अणुभट्टीत काय आहे. आण्विक अणुभट्टीची व्यवस्था कशी केली जाते आणि कार्य करते

धडा आठवा अणुभट्टीच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत आणि क्षमता I. अणुभट्टीची रचना अणुभट्टीमध्ये खालील पाच मुख्य घटक असतात: 1) अणुइंधन; 2) न्यूट्रॉन नियंत्रक; 3) नियंत्रण प्रणाली; 4) शीतकरण प्रणाली ; 5) संरक्षणात्मक

धडा 11 डायलेक्ट्रिकचे अंतर्गत उपकरण §1. आण्विक द्विध्रुव§2. इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण §3. ध्रुवीय रेणू; ओरिएंटेशनल ध्रुवीकरण§4. डायलेक्ट्रिक §5 च्या व्हॉइड्समधील इलेक्ट्रिक फील्ड. पातळ पदार्थांचे डायलेक्ट्रिक स्थिरांक; क्लॉशियस सूत्र - मोसोटी§6.

एका सामान्य व्यक्तीसाठी, आधुनिक हाय-टेक उपकरणे इतकी रहस्यमय आणि रहस्यमय आहेत की त्यांची पूजा करणे योग्य आहे, जसे की प्राचीन लोक विजेची पूजा करतात. शालेय भौतिकशास्त्राचे धडे, गणितीय आकडेमोडांनी भरलेले, समस्या सोडवत नाहीत. परंतु अणुभट्टीबद्दल देखील सांगणे मनोरंजक आहे, ज्याच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत किशोरवयीन मुलासाठी देखील स्पष्ट आहे.

अणुभट्टी कशी काम करते?

या हाय-टेक डिव्हाइसच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत खालीलप्रमाणे आहे:

1. जेव्हा न्यूट्रॉन शोषले जाते, तेव्हा आण्विक इंधन (बहुतेकदा हे युरेनियम - 235किंवा प्लुटोनियम-२३९) अणु केंद्रकाचे विभाजन होते;
2. गतिज ऊर्जा, गॅमा विकिरण आणि मुक्त न्यूट्रॉन सोडले जातात;
3. गतीज ऊर्जेचे थर्मल एनर्जीमध्ये रूपांतर होते (जेव्हा केंद्रक आजूबाजूच्या अणूंवर आदळते), गॅमा रेडिएशन रिअॅक्टरद्वारेच शोषले जाते आणि उष्णतेमध्ये देखील रूपांतरित होते;
4. व्युत्पन्न केलेले काही न्यूट्रॉन इंधनाच्या अणूंद्वारे शोषले जातात, ज्यामुळे साखळी प्रतिक्रिया होते. ते नियंत्रित करण्यासाठी, न्यूट्रॉन शोषक आणि नियंत्रक वापरले जातात;
5. शीतलक (पाणी, वायू किंवा द्रव सोडियम) च्या मदतीने, प्रतिक्रिया साइटवरून उष्णता काढून टाकली जाते;
6. स्टीम टर्बाइन चालविण्यासाठी गरम पाण्यापासून दाबयुक्त वाफेचा वापर केला जातो;
7. जनरेटरच्या साहाय्याने, टर्बाइनच्या रोटेशनची यांत्रिक ऊर्जा पर्यायी विद्युत प्रवाहात रूपांतरित केली जाते.

वर्गीकरणासाठी दृष्टीकोन

अणुभट्ट्यांच्या टायपोलॉजीची अनेक कारणे असू शकतात:

• आण्विक प्रतिक्रिया प्रकारानुसार. विखंडन (सर्व व्यावसायिक प्रतिष्ठान) किंवा फ्यूजन (थर्मोन्यूक्लियर पॉवर, फक्त काही संशोधन संस्थांमध्ये व्यापक आहे);
• शीतलक द्वारे. बहुसंख्य प्रकरणांमध्ये, यासाठी पाणी (उकळते किंवा जड) वापरले जाते. कधीकधी पर्यायी उपाय वापरले जातात: द्रव धातू (सोडियम, लीड-बिस्मथ मिश्र धातु, पारा), वायू (हीलियम, कार्बन डायऑक्साइड किंवा नायट्रोजन), वितळलेले मीठ (फ्लोराइड लवण);
• पिढीनुसार.पहिले प्रारंभिक प्रोटोटाइप आहे, ज्याचा कोणताही व्यावसायिक अर्थ नाही. दुसरे म्हणजे सध्या वापरलेले बहुसंख्य अणुऊर्जा प्रकल्प 1996 पूर्वी बांधलेले आहेत. तिसरी पिढी फक्त किरकोळ सुधारणांमध्ये मागीलपेक्षा वेगळी आहे. चौथ्या पिढीचे काम अद्याप सुरू आहे;
• एकूण स्थितीनुसारइंधन (गॅस अजूनही फक्त कागदावर आहे);
• वापराच्या उद्देशाने(वीज निर्मिती, इंजिन स्टार्ट, हायड्रोजन उत्पादन, डिसेलिनेशन, घटकांचे संक्रमण, न्यूरल रेडिएशन प्राप्त करणे, सैद्धांतिक आणि तपासात्मक हेतूंसाठी).

अणुभट्टी उपकरण

बहुतेक पॉवर प्लांटमधील अणुभट्ट्यांचे मुख्य घटक आहेत:

1. आण्विक इंधन - पॉवर टर्बाइनसाठी उष्णता निर्माण करण्यासाठी आवश्यक असलेला पदार्थ (सामान्यतः कमी समृद्ध युरेनियम);
2. आण्विक अणुभट्टीचे सक्रिय क्षेत्र - येथेच विभक्त प्रतिक्रिया घडते;
3. न्यूट्रॉन मॉडरेटर - वेगवान न्यूट्रॉनची गती कमी करते, त्यांना थर्मल न्यूट्रॉनमध्ये बदलते;
4. न्यूट्रॉन स्त्रोत सुरू करणे - अणु अभिक्रियाच्या विश्वसनीय आणि स्थिर प्रक्षेपणासाठी वापरले जाते;
5. न्यूट्रॉन शोषक - ताज्या इंधनाची उच्च प्रतिक्रिया कमी करण्यासाठी काही पॉवर प्लांटमध्ये उपलब्ध आहे;
6. न्यूट्रॉन हॉवित्झर - बंद केल्यानंतर प्रतिक्रिया पुन्हा सुरू करण्यासाठी वापरली जाते;
7. कूलंट (शुद्ध पाणी);
8. कंट्रोल रॉड्स - युरेनियम किंवा प्लुटोनियम न्यूक्लीयच्या विखंडन दर नियंत्रित करण्यासाठी;
9. पाणी पंप - स्टीम बॉयलरला पाणी पंप करते;
10. स्टीम टर्बाइन - स्टीमच्या थर्मल एनर्जीला घूर्णन यांत्रिक उर्जेमध्ये रूपांतरित करते;
11. कूलिंग टॉवर - वातावरणातील अतिरिक्त उष्णता काढून टाकण्यासाठी एक साधन;
12. किरणोत्सर्गी कचरा प्राप्त करण्यासाठी आणि साठवण्यासाठी प्रणाली;
13. सुरक्षा प्रणाली (आपत्कालीन डिझेल जनरेटर, आपत्कालीन कोर कूलिंगसाठी उपकरणे).

नवीनतम मॉडेल कसे कार्य करतात

अत्याधुनिक 4थ्या पिढीतील अणुभट्ट्या व्यावसायिक ऑपरेशनसाठी उपलब्ध असतील 2030 च्या आधी नाही. सध्या, त्यांच्या कामाचे तत्त्व आणि व्यवस्था विकासाच्या टप्प्यावर आहे. सध्याच्या आकडेवारीनुसार, हे बदल विद्यमान मॉडेल्सपेक्षा भिन्न असतील फायदे:

• रॅपिड गॅस कूलिंग सिस्टम. हेलियम शीतलक म्हणून वापरले जाईल असे गृहीत धरले जाते. डिझाइन दस्तऐवजीकरणानुसार, अशा प्रकारे 850 डिग्री सेल्सियस तापमानासह अणुभट्ट्या थंड करणे शक्य आहे. अशा उच्च तापमानांवर काम करण्यासाठी, विशिष्ट कच्चा माल देखील आवश्यक आहे: मिश्रित सिरेमिक साहित्य आणि ऍक्टिनाइड संयुगे;
• प्राथमिक शीतलक म्हणून लीड किंवा लीड-बिस्मथ मिश्र धातु वापरणे शक्य आहे. या पदार्थांमध्ये न्यूट्रॉनचे शोषण कमी असते आणि तुलनेने कमी वितळण्याचा बिंदू असतो;
• तसेच, वितळलेल्या क्षारांचे मिश्रण मुख्य शीतलक म्हणून वापरले जाऊ शकते. अशा प्रकारे, आधुनिक वॉटर-कूल्ड समकक्षांपेक्षा जास्त तापमानात काम करणे शक्य होईल.

निसर्गात नैसर्गिक analogues

अणुभट्टी हा केवळ उच्च तंत्रज्ञानाचे उत्पादन म्हणून लोकांच्या मनात समजला जातो. तथापि, प्रत्यक्षात प्रथम साधन नैसर्गिक मूळ आहे. हे मध्य आफ्रिकेच्या गॅबॉन राज्यातील ओक्लो प्रदेशात सापडले:

• भूजलाद्वारे युरेनियमच्या खडकांना पूर आल्याने अणुभट्टी तयार झाली. त्यांनी न्यूट्रॉन नियंत्रक म्हणून काम केले;
• युरेनियमच्या क्षय दरम्यान सोडलेली थर्मल ऊर्जा पाण्याचे वाफेत रूपांतर करते आणि साखळी प्रतिक्रिया थांबते;
• शीतलक तापमान कमी झाल्यानंतर, सर्वकाही पुन्हा पुनरावृत्ती होते;
• जर द्रव उकळला नसता आणि प्रतिक्रिया थांबविली नसती, तर मानवतेला नवीन नैसर्गिक आपत्तीचा सामना करावा लागला असता;
• सुमारे दीड अब्ज वर्षांपूर्वी या अणुभट्टीमध्ये स्वयंपूर्ण अणुविखंडन सुरू झाले. यावेळी, सुमारे 0.1 दशलक्ष वॅट्स आउटपुट पॉवरचे वाटप करण्यात आले;
• पृथ्वीवरील जगाचे असे आश्चर्य केवळ एकच ज्ञात आहे. नवीन दिसणे अशक्य आहे: नैसर्गिक कच्च्या मालामध्ये युरेनियम -235 चे प्रमाण साखळी प्रतिक्रिया राखण्यासाठी आवश्यक पातळीपेक्षा खूपच कमी आहे.

दक्षिण कोरियामध्ये किती अणुभट्ट्या आहेत?

नैसर्गिक संसाधनांमध्ये गरीब, परंतु औद्योगिक आणि जास्त लोकसंख्या असलेल्या कोरिया प्रजासत्ताकाला ऊर्जेची नितांत गरज आहे. जर्मनीने शांततापूर्ण अणूला नकार दिल्याच्या पार्श्वभूमीवर, या देशाला अणु तंत्रज्ञानावर अंकुश ठेवण्याच्या मोठ्या आशा आहेत:

• असे नियोजित आहे की 2035 पर्यंत अणुऊर्जा प्रकल्पांद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या विजेचा वाटा 60% पर्यंत पोहोचेल आणि एकूण उत्पादन - 40 गिगावॅटपेक्षा जास्त;
• देशाकडे अण्वस्त्रे नाहीत, पण अणुभौतिकशास्त्रात संशोधन चालू आहे. कोरियन शास्त्रज्ञांनी आधुनिक अणुभट्ट्यांसाठी डिझाइन विकसित केले आहेत: मॉड्यूलर, हायड्रोजन, द्रव धातूसह इ.;
• स्थानिक संशोधकांचे यश आपल्याला परदेशात तंत्रज्ञान विकण्याची परवानगी देते. पुढील 15-20 वर्षांत देश अशा 80 युनिट्सची निर्यात करेल अशी अपेक्षा आहे;
• परंतु आजपर्यंत, बहुतेक अणुऊर्जा प्रकल्प अमेरिकन किंवा फ्रेंच शास्त्रज्ञांच्या मदतीने बांधले गेले आहेत;
• ऑपरेटिंग स्टेशनची संख्या तुलनेने लहान आहे (फक्त चार), परंतु त्यापैकी प्रत्येकामध्ये लक्षणीय अणुभट्ट्या आहेत - एकूण 40, आणि ही संख्या वाढेल.

