Bilis ng reaksyon ng nuclear reactor. Nuclear reactor, prinsipyo ng pagpapatakbo, pagpapatakbo ng nuclear reactor
Ang pagbuo ng nuclear power ay isang moderno at mabilis na umuunlad na paraan ng paggawa ng kuryente. Alam mo ba kung paano gumagana ang mga nuclear power plant? Ano ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear power plant? Anong mga uri ng nuclear reactor ang umiiral ngayon? Susubukan naming isaalang-alang nang detalyado ang scheme ng pagpapatakbo ng isang nuclear power plant, suriin ang istraktura ng isang nuclear reactor at alamin kung gaano kaligtas ang nuclear na paraan ng pagbuo ng kuryente.
Anumang istasyon ay isang saradong lugar na malayo sa isang residential area. Mayroong ilang mga gusali sa teritoryo nito. Ang pinakamahalagang istraktura ay ang gusali ng reaktor, sa tabi nito ay ang silid ng turbine kung saan kinokontrol ang reaktor, at ang gusali ng kaligtasan.
Imposible ang scheme nang walang nuclear reactor. Ang atomic (nuclear) reactor ay isang nuclear power plant device na idinisenyo upang ayusin ang isang chain reaction ng neutron fission na may obligadong pagpapalabas ng enerhiya sa prosesong ito. Ngunit ano ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear power plant?
Ang buong pag-install ng reactor ay makikita sa gusali ng reactor, isang malaking konkretong tore na nagtatago sa reaktor at maglalaman ng lahat ng mga produkto ng nuclear reaction kung sakaling magkaroon ng aksidente. Ang malaking tore na ito ay tinatawag na containment, hermetic shell o containment zone.
Ang hermetic zone sa mga bagong reactor ay may 2 makapal na kongkretong pader - mga shell.
Ang panlabas na shell, na 80 cm ang kapal, ay nagpoprotekta sa containment zone mula sa mga panlabas na impluwensya.
Ang panloob na shell, 1 metrong 20 cm ang kapal, ay may mga espesyal na bakal na kable na nagpapataas ng lakas ng kongkreto nang halos tatlong beses at mapipigilan ang istraktura na gumuho. Sa loob, ito ay may linya na may manipis na sheet ng espesyal na bakal, na idinisenyo upang magsilbing karagdagang proteksyon para sa containment at, sa kaganapan ng isang aksidente, hindi upang palabasin ang mga nilalaman ng reactor sa labas ng containment zone.
Ang disenyo ng nuclear power plant ay nagbibigay-daan dito na makatiis sa pagbagsak ng eroplano na tumitimbang ng hanggang 200 tonelada, isang magnitude 8 na lindol, isang buhawi at isang tsunami.
Ang unang selyadong shell ay itinayo sa American Connecticut Yankee nuclear power plant noong 1968.
Ang kabuuang taas ng containment zone ay 50-60 metro.
Ano ang binubuo ng nuclear reactor?
Upang maunawaan ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor, at samakatuwid ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear power plant, kailangan mong maunawaan ang mga bahagi ng reaktor. 
- Aktibong sona. Ito ang lugar kung saan inilalagay ang nuclear fuel (fuel generator) at moderator. Ang mga atomo ng gasolina (kadalasan ang uranium ay ang gasolina) ay sumasailalim sa isang chain fission reaction. Ang moderator ay idinisenyo upang kontrolin ang proseso ng fission at nagbibigay-daan para sa kinakailangang reaksyon sa mga tuntunin ng bilis at lakas.
- Neutron reflector. Ang isang reflector ay pumapalibot sa core. Binubuo ito ng parehong materyal bilang moderator. Sa esensya, ito ay isang kahon, ang pangunahing layunin nito ay upang maiwasan ang mga neutron na umalis sa core at pumasok sa kapaligiran.
- Coolant. Ang coolant ay dapat sumipsip ng init na inilabas sa panahon ng fission ng mga atomo ng gasolina at ilipat ito sa iba pang mga sangkap. Ang coolant ay higit na tumutukoy kung paano idinisenyo ang isang nuclear power plant. Ang pinakasikat na coolant ngayon ay tubig.
Sistema ng kontrol ng reaktor. Mga sensor at mekanismo na nagpapagana sa isang nuclear power plant reactor.
Panggatong para sa mga nuclear power plant
Ano ang pinapatakbo ng nuclear power plant? Ang gasolina para sa mga nuclear power plant ay mga elemento ng kemikal na may mga katangian ng radioactive. Sa lahat ng mga nuclear power plant, ang elementong ito ay uranium.
Ang disenyo ng mga istasyon ay nagpapahiwatig na ang mga nuclear power plant ay gumagana sa kumplikadong composite fuel, at hindi sa isang purong kemikal na elemento. At upang kunin ang uranium fuel mula sa natural na uranium, na na-load sa isang nuclear reactor, kinakailangan na magsagawa ng maraming manipulasyon.
Pinagyamang uranium
Ang uranium ay binubuo ng dalawang isotopes, iyon ay, naglalaman ito ng nuclei na may iba't ibang masa. Pinangalanan sila sa bilang ng mga proton at neutron isotope -235 at isotope-238. Ang mga mananaliksik noong ika-20 siglo ay nagsimulang kumuha ng uranium 235 mula sa ore, dahil... mas madaling mabulok at mabago. Ito ay lumabas na ang naturang uranium sa kalikasan ay 0.7% lamang (ang natitirang porsyento ay napupunta sa ika-238 na isotope).
Ano ang gagawin sa kasong ito? Nagpasya silang pagyamanin ang uranium. Ang pagpapayaman ng uranium ay isang proseso kung saan maraming kinakailangang 235x isotopes ang nananatili dito at kakaunti ang hindi kinakailangang 238x isotopes. Ang gawain ng mga enrichers ng uranium ay gawing 0.7% ang halos 100% na uranium-235.
Ang uranium ay maaaring pagyamanin gamit ang dalawang teknolohiya: gas diffusion o gas centrifuge. Upang magamit ang mga ito, ang uranium na nakuha mula sa ore ay na-convert sa isang gas na estado. Ito ay pinayaman sa anyo ng gas.
Uranium powder
Ang enriched uranium gas ay na-convert sa isang solid state - uranium dioxide. Ang purong solidong uranium 235 na ito ay lumilitaw bilang malalaking puting kristal, na kalaunan ay dinurog sa uranium powder.
Mga tabletang uranium
Ang mga uranium tablet ay mga solidong metal na disc, dalawang sentimetro ang haba. Upang mabuo ang mga naturang tablet mula sa uranium powder, ito ay halo-halong may isang sangkap - isang plasticizer; pinapabuti nito ang kalidad ng pagpindot sa mga tablet.
Ang mga pinindot na puck ay inihurnong sa temperatura na 1200 degrees Celsius nang higit sa isang araw upang bigyan ang mga tablet ng espesyal na lakas at paglaban sa mataas na temperatura. Kung paano gumagana ang isang nuclear power plant nang direkta ay depende sa kung gaano kahusay ang uranium fuel ay na-compress at inihurnong. 
Ang mga tablet ay inihurnong sa mga kahon ng molibdenum, dahil tanging ang metal na ito ay may kakayahang hindi matunaw sa "impiyerno" na temperatura na higit sa isa at kalahating libong degree. Pagkatapos nito, ang uranium fuel para sa mga nuclear power plant ay itinuturing na handa.
Ano ang TVEL at FA?
Ang reactor core ay mukhang isang malaking disk o pipe na may mga butas sa mga dingding (depende sa uri ng reactor), 5 beses na mas malaki kaysa sa katawan ng tao. Ang mga butas na ito ay naglalaman ng uranium fuel, ang mga atomo nito ay nagsasagawa ng nais na reaksyon.
Imposibleng magtapon lamang ng gasolina sa reaktor, mabuti, maliban kung nais mong magdulot ng pagsabog ng buong istasyon at isang aksidente na may mga kahihinatnan para sa isang pares ng mga kalapit na estado. Samakatuwid, ang uranium fuel ay inilalagay sa mga fuel rod at pagkatapos ay kinokolekta sa mga fuel assemblies. Ano ang ibig sabihin ng mga pagdadaglat na ito?
- Ang TVEL ay isang elemento ng gasolina (hindi dapat malito sa parehong pangalan ng kumpanyang Ruso na gumagawa ng mga ito). Ito ay mahalagang isang manipis at mahabang zirconium tube na gawa sa zirconium alloys kung saan inilalagay ang mga uranium tablet. Nasa fuel rods na ang uranium atoms ay nagsisimulang makipag-ugnayan sa isa't isa, na naglalabas ng init sa panahon ng reaksyon.
Ang Zirconium ay pinili bilang isang materyal para sa paggawa ng mga fuel rod dahil sa refractoriness at anti-corrosion properties nito.
Ang uri ng mga fuel rod ay depende sa uri at istraktura ng reactor. Bilang isang patakaran, ang istraktura at layunin ng mga rod ng gasolina ay hindi nagbabago, ang haba at lapad ng tubo ay maaaring magkakaiba. 
Ang makina ay naglo-load ng higit sa 200 uranium pellets sa isang zirconium tube. Sa kabuuan, humigit-kumulang 10 milyong uranium pellets ang gumagana nang sabay-sabay sa reaktor.
FA - pagpupulong ng gasolina. Tinatawag ng mga manggagawa ng NPP ang mga bundle ng fuel assemblies.
Mahalaga, ang mga ito ay ilang mga baras ng gasolina na pinagsama-sama. Ang FA ay tapos na ang nuclear fuel, kung saan pinapatakbo ang isang nuclear power plant. Ito ay ang mga fuel assemblies na ikinarga sa nuclear reactor. Mga 150 – 400 fuel assemblies ang inilalagay sa isang reactor.
Depende sa reactor kung saan gagana ang mga fuel assemblies, may iba't ibang hugis ang mga ito. Minsan ang mga bundle ay nakatiklop sa isang kubiko, minsan sa isang cylindrical, minsan sa isang heksagonal na hugis.
Ang isang pagpupulong ng gasolina sa loob ng 4 na taon ng operasyon ay gumagawa ng parehong dami ng enerhiya tulad ng kapag nagsusunog ng 670 mga kotse ng karbon, 730 na mga tangke na may natural na gas o 900 na mga tangke na puno ng langis.
