Reaktorda nə var. Nüvə reaktoru necə işləyir və işləyir

VIII fəsil Nüvə reaktorunun iş prinsipi və imkanları I. Nüvə reaktorunun konstruksiyası Nüvə reaktoru aşağıdakı beş əsas elementdən ibarətdir: 1) nüvə yanacağı; 2) neytron moderatoru; 3) idarəetmə sistemləri; 4) soyutma sistemləri; 5 ) qoruyucu

Fəsil 11 DİELEKTRİKALARIN DAXİLİ QURĞU §1. Molekulyar dipollar§2. Elektron polarizasiya §3. Polar molekullar; oriyentasiya qütbləşməsi §4. Dielektrik boşluqlarında elektrik sahələri §5. Mayelərin dielektrik davamlılığı; Klauzius-Mossotti düsturu §6.

Adi bir insan üçün müasir yüksək texnologiyalı cihazlar o qədər sirli və müəmmalıdır ki, qədimlərin ildırıma sitayiş etdiyi kimi onlara sitayiş etməyin vaxtıdır. Orta məktəbdə riyaziyyatla dolu olan fizika dərsləri problemi həll etmir. Ancaq işləmə prinsipi hətta yeniyetmə üçün də aydın olan nüvə reaktoru haqqında maraqlı danışa bilərsiniz.

Nüvə reaktoru necə işləyir?

Bu yüksək texnologiyalı cihazın iş prinsipi aşağıdakı kimidir:

1. Bir neytron udulduqda, nüvə yanacağı (əksər hallarda olur uran-235 və ya plutonium-239) atom nüvəsinin parçalanması baş verir;
2. Kinetik enerji, qamma şüalanma və sərbəst neytronlar buraxılır;
3. Kinetik enerji istiliyə çevrilir (nüvələr ətrafdakı atomlarla toqquşduqda), qamma şüalanma reaktorun özü tərəfindən udulur və həmçinin istiliyə çevrilir;
4. Yaranan neytronların bir hissəsi yanacaq atomları tərəfindən udulur, bu da zəncirvari reaksiyaya səbəb olur. Onu idarə etmək üçün neytron absorberlər və moderatorlar istifadə olunur;
5. İstilik daşıyıcısının (su, qaz və ya maye natrium) köməyi ilə istilik reaksiya yerindən çıxarılır;
6. Qızdırılan sudan təzyiqli buxar buxar turbinlərini idarə etmək üçün istifadə olunur;
7. Bir generatorun köməyi ilə turbinlərin fırlanmasının mexaniki enerjisi dəyişən elektrik cərəyanına çevrilir.

Təsnifat yanaşmaları

Reaktorların tipologiyasının bir çox səbəbi ola bilər:

• Nüvə reaksiyasının növünə görə... Parçalanma (bütün kommersiya qurğuları) və ya füzyon (termonüvə energetikası, yalnız bəzi tədqiqat institutlarında geniş yayılmışdır);
• Soyuducu ilə... Əksər hallarda bu məqsədlə su (qaynar və ya ağır) istifadə olunur. Alternativ həllər bəzən istifadə olunur: maye metal (natrium, qurğuşun-vismut ərintisi, civə), qaz (helium, karbon dioksid və ya azot), ərimiş duz (fluorid duzları);
• Nəsil tərəfindən. Birincisi, heç bir kommersiya mənası olmayan ilkin prototiplərdir. İkincisi, 1996-cı ildən əvvəl tikilmiş hazırda istifadə olunan atom elektrik stansiyalarının əksəriyyətidir. Üçüncü nəsil əvvəlkindən yalnız kiçik təkmilləşdirmələrlə fərqlənir. Dördüncü nəsil üzərində iş hələ də davam edir;
• Birləşmə vəziyyətinə görə yanacaq (qaz hələ də yalnız kağız üzərində mövcuddur);
• İstifadə məqsədi ilə(elektrik enerjisinin istehsalı, mühərrikin işə salınması, hidrogen istehsalı, duzsuzlaşdırılması, elementlərin dəyişdirilməsi, sinir şüalanmasının alınması, nəzəri və tədqiqat məqsədləri üçün).

Atom reaktoru cihazı

Əksər elektrik stansiyalarında reaktorların əsas komponentləri bunlardır:

1. Nüvə yanacağı - enerji turbinləri üçün istilik yaratmaq üçün tələb olunan maddə (adətən aşağı zənginləşdirilmiş uran);
2. Nüvə reaktorunun aktiv zonası - burada nüvə reaksiyası baş verir;
3. Neytron moderatoru - sürətli neytronların sürətini azaldır, onları termal neytronlara çevirir;
4. Başlanğıc neytron mənbəyi - nüvə reaksiyasının etibarlı və sabit başlaması üçün istifadə olunur;
5. Neytron absorber - təzə yanacağın yüksək reaktivliyini azaltmaq üçün bəzi elektrik stansiyalarında mövcuddur;
6. Neytron qaubitsa - söndürüldükdən sonra reaksiyanı yenidən başlatmaq üçün istifadə olunur;
7. soyuducu maye (təmizlənmiş su);
8. Nəzarət çubuqları - uran və ya plutonium nüvələrinin parçalanma sürətini tənzimləmək üçün;
9. Su nasosu - suyu buxar qazanına vurur;
10. Buxar turbin - buxarın istilik enerjisini fırlanma mexaniki enerjiyə çevirir;
11. Soyutma qülləsi - artıq istiliyi atmosferə atmaq üçün cihaz;
12. Radioaktiv tullantıların qəbulu və saxlanması sistemi;
13. Təhlükəsizlik sistemləri (fövqəladə dizel generatorları, fövqəladə əsas soyutma cihazları).

Ən son modellər necə işləyir

Ən son 4-cü nəsil reaktorlar kommersiya fəaliyyəti üçün hazır olacaq 2030-cu ildən tez deyil... Hazırda onların iş prinsipi və strukturu inkişaf mərhələsindədir. Mövcud məlumatlara görə, bu modifikasiyalar mövcud modellərdən belə fərqlənəcək üstünlükləri:

• Sürətli qaz soyutma sistemi. Heliumun soyuducu kimi istifadə ediləcəyi güman edilir. Dizayn sənədlərinə görə, bu şəkildə 850 ° C temperaturda reaktorları soyutmaq mümkündür. Belə yüksək temperaturda işləmək üçün xüsusi xammallara da ehtiyacınız olacaq: kompozit keramika materialları və aktinid birləşmələri;
• Əsas soyuducu kimi qurğuşun və ya qurğuşun-vismut ərintisi istifadə etmək mümkündür. Bu materiallar aşağı neytron udma dərəcəsinə və nisbətən aşağı ərimə nöqtəsinə malikdir;
• Həmçinin, ərimiş duzların qarışığı əsas istilik daşıyıcısı kimi istifadə edilə bilər. Beləliklə, suyun soyudulması ilə müasir həmkarlarından daha yüksək temperaturda işləmək mümkün olacaq.

Təbiətdəki təbii analoqlar

Nüvə reaktoru ictimai şüurda sırf yüksək texnologiyaların məhsulu kimi qəbul edilir. Ancaq əslində birincidir cihaz təbii mənşəlidir... Mərkəzi Afrikanın Qabon əyalətinin Oklo bölgəsində tapılıb:

• Reaktor uran süxurlarının yeraltı suların basması nəticəsində yaranıb. Onlar neytron moderatorları kimi çıxış edirdilər;
• Uranın parçalanması zamanı ayrılan istilik enerjisi suyu buxara çevirir və zəncirvari reaksiya dayanır;
• Soğutucu suyun temperaturu düşdükdən sonra hər şey yenidən təkrarlanır;
• Əgər maye qaynayıb reaksiyanın gedişatını dayandırmasaydı, bəşəriyyət yeni təbii fəlakətlə üzləşəcəkdi;
• Nüvələrin öz-özünə parçalanması bu reaktorda təxminən bir yarım milyard il əvvəl başlamışdır. Bu müddət ərzində təxminən 0,1 milyon vatt güc çıxışı ayrıldı;
• Dünyanın belə bir möcüzəsi Yer üzündə yeganə məlumdur. Yenilərinin yaranması qeyri-mümkündür: təbii xammalda uran-235-in payı zəncirvari reaksiya saxlamaq üçün tələb olunan səviyyədən xeyli aşağıdır.