जेव्हा न्यूट्रॉनचा भडिमार केला जातो तेव्हा अणु इंधन साखळी प्रतिक्रियामध्ये प्रवेश करते, परिणामी मोठ्या प्रमाणात उष्णता निर्माण होते. प्रणालीतील पाणी ही उष्णता घेते आणि त्याचे वाफेत रूपांतर करते, ज्यामुळे वीज निर्माण करणार्‍या टर्बाइनचे रूपांतर होते. पृथ्वीवरील ऊर्जेचा सर्वात शक्तिशाली स्त्रोत असलेल्या अणुभट्टीच्या ऑपरेशनचा एक साधा आकृती येथे आहे.

व्हिडिओ: अणुभट्ट्या कशा काम करतात

या व्हिडिओमध्ये, अणुभौतिकशास्त्रज्ञ व्लादिमीर चैकिन तुम्हाला अणुभट्ट्यांमध्ये वीज कशी निर्माण होते, त्यांची तपशीलवार रचना सांगतील:

अणुऊर्जा ही वीज निर्मितीचा एक आधुनिक आणि वेगाने विकसित होणारा मार्ग आहे. अणुऊर्जा प्रकल्पांची व्यवस्था कशी केली जाते हे तुम्हाला माहिती आहे का? अणुऊर्जा प्रकल्पाच्या ऑपरेशनचे तत्त्व काय आहे? आज कोणत्या प्रकारचे अणुभट्ट्या अस्तित्वात आहेत? आम्ही अणुऊर्जा प्रकल्पाच्या ऑपरेशनच्या योजनेचा तपशीलवार विचार करण्याचा प्रयत्न करू, अणुभट्टीच्या संरचनेचा शोध घेऊ आणि वीज निर्मितीची अणू पद्धत किती सुरक्षित आहे हे शोधू.

कोणतेही स्टेशन हे रहिवासी क्षेत्रापासून दूर असलेले बंद क्षेत्र असते. त्याच्या प्रदेशात अनेक इमारती आहेत. सर्वात महत्वाची इमारत म्हणजे अणुभट्टीची इमारत, त्याच्या पुढे टर्बाइन हॉल आहे जिथून अणुभट्टी नियंत्रित केली जाते आणि सुरक्षा इमारत.

अणुभट्टीशिवाय ही योजना अशक्य आहे. अणु (आण्विक) अणुभट्टी हे अणुऊर्जा प्रकल्पाचे एक उपकरण आहे, जे या प्रक्रियेत उर्जेच्या अनिवार्य प्रकाशनासह न्यूट्रॉन फिशनची साखळी प्रतिक्रिया आयोजित करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहे. पण अणुऊर्जा प्रकल्पाच्या ऑपरेशनचे तत्त्व काय आहे?

संपूर्ण अणुभट्टी संयंत्र अणुभट्टीच्या इमारतीत ठेवलेले आहे, एक मोठा काँक्रीट टॉवर जो अणुभट्टी लपवतो आणि अपघात झाल्यास, अणु अभिक्रियाची सर्व उत्पादने असतील. या मोठ्या टॉवरला कंटेनमेंट, हर्मेटिक शेल किंवा कंटेनमेंट म्हणतात.

नवीन अणुभट्ट्यांमधील कंटेनमेंट झोनमध्ये 2 जाड काँक्रीटच्या भिंती आहेत - शेल.
80 सेमी जाडीचे बाह्य कवच बाह्य प्रभावांपासून प्रतिबंधित क्षेत्राचे संरक्षण करते.

1 मीटर 20 सेमी जाडी असलेल्या आतील शेलमध्ये त्याच्या उपकरणामध्ये विशेष स्टील केबल्स आहेत, जे कॉंक्रिटची ​​ताकद जवळजवळ तीन पटीने वाढवतात आणि संरचनेला चुरा होऊ देत नाहीत. आतील बाजूस, ते विशेष स्टीलच्या पातळ शीटने रेखाटलेले आहे, जे कंटेनमेंटसाठी अतिरिक्त संरक्षण म्हणून डिझाइन केलेले आहे आणि अपघात झाल्यास, अणुभट्टीची सामग्री कंटेनमेंट क्षेत्राच्या बाहेर सोडण्यापासून प्रतिबंधित करते.

अणुऊर्जा प्रकल्पाचे असे उपकरण 200 टन वजनाच्या विमानाचे पडणे, 8-बिंदूंचा भूकंप, चक्रीवादळ आणि त्सुनामी सहन करू शकते.

1968 मध्ये अमेरिकन अणुऊर्जा प्रकल्प कनेक्टिकट यँकी येथे प्रथम दबावयुक्त संलग्नक बांधले गेले.

प्रतिबंधित क्षेत्राची एकूण उंची 50-60 मीटर आहे.

अणुभट्टी कशापासून बनलेली असते?

अणुभट्टीच्या ऑपरेशनचे तत्त्व समजून घेण्यासाठी आणि म्हणूनच अणुऊर्जा प्रकल्पाच्या ऑपरेशनचे तत्त्व समजून घेण्यासाठी, तुम्हाला अणुभट्टीचे घटक समजून घेणे आवश्यक आहे.

• सक्रिय क्षेत्र. हे असे क्षेत्र आहे जेथे अणुइंधन (उष्णता सोडणारे) आणि नियंत्रक ठेवलेले आहेत. इंधनाचे अणू (बहुतेकदा युरेनियम हे इंधन असते) विखंडन साखळी प्रतिक्रिया करतात. नियंत्रकाची रचना विखंडन प्रक्रियेवर नियंत्रण ठेवण्यासाठी केली गेली आहे आणि आपल्याला वेग आणि सामर्थ्यानुसार आवश्यक प्रतिक्रिया पूर्ण करण्यास अनुमती देते.
• न्यूट्रॉन परावर्तक. परावर्तक सक्रिय झोनभोवती असतो. यात नियंत्रकासारखीच सामग्री असते. खरं तर, हा एक बॉक्स आहे, ज्याचा मुख्य उद्देश न्यूट्रॉनला कोर सोडण्यापासून आणि वातावरणात येण्यापासून रोखणे आहे.
• शीतलक. कूलंटने इंधनाच्या अणूंच्या विखंडनादरम्यान सोडलेली उष्णता शोषली पाहिजे आणि ती इतर पदार्थांमध्ये हस्तांतरित केली पाहिजे. अणुऊर्जा प्रकल्पाची रचना कशी आहे हे शीतलक मोठ्या प्रमाणावर ठरवते. आज सर्वात लोकप्रिय शीतलक पाणी आहे.
  अणुभट्टी नियंत्रण प्रणाली. सेन्सर्स आणि यंत्रणा जे अणुऊर्जा प्रकल्प अणुभट्टीला कृतीत आणतात.

