रिएक्टर में क्या है। परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है और कैसे काम करता है

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I. परमाणु रिएक्टर की व्यवस्था

एक परमाणु रिएक्टर में निम्नलिखित पाँच मुख्य तत्व होते हैं:

1) परमाणु ईंधन;

2) न्यूट्रॉन मॉडरेटर;

3) विनियमन प्रणाली;

4) शीतलन प्रणाली;

5) सुरक्षात्मक स्क्रीन।

1. परमाणु ईंधन।

परमाणु ईंधन ऊर्जा का स्रोत है। वर्तमान में तीन प्रकार के विखंडनीय पदार्थ ज्ञात हैं:

a) यूरेनियम 235, जो प्राकृतिक यूरेनियम में 0.7% या 1/140 भाग है;

6) प्लूटोनियम 239, जो यूरेनियम 238 पर आधारित कुछ रिएक्टरों में बनता है, जो प्राकृतिक यूरेनियम के लगभग पूरे द्रव्यमान (99.3%, या 139/140 भागों) को बनाता है।

न्यूट्रॉन पर कब्जा, यूरेनियम 238 नाभिक नेप्च्यूनियम नाभिक में बदल जाते हैं - मेंडेलीव की आवर्त सारणी का 93 वां तत्व; उत्तरार्द्ध, बदले में, प्लूटोनियम नाभिक में बदल जाता है - आवर्त सारणी का 94 वां तत्व। प्लूटोनियम आसानी से विकिरणित यूरेनियम से रासायनिक तरीकों से निकाला जाता है और इसे परमाणु ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है;

c) यूरेनियम 233, जो थोरियम से प्राप्त यूरेनियम का एक कृत्रिम समस्थानिक है।

यूरेनियम 235 के विपरीत, जो प्राकृतिक यूरेनियम में पाया जाता है, प्लूटोनियम 239 और यूरेनियम 233 केवल कृत्रिम तरीकों से निर्मित होते हैं। इसलिए, उन्हें द्वितीयक परमाणु ईंधन कहा जाता है; यूरेनियम 238 और थोरियम 232 ऐसे ईंधन के स्रोत के रूप में काम करते हैं।

इस प्रकार, ऊपर सूचीबद्ध सभी प्रकार के परमाणु ईंधन में, यूरेनियम मुख्य है। यह बताता है कि सभी देशों में यूरेनियम के भंडार की खोज और खोज में कितना व्यापक दायरा है।

परमाणु रिएक्टर में जारी ऊर्जा की तुलना कभी-कभी रासायनिक दहन प्रतिक्रिया के दौरान जारी की गई ऊर्जा से की जाती है। हालाँकि, उनके बीच एक बुनियादी अंतर है।

यूरेनियम के विखंडन की प्रक्रिया में प्राप्त गर्मी की मात्रा दहन के दौरान प्राप्त गर्मी की मात्रा से बहुत अधिक है, उदाहरण के लिए, कोयला: 1 किलो यूरेनियम 235, सिगरेट के एक पैकेट की मात्रा के बराबर, सैद्धांतिक रूप से दे सकता है 2,600 टन कोयले जितनी ऊर्जा।

हालांकि, इन ऊर्जावान संभावनाओं का पूरी तरह से उपयोग नहीं किया जाता है, क्योंकि सभी यूरेनियम -235 को प्राकृतिक यूरेनियम से अलग नहीं किया जा सकता है। नतीजतन, यूरेनियम 235 में इसके संवर्धन की डिग्री के आधार पर 1 किलो यूरेनियम, वर्तमान में लगभग 10 टन कोयले के बराबर है। लेकिन यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि परमाणु ईंधन के उपयोग से परिवहन की सुविधा होती है और इसलिए, ईंधन की लागत में काफी कमी आती है। ब्रिटिश विशेषज्ञों ने गणना की है कि यूरेनियम को समृद्ध करके वे रिएक्टरों में प्राप्त गर्मी को 10 के कारक से बढ़ाने में सक्षम होंगे, जो 1 टन यूरेनियम को 100 हजार टन कोयले के बराबर कर देगा।

परमाणु विखंडन की प्रक्रिया के बीच दूसरा अंतर, जो रासायनिक दहन से गर्मी की रिहाई के साथ होता है, दहन प्रतिक्रिया के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, जबकि श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए केवल कुछ न्यूट्रॉन और परमाणु ईंधन के एक निश्चित द्रव्यमान की आवश्यकता होती है। , महत्वपूर्ण द्रव्यमान के बराबर, जिसकी परिभाषा हम पहले ही परमाणु बम पर अनुभाग में दे चुके हैं।

और अंत में, परमाणु विखंडन की अदृश्य प्रक्रिया अत्यंत हानिकारक विकिरण के उत्सर्जन के साथ होती है, जिससे सुरक्षा सुनिश्चित की जानी चाहिए।

2. न्यूट्रॉन मॉडरेटर।

रिएक्टर में विखंडन उत्पादों के प्रसार से बचने के लिए, परमाणु ईंधन को विशेष गोले में रखा जाना चाहिए। ऐसे गोले के निर्माण के लिए, आप एल्यूमीनियम का उपयोग कर सकते हैं (कूलर का तापमान 200 ° से अधिक नहीं होना चाहिए), और इससे भी बेहतर, बेरिलियम या ज़िरकोनियम - नई धातुएँ, जिनका शुद्ध रूप में उत्पादन बड़ी कठिनाइयों से जुड़ा है।

परमाणु विखंडन की प्रक्रिया में निर्मित, न्यूट्रॉन (एक भारी तत्व के एक नाभिक के विखंडन में औसतन 2-3 न्यूट्रॉन) में एक निश्चित ऊर्जा होती है। न्यूट्रॉन द्वारा अन्य नाभिकों के विभाजन की संभावना सबसे बड़ी होने के लिए, जिसके बिना प्रतिक्रिया आत्मनिर्भर नहीं होगी, यह आवश्यक है कि ये न्यूट्रॉन अपनी गति का हिस्सा खो दें। यह रिएक्टर में एक मॉडरेटर लगाकर हासिल किया जाता है, जिसमें कई लगातार टकरावों के परिणामस्वरूप तेज न्यूट्रॉन धीमी न्यूट्रॉन में परिवर्तित हो जाते हैं। चूंकि एक मॉडरेटर के रूप में उपयोग किए जाने वाले पदार्थ में लगभग न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के बराबर द्रव्यमान के साथ नाभिक होना चाहिए, अर्थात हल्के तत्वों के नाभिक, भारी पानी का उपयोग शुरू से ही एक मॉडरेटर के रूप में किया जाता था (D 2 0, जहां D ड्यूटेरियम है) , जिसने साधारण जल H 2 0) में प्रकाश हाइड्रोजन का स्थान ले लिया। हालांकि, अब वे अधिक से अधिक ग्रेफाइट का उपयोग करने की कोशिश कर रहे हैं - यह सस्ता है और लगभग समान प्रभाव देता है।

स्वीडन से खरीदे गए एक टन भारी पानी की कीमत 70-80 मिलियन फ़्रैंक है। परमाणु ऊर्जा के शांतिपूर्ण उपयोग पर जिनेवा सम्मेलन में, अमेरिकियों ने घोषणा की कि वे जल्द ही 22 मिलियन फ़्रैंक प्रति टन पर भारी पानी बेचने में सक्षम होंगे।

एक टन ग्रेफाइट की कीमत 400,000 फ़्रैंक होती है, और एक टन बेरिलियम ऑक्साइड की कीमत 20 मिलियन फ़्रैंक होती है।

मॉडरेटर के रूप में उपयोग की जाने वाली सामग्री न्यूट्रॉन के नुकसान से बचने के लिए साफ होनी चाहिए क्योंकि वे मॉडरेटर से गुजरते हैं। दौड़ के अंत में, न्यूट्रॉन की औसत गति लगभग 2200 मीटर / सेकंड होती है, जबकि उनकी प्रारंभिक गति लगभग 20 हजार किमी / सेकंड होती है। रिएक्टरों में, गर्मी की रिहाई धीरे-धीरे होती है और परमाणु बम के विपरीत इसे नियंत्रित किया जा सकता है, जहां यह तुरंत होता है और एक विस्फोट के चरित्र को लेता है।

कुछ प्रकार के फास्ट रिएक्टरों में मॉडरेटर की आवश्यकता नहीं होती है।

3. विनियमन प्रणाली।

एक व्यक्ति को अपनी इच्छा से परमाणु प्रतिक्रिया को प्रेरित करने, विनियमित करने और रोकने में सक्षम होना चाहिए। यह न्यूट्रॉन को अवशोषित करने की क्षमता वाले बोरॉन स्टील या कैडमियम से बनी नियंत्रण छड़ों का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है। रिएक्टर में नियंत्रण छड़ों को जिस गहराई तक उतारा जाता है, उसके आधार पर, कोर में न्यूट्रॉन की संख्या बढ़ जाती है या घट जाती है, जिससे अंततः प्रक्रिया को नियंत्रित करना संभव हो जाता है। नियंत्रण छड़ स्वचालित रूप से सर्वो तंत्र द्वारा नियंत्रित होते हैं; इनमें से कुछ छड़ें खतरे की स्थिति में तुरंत कोर में गिर सकती हैं।

सबसे पहले, चिंताएं थीं कि रिएक्टर के विस्फोट से परमाणु बम के विस्फोट के समान ही नुकसान होगा। यह साबित करने के लिए कि रिएक्टर का विस्फोट केवल सामान्य से अलग स्थितियों में होता है और परमाणु संयंत्र के आसपास रहने वाली आबादी के लिए गंभीर खतरा पैदा नहीं करता है, अमेरिकियों ने जानबूझकर एक तथाकथित "उबलते" रिएक्टर को उड़ा दिया। दरअसल, एक विस्फोट हुआ था जिसे हम "शास्त्रीय", यानी गैर-परमाणु के रूप में चिह्नित कर सकते हैं; यह एक बार फिर साबित करता है कि परमाणु रिएक्टरों को आबादी वाले क्षेत्रों के पास बिना किसी विशेष खतरे के बनाया जा सकता है।

4. शीतलन प्रणाली।

परमाणु विखंडन की प्रक्रिया में, एक निश्चित ऊर्जा निकलती है, जो क्षय उत्पादों और परिणामी न्यूट्रॉन में स्थानांतरित हो जाती है। न्यूट्रॉन के कई टकरावों के परिणामस्वरूप यह ऊर्जा तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, इसलिए, रिएक्टर की तीव्र विफलता को रोकने के लिए, गर्मी को हटा दिया जाना चाहिए। रेडियोधर्मी आइसोटोप के उत्पादन के लिए रिएक्टरों में, इस गर्मी का उपयोग नहीं किया जाता है, ऊर्जा के उत्पादन के लिए रिएक्टरों में, इसके विपरीत, यह मुख्य उत्पाद बन जाता है। गैस या पानी का उपयोग करके शीतलन किया जा सकता है, जो विशेष ट्यूबों के माध्यम से दबाव में रिएक्टर में प्रसारित होता है और फिर हीट एक्सचेंजर में ठंडा किया जाता है। जारी गर्मी का उपयोग भाप को गर्म करने के लिए किया जा सकता है, जो जनरेटर से जुड़े टर्बाइन को घुमाता है; ऐसा उपकरण एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र होगा।