Cənubi Koreyada neçə nüvə reaktoru var?

Təbii ehtiyatlar baxımından yoxsul, lakin sənayeləşmiş və həddindən artıq məskunlaşan Koreya Respublikasının enerjiyə ciddi ehtiyacı var. Almaniyanın dinc atomdan imtina etməsi fonunda bu ölkə nüvə texnologiyasını cilovlamağa böyük ümidlər bəsləyir:

• 2035-ci ilə qədər atom elektrik stansiyalarında istehsal olunan elektrik enerjisinin payının 60%-ə, ümumi istehsalın isə 40 giqavatdan çox olacağı planlaşdırılır;
• Ölkədə atom silahı yoxdur, lakin nüvə fizikası sahəsində araşdırmalar davam edir. Koreyalı alimlər müasir reaktorlar üçün layihələr hazırlayıblar: modul, hidrogen, maye metal və s.;
• Yerli tədqiqatçıların uğurları texnologiyanın xaricə satılmasına imkan verir. Ölkənin yaxın 15-20 il ərzində bu vahidlərdən 80-ni ixrac edəcəyi gözlənilir;
• Lakin bu günə olan məlumata görə, atom elektrik stansiyasının böyük hissəsi Amerika və ya Fransa alimlərinin köməyi ilə tikilib;
• Fəaliyyət göstərən stansiyaların sayı nisbətən azdır (cəmi dörd), lakin onların hər birində əhəmiyyətli sayda reaktor var - ümumilikdə 40 və bu rəqəm artacaq.

Neytronlarla bombardman edildikdə, nüvə yanacağı böyük miqdarda istilik əmələ gətirən zəncirvari reaksiyaya girir. Sistemdəki su bu istiliyi alır və elektrik enerjisi istehsal edən turbinləri çevirən buxara çevrilir. Budur Yerdəki ən güclü enerji mənbəyi olan nüvə reaktorunun işinin sadə diaqramı.

Video: nüvə reaktorları necə işləyir

Bu videoda nüvə fizikası Vladimir Çaykin sizə nüvə reaktorlarında elektrik enerjisinin necə istehsal edildiyini, onların ətraflı quruluşunu izah edəcək:

Nüvə energetikası müasir və sürətlə inkişaf edən elektrik enerjisi istehsalı üsuludur. Atom elektrik stansiyalarının necə qurulduğunu bilirsinizmi? Atom elektrik stansiyasının iş prinsipi nədir? Bu gün hansı növ nüvə reaktorları var? Nüvə elektrik stansiyasının iş sxemini ətraflı nəzərdən keçirməyə, nüvə reaktorunun strukturunu araşdırmağa və elektrik enerjisi istehsalının atom üsulunun nə qədər təhlükəsiz olduğunu öyrənməyə çalışacağıq.

İstənilən stansiya yaşayış məntəqəsindən uzaq olan qapalı ərazidir. Onun ərazisində bir neçə bina var. Ən mühüm struktur reaktor binasıdır, onun yanında reaktorun idarə olunduğu turbin otağı və təhlükəsizlik binası yerləşir.

Nüvə reaktoru olmadan dövrə mümkün deyil. Atom (nüvə) reaktoru, bu proses zamanı enerjinin məcburi buraxılması ilə neytron parçalanmasının zəncirvari reaksiyasını təşkil etmək üçün hazırlanmış bir AES cihazıdır. Bəs atom elektrik stansiyasının iş prinsipi nədir?

Bütün reaktor zavodu reaktor binasında, reaktoru gizlədən və qəza baş verərsə, nüvə reaksiyasının bütün məhsullarını ehtiva edən böyük bir beton qüllədə yerləşdirilir. Bu böyük qüllə mühafizə, mühafizə və ya saxlama adlanır.

Yeni reaktorlarda mühafizə zonasında 2 qalın beton divar var - mərmi.
80 sm qalınlığında olan xarici qabıq saxlama sahəsini xarici təsirlərdən qoruyur.

1 metr 20 sm qalınlığında olan daxili qabığın cihazında xüsusi polad kabellər var ki, bu da betonun möhkəmliyini demək olar ki, üç dəfə artırır və konstruksiyanın dağılmasının qarşısını alır. İçəridə o, xüsusi poladdan nazik təbəqə ilə örtülmüşdür ki, bu da mühafizənin əlavə mühafizəsi kimi xidmət etmək və qəza zamanı reaktorun tərkibini mühafizə zonasından kənara buraxmamaq üçün nəzərdə tutulmuşdur.

Atom elektrik stansiyasının belə cihazı 200 tona qədər çəkisi olan təyyarə qəzasına, 8 ballıq zəlzələyə, tornadoya və sunamiyə tab gətirə bilir.

İlk dəfə 1968-ci ildə Amerikanın Konnektikut Yanki atom elektrik stansiyasında möhürlənmiş qapaq tikildi.

Saxlanılan ərazinin ümumi hündürlüyü 50-60 metrdir.

Nüvə reaktoru nədən ibarətdir?

Nüvə reaktorunun iş prinsipini və deməli, atom elektrik stansiyasının iş prinsipini başa düşmək üçün reaktorun komponentlərini başa düşmək lazımdır.

• Aktiv zona. Bu, nüvə yanacağının (istilik buraxılması) və moderatorun yerləşdirildiyi sahədir. Yanacaq atomları (ən çox yanacaq urandır) parçalanma zəncirvari reaksiyasına məruz qalır. Gecikdirici parçalanma prosesini idarə etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur və lazımi reaksiyanı sürət və gücdə həyata keçirməyə imkan verir.
• Neytronların reflektoru. Reflektor aktiv zonanı əhatə edir. Gecikdirici ilə eyni materialdan ibarətdir. Əslində bu, bir qutudur, onun əsas məqsədi neytronların nüvədən çıxıb ətraf mühitə daxil olmasının qarşısını almaqdır.
• İstilik daşıyıcısı. Soyuducu yanacaq atomlarının parçalanması zamanı ayrılan istiliyi udmalı və digər maddələrə ötürməlidir. Soyuducu əsasən atom elektrik stansiyasının necə qurulduğunu müəyyənləşdirir. Bu gün ən məşhur istilik daşıyıcısı sudur.
  Reaktor idarəetmə sistemi. Atom elektrik stansiyasının reaktorunu idarə edən sensorlar və mexanizmlər.

Atom elektrik stansiyaları üçün yanacaq

Atom elektrik stansiyası nə ilə işləyir? Atom elektrik stansiyaları üçün yanacaq radioaktiv xüsusiyyətlərə malik kimyəvi elementlərdir. Bütün atom elektrik stansiyalarında uran belə bir elementdir.

Stansiyaların dizaynı nüvə elektrik stansiyalarının təmiz kimyəvi elementlə deyil, mürəkkəb kompozit yanacaqla işləməsini nəzərdə tutur. Və nüvə reaktoruna yüklənən təbii urandan uran yanacağını çıxarmaq üçün çoxlu manipulyasiyalar aparmaq lazımdır.