Ngayon, ang mga pagtitipon ng gasolina ay ginawa pangunahin sa mga pabrika sa Russia, France, USA at Japan.
Upang maghatid ng gasolina para sa mga nuclear power plant sa ibang mga bansa, ang mga fuel assemblies ay tinatakan sa mahaba at malalapad na metal pipe, ang hangin ay ibinubomba palabas ng mga tubo at inihahatid ng mga espesyal na makina sa mga cargo plane.
Ang nuclear fuel para sa mga nuclear power plant ay napakabigat, dahil... Ang uranium ay isa sa pinakamabibigat na metal sa planeta. Ang tiyak na gravity nito ay 2.5 beses na mas malaki kaysa sa bakal.
Nuclear power plant: prinsipyo ng pagpapatakbo
Ano ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear power plant? Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga nuclear power plant ay batay sa isang chain reaction ng fission ng mga atoms ng isang radioactive substance - uranium. Ang reaksyong ito ay nangyayari sa core ng isang nuclear reactor.
MAHALAGANG MALAMAN:
Nang hindi pumasok sa mga intricacies ng nuclear physics, ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear power plant ay ganito:
Pagkatapos ng pagsisimula ng isang nuclear reactor, ang mga absorber rod ay tinanggal mula sa mga fuel rod, na pumipigil sa uranium mula sa reacting.
Kapag naalis ang mga tungkod, ang mga uranium neutron ay nagsisimulang makipag-ugnayan sa isa't isa.
Kapag ang mga neutron ay nagbanggaan, ang isang maliit na pagsabog ay nangyayari sa antas ng atomic, ang enerhiya ay inilabas at ang mga bagong neutron ay ipinanganak, ang isang chain reaction ay nagsisimulang mangyari. Ang prosesong ito ay bumubuo ng init.
Ang init ay inililipat sa coolant. Depende sa uri ng coolant, ito ay nagiging singaw o gas, na nagpapaikot sa turbine.
Ang turbine ay nagtutulak ng electric generator. Siya ang talagang gumagawa ng electric current.
Kung hindi mo sinusubaybayan ang proseso, ang mga uranium neutron ay maaaring magbanggaan sa isa't isa hanggang sa sumabog ang mga ito sa reaktor at basagin ang buong planta ng nuclear power sa magkapira-piraso. Ang proseso ay kinokontrol ng mga sensor ng computer. Nakikita nila ang pagtaas ng temperatura o pagbabago ng presyon sa reaktor at maaaring awtomatikong ihinto ang mga reaksyon.
Paano naiiba ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga nuclear power plant sa mga thermal power plant (thermal power plants)?
May mga pagkakaiba sa trabaho lamang sa mga unang yugto. Sa isang nuclear power plant, ang coolant ay tumatanggap ng init mula sa fission ng mga atom ng uranium fuel; sa isang thermal power plant, ang coolant ay tumatanggap ng init mula sa combustion ng organic fuel (coal, gas o oil). Matapos ang alinman sa uranium atoms o gas at karbon ay naglabas ng init, ang mga scheme ng pagpapatakbo ng mga nuclear power plant at thermal power plant ay pareho.
Mga uri ng nuclear reactor
Kung paano gumagana ang isang nuclear power plant ay depende sa eksakto kung paano gumagana ang nuclear reactor nito. Ngayon, mayroong dalawang pangunahing uri ng mga reaktor, na inuri ayon sa spectrum ng mga neuron:
Isang mabagal na neutron reactor, na tinatawag ding thermal reactor.
Para sa operasyon nito, ginagamit ang uranium 235, na dumadaan sa mga yugto ng pagpapayaman, paglikha ng mga uranium pellets, atbp. Ngayon, ang karamihan sa mga reactor ay gumagamit ng mabagal na neutron.
Mabilis na neutron reactor.
Ang mga reactor na ito ay ang hinaharap, dahil... Gumagana ang mga ito sa uranium-238, na isang dime isang dosena sa kalikasan at hindi na kailangang pagyamanin ang elementong ito. Ang tanging downside ng naturang mga reactor ay ang napakataas na gastos sa disenyo, konstruksiyon at startup. Ngayon, ang mga mabilis na neutron reactor ay nagpapatakbo lamang sa Russia.
Ang coolant sa mga fast neutron reactor ay mercury, gas, sodium o lead.
Ang mga slow neutron reactor, na ginagamit ng lahat ng nuclear power plant sa mundo ngayon, ay may iba't ibang uri din.
Ang organisasyon ng IAEA (International Atomic Energy Agency) ay lumikha ng sarili nitong klasipikasyon, na kadalasang ginagamit sa pandaigdigang industriya ng enerhiyang nuklear. Dahil ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear power plant ay higit na nakasalalay sa pagpili ng coolant at moderator, ibinatay ng IAEA ang klasipikasyon nito sa mga pagkakaibang ito.
Mula sa isang kemikal na pananaw, ang deuterium oxide ay isang perpektong moderator at coolant, dahil ang mga atom nito ay pinakamabisang nakikipag-ugnayan sa mga neutron ng uranium kumpara sa iba pang mga sangkap. Sa madaling salita, ginagawa ng mabigat na tubig ang gawain nito na may kaunting pagkalugi at pinakamataas na resulta. Gayunpaman, ang produksyon nito ay nagkakahalaga ng pera, habang ang ordinaryong "liwanag" at pamilyar na tubig ay mas madaling gamitin.
Ang ilang mga katotohanan tungkol sa mga nuclear reactor...
Nakatutuwang ang isang nuclear power plant reactor ay tumatagal ng hindi bababa sa 3 taon upang maitayo!
Upang makabuo ng isang reaktor, kailangan mo ng mga kagamitan na nagpapatakbo sa isang electric current na 210 kiloamperes, na isang milyong beses na mas mataas kaysa sa kasalukuyang na maaaring pumatay ng isang tao.
Ang isang shell (structural element) ng isang nuclear reactor ay tumitimbang ng 150 tonelada. Mayroong 6 na naturang elemento sa isang reaktor.
May presyon na reaktor ng tubig
Nalaman na natin kung paano gumagana ang isang nuclear power plant sa pangkalahatan; upang ilagay ang lahat sa pananaw, tingnan natin kung paano gumagana ang pinakasikat na pressureurized water nuclear reactor.
Sa buong mundo ngayon, ginagamit ang henerasyon 3+ na may presyon ng tubig reactors. Ang mga ito ay itinuturing na pinaka maaasahan at ligtas.
Ang lahat ng mga reactor na may presyon ng tubig sa mundo, sa lahat ng mga taon ng kanilang operasyon, ay nakaipon na ng higit sa 1000 taon ng walang problemang operasyon at hindi kailanman nagbigay ng malubhang paglihis. 
Ang istraktura ng mga nuclear power plant gamit ang mga reactor na may presyon ng tubig ay nagpapahiwatig na ang distilled water na pinainit hanggang 320 degrees ay umiikot sa pagitan ng mga fuel rod. Upang maiwasang mapunta ito sa isang estado ng singaw, ito ay pinananatili sa ilalim ng presyon ng 160 atmospheres. Ang diagram ng nuclear power plant ay tinatawag itong primary circuit water.
Ang pinainit na tubig ay pumapasok sa generator ng singaw at ibinibigay ang init nito sa pangalawang circuit na tubig, pagkatapos nito ay "bumalik" muli sa reaktor. Sa panlabas, mukhang ang mga tubo ng tubig ng unang circuit ay nakikipag-ugnay sa iba pang mga tubo - ang tubig ng pangalawang circuit, inililipat nila ang init sa isa't isa, ngunit ang tubig ay hindi nakikipag-ugnay. Ang mga tubo ay nakikipag-ugnayan.
Kaya, ang posibilidad ng radiation na pumapasok sa pangalawang circuit na tubig, na higit na lalahok sa proseso ng pagbuo ng kuryente, ay hindi kasama.
Kaligtasan sa pagpapatakbo ng NPP
Ang pagkakaroon ng natutunan ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga nuclear power plant, dapat nating maunawaan kung paano gumagana ang kaligtasan. Ang pagtatayo ng mga nuclear power plant ngayon ay nangangailangan ng mas mataas na atensyon sa mga panuntunan sa kaligtasan.
Ang mga gastos sa kaligtasan ng NPP ay humigit-kumulang 40% ng kabuuang halaga ng planta mismo. 
Kasama sa disenyo ng nuclear power plant ang 4 na pisikal na hadlang na pumipigil sa paglabas ng mga radioactive substance. Ano ang dapat gawin ng mga hadlang na ito? Sa tamang sandali, magagawang ihinto ang nuclear reaction, tiyakin ang patuloy na pag-alis ng init mula sa core at ang reactor mismo, at maiwasan ang paglabas ng radionuclides na lampas sa containment (hermetic zone).
- Ang unang hadlang ay ang lakas ng uranium pellets. Mahalaga na hindi sila nawasak ng mataas na temperatura sa isang nuclear reactor. Karamihan sa kung paano gumagana ang isang nuclear power plant ay depende sa kung paano ang mga uranium pellets ay "inihurnong" sa panahon ng paunang yugto ng pagmamanupaktura. Kung ang uranium fuel pellets ay hindi nai-bake nang tama, ang mga reaksyon ng uranium atoms sa reactor ay hindi mahuhulaan.
- Ang pangalawang hadlang ay ang higpit ng mga baras ng gasolina. Ang mga tubong zirconium ay dapat na mahigpit na selyado; kung ang selyo ay nasira, kung gayon ang reaktor ay masisira at ang trabaho ay titigil; sa pinakamasama, ang lahat ay lilipad sa hangin.
- Ang ikatlong hadlang ay isang matibay na sisidlan ng bakal na reaktor a, (ang parehong malaking tore - hermetic zone) na "nagtataglay" ng lahat ng radioactive na proseso. Kung ang pabahay ay nasira, ang radiation ay lalabas sa atmospera.
- Ang pang-apat na hadlang ay mga pang-emerhensiyang pamalo ng proteksyon. Ang mga rod na may mga moderator ay sinuspinde sa itaas ng core ng mga magnet, na maaaring sumipsip ng lahat ng neutron sa loob ng 2 segundo at huminto sa chain reaction.