5. सुरक्षात्मक स्क्रीन।

रिएक्टर से बाहर निकलने वाले न्यूट्रॉन के हानिकारक प्रभावों से बचने के लिए, और प्रतिक्रिया के दौरान उत्सर्जित गामा विकिरण से खुद को बचाने के लिए, विश्वसनीय सुरक्षा आवश्यक है। वैज्ञानिकों ने गणना की है कि 100 हजार किलोवाट की क्षमता वाला एक रिएक्टर इतनी मात्रा में रेडियोधर्मी विकिरण उत्सर्जित करता है कि 100 मीटर की दूरी पर स्थित व्यक्ति इसे 2 मिनट में प्राप्त कर लेगा। घातक खुराक। रिएक्टर की सेवा करने वाले कर्मियों की सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए, लेड स्लैब के साथ विशेष कंक्रीट की दो मीटर की दीवारें बनाई जा रही हैं।

पहला रिएक्टर दिसंबर 1942 में इतालवी फर्मी द्वारा बनाया गया था। 1955 के अंत तक, दुनिया में लगभग 50 परमाणु रिएक्टर थे (यूएसए -2 1, इंग्लैंड - 4, कनाडा - 2, फ्रांस - 2)। इसमें यह जोड़ा जाना चाहिए कि 1956 की शुरुआत तक, लगभग 50 और रिएक्टरों को अनुसंधान और औद्योगिक उद्देश्यों (यूएसए - 23, फ्रांस - 4, इंग्लैंड - 3, कनाडा - 1) के लिए डिजाइन किया गया था।

इन रिएक्टरों के प्रकार बहुत विविध हैं, ग्रेफाइट मॉडरेटर के साथ धीमी रिएक्टरों और ईंधन के रूप में प्राकृतिक यूरेनियम से लेकर तेज रिएक्टर तक जो प्लूटोनियम या यूरेनियम 233 से समृद्ध यूरेनियम का उपयोग करते हैं जो कृत्रिम रूप से थोरियम से ईंधन के रूप में प्राप्त होते हैं।

इन दो विपरीत प्रकारों के अलावा, कई रिएक्टर हैं जो एक दूसरे से या तो परमाणु ईंधन की संरचना में, या मॉडरेटर के प्रकार में, या शीतलक में भिन्न होते हैं।

यह ध्यान रखना बहुत महत्वपूर्ण है कि यद्यपि इस मुद्दे का सैद्धांतिक पक्ष वर्तमान में सभी देशों के विशेषज्ञों द्वारा अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है, व्यावहारिक क्षेत्र में, विभिन्न देश अभी तक समान स्तर तक नहीं पहुंचे हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका और रूस अन्य देशों से आगे हैं। यह तर्क दिया जा सकता है कि परमाणु ऊर्जा का भविष्य मुख्य रूप से प्रौद्योगिकी की प्रगति पर निर्भर करेगा।

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अध्याय VIII परमाणु रिएक्टर के संचालन और क्षमताओं का सिद्धांत I. एक परमाणु रिएक्टर का डिजाइन एक परमाणु रिएक्टर में निम्नलिखित पांच मुख्य तत्व होते हैं: 1) परमाणु ईंधन; 2) न्यूट्रॉन मॉडरेटर; 3) नियंत्रण प्रणाली; 4) शीतलन प्रणाली; 5 ) सुरक्षात्मक

लेखक की किताब से

अध्याय 11 ढांकता हुआ 1 का आंतरिक उपकरण। आणविक द्विध्रुव §2. इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण §3। ध्रुवीय अणु; ओरिएंटल ध्रुवीकरण §4। एक ढांकता हुआ 5 के रिक्त स्थान में विद्युत क्षेत्र। तरल पदार्थों का ढांकता हुआ स्थिरांक; क्लॉसियस-मोसोटी फॉर्मूला 6।

एक सामान्य व्यक्ति के लिए, आधुनिक उच्च तकनीक वाले उपकरण इतने रहस्यमय और गूढ़ हैं कि उनकी पूजा करने का समय आ गया है जैसे पूर्वजों ने बिजली की पूजा की। हाई स्कूल में भौतिकी की कक्षाएं, गणित से भरपूर, समस्या का समाधान नहीं। लेकिन आप दिलचस्प रूप से एक परमाणु रिएक्टर के बारे में भी बता सकते हैं, जिसके संचालन का सिद्धांत एक किशोर के लिए भी स्पष्ट है।

परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है?

इस हाई-टेक डिवाइस के संचालन का सिद्धांत इस प्रकार है:

जब एक न्यूट्रॉन अवशोषित होता है, तो परमाणु ईंधन (अक्सर यह होता है यूरेनियम-235या प्लूटोनियम-239) परमाणु नाभिक का विखंडन होता है;
गतिज ऊर्जा, गामा विकिरण और मुक्त न्यूट्रॉन निकलते हैं;
गतिज ऊर्जा ऊष्मा में परिवर्तित होती है (जब नाभिक आसपास के परमाणुओं से टकराता है), गामा विकिरण रिएक्टर द्वारा ही अवशोषित होता है और ऊष्मा में भी बदल जाता है;
कुछ उत्पन्न न्यूट्रॉन ईंधन परमाणुओं द्वारा अवशोषित होते हैं, जो एक श्रृंखला प्रतिक्रिया का कारण बनता है। इसे नियंत्रित करने के लिए न्यूट्रॉन अवशोषक और मॉडरेटर का उपयोग किया जाता है;
गर्मी वाहक (पानी, गैस या तरल सोडियम) की मदद से प्रतिक्रिया की जगह से गर्मी हटा दी जाती है;
गर्म पानी से दबावयुक्त भाप का उपयोग भाप टर्बाइनों को चलाने के लिए किया जाता है;
जनरेटर की सहायता से टर्बाइनों के घूर्णन की यांत्रिक ऊर्जा को प्रत्यावर्ती विद्युत धारा में परिवर्तित किया जाता है।

वर्गीकरण दृष्टिकोण

रिएक्टरों के टाइपोलॉजी के कई कारण हो सकते हैं:

परमाणु प्रतिक्रिया के प्रकार से... विखंडन (सभी व्यावसायिक प्रतिष्ठान) या संलयन (थर्मोन्यूक्लियर पावर इंजीनियरिंग, केवल कुछ शोध संस्थानों में व्यापक है);
शीतलक द्वारा... अधिकांश मामलों में, इस उद्देश्य के लिए पानी (उबलते या भारी) का उपयोग किया जाता है। वैकल्पिक समाधान कभी-कभी उपयोग किए जाते हैं: तरल धातु (सोडियम, सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु, पारा), गैस (हीलियम, कार्बन डाइऑक्साइड या नाइट्रोजन), पिघला हुआ नमक (फ्लोराइड लवण);
पीढ़ी से।पहला प्रारंभिक प्रोटोटाइप है जिसका कोई व्यावसायिक अर्थ नहीं था। दूसरा वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्र हैं जो 1996 से पहले बनाए गए थे। तीसरी पीढ़ी केवल मामूली सुधारों के साथ पिछले वाले से अलग है। चौथी पीढ़ी पर काम अभी भी जारी है;
एकत्रीकरण की स्थिति के अनुसारईंधन (गैस अभी भी केवल कागज पर मौजूद है);
उपयोग के उद्देश्य से(बिजली के उत्पादन के लिए, इंजन शुरू करना, हाइड्रोजन उत्पादन, अलवणीकरण, तत्वों का रूपांतरण, तंत्रिका विकिरण प्राप्त करना, सैद्धांतिक और खोजी उद्देश्य)।

परमाणु रिएक्टर डिवाइस

अधिकांश बिजली संयंत्रों में रिएक्टरों के मुख्य घटक हैं:

परमाणु ईंधन - एक पदार्थ जो बिजली टर्बाइनों (आमतौर पर कम समृद्ध यूरेनियम) के लिए गर्मी उत्पन्न करने के लिए आवश्यक है;
परमाणु रिएक्टर का सक्रिय क्षेत्र - यह वह जगह है जहाँ परमाणु प्रतिक्रिया होती है;
न्यूट्रॉन मॉडरेटर - तेज न्यूट्रॉन की गति को कम करता है, उन्हें थर्मल न्यूट्रॉन में परिवर्तित करता है;
न्यूट्रॉन स्रोत शुरू करना - परमाणु प्रतिक्रिया की विश्वसनीय और स्थिर शुरुआत के लिए उपयोग किया जाता है;
न्यूट्रॉन अवशोषक - ताजे ईंधन की उच्च प्रतिक्रियाशीलता को कम करने के लिए कुछ बिजली संयंत्रों में उपलब्ध;
न्यूट्रॉन हॉवित्जर - शटडाउन के बाद प्रतिक्रिया को फिर से शुरू करने के लिए उपयोग किया जाता है;
ठंडा तरल (शुद्ध पानी);
नियंत्रण छड़ - यूरेनियम या प्लूटोनियम नाभिक की विखंडन दर को विनियमित करने के लिए;
पानी पंप - भाप बॉयलर में पानी पंप करता है;
स्टीम टर्बाइन - भाप की तापीय ऊर्जा को घूर्णी यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है;
कूलिंग टॉवर - वातावरण में अतिरिक्त गर्मी को दूर करने के लिए एक उपकरण;
रेडियोधर्मी अपशिष्ट स्वागत और भंडारण प्रणाली;
सुरक्षा प्रणालियाँ (आपातकालीन डीजल जनरेटर, आपातकालीन कोर कूलिंग डिवाइस)।

नवीनतम मॉडल कैसे काम करते हैं

नवीनतम चौथी पीढ़ी के रिएक्टर वाणिज्यिक संचालन के लिए उपलब्ध होंगे 2030 . से पहले नहीं... वर्तमान में, उनके काम का सिद्धांत और संरचना विकास के चरण में है। वर्तमान आंकड़ों के अनुसार, ये संशोधन मौजूदा मॉडलों से अलग होंगे जैसे फायदे:

रैपिड गैस कूलिंग सिस्टम। यह माना जाता है कि हीलियम का उपयोग शीतलन एजेंट के रूप में किया जाएगा। डिजाइन प्रलेखन के अनुसार, इस तरह 850 डिग्री सेल्सियस के तापमान के साथ रिएक्टरों को ठंडा करना संभव है। ऐसे उच्च तापमान पर काम करने के लिए, आपको विशिष्ट कच्चे माल की भी आवश्यकता होगी: मिश्रित सिरेमिक सामग्री और एक्टिनाइड यौगिक;
प्राथमिक शीतलक के रूप में सीसा या सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु का उपयोग करना संभव है। इन सामग्रियों में कम न्यूट्रॉन अवशोषण दर और अपेक्षाकृत कम गलनांक होता है;
साथ ही, गलित लवणों के मिश्रण का उपयोग मुख्य ऊष्मा वाहक के रूप में किया जा सकता है। इस प्रकार, पानी ठंडा करने वाले आधुनिक समकक्षों की तुलना में उच्च तापमान पर काम करना संभव होगा।