अणुऊर्जा प्रकल्पांसाठी इंधन

अणुऊर्जा प्रकल्प काय करतो? अणुऊर्जा प्रकल्पांसाठी इंधन हे किरणोत्सर्गी गुणधर्म असलेले रासायनिक घटक आहेत. सर्व अणुऊर्जा प्रकल्पांमध्ये युरेनियम हा असा घटक आहे.

स्टेशन्सच्या रचनेचा अर्थ असा आहे की अणुऊर्जा प्रकल्प जटिल संमिश्र इंधनावर चालतात, शुद्ध रासायनिक घटकांवर नाही. आणि नैसर्गिक युरेनियममधून युरेनियम इंधन काढण्यासाठी, जे परमाणु अणुभट्टीमध्ये लोड केले जाते, आपल्याला बर्याच हाताळणी करणे आवश्यक आहे.

समृद्ध युरेनियम

युरेनियममध्ये दोन समस्थानिक असतात, म्हणजेच त्यात वेगवेगळ्या वस्तुमानांसह केंद्रक असतात. त्यांना प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन समस्थानिक -235 आणि समस्थानिक -238 च्या संख्येनुसार नाव देण्यात आले. 20 व्या शतकातील संशोधकांनी धातूपासून युरेनियम 235 काढण्यास सुरुवात केली, कारण. विघटन आणि रूपांतर करणे सोपे होते. असे दिसून आले की निसर्गात अशा युरेनियमपैकी फक्त 0.7% आहे (उर्वरित टक्केवारी 238 व्या समस्थानिकेवर गेली).

या प्रकरणात काय करावे? त्यांनी युरेनियम समृद्ध करण्याचा निर्णय घेतला. युरेनियमचे संवर्धन ही एक प्रक्रिया आहे जेव्हा त्यात बरेच आवश्यक 235x समस्थानिक आणि काही अनावश्यक 238x समस्थानिक शिल्लक असतात. युरेनियम समृद्ध करणाऱ्यांचे कार्य 0.7% वरून जवळजवळ 100% युरेनियम-235 तयार करणे आहे.

युरेनियम दोन तंत्रज्ञान वापरून समृद्ध केले जाऊ शकते - गॅस प्रसार किंवा गॅस सेंट्रीफ्यूज. त्यांच्या वापरासाठी, धातूपासून काढलेले युरेनियम वायूच्या अवस्थेत रूपांतरित केले जाते. वायूच्या स्वरूपात ते समृद्ध होते.

युरेनियम पावडर

समृद्ध युरेनियम वायूचे रूपांतर घन अवस्थेत होते - युरेनियम डायऑक्साइड. हे शुद्ध घन युरेनियम 235 मोठ्या पांढऱ्या क्रिस्टल्ससारखे दिसते जे नंतर युरेनियम पावडरमध्ये चिरडले जाते.

युरेनियम गोळ्या

युरेनियम पेलेट्स घन धातूचे वॉशर आहेत, दोन सेंटीमीटर लांब. युरेनियम पावडरपासून अशा गोळ्या मोल्ड करण्यासाठी, ते एका पदार्थात मिसळले जाते - प्लास्टिसायझर, ते टॅब्लेट दाबण्याची गुणवत्ता सुधारते.

दाबलेले वॉशर 1200 अंश सेल्सिअस तापमानात एका दिवसापेक्षा जास्त काळ बेक केले जातात ज्यामुळे गोळ्यांना विशेष ताकद मिळते आणि उच्च तापमानाला प्रतिकार होतो. अणुऊर्जा प्रकल्प कसा काम करतो हे युरेनियम इंधन किती चांगले संकुचित आणि बेक केले आहे यावर थेट अवलंबून असते.

गोळ्या मोलिब्डेनम बॉक्समध्ये बेक केल्या जातात, कारण. केवळ हा धातू दीड हजार अंशांपेक्षा जास्त "नरक" तापमानात वितळू शकत नाही. त्यानंतर, अणुऊर्जा प्रकल्पांसाठी युरेनियम इंधन तयार मानले जाते.

TVEL आणि TVS म्हणजे काय?

अणुभट्टीचा कोअर मानवी शरीरापेक्षा 5 पटीने मोठा (अणुभट्टीच्या प्रकारानुसार) भिंतींना छिद्र असलेल्या एका मोठ्या डिस्क किंवा पाईपसारखा दिसतो. या छिद्रांमध्ये युरेनियम इंधन असते, ज्याचे अणू इच्छित प्रतिक्रिया करतात.

अणुभट्टीमध्ये इंधन टाकणे अशक्य आहे, जर तुम्हाला संपूर्ण स्टेशनचा स्फोट व्हायचा नसेल आणि जवळपासच्या काही राज्यांवर परिणामांसह अपघात होऊ नये. म्हणून, युरेनियम इंधन इंधन रॉडमध्ये ठेवले जाते आणि नंतर इंधन असेंब्लीमध्ये गोळा केले जाते. या संक्षेपांचा अर्थ काय आहे?

• TVEL - इंधन घटक (त्यांची निर्मिती करणार्‍या रशियन कंपनीच्या समान नावाने गोंधळून जाऊ नये). खरं तर, ही झिरकोनियम मिश्र धातुंनी बनलेली एक पातळ आणि लांब झिरकोनियम ट्यूब आहे, ज्यामध्ये युरेनियमच्या गोळ्या ठेवल्या जातात. हे इंधन रॉड्समध्ये आहे की युरेनियम अणू एकमेकांशी संवाद साधू लागतात, प्रतिक्रिया दरम्यान उष्णता सोडतात.