Zənginləşdirilmiş uran

Uran iki izotopdan ibarətdir, yəni müxtəlif kütlələrə malik nüvələri ehtiva edir. Onlar proton və neytronların sayına görə izotop-235 və izotop-238 adlandırıldılar. 20-ci əsrin tədqiqatçıları filizdən 235-ci uranı çıxarmağa başladılar, çünki parçalamaq və dəyişdirmək daha asan idi. Məlum oldu ki, təbiətdə belə uranın cəmi 0,7%-i var (qalan faiz 238-ci izotopa gedib).

Bu halda nə etməli? Onlar uranı zənginləşdirmək qərarına gəliblər. Uranın zənginləşdirilməsi çoxlu zəruri 235x izotopun və bir neçə lazımsız 238x izotopunun qaldığı bir prosesdir. Uran zənginləşdirənlərin vəzifəsi 0,7%-dən demək olar ki, 100% uran-235 etməkdir.

Uran iki texnologiyadan - qaz diffuziyasından və ya qaz sentrifuqasından istifadə etməklə zənginləşdirilə bilər. Onların istifadəsi üçün filizdən çıxarılan uran qaz halına çevrilir. Qaz şəklində zənginləşdirilmişdir.

Uran tozu

Zənginləşdirilmiş uran qazı bərk vəziyyətə - uran dioksidinə çevrilir. Belə saf, bərk 235 uran böyük ağ kristallara bənzəyir, sonradan uran tozuna çevrilir.

Uran tabletləri

Uran tabletləri bir neçə santimetr uzunluğunda bərk metal yuyuculardır. Bu cür tabletləri uran tozundan formalaşdırmaq üçün o, tablet presləmə keyfiyyətini yaxşılaşdıran bir maddə - plastifikatorla qarışdırılır.

Tabletlərə xüsusi güc və yüksək temperaturlara davamlılıq vermək üçün preslənmiş yuyucular bir gündən çox 1200 dərəcə Selsi temperaturunda bişirilir. Atom elektrik stansiyasının necə işləməsi bilavasitə uran yanacağının nə qədər yaxşı sıxılmasından və bişməsindən asılıdır.

Tabletlər molibden qutularında bişirilir, çünki yalnız bu metal bir yarım min dərəcədən çox "cəhənnəm" temperaturda əriməməyə qadirdir. Bundan sonra AES üçün uran yanacağı hazır hesab edilir.

TVEL və TVS nədir?

Reaktorun nüvəsi divarlarında (reaktorun növündən asılı olaraq) insan bədəninin ölçüsündən 5 dəfə böyük olan nəhəng disk və ya boruya bənzəyir. Bu dəliklərdə atomları istənilən reaksiyanı həyata keçirən uran yanacağı var.

Bütün stansiyanın partlamasını və yaxınlıqdakı bir neçə ştat üçün fəsadlar törətmək istəməsəniz, sadəcə reaktora yanacaq atmaq mümkün deyil. Buna görə uran yanacağı yanacaq çubuqlarına yerləşdirilir və sonra yanacaq birləşmələrində toplanır. Bu akronimlər nə deməkdir?

• TVEL yanacaq elementidir (onları istehsal edən Rusiya şirkətinin eyni adı ilə qarışdırılmamalıdır). Əsasən, uran qranullarının yerləşdirildiyi sirkonium ərintilərindən hazırlanmış nazik və uzun bir sirkonium borusudur. Məhz yanacaq çubuqlarında uran atomları reaksiya zamanı istilik buraxaraq bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmağa başlayır.

Yanacaq çubuqlarının istehsalı üçün material kimi odadavamlılığına və korroziyaya qarşı xüsusiyyətlərinə görə sirkonium seçilmişdir.

Yanacaq çubuqlarının növü reaktorun növü və quruluşundan asılıdır. Bir qayda olaraq, yanacaq çubuqlarının strukturu və məqsədi dəyişmir, borunun uzunluğu və eni fərqli ola bilər.

Maşın bir sirkonium borusuna 200-dən çox uran qranulları yükləyir. Ümumilikdə reaktorda eyni vaxtda 10 milyona yaxın uran qranulları işləyir.
FA - yanacaq yığılması. AES işçiləri yanacaq yığımlarını paketlər adlandırırlar.

Əslində, bunlar bir-birinə bərkidilmiş bir neçə yanacaq çubuğudur. Yanacaq qurğuları nüvə stansiyasının işlədiyi hazır nüvə yanacağıdır. Nüvə reaktoruna yüklənən yanacaq birləşmələridir. Bir reaktor təxminən 150-400 yanacaq qurğusunu saxlayır.
Yanacaq birləşmələrinin işləyəcəyi reaktordan asılı olaraq, onlar müxtəlif formalarda olurlar. Bəzən şüalar kub şəklində, bəzən silindrik, bəzən də altıbucaqlı formada qatlanır.

4 illik istismar üçün bir yanacaq yığımı 670 kömür vaqonu, 730 təbii qaz çəni və ya 900 neft çəni yanarkən eyni miqdarda enerji istehsal edir.
Bu gün yanacaq dəstləri əsasən Rusiya, Fransa, ABŞ və Yaponiyadakı zavodlarda istehsal olunur.

Atom elektrik stansiyaları üçün yanacağın başqa ölkələrə çatdırılması üçün yanacaq dəstləri uzun və enli metal borularda möhürlənir, borulardan hava çıxarılır və xüsusi maşınlarla yük təyyarələrinə verilir.

Atom elektrik stansiyaları üçün nüvə yanacağının çəkisi olduqca böyükdür, çünki uran planetdəki ən ağır metallardan biridir. Onun xüsusi çəkisi poladdan 2,5 dəfə çoxdur.

Atom elektrik stansiyası: necə işləyir

Atom elektrik stansiyasının iş prinsipi nədir? Atom elektrik stansiyasının iş prinsipi radioaktiv maddənin - uranın atomlarının parçalanmasının zəncirvari reaksiyasına əsaslanır. Bu reaksiya nüvə reaktorunun nüvəsində baş verir.

BİLMƏK VACİBDİR:

Nüvə fizikasının incəliklərinə girməsəniz, atom elektrik stansiyasının iş prinsipi belə görünür:
Nüvə reaktorunu işə saldıqdan sonra uranın reaksiyaya girməsinə imkan verməyən yanacaq çubuqlarından uducu çubuqlar çıxarılır.

Çubuqlar çıxarıldıqdan sonra uran neytronları bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmağa başlayır.

Neytronlar toqquşduqda atom səviyyəsində mini-partlayış baş verir, enerji ayrılır və yeni neytronlar yaranır, zəncirvari reaksiya baş verməyə başlayır. Bu proses istilik əmələ gətirir.

İstilik soyuducuya ötürülür. Soğutucunun növündən asılı olaraq, turbin fırlanan buxar və ya qaza çevrilir.

Turbin elektrik generatorunu idarə edir. Əslində, elektrik cərəyanını yaradan odur.

Prosesə əməl etməsəniz, uran neytronları reaktoru partladana və bütün nüvə stansiyasını partladana qədər bir-biri ilə toqquşa bilər. Kompüter sensorları prosesi idarə edir. Onlar reaktorda temperatur artımını və ya təzyiq dəyişikliyini aşkar edir və reaksiyaları avtomatik dayandıra bilirlər.

Atom elektrik stansiyasının iş prinsipi ilə istilik elektrik stansiyaları (istilik elektrik stansiyaları) arasında fərq nədir?

Yalnız ilk mərhələlərdə işdə fərqlər var. Atom elektrik stansiyasında soyuducu uran yanacağı atomlarının parçalanmasından istilik alır, istilik elektrik stansiyasında soyuducu qalıq yanacağın (kömür, qaz və ya neft) yanmasından istilik alır. İstər uran atomları, istərsə də kömürlə qaz istilik buraxdıqdan sonra, atom elektrik stansiyalarının və istilik elektrik stansiyalarının iş sxemləri eynidir.