प्रकृति में प्राकृतिक अनुरूप

एक परमाणु रिएक्टर को जनता के दिमाग में विशेष रूप से उच्च प्रौद्योगिकियों के उत्पाद के रूप में माना जाता है। हालांकि, वास्तव में, पहला है डिवाइस प्राकृतिक मूल का है... यह मध्य अफ्रीकी राज्य गैबॉन के ओक्लो क्षेत्र में पाया गया था:

रिएक्टर का निर्माण भूजल द्वारा यूरेनियम चट्टानों की बाढ़ के कारण हुआ था। उन्होंने न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में कार्य किया;
यूरेनियम के क्षय के दौरान निकलने वाली ऊष्मा ऊर्जा पानी को भाप में बदल देती है, और श्रृंखला प्रतिक्रिया रुक जाती है;
शीतलक के तापमान में गिरावट के बाद, सब कुछ फिर से दोहराया जाता है;
यदि तरल उबलता नहीं और प्रतिक्रिया की प्रक्रिया को रोक नहीं पाता, तो मानवता को एक नई प्राकृतिक आपदा का सामना करना पड़ता;
इस रिएक्टर में लगभग डेढ़ अरब साल पहले नाभिकों का आत्मनिर्भर विखंडन शुरू हुआ था। इस समय के दौरान, लगभग 0.1 मिलियन वाट बिजली उत्पादन आवंटित किया गया था;
पृथ्वी पर दुनिया का ऐसा अजूबा ही जाना जाता है। नए का उदय असंभव है: प्राकृतिक कच्चे माल में यूरेनियम -235 की हिस्सेदारी एक श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए आवश्यक स्तर से बहुत कम है।

दक्षिण कोरिया में कितने परमाणु रिएक्टर हैं?

प्राकृतिक संसाधनों में गरीब, लेकिन औद्योगीकृत और अधिक आबादी वाले, कोरिया गणराज्य को ऊर्जा की सख्त जरूरत है। जर्मनी द्वारा एक शांतिपूर्ण परमाणु के परित्याग की पृष्ठभूमि के खिलाफ, इस देश को परमाणु प्रौद्योगिकी पर अंकुश लगाने की बहुत उम्मीदें हैं:

यह योजना बनाई गई है कि 2035 तक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उत्पन्न बिजली का हिस्सा 60% तक पहुंच जाएगा, और कुल उत्पादन - 40 गीगावाट से अधिक;
देश के पास परमाणु हथियार नहीं हैं, लेकिन परमाणु भौतिकी में अनुसंधान जारी है। कोरियाई वैज्ञानिकों ने आधुनिक रिएक्टरों के लिए परियोजनाएं विकसित की हैं: मॉड्यूलर, हाइड्रोजन, तरल धातु के साथ, आदि;
स्थानीय शोधकर्ताओं की सफलता ने प्रौद्योगिकी को विदेशों में बेचने की अनुमति दी है। देश से अगले 15-20 वर्षों में इनमें से 80 इकाइयों का निर्यात करने की उम्मीद है;
लेकिन आज तक, अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्र अमेरिकी या फ्रांसीसी वैज्ञानिकों की सहायता से बनाए गए थे;
परिचालन संयंत्रों की संख्या अपेक्षाकृत कम है (केवल चार), लेकिन उनमें से प्रत्येक में रिएक्टरों की एक महत्वपूर्ण संख्या है - कुल मिलाकर 40, और यह आंकड़ा बढ़ेगा।

जब न्यूट्रॉन के साथ बमबारी की जाती है, तो परमाणु ईंधन एक श्रृंखला प्रतिक्रिया में प्रवेश करता है जो भारी मात्रा में गर्मी पैदा करता है। सिस्टम में पानी इस गर्मी को लेता है और भाप में बदल जाता है, जो बिजली उत्पन्न करने वाले टर्बाइनों को बदल देता है। यहाँ एक परमाणु रिएक्टर के संचालन का एक सरल आरेख है, जो पृथ्वी पर ऊर्जा का सबसे शक्तिशाली स्रोत है।

वीडियो: परमाणु रिएक्टर कैसे काम करते हैं

इस वीडियो में, परमाणु भौतिक विज्ञानी व्लादिमीर चाइकिन आपको बताएंगे कि परमाणु रिएक्टरों में बिजली कैसे उत्पन्न होती है, उनकी विस्तृत संरचना:

परमाणु ऊर्जा बिजली पैदा करने का एक आधुनिक और तेजी से विकसित होने वाला तरीका है। क्या आप जानते हैं कि परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की व्यवस्था कैसे की जाती है? परमाणु ऊर्जा संयंत्र का संचालन सिद्धांत क्या है? आज किस प्रकार के परमाणु रिएक्टर हैं? हम एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन की योजना पर विस्तार से विचार करने की कोशिश करेंगे, परमाणु रिएक्टर की संरचना में तल्लीन करेंगे और यह पता लगाएंगे कि बिजली पैदा करने की परमाणु विधि कितनी सुरक्षित है।

कोई भी स्टेशन रिहायशी इलाके से दूर एक बंद इलाका होता है। इसके क्षेत्र में कई इमारतें हैं। सबसे महत्वपूर्ण संरचना रिएक्टर बिल्डिंग है, इसके बगल में टर्बाइन रूम है, जहां से रिएक्टर को नियंत्रित किया जाता है, और सुरक्षा भवन।

परमाणु रिएक्टर के बिना सर्किट असंभव है। एक परमाणु (परमाणु) रिएक्टर एक एनपीपी उपकरण है जिसे इस प्रक्रिया के दौरान ऊर्जा की अनिवार्य रिहाई के साथ न्यूट्रॉन विखंडन की एक श्रृंखला प्रतिक्रिया को व्यवस्थित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। लेकिन परमाणु ऊर्जा संयंत्र का संचालन सिद्धांत क्या है?

पूरे रिएक्टर प्लांट को रिएक्टर बिल्डिंग में रखा गया है, एक बड़ा कंक्रीट टावर जो रिएक्टर को छुपाता है और दुर्घटना की स्थिति में, परमाणु प्रतिक्रिया के सभी उत्पाद शामिल होंगे। इस बड़े टॉवर को कंटेनमेंट, कंटेनमेंट या कंटेनमेंट कहा जाता है।

नए रिएक्टरों के नियंत्रण क्षेत्र में 2 मोटी कंक्रीट की दीवारें हैं - गोले।
बाहरी आवरण, 80 सेमी मोटा, नियंत्रण क्षेत्र को बाहरी प्रभावों से बचाता है।

आंतरिक खोल, 1 मीटर 20 सेमी मोटा, इसके उपकरण में विशेष स्टील के तार होते हैं, जो कंक्रीट की ताकत को लगभग तीन गुना बढ़ा देते हैं और संरचना को टूटने से बचाते हैं। अंदर की तरफ, इसे विशेष स्टील की एक पतली शीट के साथ पंक्तिबद्ध किया गया है, जिसे नियंत्रण क्षेत्र के बाहर रिएक्टर की सामग्री को मुक्त नहीं करने के लिए और दुर्घटना की स्थिति में अतिरिक्त सुरक्षा के रूप में काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र का ऐसा उपकरण 200 टन तक के विमान दुर्घटना, 8-बिंदु भूकंप, बवंडर और सुनामी का सामना कर सकता है।

पहली बार, 1968 में अमेरिकी कनेक्टिकट यांकी परमाणु ऊर्जा संयंत्र में एक सीलबंद बाड़े का निर्माण किया गया था।

कंटेनमेंट एरिया की कुल ऊंचाई 50-60 मीटर है।

परमाणु रिएक्टर में क्या होता है?

परमाणु रिएक्टर के संचालन के सिद्धांत और इसलिए परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन के सिद्धांत को समझने के लिए, आपको रिएक्टर के घटकों को समझने की जरूरत है।

सक्रिय क्षेत्र। यह वह क्षेत्र है जहां परमाणु ईंधन (गर्मी रिलीज) और मॉडरेटर रखा जाता है। ईंधन परमाणु (अक्सर यूरेनियम ईंधन होता है) एक विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया से गुजरता है। मंदक को विखंडन प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और आपको गति और शक्ति में आवश्यक प्रतिक्रिया करने की अनुमति देता है।
न्यूट्रॉन का परावर्तक। परावर्तक सक्रिय क्षेत्र को घेर लेता है। इसमें मंदक के समान सामग्री होती है। वास्तव में, यह एक बॉक्स है, जिसका मुख्य उद्देश्य न्यूट्रॉन को कोर छोड़ने और पर्यावरण में प्रवेश करने से रोकना है।
उष्मा वाहक। शीतलक को उस ऊष्मा को अवशोषित करना चाहिए जो ईंधन परमाणुओं के विखंडन के दौरान जारी की गई थी और इसे अन्य पदार्थों में स्थानांतरित कर दिया। शीतलक काफी हद तक यह निर्धारित करता है कि परमाणु ऊर्जा संयंत्र की व्यवस्था कैसे की जाती है। आज का सबसे लोकप्रिय ताप वाहक पानी है।
रिएक्टर नियंत्रण प्रणाली। सेंसर और तंत्र जो परमाणु ऊर्जा संयंत्र रिएक्टर चलाते हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन

परमाणु ऊर्जा संयंत्र किस पर कार्य करता है? परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन रेडियोधर्मी गुणों वाले रासायनिक तत्व हैं। सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में यूरेनियम एक ऐसा तत्व है।

स्टेशनों के डिजाइन का तात्पर्य है कि परमाणु ऊर्जा संयंत्र एक जटिल मिश्रित ईंधन पर काम करते हैं, न कि शुद्ध रासायनिक तत्व पर। और प्राकृतिक यूरेनियम से यूरेनियम ईंधन निकालने के लिए, जिसे एक परमाणु रिएक्टर में लोड किया जाता है, कई जोड़तोड़ करने की आवश्यकता होती है।

समृद्ध यूरेनियम

यूरेनियम में दो समस्थानिक होते हैं, अर्थात इसमें विभिन्न द्रव्यमान वाले नाभिक होते हैं। उन्हें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन आइसोटोप -235 और आइसोटोप -238 की संख्या के आधार पर नामित किया गया था। 20वीं सदी के शोधकर्ताओं ने अयस्क से 235वां यूरेनियम निकालना शुरू किया, क्योंकि इसे विघटित करना और बदलना आसान था। यह पता चला कि प्रकृति में ऐसे यूरेनियम का केवल 0.7% है (शेष प्रतिशत 238 वें समस्थानिक में चला गया)।

इस मामले में क्या करना है? उन्होंने यूरेनियम को समृद्ध करने का फैसला किया। यूरेनियम संवर्धन एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें कई आवश्यक 235x समस्थानिक और कुछ अनावश्यक 238x शेष रह जाते हैं। यूरेनियम संवर्द्धक का कार्य यूरेनियम-235 का लगभग 0.7 प्रतिशत से लगभग शत-प्रतिशत बनाना है।

