدء التشغيل ، والإغلاق المخطط له ، والتشغيل عند الطاقة ، فضلاً عن الحماية الطارئة للمفاعل النووي. يتم تحقيق ذلك عن طريق تغيير موضع قضبان التحكم.

إذا انحرف أي من معلمات المفاعل (درجة الحرارة ، والضغط ، ومعدل تدفق الطاقة ، واستهلاك الوقود ، وما إلى ذلك) عن القاعدة ، وقد يؤدي ذلك إلى وقوع حادث خاص قضبان الطوارئوهناك توقف سريع للتفاعل النووي.

للتأكد من أن معلمات المفاعل تتوافق مع المعايير ، راقب أنظمة المراقبة والحماية من الإشعاع.

لحماية البيئة من الإشعاع المشع ، يوضع المفاعل في صندوق خرساني سميك.

أنظمة التحكم عن بعد

يتم إرسال جميع الإشارات حول حالة المفاعل النووي (درجة حرارة المبرد ، ومستوى الإشعاع في أجزاء مختلفة من المفاعل ، وما إلى ذلك) إلى لوحة التحكم في المفاعل ومعالجتها في أنظمة الكمبيوتر. يتلقى المشغل جميع المعلومات والتوصيات اللازمة لإزالة بعض الانحرافات.

مفاعلات نيوترونية سريعة

الفرق بين هذا النوع من المفاعلات ومفاعلات النيوترونات الحرارية هو أن النيوترونات السريعة التي تنشأ بعد تحلل اليورانيوم -235 لا تتباطأ ، بل يمتصها اليورانيوم 238 مع تحوله اللاحق إلى بلوتونيوم 239. لذلك ، تُستخدم مفاعلات النيوترونات السريعة لإنتاج البلوتونيوم 239 المستخدم في صنع الأسلحة والطاقة الحرارية ، والتي يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية بواسطة مولدات محطات الطاقة النووية.

الوقود النووي في هذه المفاعلات هو اليورانيوم 238 ، والمادة الخام هي اليورانيوم 235.

في خام اليورانيوم الطبيعي ، 99.2745٪ هو اليورانيوم 238. عندما يتم امتصاص نيوترون حراري ، فإنه لا ينشطر ، بل يصبح نظيرًا لليورانيوم 239.

بعد مرور بعض الوقت على تحلل β ، يتحول اليورانيوم 239 إلى نواة النبتونيوم 239:

239 92 U → 239 93 Np + 0 -1 هـ

بعد ثاني اضمحلال بيتا ، يتشكل البلوتونيوم 239 الانشطاري:

239 9 3 Np → 239 94 Pu + 0 -1 e

وأخيرًا ، بعد تحلل ألفا لنواة البلوتونيوم 239 ، يتم الحصول على اليورانيوم 235:

239 94 Pu → 235 92 U + 4 2 He

توجد عناصر الوقود بالمواد الخام (اليورانيوم المخصب -235) في قلب المفاعل. هذه المنطقة محاطة بمنطقة تكاثر ، وهي قضبان الوقود بالوقود (اليورانيوم المستنفد 238). يتم التقاط النيوترونات السريعة المنبعثة من اللب بعد تحلل اليورانيوم 235 بواسطة نوى اليورانيوم 238. والنتيجة هي البلوتونيوم 239. وهكذا ، يتم إنتاج وقود نووي جديد في مفاعلات نيوترونية سريعة.

تُستخدم المعادن السائلة أو مخاليطها كمبردات في المفاعلات النووية النيوترونية السريعة.

تصنيف وتطبيق المفاعلات النووية

تستخدم المفاعلات النووية بشكل رئيسي في محطات الطاقة النووية. بمساعدتهم ، يتم الحصول على الطاقة الكهربائية والحرارية على نطاق صناعي. تسمى هذه المفاعلات طاقة .

تستخدم المفاعلات النووية على نطاق واسع في أنظمة الدفع للغواصات النووية الحديثة ، والسفن السطحية ، وفي تكنولوجيا الفضاء. أنها تزود الطاقة الكهربائية للمحركات ويسمى مفاعلات النقل .

للبحث العلمي في مجال الفيزياء النووية والكيمياء الإشعاعية ، يتم استخدام تدفقات النيوترونات وأشعة جاما ، والتي يتم الحصول عليها في القلب مفاعلات البحث. لا تتجاوز الطاقة المولدة منها 100 ميغاواط ولا تستخدم للأغراض الصناعية.

قوة المفاعلات التجريبية حتى أقل. تصل قيمة بضعة كيلوواط فقط. في هذه المفاعلات ، يتم دراسة الكميات الفيزيائية المختلفة ، والتي تعتبر أهميتها مهمة في تصميم التفاعلات النووية.

إلى مفاعلات صناعية مفاعلات لإنتاج النظائر المشعة المستخدمة للأغراض الطبية ، وكذلك في مختلف مجالات الصناعة والتكنولوجيا. مفاعلات تحلية مياه البحر هي أيضًا مفاعلات صناعية.