Nüvə reaktorlarının növləri

Atom elektrik stansiyasının necə işləməsi onun nüvə reaktorunun necə işləməsindən asılıdır. Bu gün neyronların spektrinə görə təsnif edilən iki əsas reaktor növü var:
Yavaş neytron reaktoru, buna termal də deyilir.

Onun istismarı üçün zənginləşdirmə, uran qranullarının yaradılması və s. mərhələlərdən keçən 235-ci uran istifadə olunur. Bu gün yavaş neytron reaktorlarının böyük əksəriyyəti var.
Sürətli neytron reaktoru.

Gələcək bu reaktorlara aiddir, çünki onlar təbiətdə bir qəpik olan uran-238 üzərində işləyirlər və bu elementin zənginləşdirilməsinə ehtiyac yoxdur. Belə reaktorların dezavantajı yalnız dizayn, tikinti və işə salınma üçün çox yüksək xərclərdir. Bu gün sürətli reaktorlar yalnız Rusiyada işləyir.

Sürətli reaktorlarda soyuducu civə, qaz, natrium və ya qurğuşundur.

Dünyadakı bütün atom elektrik stansiyalarının istifadə etdiyi yavaş neytron reaktorları da bir neçə növə malikdir.

MAQATE təşkilatı (beynəlxalq atom enerjisi agentliyi) dünya atom enerjisində ən çox istifadə olunan öz təsnifatını yaratmışdır. Atom elektrik stansiyasının işləmə prinsipi əsasən soyuducu və moderatorun seçimindən asılı olduğundan, MAQATE təsnifatını bu fərqlərə əsaslandırıb.

Kimyəvi baxımdan deuterium oksidi ideal moderator və soyuducudur, çünki onun atomları digər maddələrlə müqayisədə uran neytronları ilə ən effektiv qarşılıqlı əlaqədədir. Sadə dillə desək, ağır su öz vəzifəsini minimal itkilərlə və maksimum nəticə ilə yerinə yetirir. Bununla belə, onun istehsalı pula başa gəlir, adi "yüngül" və bizə tanış olan suyun istifadəsi daha asandır.

Nüvə reaktorları haqqında bir neçə fakt...

Maraqlıdır ki, bir AES reaktoru ən azı 3 ildir tikilib!
Reaktor qurmaq üçün 210 kilo amperlik elektrik cərəyanı ilə işləyən avadanlıq lazımdır ki, bu da insanı öldürə biləcək cərəyandan milyon dəfə yüksəkdir.

Nüvə reaktorunun bir qabığının (struktur elementinin) çəkisi 150 tondur. Bir reaktorda 6 belə element var.

Təzyiqli su reaktoru

Biz artıq bir atom elektrik stansiyasının bütövlükdə necə işlədiyini anladıq, hər şeyi rəflərə qoymaq üçün ən populyar təzyiqli su nüvə reaktorunun necə işlədiyini görək.
Bu gün bütün dünyada 3+ nəsil təzyiqli su reaktorlarından istifadə olunur. Onlar ən etibarlı və ən təhlükəsiz hesab olunurlar.

Dünyadakı bütün təzyiqli su reaktorları ümumilikdə işlədiyi bütün illər ərzində artıq 1000 ildən çox problemsiz işləməyə nail olub və heç vaxt ciddi sapmalara yol verməyib.

Təzyiqli su reaktorlarına əsaslanan atom elektrik stansiyasının quruluşu 320 dərəcəyə qədər qızdırılan distillə edilmiş suyun yanacaq çubuqları arasında dövr etdiyini nəzərdə tutur. Buxar halına düşməməsi üçün 160 atmosfer təzyiq altında saxlanılır. AES sxemi onu ilkin dövrə suyu adlandırır.

Qızdırılan su buxar generatoruna daxil olur və istiliyini ikincil dövrənin suyuna verir, bundan sonra yenidən reaktora "qayıdır". Xarici olaraq, ilkin dövrə suyunun boruları digər borularla - ikincil dövrənin suyu ilə təmasda olduğu görünür, onlar bir-birinə istilik ötürürlər, lakin su təmasda deyil. Borular təmasdadır.

Beləliklə, radiasiyanın elektrik enerjisi istehsalı prosesində daha da iştirak edəcək ikincil dövrənin suyuna daxil olması ehtimalı istisna edilir.

AES-in Əməliyyat Təhlükəsizliyi

Atom elektrik stansiyasının iş prinsipini öyrəndikdən sonra təhlükəsizliyin necə təşkil olunduğunu başa düşməliyik. Atom elektrik stansiyasının cihazı bu gün təhlükəsizlik qaydalarına daha çox diqqət yetirməyi tələb edir.
Atom elektrik stansiyasının təhlükəsizliyinin dəyəri stansiyanın özünün ümumi dəyərinin təxminən 40%-ni təşkil edir.

AES-in sxemində radioaktiv maddələrin buraxılmasının qarşısını alan 4 fiziki maneə çəkilmişdir. Bu maneələr nə etməlidir? Lazımi vaxtda nüvə reaksiyasını dayandıra bilmək, nüvədən və reaktorun özündən daimi istiliyin çıxarılmasını təmin etmək, radionukleidlərin mühafizədən (təzyiqli zonadan) kənara çıxmasının qarşısını almaq.

• Birinci maneə uran qranullarının gücüdür. Onların nüvə reaktorunda yüksək temperaturda məhv edilməməsi vacibdir. Atom elektrik stansiyasının necə işləməsi böyük ölçüdə uran tabletlərinin istehsalın ilkin mərhələsində necə “bişirilməsindən” asılıdır. Uran yanacağı qranulları düzgün bişirilməsə, reaktorda uran atomlarının reaksiyaları gözlənilməz olacaq.
• İkinci maneə yanacaq çubuqlarının sıxlığıdır. Zirkonium boruları sıx bağlanmalıdır, əgər sıxlıq pozularsa, ən yaxşı halda reaktor zədələnəcək və iş dayanacaq, ən pis halda - hər şey havaya uçacaq.
• Üçüncü maneə güclü polad reaktor gəmisidir a, (eyni böyük qüllə - hermetik zona) özündə bütün radioaktiv prosesləri "saxlayır". Korpus zədələnəcək - atmosferə radiasiya yayılacaq.
• Dördüncü maneə fövqəladə mühafizə çubuqlarıdır. Nüvənin üstündə, moderatorları olan çubuqlar maqnitlərə asılmışdır ki, onlar 2 saniyə ərzində bütün neytronları udur və zəncirvari reaksiyanı dayandıra bilər.

Çoxsaylı mühafizəsi olan nüvə stansiyasının layihələndirilməsinə baxmayaraq, reaktorun nüvəsini lazımi vaxtda soyutmaq mümkün deyilsə və yanacağın temperaturu 2600 dərəcəyə qalxarsa, o zaman təhlükəsizlik sisteminin son ümidi işə düşür. - sözdə ərimə tələsi.

Məsələ burasındadır ki, belə bir temperaturda reaktor qabının dibi əriyəcək və nüvə yanacağının və ərimiş strukturların bütün qalıqları reaktorun nüvəsinin üstündə asılmış xüsusi “şüşə”yə axacaq.

Ərimə tələsi soyudulur və odadavamlıdır. O, parçalanmanın zəncirvari reaksiyasını tədricən dayandıran sözdə "qurban materialı" ilə doldurulur.

Beləliklə, AES sxemi hər hansı bir qəza ehtimalını praktiki olaraq tamamilə istisna edən bir neçə qorunma dərəcəsini nəzərdə tutur.