यूरेनियम को दो तकनीकों - गैसीय प्रसार या गैस सेंट्रीफ्यूज का उपयोग करके समृद्ध किया जा सकता है। उनके उपयोग के लिए, अयस्क से निकाले गए यूरेनियम को गैसीय अवस्था में बदल दिया जाता है। यह गैस के रूप में समृद्ध होता है।

यूरेनियम पाउडर

समृद्ध यूरेनियम गैस एक ठोस अवस्था - यूरेनियम डाइऑक्साइड में परिवर्तित हो जाती है। ऐसा शुद्ध, ठोस 235 यूरेनियम बड़े सफेद क्रिस्टल जैसा दिखता है, जिसे बाद में यूरेनियम पाउडर में कुचल दिया जाता है।

यूरेनियम की गोलियां

यूरेनियम की गोलियां कुछ सेंटीमीटर लंबी ठोस धातु की वाशर होती हैं। यूरेनियम पाउडर से ऐसी गोलियों को मोल्ड करने के लिए, इसे एक पदार्थ के साथ मिलाया जाता है - एक प्लास्टिसाइज़र, जो टैबलेट दबाने की गुणवत्ता में सुधार करता है।

प्रेस किए गए वाशर को 1200 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक दिन से अधिक समय तक बेक किया जाता है ताकि टैबलेट को विशेष ताकत और उच्च तापमान का प्रतिरोध मिल सके। परमाणु ऊर्जा संयंत्र कैसे काम करता है यह सीधे इस बात पर निर्भर करता है कि यूरेनियम ईंधन कितनी अच्छी तरह संपीड़ित और बेक किया गया है।

गोलियाँ मोलिब्डेनम बक्से में बेक की जाती हैं, क्योंकि केवल यह धातु डेढ़ हजार डिग्री से अधिक "नारकीय" तापमान पर नहीं पिघलने में सक्षम है। उसके बाद, परमाणु ऊर्जा संयंत्र के लिए यूरेनियम ईंधन तैयार माना जाता है।

टीवीईएल और टीवीएस क्या हैं?

रिएक्टर कोर एक विशाल डिस्क या ट्यूब की तरह दिखता है जिसमें दीवारों में छेद होते हैं (रिएक्टर के प्रकार के आधार पर), मानव शरीर के आकार का 5 गुना। इन छिद्रों में यूरेनियम ईंधन होता है, जिसके परमाणु वांछित प्रतिक्रिया करते हैं।

रिएक्टर में केवल ईंधन फेंकना असंभव है, ठीक है, अगर आप पूरे स्टेशन का विस्फोट नहीं करना चाहते हैं और आस-पास के राज्यों के एक जोड़े के लिए एक दुर्घटना के परिणाम हैं। इसलिए, यूरेनियम ईंधन को ईंधन की छड़ों में रखा जाता है और फिर ईंधन असेंबलियों में एकत्र किया जाता है। इन योगों का क्या अर्थ है?

टीवीईएल एक ईंधन तत्व है (रूसी कंपनी के उसी नाम से भ्रमित नहीं होना चाहिए जो उन्हें पैदा करता है)। मूल रूप से यह जिरकोनियम मिश्र धातुओं से बनी एक पतली और लंबी जिरकोनियम ट्यूब होती है जिसमें यूरेनियम छर्रों को रखा जाता है। यह ईंधन की छड़ों में है कि यूरेनियम परमाणु एक दूसरे के साथ बातचीत करना शुरू करते हैं, प्रतिक्रिया के दौरान गर्मी छोड़ते हैं।

जिरकोनियम को इसकी अपवर्तकता और जंग रोधी गुणों के कारण ईंधन छड़ के उत्पादन के लिए एक सामग्री के रूप में चुना गया था।

ईंधन छड़ का प्रकार रिएक्टर के प्रकार और संरचना पर निर्भर करता है। एक नियम के रूप में, ईंधन की छड़ की संरचना और उद्देश्य नहीं बदलता है, ट्यूब की लंबाई और चौड़ाई भिन्न हो सकती है।

मशीन 200 से अधिक यूरेनियम छर्रों को एक जिरकोनियम ट्यूब में लोड करती है। कुल मिलाकर, लगभग 10 मिलियन यूरेनियम छर्रे एक साथ रिएक्टर में काम कर रहे हैं।
एफए - ईंधन विधानसभा। एनपीपी कार्यकर्ता ईंधन असेंबलियों को बंडल कहते हैं।

वास्तव में, ये कई ईंधन छड़ें हैं जिन्हें एक साथ बांधा गया है। ईंधन असेंबलियां तैयार परमाणु ईंधन हैं, जिस पर परमाणु ऊर्जा संयंत्र संचालित होता है। यह ईंधन असेंबली है जिसे परमाणु रिएक्टर में लोड किया जाता है। एक रिएक्टर में लगभग 150 - 400 ईंधन असेंबलियाँ होती हैं।
रिएक्टर के आधार पर जिसमें ईंधन असेंबलियां संचालित होंगी, वे विभिन्न आकारों में आते हैं। कभी-कभी बीम एक घन में मोड़ते हैं, कभी बेलनाकार में, कभी-कभी हेक्सागोनल आकार में।

4 वर्षों के संचालन के लिए एक ईंधन असेंबली उतनी ही ऊर्जा उत्पन्न करती है जितनी कि 670 कोयला वैगनों, 730 प्राकृतिक गैस टैंकों या तेल से लदी 900 टैंकों को जलाने पर होती है।
आज, ईंधन असेंबलियों का उत्पादन मुख्य रूप से रूस, फ्रांस, संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान के कारखानों में किया जाता है।

अन्य देशों में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन पहुंचाने के लिए, ईंधन असेंबलियों को लंबे और चौड़े धातु के पाइपों में सील कर दिया जाता है, हवा को पाइप से बाहर निकाल दिया जाता है और विशेष मशीनों द्वारा कार्गो विमानों तक पहुंचाया जाता है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए परमाणु ईंधन का वजन बहुत अधिक होता है, क्योंकि यूरेनियम ग्रह पर सबसे भारी धातुओं में से एक है। इसका विशिष्ट गुरुत्व स्टील के 2.5 गुना है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र: यह कैसे काम करता है

परमाणु ऊर्जा संयंत्र का संचालन सिद्धांत क्या है? परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत एक रेडियोधर्मी पदार्थ - यूरेनियम के परमाणुओं के विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रिया पर आधारित है। यह प्रतिक्रिया एक परमाणु रिएक्टर के मूल में होती है।

यह जानना महत्वपूर्ण है:

यदि आप परमाणु भौतिकी की पेचीदगियों में नहीं जाते हैं, तो परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत इस तरह दिखता है:
परमाणु रिएक्टर शुरू करने के बाद, ईंधन की छड़ से अवशोषित छड़ें हटा दी जाती हैं, जो यूरेनियम को प्रतिक्रिया करने की अनुमति नहीं देती हैं।

एक बार जब छड़ें हटा दी जाती हैं, तो यूरेनियम न्यूट्रॉन एक दूसरे के साथ बातचीत करना शुरू कर देते हैं।

जब न्यूट्रॉन टकराते हैं, तो परमाणु स्तर पर एक मिनी-विस्फोट होता है, ऊर्जा निकलती है और नए न्यूट्रॉन पैदा होते हैं, एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होने लगती है। यह प्रक्रिया गर्मी उत्पन्न करती है।

गर्मी को शीतलक में स्थानांतरित कर दिया जाता है। शीतलक के प्रकार के आधार पर, यह भाप या गैस में बदल जाता है, जो टरबाइन को घुमाता है।

टरबाइन एक विद्युत जनरेटर चलाता है। यह वह है जो वास्तव में विद्युत प्रवाह उत्पन्न करता है।

यदि आप इस प्रक्रिया का पालन नहीं करते हैं, तो यूरेनियम न्यूट्रॉन एक दूसरे से तब तक टकरा सकते हैं जब तक कि वे रिएक्टर को उड़ा न दें और पूरे परमाणु ऊर्जा संयंत्र को नष्ट कर दें। कंप्यूटर सेंसर प्रक्रिया को नियंत्रित करते हैं। वे रिएक्टर में तापमान वृद्धि या दबाव परिवर्तन का पता लगाते हैं और स्वचालित रूप से प्रतिक्रियाओं को रोक सकते हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र और थर्मल पावर प्लांट (थर्मल पावर प्लांट) के संचालन के सिद्धांत में क्या अंतर है?

पहले चरण में ही काम में अंतर होता है। एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र में, शीतलक यूरेनियम ईंधन परमाणुओं के विखंडन से गर्मी प्राप्त करता है, एक थर्मल पावर प्लांट में, शीतलक जीवाश्म ईंधन (कोयला, गैस या तेल) के दहन से गर्मी प्राप्त करता है। या तो यूरेनियम परमाणुओं या कोयले के साथ गैस ने गर्मी जारी की है, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और थर्मल पावर प्लांटों की संचालन योजनाएं समान हैं।

परमाणु रिएक्टरों के प्रकार

परमाणु ऊर्जा संयंत्र कैसे काम करता है यह इस बात पर निर्भर करता है कि उसका परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है। आज दो मुख्य प्रकार के रिएक्टर हैं, जिन्हें न्यूरॉन्स के स्पेक्ट्रम के अनुसार वर्गीकृत किया गया है:
धीमी न्यूट्रॉन रिएक्टर, इसे थर्मल भी कहा जाता है।

इसके संचालन के लिए 235वें यूरेनियम का उपयोग किया जाता है, जो संवर्धन, यूरेनियम छर्रों के निर्माण आदि के चरणों से गुजरता है। आज, धीमी-न्यूट्रॉन रिएक्टर भारी बहुमत में हैं।
फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर।

भविष्य इन रिएक्टरों का है, क्योंकि वे यूरेनियम -238 पर काम करते हैं, जो प्रकृति में एक पैसा एक दर्जन है और इस तत्व को समृद्ध करने की आवश्यकता नहीं है। ऐसे रिएक्टरों का नुकसान केवल डिजाइन, निर्माण और लॉन्च के लिए बहुत अधिक लागत में है। आज फास्ट रिएक्टर केवल रूस में काम करते हैं।

फास्ट रिएक्टरों में शीतलक पारा, गैस, सोडियम या सीसा होता है।

दुनिया में सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा उपयोग किए जाने वाले धीमे न्यूट्रॉन रिएक्टर भी कई प्रकार के होते हैं।

IAEA संगठन (अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी) ने अपना स्वयं का वर्गीकरण बनाया है, जिसका उपयोग विश्व परमाणु ऊर्जा में सबसे अधिक बार किया जाता है। चूंकि परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत काफी हद तक शीतलक और मॉडरेटर की पसंद पर निर्भर करता है, आईएईए ने इन अंतरों पर अपना वर्गीकरण आधारित किया।

रासायनिक दृष्टिकोण से, ड्यूटेरियम ऑक्साइड एक आदर्श मॉडरेटर और शीतलक है, क्योंकि इसके परमाणु अन्य पदार्थों की तुलना में यूरेनियम न्यूट्रॉन के साथ सबसे प्रभावी ढंग से बातचीत करते हैं। सीधे शब्दों में कहें, भारी पानी न्यूनतम नुकसान और अधिकतम परिणामों के साथ अपना कार्य करता है। हालांकि, इसके उत्पादन में पैसा खर्च होता है, जबकि सामान्य "प्रकाश" और हमारे लिए परिचित पानी का उपयोग करना बहुत आसान है।

परमाणु रिएक्टरों के बारे में कुछ तथ्य ...