Kung, sa kabila ng disenyo ng isang nuclear power plant na may maraming antas ng proteksyon, hindi posible na palamig ang reactor core sa tamang oras, at ang temperatura ng gasolina ay tumaas sa 2600 degrees, kung gayon ang huling pag-asa ng sistema ng kaligtasan ay papasok sa laro. - ang tinatawag na melt trap.
Ang katotohanan ay na sa temperatura na ito ang ilalim ng sisidlan ng reaktor ay matutunaw, at ang lahat ng mga labi ng nuclear fuel at tinunaw na mga istraktura ay dadaloy sa isang espesyal na "salamin" na sinuspinde sa itaas ng reactor core.
Ang matunaw na bitag ay pinalamig at hindi masusunog. Ito ay puno ng tinatawag na "sacrificial material", na unti-unting humihinto sa fission chain reaction.
Kaya, ang disenyo ng nuclear power plant ay nagpapahiwatig ng ilang antas ng proteksyon, na halos ganap na nag-aalis ng anumang posibilidad ng isang aksidente.
Ang aparato at prinsipyo ng pagpapatakbo ay batay sa pagsisimula at kontrol ng isang self-sustaining nuclear reaction. Ginagamit ito bilang isang tool sa pananaliksik, upang makagawa ng mga radioactive isotopes, at bilang isang mapagkukunan ng enerhiya para sa mga nuclear power plant.
prinsipyo ng pagpapatakbo (maikli)
Gumagamit ito ng proseso kung saan ang isang mabigat na nucleus ay nahahati sa dalawang mas maliliit na fragment. Ang mga fragment na ito ay nasa sobrang excited na estado at naglalabas ng mga neutron, iba pang mga subatomic na particle at photon. Ang mga neutron ay maaaring maging sanhi ng mga bagong fission, na nagreresulta sa mas maraming mga ito ay ibinubuga, at iba pa. Ang ganitong tuloy-tuloy na serye ng mga paghahati sa sarili ay tinatawag na chain reaction. Naglalabas ito ng malaking halaga ng enerhiya, ang produksyon nito ay ang layunin ng paggamit ng mga nuclear power plant.
Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor ay tulad na ang tungkol sa 85% ng enerhiya ng fission ay inilabas sa loob ng napakaikling panahon pagkatapos ng pagsisimula ng reaksyon. Ang natitira ay ginawa ng radioactive decay ng mga produkto ng fission pagkatapos nilang maglabas ng mga neutron. Ang radioactive decay ay isang proseso kung saan ang isang atom ay umabot sa isang mas matatag na estado. Nagpapatuloy ito pagkatapos makumpleto ang paghahati.
Sa isang atomic bomb, ang chain reaction ay tumataas sa intensity hanggang sa karamihan ng mga materyal ay fissioned. Nangyayari ito nang napakabilis, na nagbubunga ng napakalakas na pagsabog na karaniwan sa mga naturang bomba. Ang disenyo at prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor ay batay sa pagpapanatili ng chain reaction sa isang kontrolado, halos pare-parehong antas. Dinisenyo ito sa paraang hindi ito maaaring sumabog na parang atomic bomb.
Chain reaction at pagiging kritikal
Ang pisika ng isang nuclear fission reactor ay ang chain reaction ay natutukoy sa pamamagitan ng posibilidad na mahati ang nucleus pagkatapos na mailabas ang mga neutron. Kung ang populasyon ng huli ay bumaba, ang rate ng paghahati ay babagsak sa zero. Sa kasong ito, ang reactor ay nasa subcritical na estado. Kung ang populasyon ng neutron ay pinananatili sa isang pare-parehong antas, kung gayon ang rate ng fission ay mananatiling matatag. Ang reactor ay nasa kritikal na kondisyon. Sa wakas, kung ang populasyon ng mga neutron ay lumalaki sa paglipas ng panahon, ang rate ng fission at kapangyarihan ay tataas. Ang estado ng core ay magiging supercritical.
Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor ay ang mga sumusunod. Bago ito ilunsad, ang populasyon ng neutron ay malapit sa zero. Pagkatapos ay inaalis ng mga operator ang mga control rod mula sa core, na nagpapataas ng nuclear fission, na pansamantalang nagtutulak sa reactor sa isang supercritical na estado. Matapos maabot ang na-rate na kapangyarihan, bahagyang ibinabalik ng mga operator ang mga control rod, inaayos ang bilang ng mga neutron. Kasunod nito, ang reaktor ay pinananatili sa isang kritikal na kondisyon. Kapag kailangan itong ihinto, ipinapasok ng mga operator ang mga tungkod sa lahat ng paraan. Pinipigilan nito ang fission at inililipat ang core sa isang subcritical na estado.
Mga uri ng reaktor
Karamihan sa mga nuclear power plant sa mundo ay mga power plant, na bumubuo ng init na kailangan para paikutin ang mga turbine na nagtutulak ng mga electric power generator. Marami ring mga research reactor, at ang ilang mga bansa ay may mga submarino o surface ship na pinapagana ng atomic energy.
Mga pag-install ng enerhiya
Mayroong ilang mga uri ng mga reactor ng ganitong uri, ngunit ang disenyo ng magaan na tubig ay malawakang ginagamit. Sa turn, maaari itong gumamit ng tubig na may presyon o tubig na kumukulo. Sa unang kaso, ang high-pressure na likido ay pinainit ng init ng core at pumapasok sa generator ng singaw. Doon, ang init mula sa pangunahing circuit ay inililipat sa pangalawang circuit, na naglalaman din ng tubig. Ang pinakahuling nabuong singaw ay nagsisilbing gumaganang likido sa ikot ng steam turbine.
Ang boiling-water reactor ay gumagana sa prinsipyo ng isang direktang siklo ng enerhiya. Ang tubig na dumadaan sa core ay dinadala sa pigsa sa katamtamang presyon. Ang saturated steam ay dumadaan sa isang serye ng mga separator at dryer na matatagpuan sa reactor vessel, na nagiging sanhi ng sobrang init nito. Ang sobrang init na singaw ng tubig ay pagkatapos ay ginagamit bilang gumaganang likido upang paikutin ang turbine.
Pinalamig ng mataas na temperatura ang gas
Ang high-temperature gas-cooled reactor (HTGR) ay isang nuclear reactor na ang prinsipyo ng pagpapatakbo ay batay sa paggamit ng pinaghalong graphite at fuel microspheres bilang gasolina. Mayroong dalawang magkatunggaling disenyo:
- isang German "fill" system na gumagamit ng spherical fuel elements na may diameter na 60 mm, na pinaghalong grapayt at gasolina sa isang graphite shell;
- ang American version sa anyo ng graphite hexagonal prisms na magkakaugnay upang lumikha ng core.
Sa parehong mga kaso, ang coolant ay binubuo ng helium sa ilalim ng presyon ng halos 100 atmospheres. Sa sistema ng Aleman, ang helium ay dumadaan sa mga gaps sa layer ng spherical fuel elements, at sa American system, ang helium ay dumadaan sa mga butas sa graphite prisms na matatagpuan sa kahabaan ng axis ng central zone ng reactor. Ang parehong mga opsyon ay maaaring gumana sa napakataas na temperatura, dahil ang grapayt ay may napakataas na temperatura ng sublimation at ang helium ay ganap na hindi gumagalaw sa kemikal. Ang mainit na helium ay maaaring direktang ilapat bilang isang gumaganang likido sa isang gas turbine sa mataas na temperatura, o ang init nito ay maaaring gamitin upang makabuo ng water cycle steam.
Liquid metal at prinsipyo ng pagtatrabaho
Ang mga mabilis na reactor na pinalamig ng sodium ay nakatanggap ng maraming atensyon noong 1960s at 1970s. Tila noon na ang kanilang mga kakayahan sa pag-aanak ay malapit nang kailanganin upang makagawa ng gasolina para sa mabilis na lumalawak na industriya ng nukleyar. Nang maging malinaw noong dekada 1980 na hindi makatotohanan ang pag-asang ito, nawala ang sigasig. Gayunpaman, ang isang bilang ng mga reactor ng ganitong uri ay itinayo sa USA, Russia, France, Great Britain, Japan at Germany. Karamihan sa kanila ay tumatakbo sa uranium dioxide o sa pinaghalong plutonium dioxide nito. Sa Estados Unidos, gayunpaman, ang pinakamalaking tagumpay ay nakamit sa mga metal na panggatong.
CANDU
Itinutuon ng Canada ang mga pagsisikap nito sa mga reaktor na gumagamit ng natural na uranium. Tinatanggal nito ang pangangailangan na gumamit ng mga serbisyo ng ibang mga bansa upang pagyamanin ito. Ang resulta ng patakarang ito ay ang deuterium-uranium reactor (CANDU). Ito ay kinokontrol at pinalamig ng mabigat na tubig. Ang disenyo at prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor ay binubuo ng paggamit ng isang reservoir ng malamig na D 2 O sa atmospheric pressure. Ang core ay tinusok ng mga tubo na gawa sa zirconium alloy na naglalaman ng natural na uranium fuel, kung saan dumadaloy ang mabigat na tubig na nagpapalamig dito. Nagagawa ang kuryente sa pamamagitan ng paglilipat ng fission heat sa mabigat na tubig sa isang coolant na umiikot sa pamamagitan ng steam generator. Ang singaw sa pangalawang circuit pagkatapos ay dumaan sa isang maginoo na ikot ng turbine.
Mga pasilidad ng pananaliksik
Para sa siyentipikong pananaliksik, ang isang nuclear reactor ay kadalasang ginagamit, ang prinsipyo ng pagpapatakbo kung saan ay ang paggamit ng paglamig ng tubig at mga elemento ng uranium fuel na hugis plato sa anyo ng mga pagtitipon. May kakayahang gumana sa malawak na hanay ng mga antas ng kuryente, mula sa ilang kilowatts hanggang sa daan-daang megawatts. Dahil ang pagbuo ng kuryente ay hindi ang pangunahing layunin ng mga reactor ng pananaliksik, ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng thermal energy na ginawa, ang density at ang nominal na enerhiya ng mga core neutron. Ang mga parameter na ito ang tumutulong sa pag-quantify ng kakayahan ng isang research reactor na magsagawa ng partikular na pananaliksik. Ang mga low power system ay karaniwang matatagpuan sa mga unibersidad at ginagamit para sa pagtuturo, habang ang mga high power system ay kailangan sa mga research laboratories para sa mga materyales at performance testing at pangkalahatang pananaliksik.