इंधन रॉड्सच्या उत्पादनासाठी झिर्कोनियमची सामग्री म्हणून त्याच्या अपवर्तकता आणि गंजरोधक गुणधर्मांमुळे निवडले गेले.

इंधन घटकांचा प्रकार अणुभट्टीच्या प्रकारावर आणि संरचनेवर अवलंबून असतो. नियमानुसार, इंधन रॉडची रचना आणि हेतू बदलत नाही; ट्यूबची लांबी आणि रुंदी भिन्न असू शकते.

यंत्र 200 पेक्षा जास्त युरेनियम गोळ्या एका झिरकोनियम ट्यूबमध्ये लोड करते. एकूण, अणुभट्टीमध्ये सुमारे 10 दशलक्ष युरेनियम गोळ्या एकाच वेळी काम करतात.
एफए - इंधन असेंब्ली. NPP कामगारांना इंधन असेंब्ली बंडल म्हणतात.

खरं तर, हे अनेक TVEL एकत्र जोडलेले आहेत. इंधन असेंब्ली म्हणजे रेडीमेड अणुइंधन, ज्यावर अणुऊर्जा प्रकल्प चालतो. हे इंधन असेंब्ली आहे जे परमाणु अणुभट्टीमध्ये लोड केले जाते. एका रिअॅक्टरमध्ये सुमारे 150 - 400 इंधन असेंब्ली ठेवल्या जातात.
इंधन असेंब्ली कोणत्या रिअॅक्टरमध्ये चालेल यावर अवलंबून, ते वेगवेगळ्या आकारात येतात. कधी गठ्ठे घनात दुमडले जातात, कधी दंडगोलाकार, कधी षटकोनी आकारात.

4 वर्षांच्या ऑपरेशनसाठी एक इंधन असेंब्ली 670 वॅगन कोळसा, नैसर्गिक वायूच्या 730 टाक्या किंवा तेलाने भरलेल्या 900 टाक्या जाळताना तेवढीच ऊर्जा निर्माण करते.
आज, इंधन असेंब्ली प्रामुख्याने रशिया, फ्रान्स, यूएसए आणि जपानमधील कारखान्यांमध्ये तयार केली जाते.

इतर देशांना अणुऊर्जा प्रकल्पांसाठी इंधन वितरीत करण्यासाठी, इंधन असेंब्ली लांब आणि रुंद धातूच्या पाईप्समध्ये बंद केल्या जातात, पाईपमधून हवा पंप केली जाते आणि विशेष मशीनद्वारे बोर्ड कार्गो विमानात वितरित केली जाते.

अणुऊर्जा प्रकल्पांसाठी अणुइंधनाचे वजन अत्यंत प्रतिबंधात्मक आहे, tk. युरेनियम हा ग्रहावरील सर्वात जड धातूंपैकी एक आहे. त्याचे विशिष्ट गुरुत्व स्टीलच्या 2.5 पट आहे.

न्यूक्लियर पॉवर प्लांट: ऑपरेशनचे सिद्धांत

अणुऊर्जा प्रकल्पाच्या ऑपरेशनचे तत्त्व काय आहे? अणुऊर्जा प्रकल्पांच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत रेडिओएक्टिव्ह पदार्थ - युरेनियमच्या अणूंच्या विखंडनाच्या साखळी प्रतिक्रियेवर आधारित आहे. ही प्रतिक्रिया अणुभट्टीच्या गाभ्यामध्ये घडते.

हे जाणून घेणे महत्त्वाचे आहे:

आपण आण्विक भौतिकशास्त्राच्या गुंतागुंतीमध्ये न गेल्यास, अणुऊर्जा प्रकल्पाच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत असे दिसते:
आण्विक अणुभट्टी सुरू केल्यानंतर, इंधन रॉडमधून शोषक रॉड काढले जातात, जे युरेनियमला ​​प्रतिक्रिया होण्यापासून प्रतिबंधित करतात.

रॉड काढल्याबरोबर युरेनियम न्यूट्रॉन एकमेकांशी संवाद साधू लागतात.

जेव्हा न्यूट्रॉन टक्कर घेतात तेव्हा अणू स्तरावर एक छोटा-स्फोट होतो, ऊर्जा सोडली जाते आणि नवीन न्यूट्रॉन जन्माला येतात, एक साखळी प्रतिक्रिया होऊ लागते. ही प्रक्रिया उष्णता सोडते.

उष्णता कूलंटमध्ये हस्तांतरित केली जाते. कूलंटच्या प्रकारावर अवलंबून, ते स्टीम किंवा गॅसमध्ये बदलते, जे टर्बाइन फिरवते.

टर्बाइन इलेक्ट्रिक जनरेटर चालवते. तोच खरे तर वीज निर्माण करतो.

जर तुम्ही या प्रक्रियेचे पालन केले नाही, तर रिअॅक्टरचा स्फोट होईपर्यंत आणि संपूर्ण अणुऊर्जा प्रकल्प स्मिथरीन्समध्ये उडून जाईपर्यंत युरेनियम न्यूट्रॉन एकमेकांशी आदळू शकतात. संगणक सेन्सर प्रक्रिया नियंत्रित करतात. ते तापमानात वाढ किंवा अणुभट्टीतील दाबातील बदल ओळखतात आणि आपोआप प्रतिक्रिया थांबवू शकतात.

अणुऊर्जा प्रकल्प आणि थर्मल पॉवर प्लांट्स (औष्णिक उर्जा प्रकल्प) च्या ऑपरेशनच्या तत्त्वामध्ये काय फरक आहे?

कामातील फरक फक्त पहिल्या टप्प्यावर आहेत. अणुऊर्जा प्रकल्पांमध्ये, कूलंटला युरेनियम इंधनाच्या अणूंच्या विखंडनातून उष्णता मिळते, थर्मल पॉवर प्लांटमध्ये, शीतलक सेंद्रिय इंधन (कोळसा, वायू किंवा तेल) च्या ज्वलनातून उष्णता प्राप्त करते. युरेनियमचे अणू किंवा कोळसा असलेल्या वायूने ​​उष्णता सोडल्यानंतर, अणुऊर्जा प्रकल्प आणि थर्मल पॉवर प्लांटच्या ऑपरेशनच्या योजना सारख्याच असतात.