Cihaz və iş prinsipi

Enerji buraxma mexanizmi

Maddənin çevrilməsi yalnız maddənin enerji ehtiyatına malik olduqda sərbəst enerjinin ayrılması ilə müşayiət olunur. Sonuncu, maddənin mikrohissəciklərinin keçidi mövcud olan başqa bir mümkün vəziyyətdən daha çox istirahət enerjisi olan bir vəziyyətdə olması deməkdir. Kortəbii keçid həmişə enerji maneəsi ilə əngəllənir, bunun öhdəsindən gəlmək üçün mikrohissəcik xaricdən müəyyən miqdarda enerji - həyəcan enerjisi almalıdır. Ekzoenergetik reaksiya ondan ibarətdir ki, həyəcandan sonrakı çevrilmə zamanı prosesi həyəcanlandırmaq üçün tələb olunandan daha çox enerji ayrılır. Enerji maneəsini aradan qaldırmağın iki yolu var: ya toqquşan hissəciklərin kinetik enerjisi hesabına, ya da birləşən hissəciyin bağlanma enerjisi hesabına.

Enerji buraxılmasının makroskopik miqyasını nəzərə alsaq, reaksiyaların həyəcanlanması üçün lazım olan kinetik enerji maddənin hissəciklərinin hamısına və ya ən azı bir hissəsinə malik olmalıdır. Bu, yalnız mühitin temperaturu istilik hərəkətinin enerjisinin prosesin gedişatını məhdudlaşdıran enerji həddi dəyərinə yaxınlaşdığı bir dəyərə yüksəldikdə əldə edilə bilər. Molekulyar çevrilmələr, yəni kimyəvi reaksiyalar zamanı belə artım adətən yüzlərlə kelvin təşkil edir, nüvə reaksiyalarında isə toqquşan nüvələrin Kulon maneələrinin çox yüksək hündürlüyünə görə ən azı 10 7 olur. Nüvə reaksiyalarının istilik həyəcanı praktikada yalnız Kulon maneələrinin minimal olduğu ən yüngül nüvələrin sintezində həyata keçirilir (termonüvə sintezi).

Hissəciklərin birləşdirilməsi ilə həyəcanlanma böyük kinetik enerji tələb etmir və buna görə də mühitin temperaturundan asılı deyildir, çünki cazibə qüvvələrinin hissəciklərinə xas olan istifadə olunmamış bağlar səbəbindən baş verir. Ancaq digər tərəfdən, reaksiyaları həyəcanlandırmaq üçün hissəciklərin özləri lazımdır. Yenə ayrı bir reaksiya aktını deyil, makroskopik miqyasda enerji istehsalını nəzərə alsaq, bu, yalnız zəncirvari reaksiya baş verdikdə mümkündür. Sonuncu reaksiyanı həyəcanlandıran hissəciklər ekzoenergetik reaksiyanın məhsulu kimi yenidən peyda olduqda yaranır.

Dizayn

Hər hansı bir nüvə reaktoru aşağıdakı hissələrdən ibarətdir:

• Nüvə yanacağı və moderatoru olan nüvə;
• Nüvəni əhatə edən neytron reflektoru;
• Zəncirvari reaksiyaya nəzarət sistemi, o cümlədən fövqəladə hallardan qorunma;
• Radiasiyadan qorunma;
• Uzaqdan idarəetmə sistemi.

İşin fiziki prinsipləri

Əsas məqalələrə də baxın:

Nüvə reaktorunun hazırkı vəziyyətini effektiv neytron çoxalma faktoru ilə xarakterizə etmək olar k və ya reaktivlik ρ , bunlar aşağıdakı əlaqə ilə bağlıdır:

Bu dəyərlər aşağıdakı dəyərlərlə xarakterizə olunur:

• k> 1 - zəncirvari reaksiya zamanla böyüyür, reaktor içəridədir superkritik vəziyyəti, onun reaktivliyi ρ > 0;
• k < 1 - реакция затухает, реактор - kritikaltı, ρ < 0;
• k = 1, ρ = 0 - nüvə parçalanmalarının sayı sabitdir, reaktor sabit vəziyyətdədir tənqidi vəziyyət.

Nüvə reaktorunun kritikliyi üçün şərt:

Çoxalma amilinin birliyə çevrilməsi neytronların çoxalmasını onların itkiləri ilə tarazlaşdırmaqla əldə edilir. Əslində itkilərin iki səbəbi var: parçalanma olmadan tutma və yetişdirmə mühitindən kənarda neytron sızması.

Aydındır ki, k< 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.

İstilik reaktorları üçün k 0 sözdə "4 amil düsturu" ilə müəyyən edilə bilər:

• η iki udma üçün neytron məhsuldarlığıdır.

Müasir güc reaktorlarının həcmləri yüzlərlə m³-ə çata bilər və əsasən kritiklik şərtləri ilə deyil, istilik aradan qaldırılması imkanları ilə müəyyən edilir.

Kritik həcm nüvə reaktoru - kritik vəziyyətdə olan reaktor nüvəsinin həcmi. Kritik kütlə kritik vəziyyətdə olan reaktorun parçalanan materialının kütləsidir.

Ən kiçik kritik kütlə, neytronların su reflektoru ilə təmiz parçalanan izotopların duzlarının sulu məhlullarının yanacaq kimi xidmət etdiyi reaktorlara malikdir. 235 U üçün bu kütlə 0,8 kq, 239 Pu üçün 0,5 kq-dır. Bununla belə, 235 izotop zənginləşdirmənin 14%-dən bir qədər çox olmasına baxmayaraq, berilyum oksidi reflektoru olan LOPO reaktoru (dünyanın ilk zənginləşdirilmiş uran reaktoru) üçün kritik kütlənin 0,565 kq olduğu hamıya məlumdur. Teorik olaraq, bu dəyər yalnız 10 q olan ən kiçik kritik kütləyə malikdir.

Neytron sızmasını azaltmaq üçün nüvə sferikdir və ya sferikdir, məsələn, qısa silindr və ya kub, çünki bu rəqəmlər ən kiçik səth sahəsi ilə həcm nisbətinə malikdir.

Qiymətin (e - 1) adətən kiçik olmasına baxmayaraq, neytronların sürətli çoxalmasının rolu olduqca böyükdür, çünki böyük nüvə reaktorları üçün (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Bir zəncirvari reaksiyaya başlamaq üçün uran nüvələrinin kortəbii parçalanması zamanı adətən kifayət qədər neytron istehsal olunur. Reaktoru işə salmaq üçün xarici neytron mənbəyindən, məsələn, və və ya digər maddələrin qarışığından istifadə etmək də mümkündür.

Yod çuxuru

Yod quyusu - bağlandıqdan sonra nüvə reaktorunun vəziyyəti, ksenonun qısamüddətli izotopunun yığılması ilə xarakterizə olunur. Bu proses əhəmiyyətli mənfi reaktivliyin müvəqqəti görünüşünə gətirib çıxarır ki, bu da öz növbəsində reaktoru müəyyən müddət ərzində (təxminən 1-2 gün) layihə gücünə çatdırmağı qeyri-mümkün edir.