Ang pinakakaraniwan ay isang research nuclear reactor, ang istraktura at prinsipyo ng pagpapatakbo nito ay ang mga sumusunod. Ang core nito ay matatagpuan sa ilalim ng isang malaki at malalim na pool ng tubig. Pinapasimple nito ang pagmamasid at paglalagay ng mga channel kung saan maaaring idirekta ang mga neutron beam. Sa mababang antas ng kapangyarihan ay hindi na kailangang mag-bomba ng coolant dahil ang natural na convection ng coolant ay nagbibigay ng sapat na pag-alis ng init upang mapanatili ang ligtas na mga kondisyon sa pagpapatakbo. Ang heat exchanger ay karaniwang matatagpuan sa ibabaw o sa tuktok ng pool kung saan naiipon ang mainit na tubig.
Mga pag-install ng barko
Ang orihinal at pangunahing aplikasyon ng mga nuclear reactor ay ang kanilang paggamit sa mga submarino. Ang kanilang pangunahing bentahe ay, hindi tulad ng mga sistema ng pagkasunog ng fossil fuel, hindi sila nangangailangan ng hangin upang makabuo ng kuryente. Samakatuwid, ang isang nuclear submarine ay maaaring manatiling nakalubog sa loob ng mahabang panahon, habang ang isang conventional diesel-electric submarine ay dapat na pana-panahong tumaas sa ibabaw upang sunugin ang mga makina nito sa kalagitnaan ng hangin. nagbibigay ng estratehikong kalamangan sa mga barkong pandagat. Salamat dito, hindi na kailangang mag-refuel sa mga dayuhang daungan o mula sa madaling masugatan na mga tanker.
Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor sa isang submarino ay inuri. Gayunpaman, ito ay kilala na sa USA ito ay gumagamit ng mataas na enriched uranium, at pinabagal at pinalamig ng magaan na tubig. Ang disenyo ng unang nuclear submarine reactor, USS Nautilus, ay labis na naimpluwensyahan ng makapangyarihang mga pasilidad ng pananaliksik. Ang mga natatanging tampok nito ay isang napakalaking reserba ng reaktibiti, na tinitiyak ang mahabang panahon ng operasyon nang walang paglalagay ng gasolina at ang kakayahang mag-restart pagkatapos ng paghinto. Ang planta ng kuryente sa mga submarino ay dapat na napakatahimik upang maiwasan ang pagtuklas. Upang matugunan ang mga partikular na pangangailangan ng iba't ibang klase ng mga submarino, iba't ibang modelo ng mga planta ng kuryente ang nilikha.
Ang mga carrier ng sasakyang panghimpapawid ng US Navy ay gumagamit ng isang nuclear reactor, ang prinsipyo ng pagpapatakbo na pinaniniwalaang hiniram mula sa pinakamalaking mga submarino. Ang mga detalye ng kanilang disenyo ay hindi rin nai-publish.
Bilang karagdagan sa Estados Unidos, ang Great Britain, France, Russia, China at India ay may mga nuclear submarines. Sa bawat kaso, ang disenyo ay hindi isiniwalat, ngunit pinaniniwalaan na silang lahat ay halos magkapareho - ito ay isang kinahinatnan ng parehong mga kinakailangan para sa kanilang mga teknikal na katangian. Ang Russia ay mayroon ding maliit na armada na gumagamit ng parehong mga reactor gaya ng mga submarino ng Sobyet.
Mga instalasyong pang-industriya
Para sa mga layunin ng produksyon, ginagamit ang isang nuclear reactor, ang prinsipyo ng pagpapatakbo kung saan ay mataas na produktibo na may mababang antas ng produksyon ng enerhiya. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang isang mahabang pananatili ng plutonium sa core ay humahantong sa akumulasyon ng hindi gustong 240 Pu.
Produksyon ng tritium
Sa kasalukuyan, ang pangunahing materyal na ginawa ng naturang mga sistema ay tritium (3H o T) - ang singil para sa Plutonium-239 ay may mahabang kalahating buhay na 24,100 taon, kaya ang mga bansang may mga armas nukleyar na arsenal na gumagamit ng elementong ito ay may posibilidad na magkaroon ng higit pa nito. kaysa kinakailangan. Hindi tulad ng 239 Pu, ang tritium ay may kalahating buhay na humigit-kumulang 12 taon. Kaya, upang mapanatili ang mga kinakailangang supply, ang radioactive isotope ng hydrogen na ito ay dapat na patuloy na gawin. Sa Estados Unidos, ang Savannah River (South Carolina), halimbawa, ay nagpapatakbo ng ilang heavy water reactor na gumagawa ng tritium.
Mga floating power unit
Ang mga nuclear reactor ay nilikha na maaaring magbigay ng kuryente at steam heating sa mga malalayong lugar. Sa Russia, halimbawa, ang mga maliliit na planta ng kuryente na partikular na idinisenyo upang pagsilbihan ang mga pamayanan sa Arctic ay natagpuang nagamit. Sa China, ang 10 MW HTR-10 ay nagbibigay ng init at kapangyarihan sa instituto ng pananaliksik kung saan ito matatagpuan. Ang pagbuo ng mga maliliit na awtomatikong kinokontrol na reactor na may katulad na kakayahan ay isinasagawa sa Sweden at Canada. Sa pagitan ng 1960 at 1972, ang US Army ay gumamit ng mga compact water reactor para sa mga remote base sa Greenland at Antarctica. Pinalitan sila ng oil-fired power plants.
Pananakop ng espasyo
Bilang karagdagan, ang mga reactor ay binuo para sa supply ng kuryente at paggalaw sa outer space. Sa pagitan ng 1967 at 1988, ang Unyong Sobyet ay nag-install ng maliliit na yunit ng nuklear sa mga serye ng Cosmos na satellite nito sa mga kagamitan at telemetry, ngunit ang patakaran ay naging target ng kritisismo. Hindi bababa sa isa sa mga satellite na ito ang pumasok sa atmospera ng Earth, na nagdulot ng radioactive contamination sa mga malalayong lugar ng Canada. Ang Estados Unidos ay naglunsad lamang ng isang nuclear-powered satellite, noong 1965. Gayunpaman, ang mga proyekto para sa kanilang paggamit sa malayuang mga paglipad sa kalawakan, paggalugad ng mga tao sa ibang mga planeta, o sa isang permanenteng base ng buwan ay patuloy na ginagawa. Ito ay kinakailangang isang gas-cooled o likidong metal na nuclear reactor, na ang mga pisikal na prinsipyo ay magbibigay ng pinakamataas na posibleng temperatura na kinakailangan upang mabawasan ang laki ng radiator. Bilang karagdagan, ang isang reactor para sa teknolohiya ng kalawakan ay dapat na kasing siksik hangga't maaari upang mabawasan ang dami ng materyal na ginagamit para sa proteksiyon at upang mabawasan ang timbang sa panahon ng paglulunsad at paglipad sa kalawakan. Titiyakin ng supply ng gasolina ang operasyon ng reaktor para sa buong panahon ng paglipad sa kalawakan.
I. Disenyo ng isang nuclear reactor
Ang isang nuclear reactor ay binubuo ng sumusunod na limang pangunahing elemento:
1) nuclear fuel;
2) neutron moderator;
3) mga sistema ng regulasyon;
4) mga sistema ng paglamig;
5) proteksiyon na screen.
1. Nuclear fuel.
Ang nuclear fuel ay isang mapagkukunan ng enerhiya. Sa kasalukuyan ay may tatlong kilalang uri ng mga fissile na materyales:
a) uranium 235, na bumubuo ng 0.7%, o 1/140 ng natural na uranium;
6) plutonium 239, na nabuo sa ilang mga reactor batay sa uranium 238, na bumubuo sa halos buong masa ng natural na uranium (99.3%, o 139/140 na bahagi).
Ang pagkuha ng mga neutron, ang uranium 238 nuclei ay nagiging neptunium nuclei - ang ika-93 elemento ng periodic system ng Mendeleev; ang huli naman ay nagiging plutonium nuclei - ang ika-94 na elemento ng periodic table. Ang plutonium ay madaling nakuha mula sa irradiated uranium sa pamamagitan ng kemikal na paraan at maaaring gamitin bilang nuclear fuel;
c) uranium 233, na isang artipisyal na isotope ng uranium na nakuha mula sa thorium.
Hindi tulad ng uranium 235, na matatagpuan sa natural na uranium, ang plutonium 239 at uranium 233 ay nakuha lamang sa artipisyal na paraan. Iyon ang dahilan kung bakit sila ay tinatawag na pangalawang nuclear fuel; Ang pinagmumulan ng naturang gasolina ay uranium 238 at thorium 232.
Kaya, sa lahat ng uri ng nuclear fuel na nakalista sa itaas, ang uranium ang pangunahing isa. Ipinapaliwanag nito ang napakalaking saklaw na kinukuha ng mga paghahanap at paggalugad ng mga deposito ng uranium sa lahat ng mga bansa.
Ang enerhiya na inilabas sa isang nuclear reactor ay minsan inihahambing sa na inilabas sa panahon ng isang kemikal na combustion reaction. Gayunpaman, mayroong isang pangunahing pagkakaiba sa pagitan nila.
Ang dami ng init na nakuha sa panahon ng fission ng uranium ay hindi masusukat na mas malaki kaysa sa dami ng init na nakuha sa panahon ng combustion, halimbawa, ng karbon: 1 kg ng uranium 235, katumbas ng volume sa isang pakete ng sigarilyo, ay maaaring theoretically magbigay ng mas maraming enerhiya bilang 2600 tonelada ng karbon.