अणुभट्ट्यांचे प्रकार

अणुऊर्जा प्रकल्प कसा काम करतो हे त्याची अणुभट्टी कशी काम करते यावर अवलंबून असते. आज दोन मुख्य प्रकारचे अणुभट्ट्या आहेत, जे न्यूरॉन्सच्या स्पेक्ट्रमनुसार वर्गीकृत आहेत:
मंद न्यूट्रॉन अणुभट्टी, ज्याला थर्मल रिअॅक्टर देखील म्हणतात.

त्याच्या ऑपरेशनसाठी, 235 युरेनियम वापरले जाते, जे समृद्धीकरण, युरेनियम गोळ्या तयार करणे इत्यादी टप्प्यांतून जाते. आज, संथ न्यूट्रॉन अणुभट्ट्या मोठ्या प्रमाणात आहेत.
वेगवान न्यूट्रॉन अणुभट्टी.

या अणुभट्ट्या भविष्यात आहेत, कारण ते युरेनियम -238 वर कार्य करतात, जे निसर्गात एक डझन डॉलर आहे आणि हे घटक समृद्ध करणे आवश्यक नाही. अशा अणुभट्ट्यांचा तोटा केवळ डिझाइन, बांधकाम आणि प्रक्षेपणासाठी खूप जास्त खर्चात आहे. आज, वेगवान न्यूट्रॉन अणुभट्ट्या केवळ रशियामध्ये कार्यरत आहेत.

वेगवान न्यूट्रॉन रिअॅक्टर्समधील शीतलक म्हणजे पारा, वायू, सोडियम किंवा शिसे.

स्लो न्यूट्रॉन रिअॅक्टर्स, जे आज जगातील सर्व अणुऊर्जा प्रकल्पांद्वारे वापरले जातात, ते देखील अनेक प्रकारात येतात.

IAEA संघटना (आंतरराष्ट्रीय अणुऊर्जा एजन्सी) ने स्वतःचे वर्गीकरण तयार केले आहे, जे बहुतेक वेळा जागतिक आण्विक उद्योगात वापरले जाते. अणुऊर्जा प्रकल्पाच्या ऑपरेशनचे तत्त्व मुख्यत्वे शीतलक आणि नियंत्रकाच्या निवडीवर अवलंबून असल्याने, IAEA ने त्याचे वर्गीकरण या फरकांवर आधारित केले आहे.

रासायनिक दृष्टिकोनातून, ड्यूटेरियम ऑक्साईड एक आदर्श नियंत्रक आणि शीतलक आहे, कारण इतर पदार्थांच्या तुलनेत त्याचे अणू युरेनियमच्या न्यूट्रॉनशी सर्वात प्रभावीपणे संवाद साधतात. सोप्या भाषेत सांगायचे तर, जड पाणी कमीत कमी नुकसान आणि जास्तीत जास्त परिणामांसह त्याचे कार्य करते. तथापि, त्याच्या उत्पादनासाठी पैसे खर्च होतात, परंतु आपल्यासाठी नेहमीचे "प्रकाश" आणि परिचित पाणी वापरणे खूप सोपे आहे.

अणुभट्ट्यांविषयी काही तथ्ये...

हे मनोरंजक आहे की एक अणुऊर्जा प्रकल्प अणुभट्टी किमान 3 वर्षांसाठी बांधली जाते!
अणुभट्टी तयार करण्यासाठी, आपल्याला 210 किलो अँपिअरच्या विद्युत प्रवाहावर चालणारी उपकरणे आवश्यक आहेत, जी एखाद्या व्यक्तीचा जीव घेणाऱ्या करंटच्या दशलक्ष पट आहे.

अणुभट्टीच्या एका शेलचे (स्ट्रक्चरल एलिमेंट) वजन 150 टन असते. एका अणुभट्टीमध्ये असे 6 घटक असतात.

प्रेशराइज्ड वॉटर रिअॅक्टर

अणुऊर्जा प्रकल्प सर्वसाधारणपणे कसे कार्य करते हे आम्ही आधीच शोधून काढले आहे, "त्याची क्रमवारी लावण्यासाठी" सर्वात लोकप्रिय दबाव आणणारी अणुभट्टी कशी कार्य करते ते पाहू या.
आज जगभरात, जनरेशन 3+ प्रेशराइज्ड वॉटर रिअॅक्टर्स वापरल्या जातात. ते सर्वात विश्वसनीय आणि सुरक्षित मानले जातात.

जगातील सर्व दबावयुक्त पाण्याच्या अणुभट्ट्यांनी त्यांच्या एकूण ऑपरेशनच्या सर्व वर्षांमध्ये 1000 वर्षांहून अधिक त्रासमुक्त ऑपरेशन मिळवले आहे आणि कधीही गंभीर विचलन केले नाही.

प्रेशराइज्ड वॉटर रिअॅक्टर्सवर आधारित अणुऊर्जा प्रकल्पांची रचना सूचित करते की डिस्टिल्ड वॉटर इंधन रॉड्समध्ये फिरते, 320 अंशांपर्यंत गरम होते. बाष्प अवस्थेत जाण्यापासून रोखण्यासाठी, ते 160 वातावरणाच्या दाबाखाली ठेवले जाते. NPP योजनेला प्राथमिक पाणी म्हणतात.

गरम झालेले पाणी स्टीम जनरेटरमध्ये प्रवेश करते आणि त्याची उष्णता दुय्यम सर्किटच्या पाण्याला देते, त्यानंतर ते पुन्हा अणुभट्टीवर परत येते. बाहेरून, असे दिसते की प्राथमिक वॉटर सर्किटचे पाईप्स इतर पाईप्सच्या संपर्कात आहेत - दुसऱ्या सर्किटचे पाणी, ते एकमेकांना उष्णता हस्तांतरित करतात, परंतु पाण्याचा संपर्क होत नाही. नळ्या संपर्कात आहेत.

अशा प्रकारे, विकिरण दुय्यम सर्किटच्या पाण्यात जाण्याची शक्यता वगळण्यात आली आहे, जी वीज निर्मितीच्या प्रक्रियेत पुढे भाग घेईल.