Təsnifat

Randevu ilə

İstifadəsinin təbiətinə görə nüvə reaktorları aşağıdakılara bölünür:

• Güc reaktorları, elektroenergetika sənayesində istifadə olunan elektrik və istilik enerjisinin istehsalı, habelə dəniz suyunun duzsuzlaşdırılması üçün nəzərdə tutulmuşdur (duzsuzlaşdırma üçün reaktorlar da sənaye tipinə aiddir). Belə reaktorlar əsasən atom elektrik stansiyalarında istifadə olunur. Müasir güc reaktorlarının istilik gücü 5 GVt-a çatır. Ayrı bir qrup fərqlənir:
  • Nəqliyyat reaktorları avtomobil mühərriklərini enerji ilə təmin etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Ən geniş tətbiq qrupları sualtı qayıqlarda və müxtəlif yerüstü gəmilərdə istifadə edilən dəniz nəqliyyatı reaktorları, eləcə də kosmik texnologiyada istifadə olunan reaktorlardır.
• Eksperimental reaktorlar dəyəri nüvə reaktorlarının dizaynı və istismarı üçün zəruri olan müxtəlif fiziki kəmiyyətləri öyrənmək üçün nəzərdə tutulmuşdur; belə reaktorların gücü bir neçə kVt-dan çox deyil.
• Tədqiqat reaktorları nüvə fizikası, bərk cisimlər fizikası, radiasiya kimyası, biologiya sahəsində tədqiqatlar üçün, intensiv neytron axınlarında (nüvə reaktorlarının hissələri də daxil olmaqla) işləmək üçün nəzərdə tutulmuş materialların sınaqdan keçirilməsi üçün nüvədə yaranan neytronların və qamma kvantlarının axınından istifadə olunur. izotopların istehsalı. Tədqiqat reaktorlarının gücü 100 MVt-dan çox deyil. Sərbəst buraxılan enerji adətən istifadə edilmir.
• Sənaye (silah, izotop) reaktorları müxtəlif sahələrdə istifadə olunan izotopların istehsalı üçün istifadə olunur. Ən çox 239 Pu kimi nüvə silahı materiallarının istehsalı üçün istifadə olunur. Sənaye reaktorlarına dəniz suyunun duzsuzlaşdırılması üçün istifadə olunan reaktorlar da daxildir.

Reaktorlar çox vaxt iki və ya daha çox müxtəlif problemləri həll etmək üçün istifadə olunur, bu halda onlar deyilir çoxməqsədli... Məsələn, bəzi güc reaktorları, xüsusən də nüvə enerjisinin başlanğıcında, əsasən təcrübələr üçün nəzərdə tutulmuşdu. Sürətli reaktorlar eyni zamanda həm enerjili, həm də izotop istehsal edə bilər. Sənaye reaktorları, əsas vəzifələrindən əlavə, çox vaxt elektrik və istilik enerjisi istehsal edirlər.

Neytronların spektrinə görə

• Termal (yavaş) neytron reaktoru ("termal reaktor")
• Sürətli reaktor ("sürətli reaktor")

Yanacağın yerləşdirilməsi ilə

• Yanacaq nüvəyə diskret olaraq bloklar şəklində yerləşdirildiyi, aralarında moderatorun olduğu heterojen reaktorlar;
• Yanacaq və moderatorun homojen qarışıq olduğu homojen reaktorlar (homogen sistem).

Heterojen reaktorda yanacaq və moderator məkan olaraq ayrıla bilər, xüsusən də boşluqlu reaktorda moderator-reflektor boşluğu moderatoru olmayan yanacaqla əhatə edir. Nüvə-fiziki nöqteyi-nəzərdən homojenlik / heterojenlik meyarı dizayn deyil, müəyyən bir moderatorda neytron moderasiya uzunluğundan çox məsafədə yanacaq bloklarının yerləşdirilməsidir. Beləliklə, "sıx şəbəkə" adlanan reaktorlar homojen kimi hesablanır, baxmayaraq ki, onlarda yanacaq adətən moderatordan ayrılır.

Heterojen bir reaktorda nüvə yanacağı blokları yanacaq birləşmələri (FA) adlanır, onlar müntəzəm şəbəkənin qovşaqlarında nüvədə yerləşir, hüceyrə.

Yanacağın növünə görə

• uran izotopları 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
• plutonium izotopu 239 (239 Pu), həmçinin 239-242 Pu izotopları 238 U (MOX yanacağı) ilə qarışıq şəklində
• torium izotopu 232 (232 Th) (233 U-a çevrilməklə)

Zənginləşmə dərəcəsinə görə:

• təbii uran
• zəif zənginləşdirilmiş uran
• yüksək zənginləşdirilmiş uran

Kimyəvi tərkibinə görə:

• metal U
• UC (uran karbid) və s.

Soyuducu növünə görə

• Qaz, (bax Qrafit-qaz reaktoru)
• D 2 O (ağır su, bax Ağır su nüvə reaktoru, CANDU)

Moderatorun təbiətinə görə

• C (qrafit, bax Qrafit-qaz reaktoru, Qrafit-su reaktoru)
• H 2 O (su, bax: Yüngül su reaktoru, Su ilə idarə olunan reaktor, VVER)
• D 2 O (ağır su, bax Ağır su nüvə reaktoru, CANDU)
• Metal hidridlər
• Moderatorsuz (bax: Sürətli Reaktor)

Dizaynla

Buxar yaratmaq yolu ilə

• Xarici buxar generatoru olan reaktor (Bax: Təzyiqli su reaktoru, VVER)

MAQATE təsnifatı

• PWR (təzyiqli su reaktorları) - təzyiqli su reaktoru;
• BWR (qaynar su reaktoru) - qaynar su reaktoru;
• FBR (fast breeder reactor) - sürətli yetişdirici reaktor;
• GCR (qazla soyudulan reaktor) - qazla soyudulan reaktor;
• LWGR (yüngül sulu qrafit reaktoru) - qrafit-su reaktoru
• PHWR (təzyiqli ağır su reaktoru) - ağır su reaktoru

Dünyada ən çox yayılmışlar təzyiqli su (təxminən 62%) və qaynar (20%) reaktorlardır.

Reaktor materialları

Reaktorların qurulması üçün istifadə olunan materiallar neytronlar, γ-kvantalar və parçalanma parçaları sahəsində yüksək temperaturda işləyir. Buna görə də texnologiyanın digər sahələrində istifadə olunan bütün materiallar reaktor tikintisi üçün uyğun deyil. Reaktor materiallarını seçərkən onların radiasiyaya davamlılığı, kimyəvi təsirsizliyi, udma kəsiyi və digər xassələri nəzərə alınır.

Materialların radiasiya qeyri-sabitliyi yüksək temperaturda daha az təsir edir. Atomların hərəkətliliyi o qədər böyük olur ki, kristal qəfəsdən çıxarılan atomların öz yerinə qayıtması və ya hidrogen və oksigenin su molekuluna rekombinasiyası ehtimalı nəzərəçarpacaq dərəcədə artır. Beləliklə, suyun radiolizi qaynar olmayan güc reaktorlarında (məsələn, VVER) əhəmiyyətsizdir, güclü tədqiqat reaktorlarında isə əhəmiyyətli miqdarda partlayıcı qarışıq buraxılır. Reaktorlarda onu yandırmaq üçün xüsusi sistemlər var.

Reaktor materialları bir-biri ilə təmasdadır (yanacaq elementinin soyuducu və nüvə yanacağı ilə örtülməsi, soyuducu və moderator ilə yanacaq birləşmələri və s.). Təbii ki, təmasda olan materiallar kimyəvi cəhətdən təsirsiz (uyğun) olmalıdır. Uyğunsuzluğa misal kimi kimyəvi reaksiyaya girən uran və isti suyu göstərmək olar.

Əksər materiallar üçün güc xüsusiyyətləri artan temperaturla kəskin şəkildə pisləşir. Güc reaktorlarında struktur materialları yüksək temperaturda işləyir. Bu, xüsusilə yüksək təzyiqlərə tab gətirməli olan güc reaktorunun hissələri üçün tikinti materiallarının seçimini məhdudlaşdırır.

Nüvə yanacağının tükənməsi və təkrar istehsalı

Nüvə reaktorunun işləməsi zamanı yanacaqda parçalanma fraqmentlərinin toplanması səbəbindən onun izotopik və kimyəvi tərkibi dəyişir, transuran elementlər, əsasən izotoplar əmələ gəlir. Parçalanma fraqmentlərinin nüvə reaktorunun reaktivliyinə təsiri deyilir zəhərlənmə(radioaktiv zibil üçün) və şlaklama(sabit izotoplar üçün).