Gayunpaman, ang mga pagkakataong ito ng enerhiya ay hindi ganap na pinagsamantalahan, dahil hindi lahat ng uranium 235 ay maaaring ihiwalay sa natural na uranium. Bilang resulta, ang 1 kg ng uranium, depende sa antas ng pagpapayaman nito sa uranium 235, ay kasalukuyang katumbas ng humigit-kumulang 10 tonelada ng karbon. Ngunit dapat itong isaalang-alang na ang paggamit ng nuclear fuel ay nagpapadali sa transportasyon at, samakatuwid, ay makabuluhang binabawasan ang halaga ng gasolina. Kinakalkula ng mga eksperto sa Britanya na sa pamamagitan ng pagpapayaman ng uranium ay mapapalaki nila ang init na ginawa sa mga reactor ng 10 beses, na katumbas ng 1 tonelada ng uranium sa 100 libong tonelada ng karbon.
Ang pangalawang pagkakaiba sa pagitan ng proseso ng nuclear fission, na nangyayari sa pagpapalabas ng init, at pagkasunog ng kemikal ay ang reaksyon ng pagkasunog ay nangangailangan ng oxygen, habang upang simulan ang isang chain reaction ay ilang neutron lamang at isang tiyak na masa ng nuclear fuel ang kinakailangan, katumbas. sa kritikal na masa, na tinukoy namin na ibinigay na sa seksyon sa atomic bomb.
At sa wakas, ang hindi nakikitang proseso ng nuclear fission ay sinamahan ng paglabas ng lubhang nakakapinsalang radiation, kung saan dapat magbigay ng proteksyon.
2. Neutron moderator.
Upang maiwasan ang pagkalat ng mga produkto ng fission sa reaktor, ang nuclear fuel ay dapat ilagay sa mga espesyal na shell. Upang makagawa ng mga naturang shell, maaari mong gamitin ang aluminyo (ang temperatura ng coolant ay hindi dapat lumampas sa 200 °), o kahit na mas mabuti, beryllium o zirconium - mga bagong metal, ang produksyon na kung saan sa kanilang purong anyo ay puno ng malaking paghihirap.
Ang mga neutron na ginawa sa panahon ng nuclear fission (sa average na 2-3 neutron sa panahon ng fission ng isang nucleus ng isang mabigat na elemento) ay may isang tiyak na enerhiya. Upang ang posibilidad ng mga neutron na hatiin ang iba pang mga nuclei ay maging pinakamalaki, kung wala ang reaksyon ay hindi makakapagpapanatili sa sarili, kinakailangan na ang mga neutron na ito ay mawalan ng bahagi ng kanilang bilis. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng paglalagay ng isang moderator sa reactor, kung saan ang mga mabilis na neutron ay na-convert sa mga mabagal bilang resulta ng maraming sunud-sunod na banggaan. Dahil ang sangkap na ginamit bilang isang moderator ay dapat na may nuclei na may masa na humigit-kumulang katumbas ng masa ng mga neutron, iyon ay, ang nuclei ng mga magaan na elemento, ang mabigat na tubig ay ginamit bilang isang moderator mula pa sa simula (D 2 0, kung saan ang D ay deuterium , na pinalitan ang light hydrogen sa ordinaryong tubig N 2 0). Gayunpaman, ngayon ay sinusubukan nilang gumamit ng grapayt nang higit pa - ito ay mas mura at nagbibigay ng halos parehong epekto.
Ang isang tonelada ng mabigat na tubig na binili sa Sweden ay nagkakahalaga ng 70–80 milyong franc. Sa Geneva Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy, inihayag ng mga Amerikano na malapit na silang makapagbenta ng mabigat na tubig sa presyong 22 milyong francs kada tonelada.
Ang isang toneladang grapayt ay nagkakahalaga ng 400 libong francs, at ang isang toneladang beryllium oxide ay nagkakahalaga ng 20 milyong franc.
Ang sangkap na ginagamit bilang isang moderator ay dapat na dalisay upang maiwasan ang pagkawala ng mga neutron habang sila ay dumaan sa moderator. Sa pagtatapos ng pagtakbo, ang mga neutron ay may average na bilis na halos 2200 m/sec, habang ang kanilang paunang bilis ay humigit-kumulang 20 thousand km/sec. Sa mga reactor, ang pagpapalabas ng init ay nangyayari nang unti-unti at maaaring kontrolin, hindi tulad ng isang atomic bomb, kung saan ito ay nangyayari kaagad at tumatagal ng katangian ng isang pagsabog.
Ang ilang uri ng mabilis na reactor ay hindi nangangailangan ng moderator.
3. Sistema ng regulasyon.
Ang isang tao ay dapat na maging sanhi, ayusin at ihinto ang isang nuclear reaksyon sa kalooban. Ito ay nakakamit gamit ang mga control rod na gawa sa boron steel o cadmium - mga materyales na may kakayahang sumipsip ng mga neutron. Depende sa lalim kung saan ibinaba ang mga control rod sa reactor, ang bilang ng mga neutron sa core ay tumataas o bumababa, na sa huli ay ginagawang posible na i-regulate ang proseso. Ang mga control rod ay awtomatikong kinokontrol gamit ang mga servomechanism; Ang ilan sa mga rod na ito ay maaaring agad na mahulog sa core kung sakaling magkaroon ng panganib.
Sa una ay may mga alalahanin na ang pagsabog ng reactor ay magdudulot ng kaparehong pinsala sa isang bombang atomika. Upang patunayan na ang pagsabog ng reaktor ay nangyayari lamang sa ilalim ng mga kondisyon na naiiba sa mga normal at hindi nagdudulot ng malubhang panganib sa populasyon na naninirahan sa paligid ng plantang nukleyar, sadyang pinasabog ng mga Amerikano ang isang tinatawag na "boiling" na reaktor. Sa katunayan, nagkaroon ng pagsabog na maaari nating ilarawan bilang "klasikal," iyon ay, hindi nuklear; muli itong nagpapatunay na ang mga nuclear reactor ay maaaring itayo malapit sa mga mataong lugar nang walang anumang partikular na panganib sa huli.
4. Sistema ng paglamig.
Sa panahon ng nuclear fission, ang isang tiyak na enerhiya ay inilabas, na inililipat sa mga produkto ng pagkabulok at ang mga nagresultang neutron. Ang enerhiya na ito, bilang isang resulta ng maraming banggaan ng mga neutron, ay na-convert sa thermal energy, samakatuwid, upang maiwasan ang mabilis na pagkabigo ng reaktor, ang init ay dapat alisin. Sa mga reactor na idinisenyo upang makagawa ng mga radioactive isotopes, ang init na ito ay hindi ginagamit, ngunit sa mga reactor na idinisenyo upang makabuo ng enerhiya, ito ay nagiging, sa kabaligtaran, ang pangunahing produkto. Ang paglamig ay maaaring isagawa gamit ang gas o tubig, na umiikot sa reaktor sa ilalim ng presyon sa pamamagitan ng mga espesyal na tubo at pagkatapos ay pinalamig sa isang heat exchanger. Ang inilabas na init ay maaaring gamitin upang painitin ang singaw na umiikot sa turbine na konektado sa generator; ang naturang aparato ay magiging isang nuclear power plant.
5. Proteksiyon na screen.
Upang maiwasan ang mga nakakapinsalang epekto ng mga neutron na maaaring lumipad sa labas ng reaktor, at upang maprotektahan ang iyong sarili mula sa gamma radiation na ibinubuga sa panahon ng reaksyon, kinakailangan ang maaasahang proteksyon. Kinakalkula ng mga siyentipiko na ang isang reaktor na may lakas na 100 libong kW ay naglalabas ng ganoong dami ng radioactive radiation na ang isang tao na matatagpuan sa layo na 100 m mula dito ay matatanggap ito sa loob ng 2 minuto. nakamamatay na dosis. Upang matiyak ang proteksyon ng mga tauhan na nagseserbisyo sa reaktor, ang dalawang metrong pader ay itinayo mula sa espesyal na kongkreto na may mga lead slab.
Ang unang reaktor ay itinayo noong Disyembre 1942 ng Italian Fermi. Sa pagtatapos ng 1955, mayroong mga 50 nuclear reactor sa mundo (USA - 2 1, England - 4, Canada - 2, France - 2). Dapat itong idagdag na sa simula ng 1956, humigit-kumulang 50 higit pang mga reactor ang idinisenyo para sa pananaliksik at mga layuning pang-industriya (USA - 23, France - 4, England - 3, Canada - 1).
Ang mga uri ng mga reactor na ito ay napaka-iba-iba, mula sa mabagal na neutron reactor na may mga graphite moderator at natural na uranium bilang gasolina hanggang sa mga fast neutron reactor na gumagamit ng uranium na pinayaman ng plutonium o uranium 233, na ginawang artipisyal mula sa thorium, bilang gasolina.
Bilang karagdagan sa dalawang magkasalungat na uri na ito, mayroong isang buong serye ng mga reaktor na naiiba sa bawat isa alinman sa komposisyon ng nuclear fuel, o sa uri ng moderator, o sa coolant.
Napakahalagang tandaan na, kahit na ang teoretikal na bahagi ng isyu ay pinag-aralan nang mabuti ng mga espesyalista sa lahat ng bansa, sa praktikal na larangan ang iba't ibang bansa ay hindi pa umabot sa parehong antas. Ang USA at Russia ay nangunguna sa ibang mga bansa. Ito ay maaaring argued na ang hinaharap ng nuclear enerhiya ay depende pangunahin sa pag-unlad ng teknolohiya.
Mula sa aklat na The Wonderful World Inside the Atomic Nucleus [lektura para sa mga mag-aaral] may-akda Ivanov Igor PierovichAng istraktura ng LHC collider Ngayon ng ilang mga larawan. Ang collider ay isang accelerator ng nagbabanggaan na mga particle. Doon, bumibilis ang mga particle sa dalawang singsing at nagbanggaan sa isa't isa. Ito ang pinakamalaking pang-eksperimentong pag-install sa mundo, dahil ang haba ng singsing na ito - ang tunnel -
Mula sa aklat na The Newest Book of Facts. Tomo 3 [Physics, chemistry and technology. Kasaysayan at arkeolohiya. Miscellaneous] may-akda Kondrashov Anatoly Pavlovich Mula sa aklat na The Atomic Problem ni Ran Philip Mula sa aklat 5b. Elektrisidad at magnetismo may-akda Feynman Richard Phillips Mula sa aklat ng may-akdaKabanata VIII Prinsipyo ng pagpapatakbo at mga kakayahan ng isang nuclear reactor I. Disenyo ng isang nuclear reactor Ang isang nuclear reactor ay binubuo ng sumusunod na limang pangunahing elemento: 1) nuclear fuel; 2) neutron moderator; 3) control system; 4) cooling system; 5 ) proteksiyon
Mula sa aklat ng may-akdaKabanata 11 INTERNAL STRUCTURE NG DIELECTRICS §1. Molecular dipoles§2. Electronic polarization §3. Mga molekulang polar; polarisasyon ng oryentasyon§4. Mga electric field sa dielectric voids§5. Dielectric na pare-pareho ng mga likido; Clausius-Mossotti formula§6.