अणुऊर्जा प्रकल्पाची सुरक्षा

अणुऊर्जा प्रकल्पांच्या ऑपरेशनचे तत्त्व शिकल्यानंतर, आपण सुरक्षिततेची व्यवस्था कशी केली जाते हे समजून घेतले पाहिजे. आज अणुऊर्जा प्रकल्पांच्या रचनेत सुरक्षा नियमांकडे अधिक लक्ष देण्याची गरज आहे.
अणुऊर्जा प्रकल्पाच्या सुरक्षेची किंमत संयंत्राच्या एकूण खर्चाच्या अंदाजे 40% आहे.

एनपीपी योजनेत 4 भौतिक अडथळे समाविष्ट आहेत जे किरणोत्सर्गी पदार्थ सोडण्यास प्रतिबंध करतात. या अडथळ्यांना काय करावे लागेल? योग्य वेळी, आण्विक प्रतिक्रिया थांबवण्यास सक्षम व्हा, कोर आणि अणुभट्टीमधून सतत उष्णता काढून टाकण्याची खात्री करा आणि कंटेनमेंट (कंटेनमेंट झोन) मधून रेडिओन्यूक्लाइड्स सोडण्यास प्रतिबंध करा.

• पहिला अडथळा म्हणजे युरेनियमच्या गोळ्यांची ताकद.अणुभट्टीतील उच्च तापमानाच्या प्रभावाखाली ते कोसळत नाहीत हे महत्त्वाचे आहे. अनेक प्रकारे, अणुऊर्जा प्रकल्प कसा कार्य करतो हे युरेनियमच्या गोळ्या उत्पादनाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यावर "बेक" कसे होते यावर अवलंबून असते. जर युरेनियम इंधनाच्या गोळ्या चुकीच्या पद्धतीने बेक केल्या गेल्या असतील तर अणुभट्टीतील युरेनियमच्या अणूंच्या प्रतिक्रिया अप्रत्याशित असतील.
• दुसरा अडथळा म्हणजे इंधन रॉडची घट्टपणा.झिरकोनियम ट्यूब घट्ट बंद केल्या पाहिजेत, जर घट्टपणा तुटला असेल तर अणुभट्टी खराब होईल आणि काम थांबेल, सर्वात वाईट म्हणजे सर्वकाही हवेत उडेल.
• तिसरा अडथळा मजबूत स्टील रिअॅक्टर जहाज आहे a, (तोच मोठा टॉवर - एक कंटेनमेंट एरिया) जो सर्व किरणोत्सर्गी प्रक्रिया स्वतःमध्ये "धारण करतो". हुल खराब झाले आहे - रेडिएशन वातावरणात सोडले जाईल.
• चौथा अडथळा म्हणजे आपत्कालीन संरक्षण रॉड.सक्रिय झोनच्या वर, नियंत्रकांसह रॉड चुंबकावर निलंबित केले जातात, जे 2 सेकंदात सर्व न्यूट्रॉन शोषून घेतात आणि साखळी प्रतिक्रिया थांबवू शकतात.

जर, अनेक अंशांच्या संरक्षणासह अणुऊर्जा प्रकल्पाचे बांधकाम असूनही, अणुभट्टीचा कोअर योग्य वेळी थंड करणे शक्य नसेल आणि इंधनाचे तापमान 2600 अंशांपर्यंत वाढले तर सुरक्षा प्रणालीची शेवटची आशा प्रत्यक्षात येईल. - तथाकथित मेल्ट ट्रॅप.

वस्तुस्थिती अशी आहे की अशा तपमानावर अणुभट्टीच्या पात्राचा तळ वितळेल आणि अणुइंधन आणि वितळलेल्या संरचनांचे सर्व अवशेष अणुभट्टीच्या कोरच्या वर निलंबित केलेल्या विशेष "काच" मध्ये वाहतील.

वितळलेला सापळा रेफ्रिजरेटेड आणि रीफ्रॅक्टरी आहे. हे तथाकथित "बलिदान सामग्री" ने भरलेले आहे, जे हळूहळू विखंडन साखळी प्रतिक्रिया थांबवते.

अशा प्रकारे, एनपीपी योजनेमध्ये अनेक अंशांचे संरक्षण समाविष्ट आहे, जे अपघाताची कोणतीही शक्यता जवळजवळ पूर्णपणे वगळते.

डिव्हाइस आणि ऑपरेशनचे सिद्धांत

पॉवर रिलीझ यंत्रणा

पदार्थाचे परिवर्तन हे मुक्त ऊर्जेबरोबरच होते जेव्हा त्या पदार्थात उर्जेचा साठा असतो. नंतरचा अर्थ असा आहे की पदार्थाचे सूक्ष्मकण दुसर्‍या संभाव्य स्थितीपेक्षा जास्त विश्रांती उर्जा असलेल्या अवस्थेत आहेत, ज्यामध्ये संक्रमण अस्तित्वात आहे. उत्स्फूर्त संक्रमण नेहमी ऊर्जेच्या अडथळ्याद्वारे प्रतिबंधित केले जाते, ज्यावर मात करण्यासाठी मायक्रोपार्टिकलला बाहेरून काही प्रमाणात ऊर्जा प्राप्त करणे आवश्यक आहे - उत्तेजनाची ऊर्जा. एक्सोएनर्जेटिक प्रतिक्रिया या वस्तुस्थितीमध्ये असते की उत्तेजित झाल्यानंतर झालेल्या परिवर्तनामध्ये, प्रक्रियेला उत्तेजित करण्यासाठी आवश्यकतेपेक्षा जास्त ऊर्जा सोडली जाते. ऊर्जेच्या अडथळ्यावर मात करण्याचे दोन मार्ग आहेत: एकतर आदळणाऱ्या कणांच्या गतिज उर्जेमुळे किंवा प्रवेश करणाऱ्या कणांच्या बंधनकारक उर्जेमुळे.