Reaktorun zəhərlənməsinin əsas səbəbi ən böyük neytron udma eninə kəsiyinə (2,6 · 10 6 anbar) malik olandır. Yarımxaricolma dövrü 135 Xe T 1/2 = 9,2 saat; parçalanma məhsuldarlığı 6-7% təşkil edir. 135 Xe-nin əsas hissəsi parçalanma nəticəsində əmələ gəlir ( T 1/2 = 6,8 saat). Zəhərlənmə halında Keff 1-3% dəyişir. 135 Xe-nin böyük udulma kəsiyi və aralıq izotop 135 I-in olması iki mühüm hadisəyə səbəb olur:

1. 135 Xe konsentrasiyasının artmasına və nəticədə reaktorun bağlanmasından və ya gücünün azalmasından sonra reaktivliyinin azalmasına ("yod quyusu"), bu da çıxışda qısamüddətli dayanma və dalğalanmaları qeyri-mümkün edir. güc. Bu təsir tənzimləyici orqanlarda reaktivlik marjası tətbiq etməklə aradan qaldırılır. Yod quyusunun dərinliyi və müddəti F neytron axınından asılıdır: F = 5 · 10 18 neytronda / (sm² · san), yod quyusunun işləmə müddəti ˜30 saat, dərinliyi isə 2 dəfə böyükdür. 135 Xe zəhərlənməsi nəticəsində Keffdə stasionar dəyişiklik.
2. Zəhərlənmə ilə əlaqədar olaraq neytron axınının F-in və nəticədə reaktorun gücünün məkan-zaman dalğalanmaları baş verə bilər. Bu rəqslər F> 10 18 neytron / (sm² · san) və böyük reaktor ölçülərində baş verir. Salınma dövrləri ˜10 saatdır.

Nüvələrin parçalanması, parçalanan izotopun udma kəsişmələri ilə müqayisədə udma kəsişmələrində fərqlənən çoxlu sayda sabit fraqmentlər əmələ gətirir. Böyük udma en kəsiyi olan fraqmentlərin konsentrasiyası reaktorun işinin ilk bir neçə günü ərzində doyma səviyyəsinə çatır. Bunlar əsasən müxtəlif "yaşlar"ın yanacaq elementləridir.

Yanacağın tam dəyişdirilməsi vəziyyətində reaktorda kompensasiya edilməli olan artıq reaktivlik var, ikinci halda isə kompensasiya yalnız reaktorun ilk işə salınması zamanı tələb olunur. Davamlı yanacaq doldurma yanma dərinliyini artırmağa imkan verir, çünki reaktorun reaktivliyi parçalanan izotopların orta konsentrasiyası ilə müəyyən edilir.

Yüklənmiş yanacağın kütləsi, buraxılan enerjinin "çəkisi" səbəbindən boşaldılmış yanacağın kütləsini üstələyir. Reaktor dayandırıldıqdan sonra, ilk növbədə gecikmiş neytronların parçalanması səbəbindən, sonra isə 1-2 dəqiqədən sonra parçalanma fraqmentlərindən və transuran elementlərdən β- və γ-şüalanması hesabına yanacağa enerji ayrılmağa davam edir. Reaktor bağlanmadan əvvəl kifayət qədər uzun müddət işləmişsə, bağlandıqdan 2 dəqiqə sonra enerji buraxılması təxminən 3%, 1 saatdan sonra - 1%, bir gündən sonra - 0,4%, bir ildən sonra - ilkin gücün 0,05% -ni təşkil edir.

Nüvə reaktorunda əmələ gələn parçalanan Pu izotoplarının sayının yanmış 235 U miqdarına nisbəti deyilir. dönüşüm dərəcəsi K K. K K dəyəri zənginləşmə və yanma azaldıqca artır. Təbii urandan istifadə edən ağır su reaktoru üçün 10 GW gün/t yanma ilə K K = 0,55 və kiçik yanmalarla (bu halda K K adlanır) ilkin plutonium əmsalı) K K = 0,8. Nüvə reaktoru yanaraq eyni izotopları əmələ gətirirsə (breeder reaktor), onda çoxalma sürətinin yanma sürətinə nisbəti deyilir. reproduksiya dərəcəsi K V. İstilik reaktorlarında K B< 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 g böyüyür və a düşür.

Nüvə reaktoruna nəzarət

Nüvə reaktorunu idarə etmək yalnız parçalanma zamanı neytronların bir hissəsinin fraqmentlərdən bir neçə millisaniyədən bir neçə dəqiqəyə qədər gecikmə ilə buraxılması səbəbindən mümkündür.

Reaktoru idarə etmək üçün nüvəyə daxil olan udma çubuqları istifadə olunur, neytronları güclü şəkildə udan materiallardan (əsasən, bəziləri) və / və ya müəyyən bir konsentrasiyada soyuducuya əlavə edilmiş borik turşusu məhlulu (bor tənzimlənməsi). Çubuqların hərəkəti xüsusi mexanizmlər, operatorun siqnalları ilə işləyən sürücülər və ya neytron axınının avtomatik tənzimlənməsi üçün avadanlıq tərəfindən idarə olunur.

Müxtəlif fövqəladə hallar zamanı hər bir reaktor, bütün udma çubuqlarını nüvəyə - fövqəladə mühafizə sisteminə atmaqla həyata keçirilən zəncirvari reaksiyanın təcili dayandırılmasını təmin edir.

Qalıq istilik əmələ gəlməsi

Nüvə təhlükəsizliyi ilə birbaşa əlaqəli mühüm məsələ qalıq istilikdir. Bu, nüvə yanacağının spesifik xüsusiyyətidir ki, hər hansı bir enerji mənbəyi üçün adi olan parçalanma zənciri reaksiyası və istilik ətaləti dayandırıldıqdan sonra reaktorda istiliyin uzun müddət davam etməsidir. bir sıra texniki cəhətdən mürəkkəb problemlər yaradır.

İstiliyin qalıq buraxılması reaktorun işləməsi zamanı yanacaqda yığılmış parçalanma məhsullarının β- və γ- parçalanmasının nəticəsidir. Çürümə nəticəsində parçalanma məhsullarının nüvələri əhəmiyyətli enerjinin ayrılması ilə daha sabit və ya tam sabit vəziyyətə keçir.

Qalıq istilik buraxma gücü stasionar dəyərlərlə müqayisədə kiçik olan dəyərlərə sürətlə azalsa da, güclü güc reaktorlarında bu, mütləq mənada əhəmiyyətlidir. Bu səbəbdən, qalıq istiliyin buraxılması reaktorun bağlanmasından sonra onun nüvəsindən istilik çıxarılmasının uzun müddətə təmin edilməsinə ehtiyac yaradır. Bu vəzifə reaktor qurğusunun layihəsində etibarlı enerji təchizatı ilə soyutma sistemlərinin olmasını tələb edir, həmçinin işlənmiş nüvə yanacağının xüsusi temperatur rejimi olan anbarlarda uzunmüddətli (3-4 il) saxlanmasını tələb edir - anbar. adətən reaktorun bilavasitə yaxınlığında yerləşən hovuzlar.

həmçinin bax

• Sovet İttifaqında layihələndirilmiş və tikilmiş nüvə reaktorlarının siyahısı

Ədəbiyyat

• V.E.Levin Nüvə fizikası və nüvə reaktorları. 4-cü nəşr. - M .: Atomizdat, 1979.
• Şukolyukov A.Yu “Uran. Təbii nüvə reaktoru ". “Kimya və həyat” No 6, 1980, səh. 20-24

Qeydlər (redaktə)

1. ZEEP - Kanadanın İlk Nüvə Reaktoru, Kanada Elm və Texnologiya Muzeyi.
2. Qreşilov A.A., Equpov N.D., Matuşenko A.M. Nüvə qalxanı. - M .: Loqos, 2008 .-- 438 s. -

Nüvə reaktoru rəvan və dəqiq işləyir. Əks halda, bildiyiniz kimi, problem olacaq. Bəs içəridə nə baş verir? Nüvə (atom) reaktorunun iş prinsipini qısa, aydın, dayanacaqlarla formalaşdırmağa çalışaq.