Ang hindi matukoy na kulay-abo na silindro na ito ay ang pangunahing link sa industriya ng nukleyar ng Russia. Hindi ito mukhang masyadong presentable, siyempre, ngunit kapag naunawaan mo ang layunin nito at tingnan ang mga teknikal na katangian, sisimulan mong maunawaan kung bakit ang lihim ng paglikha at istraktura nito ay protektado ng estado tulad ng mansanas ng mata nito.
Oo, nakalimutan kong ipakilala: narito ang isang gas centrifuge para sa paghihiwalay ng uranium isotopes VT-3F (nth generation). Ang prinsipyo ng operasyon ay elementarya, tulad ng isang separator ng gatas; ang mabigat ay nahihiwalay mula sa liwanag sa pamamagitan ng impluwensya ng puwersa ng sentripugal. Kaya ano ang kahalagahan at natatangi?
Una, sagutin natin ang isa pang tanong - sa pangkalahatan, bakit hiwalay ang uranium?
Ang natural na uranium, na nasa lupa mismo, ay isang cocktail ng dalawang isotopes: uranium-238 At uranium-235(at 0.0054% U-234).
Uran-238, mabigat lang, kulay abong metal. Magagamit mo ito para gumawa ng artillery shell, o... isang keychain. Narito kung ano ang maaari mong gawin mula sa uranium-235? Buweno, una, isang bombang atomika, at pangalawa, panggatong para sa mga nuclear power plant. At narito tayo sa pangunahing tanong - paano paghiwalayin ang dalawang ito, halos magkaparehong mga atomo, sa isa't isa? Hindi, talaga PAANO?!
Siya nga pala: Ang radius ng nucleus ng uranium atom ay 1.5 10 -8 cm.
Upang ang mga atomo ng uranium ay maipasok sa teknolohikal na kadena, ito (uranium) ay dapat na ma-convert sa isang gas na estado. Walang punto sa pagkulo, sapat na upang pagsamahin ang uranium sa fluorine at makakuha ng uranium hexafluoride HFC. Ang teknolohiya para sa produksyon nito ay hindi masyadong kumplikado at mahal, at samakatuwid HFC nakuha nila ito nang tama kung saan mina ang uranium na ito. Ang UF6 ay ang tanging mataas na pabagu-bago ng uranium compound (kapag pinainit sa 53°C, ang hexafluoride (nakalarawan) ay direktang nagbabago mula sa solido patungo sa isang gas na estado). Pagkatapos ito ay pumped sa mga espesyal na lalagyan at ipinadala para sa pagpapayaman. 
Isang maliit na kasaysayan
Sa pinakadulo simula ng lahi ng nukleyar, ang pinakadakilang siyentipikong kaisipan ng parehong USSR at USA ay pinagkadalubhasaan ang ideya ng diffusion separation - pagpasa ng uranium sa pamamagitan ng isang salaan. Maliit ika-235 ang isotope ay makakalusot, at ang "taba" ika-238 ay makaalis. Bukod dito, ang paggawa ng isang salaan na may mga nano-hole para sa industriya ng Sobyet noong 1946 ay hindi ang pinakamahirap na gawain.
Mula sa ulat ni Isaac Konstantinovich Kikoin sa siyentipiko at teknikal na konseho sa ilalim ng Konseho ng People's Commissars (ipinakita sa isang koleksyon ng mga declassified na materyales sa USSR atomic project (Ed. Ryabev)): Sa kasalukuyan, natutunan naming gumawa ng mga meshes na may mga butas na halos 5/1,000 mm, i.e. 50 beses na mas malaki kaysa sa libreng landas ng mga molekula sa atmospheric pressure. Dahil dito, ang presyon ng gas kung saan magaganap ang paghihiwalay ng mga isotopes sa naturang grids ay dapat na mas mababa sa 1/50 ng atmospheric pressure. Sa pagsasagawa, ipinapalagay namin na magtrabaho sa isang presyon ng humigit-kumulang 0.01 atmospheres, i.e. sa ilalim ng magandang kondisyon ng vacuum. Ang mga kalkulasyon ay nagpapakita na upang makakuha ng isang produkto na pinayaman sa isang konsentrasyon na 90% na may isang magaan na isotope (ang konsentrasyon na ito ay sapat na upang makagawa ng isang paputok), ito ay kinakailangan upang pagsamahin ang tungkol sa 2,000 tulad ng mga yugto sa isang kaskad. Sa makina na aming idinidisenyo at bahagyang pagmamanupaktura, ito ay inaasahang makagawa ng 75-100 g ng uranium-235 bawat araw. Ang pag-install ay bubuuin ng humigit-kumulang 80-100 "column", bawat isa ay magkakaroon ng 20-25 stages na naka-install."
Nasa ibaba ang isang dokumento - ang ulat ni Beria kay Stalin sa paghahanda ng unang pagsabog ng bomba atomika. Nasa ibaba ang isang maikling impormasyon tungkol sa mga nukleyar na materyales na ginawa sa simula ng tag-araw ng 1949.
At ngayon isipin para sa iyong sarili - 2000 mabigat na pag-install, para sa kapakanan ng 100 gramo lamang! Well, kung ano ang gagawin dito, kailangan natin ng mga bomba. At nagsimula silang magtayo ng mga pabrika, at hindi lamang mga pabrika, kundi buong lungsod. At okay, ang mga lungsod lamang, ang mga diffusion plant na ito ay nangangailangan ng napakaraming kuryente kaya kailangan nilang magtayo ng hiwalay na mga planta ng kuryente sa malapit.
Sa USSR, ang unang yugto D-1 ng planta No. 813 ay idinisenyo para sa kabuuang output na 140 gramo ng 92-93% uranium-235 bawat araw sa 2 cascade ng 3100 na yugto ng paghihiwalay na magkapareho sa kapangyarihan. Ang isang hindi natapos na planta ng sasakyang panghimpapawid sa nayon ng Verkh-Neyvinsk, 60 km mula sa Sverdlovsk, ay inilaan para sa produksyon. Nang maglaon ay naging Sverdlovsk-44, at nagtanim ng 813 (nakalarawan) sa Ural Electrochemical Plant - ang pinakamalaking planta ng paghihiwalay sa mundo.
At kahit na ang teknolohiya ng diffusion separation, kahit na may malaking teknolohikal na paghihirap, ay na-debug, ang ideya ng pagbuo ng isang mas matipid na proseso ng centrifuge ay hindi umalis sa agenda. Pagkatapos ng lahat, kung namamahala tayo upang lumikha ng isang centrifuge, kung gayon ang pagkonsumo ng enerhiya ay mababawasan mula 20 hanggang 50 beses!
Paano gumagana ang isang centrifuge?
Ang istraktura nito ay higit pa sa elementarya at mukhang isang lumang washing machine na tumatakbo sa "spin/dry" mode. Ang umiikot na rotor ay matatagpuan sa isang selyadong pambalot. Ang gas ay ibinibigay sa rotor na ito (UF6). Dahil sa puwersang sentripugal, daan-daang libong beses na mas malaki kaysa sa gravitational field ng Earth, ang gas ay nagsisimulang maghiwalay sa "mabigat" at "magaan" na mga fraction. Ang mga magaan at mabibigat na molekula ay nagsisimulang mag-grupo sa iba't ibang mga zone ng rotor, ngunit hindi sa gitna at sa kahabaan ng perimeter, ngunit sa itaas at ibaba.
Ito ay nangyayari dahil sa convection currents - ang rotor cover ay pinainit at isang counterflow ng gas ay nangyayari. Mayroong dalawang maliit na intake tube na naka-install sa itaas at ibaba ng silindro. Ang isang sandalan na timpla ay pumapasok sa ibabang tubo, at isang halo na may mas mataas na konsentrasyon ng mga atom ay pumapasok sa itaas na tubo. 235U. Ang halo na ito ay napupunta sa susunod na centrifuge, at iba pa, hanggang sa konsentrasyon ika-235 hindi maaabot ng uranium ang nais na halaga. Ang isang chain ng centrifuges ay tinatawag na cascade.
Teknikal na mga tampok.
Buweno, una, ang bilis ng pag-ikot - sa modernong henerasyon ng mga centrifuges umabot ito sa 2000 rps (hindi ko alam kung ano ang ihahambing dito ... 10 beses na mas mabilis kaysa sa turbine sa isang makina ng sasakyang panghimpapawid)! At ito ay gumagana nang walang tigil sa loob ng TATLONG DEKADA! Yung. Ngayon ang mga centrifuges, na naka-on sa ilalim ng Brezhnev, ay umiikot sa mga kaskad! Wala na ang USSR, ngunit patuloy silang umiikot at umiikot. Hindi mahirap kalkulahin na sa panahon ng kanyang working cycle ang rotor ay gumagawa ng 2,000,000,000,000 (dalawang trilyon) na rebolusyon. At anong tindig ang makatiis dito? Oo, wala! Walang mga bearings doon.
Ang rotor mismo ay isang ordinaryong tuktok; sa ibaba ay may isang malakas na karayom na nakapatong sa isang corundum bearing, at ang itaas na dulo ay nakabitin sa isang vacuum, na hawak ng isang electromagnetic field. Ang karayom ay hindi rin simple, na ginawa mula sa ordinaryong kawad para sa mga string ng piano, ito ay tempered sa isang napaka tusong paraan (tulad ng GT). Hindi mahirap isipin na sa sobrang bilis ng pag-ikot, ang centrifuge mismo ay dapat hindi lamang matibay, ngunit lubhang matibay.