यह दिलचस्प है कि कम से कम 3 वर्षों के लिए एक एनपीपी रिएक्टर बनाया गया है!
रिएक्टर बनाने के लिए ऐसे उपकरणों की आवश्यकता होती है जो 210 किलो एम्पीयर के विद्युत प्रवाह पर काम करते हों, जो किसी व्यक्ति की जान लेने वाले करंट से दस लाख गुना अधिक होता है।

परमाणु रिएक्टर के एक खोल (संरचनात्मक तत्व) का वजन 150 टन होता है। एक रिएक्टर में ऐसे 6 तत्व होते हैं।

दबावयुक्त जल रिएक्टर

हमने पहले ही पता लगा लिया है कि एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र समग्र रूप से कैसे काम करता है, सब कुछ अलमारियों पर रखने के लिए, आइए देखें कि सबसे लोकप्रिय दबावयुक्त जल परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है।
आज पूरी दुनिया में 3+ पीढ़ी के प्रेशराइज्ड वाटर रिएक्टरों का उपयोग किया जाता है। उन्हें सबसे विश्वसनीय और सबसे सुरक्षित माना जाता है।

अपने संचालन के सभी वर्षों के लिए दुनिया के सभी दबाव वाले जल रिएक्टर पहले से ही 1000 से अधिक वर्षों से परेशानी मुक्त संचालन हासिल करने में कामयाब रहे हैं और कभी भी गंभीर विचलन नहीं दिया है।

दबाव वाले जल रिएक्टरों पर आधारित एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र की संरचना का तात्पर्य है कि आसुत जल, 320 डिग्री तक गरम किया जाता है, ईंधन की छड़ों के बीच घूमता है। इसे वाष्पशील अवस्था में जाने से रोकने के लिए इसे 160 वायुमंडल के दबाव में रखा जाता है। एनपीपी योजना इसे प्राथमिक सर्किट पानी कहती है।

गर्म पानी भाप जनरेटर में प्रवेश करता है और माध्यमिक सर्किट के पानी को अपनी गर्मी देता है, जिसके बाद यह फिर से रिएक्टर में "वापस" हो जाता है। बाह्य रूप से, ऐसा लगता है कि प्राथमिक सर्किट पानी के पाइप अन्य पाइपों के संपर्क में हैं - माध्यमिक सर्किट का पानी, वे गर्मी को एक दूसरे में स्थानांतरित करते हैं, लेकिन पानी संपर्क में नहीं है। ट्यूब संपर्क में हैं।

इस प्रकार, माध्यमिक सर्किट के पानी में विकिरण की संभावना, जो आगे बिजली पैदा करने की प्रक्रिया में भाग लेगा, को बाहर रखा गया है।

एनपीपी परिचालन सुरक्षा

परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन के सिद्धांत को सीखने के बाद, हमें यह समझना चाहिए कि सुरक्षा की व्यवस्था कैसे की जाती है। परमाणु ऊर्जा संयंत्र के उपकरण को आज सुरक्षा नियमों पर अधिक ध्यान देने की आवश्यकता है।
परमाणु ऊर्जा संयंत्र की सुरक्षा की लागत संयंत्र की कुल लागत का लगभग 40% है।

एनपीपी योजना में 4 भौतिक बाधाएं रखी गई हैं, जो रेडियोधर्मी पदार्थों की रिहाई को रोकती हैं। इन बाधाओं को क्या करना चाहिए? सही समय पर, परमाणु प्रतिक्रिया को रोकने में सक्षम होने के लिए, कोर और रिएक्टर से लगातार गर्मी हटाने को सुनिश्चित करने के लिए, रोकथाम (दबाव वाले क्षेत्र) के बाहर रेडियोन्यूक्लिड्स की रिहाई को रोकने के लिए।

पहला अवरोध यूरेनियम छर्रों की ताकत है।यह महत्वपूर्ण है कि वे परमाणु रिएक्टर में उच्च तापमान से नष्ट न हों। काफी हद तक, परमाणु ऊर्जा संयंत्र कैसे काम करता है यह इस बात पर निर्भर करता है कि उत्पादन के प्रारंभिक चरण में यूरेनियम की गोलियां "बेक्ड" कैसे थीं। यदि यूरेनियम ईंधन छर्रों को सही ढंग से बेक नहीं किया जाता है, तो रिएक्टर में यूरेनियम परमाणुओं की प्रतिक्रिया अप्रत्याशित होगी।
दूसरा अवरोध ईंधन की छड़ों की जकड़न है।ज़िरकोनियम ट्यूबों को कसकर बंद कर दिया जाना चाहिए, अगर जकड़न टूट गई है, तो सबसे अच्छा रिएक्टर क्षतिग्रस्त हो जाएगा और काम बंद हो जाएगा, सबसे खराब - सब कुछ हवा में उड़ जाएगा।
तीसरा अवरोध एक मजबूत स्टील रिएक्टर पोत हैए, (वही बड़ा टॉवर - हर्मेटिक ज़ोन) जो अपने आप में सभी रेडियोधर्मी प्रक्रियाओं को "रखता" है। पतवार क्षतिग्रस्त हो जाएगी - विकिरण वातावरण में छोड़ा जाएगा।
चौथा अवरोध आपातकालीन सुरक्षा छड़ है।कोर के ऊपर, मॉडरेटर के साथ छड़ को मैग्नेट पर निलंबित कर दिया जाता है, जो 2 सेकंड में सभी न्यूट्रॉन को अवशोषित कर सकता है और श्रृंखला प्रतिक्रिया को रोक सकता है।

यदि, कई डिग्री सुरक्षा वाले परमाणु ऊर्जा संयंत्र के डिजाइन के बावजूद, रिएक्टर कोर को सही समय पर ठंडा करना संभव नहीं है, और ईंधन का तापमान 2600 डिग्री तक बढ़ जाता है, तो सुरक्षा प्रणाली की आखिरी उम्मीद खेल में आती है - तथाकथित पिघल जाल।

तथ्य यह है कि इस तरह के तापमान पर रिएक्टर पोत का तल पिघल जाएगा, और परमाणु ईंधन और पिघली हुई संरचनाओं के सभी अवशेष रिएक्टर कोर के ऊपर निलंबित एक विशेष "ग्लास" में निकल जाएंगे।

पिघला हुआ जाल ठंडा और आग रोक है। यह तथाकथित "बलिदान सामग्री" से भरा है, जो धीरे-धीरे विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रिया को रोकता है।

इस प्रकार, एनपीपी योजना का तात्पर्य कई डिग्री सुरक्षा से है, जो व्यावहारिक रूप से दुर्घटना की किसी भी संभावना को पूरी तरह से बाहर कर देता है।

उपकरण और संचालन का सिद्धांत

ऊर्जा रिलीज तंत्र

किसी पदार्थ का परिवर्तन मुक्त ऊर्जा की रिहाई के साथ ही होता है, यदि पदार्थ में ऊर्जा का भंडार होता है। उत्तरार्द्ध का अर्थ है कि किसी पदार्थ के माइक्रोपार्टिकल्स एक ऐसी अवस्था में होते हैं, जिसमें किसी अन्य संभावित अवस्था की तुलना में अधिक आराम ऊर्जा होती है, जिसमें संक्रमण मौजूद होता है। एक सहज संक्रमण हमेशा एक ऊर्जा अवरोध द्वारा बाधित होता है, जिसे दूर करने के लिए एक माइक्रोपार्टिकल को बाहर से एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा - उत्तेजना ऊर्जा प्राप्त करनी चाहिए। एक्सोएनेरजेनिक प्रतिक्रिया में यह तथ्य शामिल है कि उत्तेजना के बाद परिवर्तन में, प्रक्रिया को उत्तेजित करने के लिए जितनी ऊर्जा की आवश्यकता होती है, उससे अधिक ऊर्जा जारी की जाती है। ऊर्जा अवरोध को दूर करने के दो तरीके हैं: या तो टकराने वाले कणों की गतिज ऊर्जा के कारण, या जुड़ने वाले कण की बाध्यकारी ऊर्जा के कारण।

यदि हम ऊर्जा विमोचन के मैक्रोस्कोपिक पैमानों को ध्यान में रखते हैं, तो प्रतिक्रियाओं के उत्तेजना के लिए आवश्यक गतिज ऊर्जा में पदार्थ के कणों के सभी या पहले, कम से कम कुछ अंश होना चाहिए। यह केवल तभी प्राप्त किया जा सकता है जब माध्यम का तापमान उस मूल्य तक बढ़ जाता है जिस पर थर्मल गति की ऊर्जा उस ऊर्जा सीमा के मूल्य तक पहुंच जाती है जो प्रक्रिया के पाठ्यक्रम को सीमित करती है। आणविक परिवर्तनों के मामले में, यानी रासायनिक प्रतिक्रियाएं, इस तरह की वृद्धि आमतौर पर सैकड़ों केल्विन होती है, जबकि परमाणु प्रतिक्रियाओं के मामले में यह कम से कम 10 7 है, क्योंकि यह टकराने वाले नाभिक के कूलम्ब बाधाओं की बहुत अधिक ऊंचाई के कारण होता है। परमाणु प्रतिक्रियाओं का थर्मल उत्तेजना केवल सबसे हल्के नाभिक के संश्लेषण में महसूस किया जाता है, जिसके लिए कूलम्ब बाधाएं न्यूनतम (थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन) होती हैं।

कणों को जोड़कर उत्तेजना के लिए बड़ी गतिज ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है, और इसलिए, माध्यम के तापमान पर निर्भर नहीं होता है, क्योंकि यह आकर्षण बलों के कणों में निहित अप्रयुक्त बंधनों के कारण होता है। लेकिन दूसरी ओर, प्रतिक्रियाओं को उत्तेजित करने के लिए कणों की आवश्यकता होती है। और अगर हमारे मन में फिर से प्रतिक्रिया का एक अलग कार्य नहीं है, लेकिन स्थूल पैमाने पर ऊर्जा का उत्पादन होता है, तो यह तभी संभव है जब एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है। उत्तरार्द्ध तब उत्पन्न होता है जब प्रतिक्रिया को उत्तेजित करने वाले कण एक बहिर्जात प्रतिक्रिया के उत्पादों के रूप में फिर से प्रकट होते हैं।

डिज़ाइन

किसी भी परमाणु रिएक्टर में निम्नलिखित भाग होते हैं:

परमाणु ईंधन और मॉडरेटर के साथ कोर;
कोर के चारों ओर एक न्यूट्रॉन परावर्तक;
आपातकालीन सुरक्षा सहित श्रृंखला प्रतिक्रिया नियंत्रण प्रणाली;
विकिरण सुरक्षा;
रिमोट कंट्रोल सिस्टम।

काम के भौतिक सिद्धांत

मुख्य लेख भी देखें:

परमाणु रिएक्टर की वर्तमान स्थिति को प्रभावी न्यूट्रॉन गुणन कारक द्वारा वर्णित किया जा सकता है कया प्रतिक्रियाशीलता ρ , जो निम्नलिखित संबंधों से संबंधित हैं:

इन मूल्यों को निम्नलिखित मूल्यों की विशेषता है:

क> 1 - समय के साथ श्रृंखला प्रतिक्रिया बढ़ती है, रिएक्टर में है सुपरक्रिटिकलस्थिति, इसकी प्रतिक्रियाशीलता ρ > 0;
क < 1 - реакция затухает, реактор - सबक्रिटिकल, ρ < 0;
क = 1, ρ = 0 - परमाणु विखंडन की संख्या स्थिर है, रिएक्टर स्थिर है नाजुकशर्त।

परमाणु रिएक्टर की गंभीरता के लिए शर्त:

, कहां

गुणन कारक का एकता में रूपांतरण न्यूट्रॉन के गुणन को उनके नुकसान के साथ संतुलित करके प्राप्त किया जाता है। वास्तव में नुकसान के दो कारण हैं: बिना विखंडन के कब्जा और प्रजनन माध्यम के बाहर न्यूट्रॉन रिसाव।

जाहिर है, कु< 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.

k 0 थर्मल रिएक्टरों के लिए तथाकथित "4 कारकों के सूत्र" द्वारा निर्धारित किया जा सकता है:

, कहां

η दो अवशोषणों के लिए न्यूट्रॉन उपज है।

आधुनिक बिजली रिएक्टरों की मात्रा सैकड़ों वर्ग मीटर तक पहुंच सकती है और मुख्य रूप से महत्वपूर्ण परिस्थितियों से नहीं, बल्कि गर्मी हटाने की क्षमता से निर्धारित होती है।

महत्वपूर्ण मात्रापरमाणु रिएक्टर - एक महत्वपूर्ण स्थिति में रिएक्टर कोर की मात्रा। क्रांतिक द्रव्यमानएक महत्वपूर्ण अवस्था में रिएक्टर की विखंडनीय सामग्री का द्रव्यमान है।

सबसे छोटा क्रांतिक द्रव्यमान रिएक्टरों के पास होता है जिसमें न्यूट्रॉन के जल परावर्तक के साथ शुद्ध विखंडनीय समस्थानिकों के लवणों के जलीय विलयन ईंधन के रूप में कार्य करते हैं। 235 यू के लिए यह द्रव्यमान 0.8 किग्रा है, 239 पु के लिए यह 0.5 किग्रा है। हालांकि, यह व्यापक रूप से ज्ञात है कि बेरिलियम ऑक्साइड परावर्तक के साथ एलओपीओ रिएक्टर (दुनिया का पहला समृद्ध यूरेनियम रिएक्टर) के लिए महत्वपूर्ण द्रव्यमान 0.565 किलोग्राम था, जबकि 235 आइसोटोप संवर्धन केवल 14% से थोड़ा अधिक था। सैद्धांतिक रूप से, इसका सबसे छोटा महत्वपूर्ण द्रव्यमान है, जिसके लिए यह मान केवल 10 ग्राम है।

न्यूट्रॉन रिसाव को कम करने के लिए, कोर गोलाकार या गोलाकार के करीब होता है, उदाहरण के लिए, एक छोटा सिलेंडर या घन, क्योंकि इन आंकड़ों में आयतन अनुपात के लिए सबसे छोटा सतह क्षेत्र होता है।

इस तथ्य के बावजूद कि मान (ई -1) आमतौर पर छोटा होता है, तेजी से न्यूट्रॉन गुणन की भूमिका काफी बड़ी होती है, क्योंकि बड़े परमाणु रिएक्टरों (के -1) के लिए<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

एक श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए, आमतौर पर यूरेनियम नाभिक के सहज विखंडन के दौरान पर्याप्त न्यूट्रॉन उत्पन्न होते हैं। रिएक्टर शुरू करने के लिए बाहरी न्यूट्रॉन स्रोत का उपयोग करना भी संभव है, उदाहरण के लिए, और, या अन्य पदार्थों का मिश्रण।

आयोडीन पिट

मुख्य लेख: आयोडीन पिट

आयोडीन कुआं - इसके बंद होने के बाद एक परमाणु रिएक्टर की स्थिति, जो क्सीनन के अल्पकालिक समस्थानिक के संचय की विशेषता है। यह प्रक्रिया महत्वपूर्ण नकारात्मक प्रतिक्रिया की अस्थायी उपस्थिति की ओर ले जाती है, जो बदले में, एक निश्चित अवधि (लगभग 1-2 दिन) के भीतर रिएक्टर को अपनी डिजाइन क्षमता में लाना असंभव बना देती है।

वर्गीकरण

मिलने का समय निश्चित करने पर

उनके उपयोग की प्रकृति से, परमाणु रिएक्टरों में विभाजित हैं:

पावर रिएक्टर, बिजली उद्योग में उपयोग की जाने वाली विद्युत और तापीय ऊर्जा के उत्पादन के साथ-साथ समुद्री जल के विलवणीकरण के लिए (विलवणीकरण के लिए रिएक्टरों को औद्योगिक के रूप में भी वर्गीकृत किया जाता है)। ऐसे रिएक्टर मुख्य रूप से परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग किए जाते हैं। आधुनिक बिजली रिएक्टरों की तापीय शक्ति 5 GW तक पहुँच जाती है। एक अलग समूह प्रतिष्ठित है:
- परिवहन रिएक्टरवाहन इंजनों को ऊर्जा की आपूर्ति करने के लिए डिज़ाइन किया गया। सबसे व्यापक अनुप्रयोग समूह समुद्री परिवहन रिएक्टर हैं जिनका उपयोग पनडुब्बियों और विभिन्न सतह जहाजों पर किया जाता है, साथ ही साथ अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में उपयोग किए जाने वाले रिएक्टर भी हैं।
प्रायोगिक रिएक्टरविभिन्न भौतिक मात्राओं का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसका मूल्य परमाणु रिएक्टरों के डिजाइन और संचालन के लिए आवश्यक है; ऐसे रिएक्टरों की शक्ति कई किलोवाट से अधिक नहीं होती है।
अनुसंधान रिएक्टर, जिसमें नाभिक में उत्पन्न न्यूट्रॉन और गामा क्वांटा के प्रवाह का उपयोग परमाणु भौतिकी, ठोस अवस्था भौतिकी, विकिरण रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान में अनुसंधान के लिए किया जाता है, तीव्र न्यूट्रॉन फ्लक्स (भागों परमाणु रिएक्टरों सहित) में संचालन के लिए इच्छित सामग्री के परीक्षण के लिए। आइसोटोप का उत्पादन। अनुसंधान रिएक्टरों की शक्ति 100 मेगावाट से अधिक नहीं है। जारी की गई ऊर्जा का आमतौर पर उपयोग नहीं किया जाता है।
औद्योगिक (हथियार, आइसोटोप) रिएक्टरविभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले आइसोटोप के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है। 239 पु जैसे परमाणु हथियार सामग्री के उत्पादन के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। औद्योगिक रिएक्टरों में समुद्री जल के विलवणीकरण के लिए उपयोग किए जाने वाले रिएक्टर भी शामिल हैं।

रिएक्टरों का प्रयोग प्रायः दो या दो से अधिक विभिन्न समस्याओं को हल करने के लिए किया जाता है, ऐसी स्थिति में उन्हें कहा जाता है बहुउद्देशीय... उदाहरण के लिए, कुछ बिजली रिएक्टर, विशेष रूप से परमाणु ऊर्जा के भोर में, मुख्य रूप से प्रयोगों के लिए अभिप्रेत थे। फास्ट रिएक्टर एक ही समय में ऊर्जावान और उत्पादन करने वाले आइसोटोप दोनों हो सकते हैं। औद्योगिक रिएक्टर, अपने मुख्य कार्य के अलावा, अक्सर विद्युत और तापीय ऊर्जा उत्पन्न करते हैं।

न्यूट्रॉन के स्पेक्ट्रम द्वारा

थर्मल (धीमा) न्यूट्रॉन रिएक्टर ("थर्मल रिएक्टर")
फास्ट रिएक्टर ("फास्ट रिएक्टर")

ईंधन प्लेसमेंट द्वारा

विषम रिएक्टर, जहां ईंधन को ब्लॉक के रूप में अलग-अलग कोर में रखा जाता है, जिसके बीच एक मॉडरेटर होता है;
सजातीय रिएक्टर, जहां ईंधन और मॉडरेटर एक सजातीय मिश्रण (सजातीय प्रणाली) हैं।

एक विषम रिएक्टर में, ईंधन और मॉडरेटर को स्थानिक रूप से अलग किया जा सकता है, विशेष रूप से, एक गुहा रिएक्टर में, मॉडरेटर-परावर्तक ईंधन के साथ एक गुहा को घेरता है जिसमें मॉडरेटर नहीं होता है। परमाणु-भौतिक दृष्टिकोण से, समरूपता / विषमता की कसौटी डिजाइन नहीं है, बल्कि किसी दिए गए मॉडरेटर में न्यूट्रॉन मॉडरेशन लंबाई से अधिक दूरी पर ईंधन ब्लॉकों की नियुक्ति है। इस प्रकार, तथाकथित "तंग ग्रिड" वाले रिएक्टरों की गणना सजातीय के रूप में की जाती है, हालांकि उनमें ईंधन आमतौर पर मॉडरेटर से अलग होता है।

एक विषम रिएक्टर में परमाणु ईंधन के ब्लॉक को ईंधन असेंबली (एफए) कहा जाता है, जो एक नियमित ग्रिड के नोड्स में कोर में स्थित होते हैं, जो बनाते हैं कक्ष.