Əslində nüvə partlayışında olduğu kimi orada da eyni proses gedir. Yalnız indi partlayış çox tez baş verir, lakin reaktorda bütün bunlar uzun müddətə uzanır. Nəticədə hər şey təhlükəsiz və sağlam qalır və biz enerji alırıq. Ətrafdakı hər şey dərhal partladıldığı qədər deyil, şəhəri elektrik enerjisi ilə təmin etmək üçün kifayətdir.

reaktor necə işləyir
İdarə olunan nüvə reaksiyasının necə getdiyini başa düşməzdən əvvəl, ümumiyyətlə nüvə reaksiyasının nə olduğunu bilməlisiniz.

Nüvə reaksiyası atom nüvələrinin elementar hissəciklər və qamma kvantları ilə qarşılıqlı təsiri zamanı çevrilmə (parçalanma) prosesidir.

Nüvə reaksiyaları həm enerjinin udulması, həm də sərbəst buraxılması ilə baş verə bilər. İkinci reaksiyalar reaktorda istifadə olunur.

Nüvə reaktoru, məqsədi enerjinin buraxılması ilə idarə olunan nüvə reaksiyasını saxlamaq olan bir cihazdır.

Çox vaxt bir nüvə reaktoru da atom adlanır. Qeyd edək ki, burada heç bir prinsipial fərq yoxdur, lakin elm baxımından “nüvə” sözünün işlədilməsi daha düzgündür. İndi çox sayda nüvə reaktoru var. Bunlar elektrik stansiyalarında enerji istehsalı üçün nəzərdə tutulmuş nəhəng sənaye reaktorları, sualtı qayıqlardakı nüvə reaktorları, elmi təcrübələrdə istifadə olunan kiçik eksperimental reaktorlardır. Hətta dəniz suyunu duzsuzlaşdırmaq üçün istifadə olunan reaktorlar var.

Nüvə reaktorunun yaradılması tarixi

İlk nüvə reaktoru o qədər də uzaq olmayan 1942-ci ildə işə salındı. Ferminin rəhbərliyi altında ABŞ-da baş verdi. Bu reaktor "Çikaqo meşəsi" adlanırdı.

1946-cı ildə Kurçatovun rəhbərliyi altında ilk sovet reaktoru işə salındı. Bu reaktorun gövdəsi diametri yeddi metr olan bir top idi. İlk reaktorlarda soyutma sistemi yox idi və onların gücü minimal idi. Yeri gəlmişkən, sovet reaktorunun orta gücü 20 vatt idi, Amerikada isə cəmi 1 vatt idi. Müqayisə üçün: müasir güc reaktorlarının orta gücü 5 Gigavatdır. İlk reaktorun işə salınmasından on ildən az bir müddət sonra Obninsk şəhərində dünyada ilk sənaye nüvə elektrik stansiyası açıldı.

Nüvə (atom) reaktorunun iş prinsipi

Hər hansı bir nüvə reaktorunun bir neçə hissəsi var: yanacaq və moderatoru olan nüvə, neytron reflektoru, soyuducu, idarəetmə və mühafizə sistemi. Uran (235, 238, 233), plutonium (239) və torium (232) izotopları ən çox reaktorlarda yanacaq kimi istifadə olunur. Aktiv zona adi suyun (istilik daşıyıcısının) axdığı bir qazandır. Digər istilik ötürmə mayeləri arasında "ağır su" və maye qrafit daha az istifadə olunur. Atom elektrik stansiyasının istismarından danışırıqsa, istilik yaratmaq üçün nüvə reaktorundan istifadə olunur. Elektrik enerjisi özü də digər elektrik stansiyalarında olduğu kimi eyni üsulla istehsal olunur - buxar turbin fırlanır və hərəkət enerjisi elektrik enerjisinə çevrilir.

Aşağıda nüvə reaktorunun işinin diaqramı verilmişdir.

nüvə reaktorunun sxemi Atom elektrik stansiyasında nüvə reaktorunun sxemi

Artıq dediyimiz kimi, ağır uran nüvəsinin parçalanması zamanı daha yüngül elementlər və bir neçə neytron əmələ gəlir. Yaranan neytronlar digər nüvələrlə toqquşaraq onların parçalanmasına da səbəb olur. Bu zaman neytronların sayı uçqun kimi artır.

Burada neytronların çoxalma faktorunu qeyd etmək lazımdır. Belə ki, bu əmsal birə bərabər dəyəri keçərsə, nüvə partlayışı baş verir. Dəyər birdən azdırsa, çox az neytron var və reaksiya sönür. Ancaq əmsalın dəyərini birə bərabər saxlasanız, reaksiya uzun müddət və sabit davam edəcəkdir.

Sual budur ki, bunu necə etmək olar? Reaktorda yanacaq sözdə yanacaq elementlərindədir (yanacaq çubuqları). Bunlar nüvə yanacağının kiçik tabletlər şəklində yerləşdiyi çubuqlardır. Yanacaq çubuqları altıbucaqlı kasetlərdə birləşdirilir, onlardan yüzlərlə reaktorda ola bilər. Yanacaq çubuqları olan kasetlər şaquli şəkildə yerləşdirilir, hər bir yanacaq çubuğunun nüvəyə batırılma dərinliyini tənzimləməyə imkan verən bir sistem var. Kasetlərin özlərinə əlavə olaraq, onların arasında nəzarət çubuqları və fövqəladə hallardan qorunma çubuqları var. Çubuqlar neytronları yaxşı qəbul edən materialdan hazırlanır. Beləliklə, nəzarət çubuqları nüvədə müxtəlif dərinliklərə endirilə bilər və bununla da neytronların çoxalma əmsalını tənzimləyir. Təcili çubuqlar fövqəladə vəziyyətdə reaktoru bağlamaq üçün nəzərdə tutulmuşdur.

Nüvə reaktoru necə işə salınıb?

İş prinsipini başa düşdük, amma reaktoru necə işə salmaq və işləmək lazımdır? Kobud desək, bu, bir uran parçasıdır, lakin zəncirvari reaksiya özündə öz-özünə başlamır. Məsələ ondadır ki, nüvə fizikasında kritik kütlə anlayışı var.

Nüvə yanacağı

Kritik kütlə nüvə zəncirvari reaksiyaya başlamaq üçün lazım olan parçalanan maddənin kütləsidir.

Yanacaq çubuqlarının və idarəetmə çubuqlarının köməyi ilə reaktorda əvvəlcə nüvə yanacağının kritik kütləsi yaradılır, sonra isə reaktor bir neçə mərhələdə optimal güc səviyyəsinə çatdırılır.

Sevəcəksiniz: Riyaziyyat fəndləri - Humanitar Elmlər və Tələbələr üçün Fəndlər (1-ci Hissə)
Bu yazıda sizə nüvə (atom) reaktorunun quruluşu və iş prinsipi haqqında ümumi fikir verməyə çalışdıq. Mövzu ilə bağlı hər hansı bir sualınız varsa və ya universitetdə nüvə fizikası ilə bağlı problem qoymusunuzsa, şirkətimizin mütəxəssisləri ilə əlaqə saxlayın. Biz, həmişəki kimi, təhsilinizdə istənilən aktual məsələnin həllində sizə kömək etməyə hazırıq. Bu arada bunu edirik, diqqətiniz daha bir maarifləndirici videodur!

blog / kak-rabotaet-yadernyj-reaktor /