Naalala ng akademya na si Joseph Friedlander: “Maaaring tatlong beses nila akong barilin. Minsan, nang matanggap na natin ang Lenin Prize, nagkaroon ng malaking aksidente, ang takip ng centrifuge ay lumipad. Ang mga piraso ay nakakalat at nawasak ang iba pang mga centrifuges. Isang radioactive cloud ang tumaas. Kinailangan naming ihinto ang buong linya - isang kilometro ng mga pag-install! Sa Sredmash, inutusan ni Heneral Zverev ang mga centrifuges; bago ang atomic na proyekto, nagtrabaho siya sa departamento ng Beria. Ang heneral sa pulong ay nagsabi: "Ang sitwasyon ay kritikal. Nanganganib ang depensa ng bansa. Kung hindi namin mabilis na itama ang sitwasyon, mauulit ang '37 para sa iyo." At agad na isinara ang meeting. Pagkatapos ay nakabuo kami ng isang ganap na bagong teknolohiya na may ganap na isotropic na pare-parehong istraktura ng mga lids, ngunit napaka-kumplikadong mga pag-install ay kinakailangan. Simula noon, ang mga ganitong uri ng mga takip ay ginawa. Wala nang gulo. Sa Russia mayroong 3 enrichment plant, maraming daan-daang libong centrifuges.
Sa larawan: mga pagsubok ng unang henerasyon ng mga centrifuges
Ang mga rotor housing ay una ring gawa sa metal, hanggang sa mapalitan sila ng... carbon fiber. Magaan at lubos na makunat, ito ay isang perpektong materyal para sa isang umiikot na silindro.
UEIP General Director (2009-2012) Alexander Kurkin recalls: “Naging katawa-tawa. Noong sinusuri at sinusuri nila ang isang bago, mas "maparaan" na henerasyon ng mga centrifuges, hindi hinintay ng isa sa mga empleyado na ganap na huminto ang rotor, inalis ito mula sa cascade at nagpasyang dalhin ito sa pamamagitan ng kamay sa stand. Ngunit sa halip na sumulong, gaano man siya lumaban, niyakap niya ang silindro na ito at nagsimulang umatras. Kaya't nakita namin sa aming sariling mga mata na ang lupa ay umiikot, at ang gyroscope ay isang malaking puwersa."
Sino ang nag-imbento nito?
Oh, ito ay isang misteryo, nababalot ng misteryo at nababalot ng pananabik. Dito makikita mo ang mga nahuli na German physicist, ang CIA, mga opisyal ng SMERSH at maging ang pinabagsak na spy pilot Powers. Sa pangkalahatan, ang prinsipyo ng isang gas centrifuge ay inilarawan sa pagtatapos ng ika-19 na siglo.
Kahit na sa bukang-liwayway ng Atomic Project, si Viktor Sergeev, isang inhinyero sa Special Design Bureau ng Kirov Plant, ay nagmungkahi ng isang centrifuge separation method, ngunit sa una ay hindi inaprubahan ng kanyang mga kasamahan ang kanyang ideya. Kasabay nito, ang mga siyentipiko mula sa talunang Alemanya ay nakipaglaban upang lumikha ng isang separation centrifuge sa isang espesyal na instituto ng pananaliksik-5 sa Sukhumi: Dr. Max Steenbeck, na nagtrabaho bilang isang nangungunang inhinyero ng Siemens sa ilalim ni Hitler, at dating mekaniko ng Luftwaffe, nagtapos sa Unibersidad ng Vienna, Gernot Zippe. Sa kabuuan, kasama sa grupo ang humigit-kumulang 300 "na-export" na mga pisiko.
Alexey Kaliteevsky, Pangkalahatang Direktor ng Centrotech-SPb CJSC, Rosatom State Corporation, naalala: "Ang aming mga eksperto ay dumating sa konklusyon na ang German centrifuge ay ganap na hindi angkop para sa pang-industriyang produksyon. Ang kagamitan ni Steenbeck ay walang sistema para sa paglipat ng bahagyang pinayaman na produkto sa susunod na yugto. Iminungkahi na palamig ang mga dulo ng takip at i-freeze ang gas, at pagkatapos ay i-defrost ito, kolektahin ito at ilagay ito sa susunod na centrifuge. Ibig sabihin, hindi gumagana ang scheme. Gayunpaman, ang proyekto ay may ilang napaka-interesante at hindi pangkaraniwang mga teknikal na solusyon. Ang mga "kawili-wili at hindi pangkaraniwang mga solusyon" na ito ay pinagsama sa mga resulta na nakuha ng mga siyentipiko ng Sobyet, lalo na sa mga panukala ni Viktor Sergeev. Sa relatibong pagsasalita, ang aming compact centrifuge ay one-third ng bunga ng German thought, at two-thirds Soviet.” Sa pamamagitan ng paraan, nang dumating si Sergeev sa Abkhazia at ipinahayag ang kanyang mga saloobin tungkol sa pagpili ng uranium sa parehong Steenbeck at Zippe, pinawalang-bisa sila ni Steenbeck at Zippe bilang hindi maisasakatuparan.
Kaya ano ang naisip ni Sergeev?
At ang panukala ni Sergeev ay lumikha ng mga tagapili ng gas sa anyo ng mga pitot tubes. Ngunit si Dr. Steenbeck, na, gaya ng kanyang pinaniniwalaan, ay kumain ng kanyang mga ngipin sa paksang ito, ay tiyak: "Pabagalin nila ang daloy, magdudulot ng kaguluhan, at hindi magkakaroon ng paghihiwalay!" Makalipas ang ilang taon, habang ginagawa ang kanyang mga memoir, ikinalulungkot niya ito: "Isang ideya na karapat-dapat na magmula sa amin! Ngunit hindi ito sumagi sa isip ko..."
Nang maglaon, sa labas ng USSR, hindi na nagtrabaho si Steenbeck sa mga centrifuges. Ngunit bago umalis patungong Germany, nagkaroon ng pagkakataon si Geront Zippe na makilala ang isang prototype ng centrifuge ni Sergeev at ang mapanlikhang simpleng prinsipyo ng operasyon nito. Minsan sa Kanluran, "ang tusong Zippe," gaya ng madalas na tawag sa kanya, ay nag-patent ng disenyo ng centrifuge sa ilalim ng kanyang sariling pangalan (patent No. 1071597 ng 1957, na ipinahayag sa 13 mga bansa). Noong 1957, nang lumipat sa USA, nagtayo si Zippe ng isang gumaganang pag-install doon, na muling ginawa ang prototype ni Sergeev mula sa memorya. At tinawag niya ito, magbigay pugay tayo, "Russian centrifuge" (nakalarawan).
Sa pamamagitan ng paraan, ipinakita ng engineering ng Russia ang sarili nito sa maraming iba pang mga kaso. Ang isang halimbawa ay isang simpleng emergency shut-off valve. Walang mga sensor, detector o electronic circuit. Mayroon lamang samovar faucet, na humipo sa cascade frame kasama ang talulot nito. Kung may nangyaring mali at binago ng centrifuge ang posisyon nito sa kalawakan, lumiliko lang ito at isinasara ang linya ng pumapasok. Ito ay tulad ng biro tungkol sa isang Amerikanong panulat at isang lapis na Ruso sa kalawakan.
Ang ating mga araw
Sa linggong ito ang may-akda ng mga linyang ito ay dumalo sa isang makabuluhang kaganapan - ang pagsasara ng tanggapan ng Russia ng US Department of Energy observers sa ilalim ng isang kontrata HEU-LEU. Ang deal na ito (highly enriched uranium - low enriched uranium) ay, at nananatili, ang pinakamalaking kasunduan sa larangan ng nuclear energy sa pagitan ng Russia at America. Sa ilalim ng mga tuntunin ng kontrata, ang mga Russian nuclear scientist ay nagproseso ng 500 tonelada ng aming mga armas-grade (90%) uranium para maging gasolina (4%) na HFC para sa mga American nuclear power plant. Ang mga kita para sa 1993-2009 ay umabot sa 8.8 bilyong US dollars. Ito ang lohikal na kinalabasan ng teknolohikal na tagumpay ng ating mga nuclear scientist sa larangan ng isotope separation na ginawa noong mga taon pagkatapos ng digmaan.
Sa larawan: mga cascade ng gas centrifuges sa isa sa mga workshop ng UEIP. Mayroong tungkol sa 100,000 sa kanila dito.
Salamat sa mga centrifuges, nakakuha kami ng libu-libong tonelada ng medyo mura, parehong militar at komersyal na produkto. Ang industriya ng nuklear ay isa sa ilang natitira (militar na abyasyon, espasyo) kung saan ang Russia ay humahawak ng hindi mapag-aalinlanganang primacy. Ang mga dayuhang order lamang sa loob ng sampung taon nang maaga (mula 2013 hanggang 2022), ang portfolio ng Rosatom ay hindi kasama ang kontrata HEU-LEU ay 69.3 bilyong dolyar. Noong 2011 ito ay lumampas sa 50 bilyon...
Ang larawan ay nagpapakita ng isang bodega ng mga lalagyan na may mga HFC sa UEIP.
Noong Setyembre 28, 1942, ang Resolution ng State Defense Committee No. 2352ss "Sa organisasyon ng trabaho sa uranium" ay pinagtibay. Ang petsang ito ay itinuturing na opisyal na simula ng kasaysayan ng industriya ng nukleyar ng Russia.
Ang isang fission chain reaction ay palaging sinasamahan ng paglabas ng napakalaking enerhiya. Ang praktikal na paggamit ng enerhiya na ito ay ang pangunahing gawain ng isang nuclear reactor.
Ang nuclear reactor ay isang aparato kung saan nangyayari ang isang kontrolado, o kontrolado, nuclear fission reaction.
Batay sa prinsipyo ng operasyon, ang mga nuclear reactor ay nahahati sa dalawang grupo: thermal neutron reactors at fast neutron reactors.
Paano gumagana ang isang thermal neutron nuclear reactor?
Ang isang tipikal na nuclear reactor ay mayroong:
- Core at moderator;
- Neutron reflector;
- Coolant;
- Chain reaction control system, proteksyon sa emerhensiya;
- Sistema ng kontrol at proteksyon ng radiation;
- Remote control system.
1 - aktibong zone; 2 - reflector; 3 - proteksyon; 4 - control rods; 5 - coolant; 6 - sapatos na pangbabae; 7 - init exchanger; 8 - turbina; 9 - generator; 10 - kapasitor.
Core at moderator
Nasa core na nangyayari ang isang kinokontrol na fission chain reaction.