ईंधन के प्रकार से

यूरेनियम समस्थानिक 235, 238, 233 (235 यू, 238 यू, 233 यू)
प्लूटोनियम समस्थानिक 239 (239 पु), समस्थानिक 239-242 पु भी 238 यू (एमओएक्स ईंधन) के मिश्रण के रूप में
थोरियम आइसोटोप 232 (232 थ) (233 यू में रूपांतरण द्वारा)

संवर्धन की डिग्री से:

प्राकृतिक यूरेनियम
खराब संवर्धित यूरेनियम
अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम

रासायनिक संरचना द्वारा:

धातु यू
यूसी (यूरेनियम कार्बाइड) आदि।

शीतलक के प्रकार से

गैस, (ग्रेफाइट-गैस रिएक्टर देखें)
डी 2 ओ (भारी पानी, भारी पानी परमाणु रिएक्टर, CANDU देखें)

मॉडरेटर के स्वभाव से

सी (ग्रेफाइट, ग्रेफाइट-गैस रिएक्टर, ग्रेफाइट-वाटर रिएक्टर देखें)
एच 2 ओ (पानी, लाइट वॉटर रिएक्टर, वाटर मॉडेड रिएक्टर, वीवीईआर देखें)
डी 2 ओ (भारी पानी, भारी पानी परमाणु रिएक्टर, CANDU देखें)
धातु हाइड्राइड्स
मॉडरेटर के बिना (फास्ट रिएक्टर देखें)

डिजाइन द्वारा

भाप उत्पन्न करने के माध्यम से

बाहरी भाप जनरेटर के साथ रिएक्टर (दबावयुक्त पानी रिएक्टर, वीवीईआर देखें)

आईएईए वर्गीकरण

पीडब्लूआर (दबावयुक्त जल रिएक्टर) - दबावयुक्त जल रिएक्टर;
BWR (उबलते पानी रिएक्टर) - उबलते पानी रिएक्टर;
एफबीआर (फास्ट ब्रीडर रिएक्टर) - फास्ट ब्रीडर रिएक्टर;
जीसीआर (गैस-कूल्ड रिएक्टर) - गैस-कूल्ड रिएक्टर;
LWGR (हल्का पानी ग्रेफाइट रिएक्टर) - ग्रेफाइट-वाटर रिएक्टर
PHWR (दबावयुक्त भारी जल रिएक्टर) - भारी जल रिएक्टर

दुनिया में सबसे व्यापक दबाव वाले पानी (लगभग 62%) और उबलते (20%) रिएक्टर हैं।

रिएक्टर सामग्री

रिएक्टर बनाने के लिए प्रयुक्त सामग्री न्यूट्रॉन, -क्वांटा और विखंडन के टुकड़ों के क्षेत्र में उच्च तापमान पर काम करती है। इसलिए, प्रौद्योगिकी की अन्य शाखाओं में उपयोग की जाने वाली सभी सामग्री रिएक्टर निर्माण के लिए उपयुक्त नहीं हैं। रिएक्टर सामग्री चुनते समय, उनके विकिरण प्रतिरोध, रासायनिक जड़ता, अवशोषण क्रॉस सेक्शन और अन्य गुणों को ध्यान में रखा जाता है।

सामग्री की विकिरण अस्थिरता उच्च तापमान पर कम प्रभावित करती है। परमाणुओं की गतिशीलता इतनी अधिक हो जाती है कि क्रिस्टल जाली से निकलकर अपने स्थान पर परमाणुओं के वापस लौटने या हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के पानी के अणु में पुनर्संयोजन की संभावना स्पष्ट रूप से बढ़ जाती है। इस प्रकार, गैर-उबलते बिजली रिएक्टरों (उदाहरण के लिए, वीवीईआर) में पानी का रेडियोलिसिस महत्वहीन है, जबकि शक्तिशाली अनुसंधान रिएक्टरों में एक विस्फोटक मिश्रण की एक महत्वपूर्ण मात्रा जारी की जाती है। इसे जलाने के लिए रिएक्टरों में विशेष प्रणालियां हैं।

रिएक्टर सामग्री एक दूसरे के संपर्क में हैं (शीतलक और परमाणु ईंधन के साथ ईंधन तत्व क्लैडिंग, ईंधन असेंबली - शीतलक और मॉडरेटर के साथ, आदि)। स्वाभाविक रूप से, संपर्क सामग्री रासायनिक रूप से निष्क्रिय (संगत) होनी चाहिए। असंगति का एक उदाहरण यूरेनियम और गर्म पानी है, जो रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करता है।

अधिकांश सामग्रियों के लिए, बढ़ते तापमान के साथ शक्ति गुण तेजी से बिगड़ते हैं। बिजली रिएक्टरों में, संरचनात्मक सामग्री उच्च तापमान पर काम करती है। यह निर्माण की सामग्री की पसंद को सीमित करता है, विशेष रूप से पावर रिएक्टर के उन हिस्सों के लिए जिन्हें उच्च दबाव का सामना करना पड़ता है।

परमाणु ईंधन का बर्नआउट और प्रजनन

परमाणु रिएक्टर के संचालन के दौरान, ईंधन में विखंडन के टुकड़ों के संचय के कारण, इसकी समस्थानिक और रासायनिक संरचना में परिवर्तन होता है, और ट्रांसयूरानिक तत्व, मुख्य रूप से समस्थानिक बनते हैं। परमाणु रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता पर विखंडन के टुकड़ों के प्रभाव को कहा जाता है जहर(रेडियोधर्मी मलबे के लिए) और बुराई करना(स्थिर आइसोटोप के लिए)।

रिएक्टर के विषाक्तता का मुख्य कारण सबसे बड़ा न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन (2.6 · 10 6 खलिहान) वाला है। 135 Xe . का आधा जीवन टी 1/2 = 9.2 घंटे; विखंडन उपज 6-7% है। 135 Xe का मुख्य भाग क्षय के परिणामस्वरूप बनता है ( टी 1/2 = 6.8 घंटे)। विषाक्तता के मामले में, केफ 1-3% बदल जाता है। 135 Xe का बड़ा अवशोषण क्रॉस सेक्शन और मध्यवर्ती आइसोटोप 135 I की उपस्थिति से दो महत्वपूर्ण घटनाएं होती हैं:

135 Xe की सांद्रता में वृद्धि और, परिणामस्वरूप, रिएक्टर के शटडाउन या बिजली में कमी ("आयोडीन कुएं") के बाद प्रतिक्रियाशीलता में कमी के लिए, जो उत्पादन में अल्पकालिक ठहराव और उतार-चढ़ाव के लिए असंभव बनाता है शक्ति। नियामक निकायों में एक प्रतिक्रियाशीलता मार्जिन शुरू करके इस प्रभाव को दूर किया जाता है। आयोडीन कुएं की गहराई और अवधि न्यूट्रॉन प्रवाह पर निर्भर करती है : = 5 · 10 18 न्यूट्रॉन / (सेमी² · सेकंड) पर, आयोडीन कुएं की अवधि ˜30 घंटे है, और गहराई 2 गुना अधिक है 135 Xe विषाक्तता के कारण केफ में स्थिर परिवर्तन।
विषाक्तता के कारण, न्यूट्रॉन फ्लक्स के अनुपात-अस्थायी उतार-चढ़ाव, और, परिणामस्वरूप, रिएक्टर शक्ति का हो सकता है। ये दोलन Ф> 10 18 न्यूट्रॉन / (cm² · sec) और बड़े रिएक्टर आकार में होते हैं। दोलन की अवधि ˜10 घंटे हैं।

नाभिक के विखंडन से बड़ी संख्या में स्थिर टुकड़े उत्पन्न होते हैं, जो एक विखंडनीय समस्थानिक के अवशोषण क्रॉस सेक्शन की तुलना में अवशोषण क्रॉस सेक्शन में भिन्न होते हैं। रिएक्टर के संचालन के पहले कुछ दिनों के दौरान बड़े अवशोषण क्रॉस सेक्शन वाले टुकड़ों की सांद्रता संतृप्ति तक पहुँच जाती है। ये मुख्य रूप से विभिन्न "उम्र" के ईंधन तत्व हैं।

ईंधन के पूर्ण प्रतिस्थापन के मामले में, रिएक्टर में अतिरिक्त प्रतिक्रियाशीलता होती है जिसकी भरपाई करने की आवश्यकता होती है, जबकि दूसरे मामले में, रिएक्टर के पहले स्टार्ट-अप पर ही मुआवजे की आवश्यकता होती है। निरंतर ईंधन भरने से बर्नअप की गहराई में वृद्धि संभव हो जाती है, क्योंकि रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता विखंडनीय समस्थानिकों की औसत सांद्रता से निर्धारित होती है।

जारी ऊर्जा के "वजन" के कारण लोड किए गए ईंधन का द्रव्यमान अनलोड किए गए ईंधन के द्रव्यमान से अधिक है। रिएक्टर को रोकने के बाद, मुख्य रूप से विलंबित न्यूट्रॉन द्वारा विखंडन के कारण, और फिर, 1-2 मिनट के बाद, विखंडन के टुकड़ों और ट्रांसयूरानिक तत्वों से β- और γ-विकिरण के कारण, ईंधन में ऊर्जा जारी रहती है। यदि रिएक्टर शटडाउन से पहले काफी देर तक काम करता है, तो शटडाउन के 2 मिनट बाद, ऊर्जा रिलीज लगभग 3% है, 1 घंटे के बाद - 1%, एक दिन के बाद - 0.4%, एक वर्ष के बाद - प्रारंभिक शक्ति का 0.05%।

एक नाभिकीय रिएक्टर में बनने वाले विखंडनीय पु समस्थानिकों की संख्या का 235 U के जलने की मात्रा से अनुपात कहलाता है रूपांतरण दरके के. K K का मान घटते संवर्धन और बर्नअप के साथ बढ़ता है। प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग करने वाले भारी पानी के रिएक्टर के लिए, 10 GW दिन / t K K = 0.55 के बर्नअप के साथ, और छोटे बर्न-अप के साथ (इस मामले में, K K को कहा जाता है) प्रारंभिक प्लूटोनियम गुणांक) के के = 0.8। यदि एक परमाणु रिएक्टर जलता है और समान आइसोटोप (ब्रीडर रिएक्टर) का उत्पादन करता है, तो प्रजनन की दर और बर्नअप की दर के अनुपात को कहा जाता है प्रजनन दरके वी। थर्मल रिएक्टरों में के बी< 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 जीबढ़ रहा है और एगिरता है।

परमाणु रिएक्टर नियंत्रण

परमाणु रिएक्टर को नियंत्रित करना केवल इस तथ्य के कारण संभव है कि विखंडन के दौरान न्यूट्रॉन का हिस्सा टुकड़ों से देरी से निकलता है जो कई मिलीसेकंड से लेकर कई मिनट तक हो सकता है।

रिएक्टर को नियंत्रित करने के लिए, कोर में पेश की गई अवशोषित छड़ का उपयोग उन सामग्रियों से किया जाता है जो न्यूट्रॉन (मुख्य रूप से, कुछ अन्य) को दृढ़ता से अवशोषित करते हैं और / या एक निश्चित एकाग्रता (बोरॉन विनियमन) में शीतलक में जोड़ा गया बोरिक एसिड समाधान। छड़ की गति को विशेष तंत्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है, न्यूट्रॉन प्रवाह के स्वत: विनियमन के लिए ऑपरेटर या उपकरण से संकेतों पर चलने वाली ड्राइव।

विभिन्न आपात स्थितियों के मामले में, प्रत्येक रिएक्टर श्रृंखला प्रतिक्रिया की एक आपातकालीन समाप्ति के लिए प्रदान करता है, जो सभी अवशोषित छड़ों को कोर में गिराकर किया जाता है - एक आपातकालीन सुरक्षा प्रणाली।

अवशिष्ट गर्मी पीढ़ी

सीधे तौर पर परमाणु सुरक्षा से जुड़ा एक महत्वपूर्ण मुद्दा अवशिष्ट ताप है। यह परमाणु ईंधन की एक विशिष्ट विशेषता है, जिसमें यह तथ्य शामिल है कि, विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया की समाप्ति और किसी भी ऊर्जा स्रोत के लिए सामान्य तापीय जड़ता के बाद, रिएक्टर में गर्मी की रिहाई लंबे समय तक जारी रहती है, जो एक बनाता है तकनीकी रूप से जटिल समस्याओं की संख्या।