Karamihan sa mga nuclear reactor ay nagpapatakbo sa mabibigat na isotopes ng uranium-235. Ngunit sa mga natural na sample ng uranium ore ang nilalaman nito ay 0.72% lamang. Ang konsentrasyon na ito ay hindi sapat para sa isang chain reaction upang bumuo. Samakatuwid, ang mineral ay artipisyal na pinayaman, na dinadala ang nilalaman ng isotope na ito sa 3%.
Ang fissile material, o nuclear fuel, sa anyo ng mga tablet ay inilalagay sa hermetically sealed rods, na tinatawag na fuel rods (fuel elements). Sila ay tumagos sa buong aktibong zone na puno ng moderator mga neutron.
Bakit kailangan ng neutron moderator sa isang nuclear reactor?
Ang katotohanan ay ang mga neutron na ipinanganak pagkatapos ng pagkabulok ng uranium-235 nuclei ay may napakataas na bilis. Ang posibilidad na makuha sila ng ibang uranium nuclei ay daan-daang beses na mas mababa kaysa sa posibilidad na makuha ang mga mabagal na neutron. At kung ang kanilang bilis ay hindi nabawasan, ang nuclear reaction ay maaaring mamatay sa paglipas ng panahon. Ang moderator ay malulutas ang problema ng pagbabawas ng bilis ng mga neutron. Kung ang tubig o grapayt ay inilalagay sa landas ng mabilis na mga neutron, ang kanilang bilis ay maaaring artipisyal na mabawasan at sa gayon ang bilang ng mga particle na nakuha ng mga atom ay maaaring tumaas. Kasabay nito, ang isang chain reaction sa reactor ay mangangailangan ng mas kaunting nuclear fuel.
Bilang resulta ng pagbagal ng proseso, mga thermal neutron, ang bilis nito ay halos katumbas ng bilis ng thermal na paggalaw ng mga molekula ng gas sa temperatura ng silid.
Ang tubig, mabigat na tubig (deuterium oxide D 2 O), beryllium, at graphite ay ginagamit bilang isang moderator sa mga nuclear reactor. Ngunit ang pinakamahusay na moderator ay mabigat na tubig D2O.
Neutron reflector
Upang maiwasan ang pagtagas ng neutron sa kapaligiran, ang core ng isang nuclear reactor ay napapalibutan ng Neutron reflector. Ang materyal na ginagamit para sa mga reflector ay madalas na kapareho ng sa mga moderator.
Coolant
Ang init na inilabas sa panahon ng isang nuclear reaction ay tinanggal gamit ang isang coolant. Ang ordinaryong natural na tubig, na dati nang nilinis mula sa iba't ibang mga impurities at gas, ay kadalasang ginagamit bilang isang coolant sa mga nuclear reactor. Ngunit dahil ang tubig ay kumukulo na sa temperatura na 100 0 C at isang presyon ng 1 atm, upang mapataas ang kumukulo, ang presyon sa pangunahing coolant circuit ay tumaas. Ang pangunahing circuit na tubig na nagpapalipat-lipat sa reactor core ay naghuhugas ng mga fuel rod, na nagpainit hanggang sa temperatura na 320 0 C. Pagkatapos, sa loob ng heat exchanger, nagbibigay ito ng init sa pangalawang circuit na tubig. Nagaganap ang palitan sa pamamagitan ng mga heat exchange tubes, kaya walang kontak sa tubig ng pangalawang circuit. Pinipigilan nito ang mga radioactive substance na pumasok sa pangalawang circuit ng heat exchanger.
At pagkatapos ang lahat ay nangyayari tulad ng sa isang thermal power plant. Ang tubig sa pangalawang circuit ay nagiging singaw. Ang singaw ay nagpapaikot ng turbine, na nagtutulak ng electric generator, na gumagawa ng electric current.
Sa mabigat na tubig reactors, ang coolant ay mabigat na tubig D2O, at sa mga reactor na may likidong metal coolant ito ay tinunaw na metal.
Sistema ng kontrol ng reaksyon ng chain
Ang kasalukuyang estado ng reaktor ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang dami na tinatawag reaktibiti.
ρ = ( k -1)/ k ,
k = n i / n i -1 ,
saan k - salik ng pagpaparami ng neutron,
n i - ang bilang ng mga neutron ng susunod na henerasyon sa reaksyon ng nuclear fission,
n i -1 , - ang bilang ng mga neutron ng nakaraang henerasyon sa parehong reaksyon.
Kung k ˃ 1 , ang chain reaction ay lumalaki, ang sistema ay tinatawag superkritikal y. Kung k< 1 , namatay ang chain reaction, at tinawag ang system subcritical. Sa k = 1 ang reactor ay nasa matatag na kritikal na kondisyon, dahil ang bilang ng fissile nuclei ay hindi nagbabago. Sa ganitong estado reaktibiti ρ = 0 .
Ang kritikal na estado ng reaktor (ang kinakailangang neutron multiplication factor sa isang nuclear reactor) ay pinananatili sa pamamagitan ng paggalaw control rods. Ang materyal kung saan ginawa ang mga ito ay kinabibilangan ng mga sangkap na sumisipsip ng neutron. Sa pamamagitan ng pagpapalawak o pagtulak ng mga rod na ito sa core, ang rate ng reaksyon ng nuclear fission ay kinokontrol.
Ang sistema ng kontrol ay nagbibigay ng kontrol sa reaktor sa panahon ng pagsisimula nito, naka-iskedyul na pagsara, pagpapatakbo sa kapangyarihan, pati na rin ang emergency na proteksyon ng nuclear reactor. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pagbabago ng posisyon ng mga control rod.
Kung ang alinman sa mga parameter ng reaktor (temperatura, presyon, rate ng pagtaas ng kuryente, pagkonsumo ng gasolina, atbp.) ay lumihis mula sa pamantayan, at ito ay maaaring humantong sa isang aksidente, espesyal mga pang-emergency na tungkod at ang reaksyong nuklear ay mabilis na huminto.
Tiyakin na ang mga parameter ng reactor ay sumusunod sa mga pamantayan control at radiation protection system.
Upang maprotektahan ang kapaligiran mula sa radioactive radiation, ang reactor ay inilalagay sa isang makapal na kongkretong shell.
Mga remote control system
Ang lahat ng mga signal tungkol sa estado ng nuclear reactor (coolant temperature, radiation level sa iba't ibang bahagi ng reactor, atbp.) ay ipinapadala sa reactor control panel at pinoproseso sa mga computer system. Ang operator ay tumatanggap ng lahat ng kinakailangang impormasyon at mga rekomendasyon para sa pag-aalis ng ilang mga paglihis.
Mabilis na mga reaktor
Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga reactor ng ganitong uri at thermal neutron reactors ay ang mga mabilis na neutron na nagmumula pagkatapos ng pagkabulok ng uranium-235 ay hindi pinabagal, ngunit nasisipsip ng uranium-238 kasama ang kasunod na conversion nito sa plutonium-239. Samakatuwid, ang mga mabilis na neutron reactor ay ginagamit upang makabuo ng plutonium-239 at thermal energy na may antas ng armas, na ginagawang elektrikal na enerhiya ng mga nuclear power plant generator.
Ang nuclear fuel sa naturang mga reactor ay uranium-238, at ang raw material ay uranium-235.
Sa natural na uranium ore, 99.2745% ay uranium-238. Kapag ang isang thermal neutron ay nasisipsip, hindi ito nag-fission, ngunit nagiging isotope ng uranium-239.
Ilang oras pagkatapos ng β-decay, ang uranium-239 ay nagiging isang neptunium-239 nucleus:
239 92 U → 239 93 Np + 0 -1 e
Pagkatapos ng pangalawang β-decay, nabuo ang fissile plutonium-239:
239 9 3 Np → 239 94 Pu + 0 -1 e
At sa wakas, pagkatapos ng pagkabulok ng alpha ng plutonium-239 nucleus, nakuha ang uranium-235:
239 94 Pu → 235 92 U + 4 2 Siya
Ang mga fuel rod na may mga hilaw na materyales (enriched uranium-235) ay matatagpuan sa reactor core. Ang zone na ito ay napapalibutan ng isang breeding zone, na binubuo ng mga fuel rod na may gasolina (depleted uranium-238). Ang mga mabilis na neutron na ibinubuga mula sa core pagkatapos ng pagkabulok ng uranium-235 ay nakuha ng uranium-238 nuclei. Bilang resulta, nabuo ang plutonium-239. Kaya, ang bagong nuclear fuel ay ginawa sa mabilis na neutron reactors.
Ang mga likidong metal o halo nito ay ginagamit bilang mga coolant sa mga fast neutron nuclear reactor.
Pag-uuri at aplikasyon ng mga nuclear reactor
Ang mga nuclear reactor ay pangunahing ginagamit sa mga nuclear power plant. Sa kanilang tulong, ang elektrikal at thermal na enerhiya ay ginawa sa isang pang-industriya na sukat. Ang mga naturang reactor ay tinatawag enerhiya .
Ang mga nuclear reactor ay malawakang ginagamit sa mga propulsion system ng modernong nuclear submarine, surface ship, at sa space technology. Nagbibigay sila ng mga motor na may elektrikal na enerhiya at tinatawag mga transport reactor .
Para sa siyentipikong pananaliksik sa larangan ng nuclear physics at radiation chemistry, ang mga flux ng neutron at gamma quanta ay ginagamit, na nakuha sa core. mga reaktor ng pananaliksik. Ang enerhiya na nabuo ng mga ito ay hindi lalampas sa 100 MW at hindi ginagamit para sa mga layuning pang-industriya.
kapangyarihan mga eksperimentong reaktor mas kaunti pa. Ito ay umabot sa halagang ilang kW lamang. Ang mga reaktor na ito ay nag-aaral ng iba't ibang pisikal na dami, ang kahulugan nito ay mahalaga sa disenyo ng mga reaksyong nuklear.
SA mga reaktor sa industriya isama ang mga reactor para sa paggawa ng radioactive isotopes na ginagamit para sa mga layuning medikal, gayundin sa iba't ibang larangan ng industriya at teknolohiya. Ang mga reaktor ng desalinasyon ng tubig-dagat ay inuri din bilang mga reaktor ng industriya.