अवशिष्ट गर्मी रिलीज विखंडन उत्पादों के β- और - क्षय का परिणाम है जो रिएक्टर के संचालन के दौरान ईंधन में जमा हो गए हैं। क्षय के परिणामस्वरूप, विखंडन उत्पादों के नाभिक महत्वपूर्ण ऊर्जा की रिहाई के साथ अधिक स्थिर या पूरी तरह से स्थिर अवस्था में चले जाते हैं।

यद्यपि अवशिष्ट ऊष्मा विमोचन की शक्ति उन मूल्यों तक तेजी से घट जाती है जो स्थिर मूल्यों की तुलना में छोटे होते हैं, शक्तिशाली बिजली रिएक्टरों में यह निरपेक्ष रूप से महत्वपूर्ण होता है। इस कारण से, अवशिष्ट गर्मी रिलीज को बंद करने के बाद रिएक्टर कोर से गर्मी को हटाने के लिए लंबे समय की आवश्यकता होती है। इस कार्य के लिए एक विश्वसनीय बिजली आपूर्ति के साथ शीतलन प्रणाली के रिएक्टर संयंत्र के डिजाइन में उपस्थिति की आवश्यकता होती है, और एक विशेष तापमान शासन - भंडारण के साथ भंडारण सुविधाओं में खर्च किए गए परमाणु ईंधन के दीर्घकालिक (3-4 वर्षों के लिए) भंडारण की भी आवश्यकता होती है। पूल, जो आमतौर पर रिएक्टर के तत्काल आसपास के क्षेत्र में स्थित होते हैं।

यह सभी देखें

सोवियत संघ में डिजाइन और निर्मित परमाणु रिएक्टरों की सूची

साहित्य

वी.ई. लेविन परमाणु भौतिकी और परमाणु रिएक्टर।चौथा संस्करण। - एम।: एटोमिज़दत, 1979।
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नोट्स (संपादित करें)

ZEEP - कनाडा का पहला परमाणु रिएक्टर, कनाडा विज्ञान और प्रौद्योगिकी संग्रहालय।
ग्रेशिलोव ए.ए., एगुपोव एन.डी., माटुशचेंको ए.एम.परमाणु ढाल। - एम।: लोगो, 2008।-- 438 पी। -

परमाणु रिएक्टर सुचारू रूप से और सटीक रूप से काम करता है। अन्यथा, जैसा कि आप जानते हैं, परेशानी होगी। लेकिन अंदर क्या चल रहा है? आइए एक परमाणु (परमाणु) रिएक्टर के संचालन के सिद्धांत को संक्षेप में, स्पष्ट रूप से, स्टॉप के साथ तैयार करने का प्रयास करें।

वास्तव में वहां भी वही प्रक्रिया चल रही है जैसे किसी परमाणु विस्फोट में होती है। केवल अब विस्फोट बहुत जल्दी होता है, लेकिन रिएक्टर में यह सब लंबे समय तक फैला रहता है। नतीजतन, सब कुछ सुरक्षित और स्वस्थ रहता है, और हमें ऊर्जा प्राप्त होती है। इतना नहीं कि चारों ओर सब कुछ तुरंत उड़ गया, लेकिन शहर को बिजली प्रदान करने के लिए पर्याप्त था।

रिएक्टर कैसे काम करता है
इससे पहले कि आप समझें कि एक नियंत्रित परमाणु प्रतिक्रिया कैसे चल रही है, आपको यह जानना होगा कि सामान्य रूप से परमाणु प्रतिक्रिया क्या है।

परमाणु प्रतिक्रिया प्राथमिक कणों और गामा क्वांटा के साथ बातचीत के दौरान परमाणु नाभिक के परिवर्तन (विखंडन) की प्रक्रिया है।

ऊर्जा के अवशोषण और विमोचन दोनों के साथ परमाणु प्रतिक्रियाएं हो सकती हैं। दूसरी अभिक्रियाओं का उपयोग रिएक्टर में किया जाता है।

एक परमाणु रिएक्टर एक उपकरण है जिसका उद्देश्य ऊर्जा की रिहाई के साथ नियंत्रित परमाणु प्रतिक्रिया को बनाए रखना है।

अक्सर परमाणु रिएक्टर को परमाणु भी कहा जाता है। ध्यान दें कि यहां कोई मौलिक अंतर नहीं है, लेकिन विज्ञान की दृष्टि से, "परमाणु" शब्द का उपयोग करना अधिक सही है। अब कई प्रकार के परमाणु रिएक्टर हैं। ये विशाल औद्योगिक रिएक्टर हैं जिन्हें बिजली संयंत्रों में ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, पनडुब्बियों में परमाणु रिएक्टर, वैज्ञानिक प्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले छोटे प्रयोगात्मक रिएक्टर हैं। यहां तक कि ऐसे रिएक्टर भी हैं जिनका उपयोग समुद्री जल को विलवणीकरण करने के लिए किया जाता है।

परमाणु रिएक्टर के निर्माण का इतिहास

पहला परमाणु रिएक्टर 1942 में लॉन्च किया गया था। यह संयुक्त राज्य अमेरिका में फर्मी के नेतृत्व में हुआ। इस रिएक्टर को "शिकागो वुडपाइल" कहा जाता था।

1946 में, कुरचटोव के नेतृत्व में पहला सोवियत रिएक्टर शुरू हुआ। इस रिएक्टर की बॉडी सात मीटर व्यास की एक गेंद थी। पहले रिएक्टरों में शीतलन प्रणाली नहीं थी, और उनकी शक्ति न्यूनतम थी। वैसे, सोवियत रिएक्टर की औसत शक्ति 20 वाट थी, जबकि अमेरिकी में केवल 1 वाट थी। तुलना के लिए: आधुनिक बिजली रिएक्टरों की औसत शक्ति 5 गीगावाट है। पहले रिएक्टर के लॉन्च के दस साल से भी कम समय के बाद, ओबनिंस्क शहर में दुनिया का पहला औद्योगिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र खोला गया था।

परमाणु (परमाणु) रिएक्टर के संचालन का सिद्धांत

किसी भी परमाणु रिएक्टर में कई भाग होते हैं: ईंधन के साथ एक कोर और एक मॉडरेटर, एक न्यूट्रॉन परावर्तक, एक शीतलक, एक नियंत्रण और सुरक्षा प्रणाली। यूरेनियम (235, 238, 233), प्लूटोनियम (239), और थोरियम (232) के समस्थानिकों को अक्सर रिएक्टरों में ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है। सक्रिय क्षेत्र एक बॉयलर है जिसके माध्यम से साधारण पानी (गर्मी वाहक) बहता है। अन्य गर्मी हस्तांतरण तरल पदार्थों में, "भारी पानी" और तरल ग्रेफाइट का आमतौर पर कम उपयोग किया जाता है। अगर हम परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन के बारे में बात करते हैं, तो गर्मी उत्पन्न करने के लिए एक परमाणु रिएक्टर का उपयोग किया जाता है। बिजली स्वयं उसी विधि से उत्पन्न होती है जैसे अन्य प्रकार के बिजली संयंत्रों में - भाप एक टरबाइन को घुमाती है, और गति की ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

नीचे एक परमाणु रिएक्टर के संचालन का एक चित्र है।

एक परमाणु रिएक्टर की योजना एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र में एक परमाणु रिएक्टर की योजना

जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं कि भारी यूरेनियम नाभिक के क्षय के दौरान हल्के तत्व और कई न्यूट्रॉन बनते हैं। परिणामी न्यूट्रॉन अन्य नाभिकों से टकराते हैं, जिससे उनका विखंडन भी होता है। ऐसे में न्यूट्रॉनों की संख्या हिमस्खलन की तरह बढ़ती है।

यहां न्यूट्रॉन गुणन कारक का उल्लेख किया जाना चाहिए। इसलिए, यदि यह गुणांक एक के बराबर मान से अधिक हो जाता है, तो एक परमाणु विस्फोट होता है। यदि मान एक से कम है, तो बहुत कम न्यूट्रॉन होते हैं और प्रतिक्रिया बुझ जाती है। लेकिन यदि आप गुणांक के मान को एक के बराबर रखते हैं, तो प्रतिक्रिया लंबे समय तक और स्थिर रूप से आगे बढ़ेगी।

सवाल यह है कि यह कैसे किया जाए? रिएक्टर में, ईंधन तथाकथित ईंधन तत्वों (ईंधन छड़) में होता है। ये वे छड़ें हैं जिनमें परमाणु ईंधन छोटी गोलियों के रूप में स्थित होता है। ईंधन की छड़ें हेक्सागोनल कैसेट में जुड़ी होती हैं, जिनमें से रिएक्टर में सैकड़ों हो सकते हैं। ईंधन छड़ के साथ कैसेट लंबवत स्थित होते हैं, प्रत्येक ईंधन छड़ में एक प्रणाली होती है जो आपको कोर में इसके विसर्जन की गहराई को समायोजित करने की अनुमति देती है। कैसेट के अलावा, उनके बीच नियंत्रण छड़ और आपातकालीन सुरक्षा छड़ें हैं। छड़ें ऐसी सामग्री से बनी होती हैं जो न्यूट्रॉन को अच्छी तरह से अवशोषित करती हैं। इस प्रकार, नियंत्रण छड़ को कोर में अलग-अलग गहराई तक उतारा जा सकता है, जिससे न्यूट्रॉन गुणन कारक को समायोजित किया जा सकता है। आपातकालीन छड़ को आपात स्थिति में रिएक्टर को बंद करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

परमाणु रिएक्टर कैसे शुरू किया जाता है?

हमने ऑपरेशन के सिद्धांत को समझ लिया, लेकिन रिएक्टर को कैसे शुरू किया जाए और कैसे काम किया जाए? मोटे तौर पर, यहाँ यह है - यूरेनियम का एक टुकड़ा, लेकिन इसमें एक श्रृंखला प्रतिक्रिया अपने आप शुरू नहीं होती है। मुद्दा यह है कि परमाणु भौतिकी में महत्वपूर्ण द्रव्यमान की अवधारणा है।

परमाणु ईंधन

महत्वपूर्ण द्रव्यमान एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए आवश्यक विखंडनीय पदार्थ का द्रव्यमान है।

ईंधन की छड़ों और नियंत्रण छड़ों की मदद से, पहले रिएक्टर में परमाणु ईंधन का एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान बनाया जाता है, और फिर रिएक्टर को कई चरणों में इष्टतम शक्ति स्तर पर लाया जाता है।

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इस लेख में, हमने आपको एक परमाणु (परमाणु) रिएक्टर की संरचना और संचालन के सिद्धांत का एक सामान्य विचार देने की कोशिश की है। यदि आपके पास विषय पर या विश्वविद्यालय में परमाणु भौतिकी में कोई समस्या है, तो कृपया हमारी कंपनी के विशेषज्ञों से संपर्क करें। हम हमेशा की तरह, आपकी पढ़ाई में किसी भी महत्वपूर्ण मुद्दे को हल करने में आपकी मदद करने के लिए तैयार हैं। इस बीच, हम यह कर रहे हैं, आपका ध्यान एक और शैक्षिक वीडियो है!

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