जर आपण उर्जा सोडण्याचे मॅक्रोस्कोपिक स्केल लक्षात ठेवले तर प्रतिक्रियांच्या उत्तेजित होण्यासाठी आवश्यक गतीज उर्जा सर्व किंवा प्रथम पदार्थाचे काही कण असले पाहिजेत. हे केवळ माध्यमाचे तापमान अशा मूल्यापर्यंत वाढवून प्राप्त केले जाऊ शकते ज्यावर थर्मल मोशनची ऊर्जा ऊर्जा थ्रेशोल्डच्या मूल्यापर्यंत पोहोचते जी प्रक्रियेचा कोर्स मर्यादित करते. आण्विक परिवर्तनांच्या बाबतीत, म्हणजे रासायनिक अभिक्रियांमध्ये, अशी वाढ सामान्यतः शेकडो केल्विन असते, तर अणु अभिक्रियांच्या बाबतीत ती आदळणाऱ्या केंद्रकांच्या कौलॉम्ब अडथळ्यांच्या खूप जास्त उंचीमुळे किमान 10% असते. आण्विक अभिक्रियांचे थर्मल उत्तेजना केवळ सर्वात हलक्या केंद्रकांच्या संश्लेषणात सरावाने चालते, ज्यामध्ये कुलॉम्ब अडथळे कमी असतात (थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन).

जोडलेल्या कणांद्वारे उत्तेजित होण्यासाठी मोठ्या गतीज उर्जेची आवश्यकता नसते आणि म्हणूनच, ते माध्यमाच्या तापमानावर अवलंबून नसते, कारण ते आकर्षक शक्तींच्या कणांमध्ये अंतर्भूत नसलेल्या बंधांमुळे उद्भवते. परंतु दुसरीकडे, प्रतिक्रिया उत्तेजित करण्यासाठी कण स्वतः आवश्यक आहेत. आणि जर पुन्हा आपल्या मनात वेगळी प्रतिक्रिया नसून मॅक्रोस्कोपिक स्केलवर उर्जेचे उत्पादन असेल, तर हे तेव्हाच शक्य आहे जेव्हा साखळी प्रतिक्रिया येते. नंतरचे उद्भवते जेव्हा प्रतिक्रिया उत्तेजित करणारे कण बाह्य-उर्जायुक्त प्रतिक्रियेचे उत्पादन म्हणून पुन्हा प्रकट होतात.

रचना

कोणत्याही अणुभट्टीमध्ये खालील भाग असतात:

• विभक्त इंधन आणि नियंत्रकासह कोर;
• न्यूट्रॉन परावर्तक जो गाभ्याभोवती असतो;
• आपत्कालीन संरक्षणासह साखळी प्रतिक्रिया नियमन प्रणाली;
• रेडिएशन संरक्षण;
• रिमोट कंट्रोल सिस्टम.

ऑपरेशनची भौतिक तत्त्वे

मुख्य लेख देखील पहा:

अणुभट्टीची वर्तमान स्थिती प्रभावी न्यूट्रॉन गुणाकार घटकाद्वारे दर्शविली जाऊ शकते kकिंवा प्रतिक्रियाशीलता ρ , जे खालील संबंधाने संबंधित आहेत:

ही मूल्ये खालील मूल्यांद्वारे दर्शविली जातात:

• k> 1 - साखळी प्रतिक्रिया वेळेत वाढते, अणुभट्टी चालू आहे सुपरक्रिटिकलराज्य, त्याची प्रतिक्रिया ρ > 0;
• k < 1 - реакция затухает, реактор - उपक्रिटिकल, ρ < 0;
• k = 1, ρ = 0 - विभक्त विखंडनांची संख्या स्थिर आहे, अणुभट्टी स्थिर आहे गंभीरअट.

अणुभट्टीची गंभीर स्थिती:

गुणाकार घटकाचे एकात्मतेमध्ये रूपांतर न्यूट्रॉनच्या गुणाकाराचे त्यांच्या नुकसानीसह संतुलन साधून केले जाते. नुकसानीची प्रत्यक्षात दोन कारणे आहेत: विखंडन न करता कॅप्चर करणे आणि प्रजनन माध्यमाच्या बाहेर न्यूट्रॉनची गळती.

अर्थात, के< 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.

थर्मल रिअॅक्टर्ससाठी k 0 तथाकथित "4 घटकांचे सूत्र" द्वारे निर्धारित केले जाऊ शकते:

• η हे न्यूट्रॉन उत्पन्न प्रति दोन शोषणे आहे.

आधुनिक उर्जा अणुभट्ट्यांची मात्रा शेकडो m³ पर्यंत पोहोचू शकते आणि मुख्यत्वे गंभीरतेच्या परिस्थितीनुसार नाही तर उष्णता काढून टाकण्याच्या शक्यतांद्वारे निर्धारित केली जाते.

गंभीर खंडआण्विक अणुभट्टी - गंभीर स्थितीत अणुभट्टी कोरची मात्रा. गंभीर वस्तुमानअणुभट्टीच्या विखंडन सामग्रीचे वस्तुमान आहे, जे गंभीर अवस्थेत आहे.

वॉटर न्यूट्रॉन रिफ्लेक्टरसह शुद्ध विखंडन समस्थानिकांच्या क्षारांच्या जलीय द्रावणाद्वारे चालना दिलेल्या अणुभट्ट्यांमध्ये सर्वात कमी गंभीर वस्तुमान असते. 235 U साठी हे वस्तुमान 0.8 kg आहे, 239 Pu साठी ते 0.5 kg आहे. तथापि, हे सर्वज्ञात आहे की LOPO अणुभट्टीसाठी (जगातील पहिले समृद्ध युरेनियम अणुभट्टी), ज्यामध्ये बेरिलियम ऑक्साईड रिफ्लेक्टर होते, 0.565 किलोग्रॅम होते, 235 समस्थानिकेमध्ये संवर्धनाची डिग्री केवळ थोडीशी होती. 14% पेक्षा जास्त. सैद्धांतिकदृष्ट्या, सर्वात लहान गंभीर वस्तुमान आहे, ज्यासाठी हे मूल्य फक्त 10 ग्रॅम आहे.

न्यूट्रॉनची गळती कमी करण्यासाठी, गाभ्याला गोलाकार किंवा गोलाकार आकार दिला जातो, जसे की लहान सिलेंडर किंवा घन, कारण या आकृत्यांमध्ये पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळाचे प्रमाण सर्वात लहान असते.

मूल्य (e - 1) सहसा लहान असले तरीही, वेगवान न्यूट्रॉन गुणाकाराची भूमिका बरीच मोठी असते, कारण मोठ्या अणुभट्ट्यांसाठी (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

साखळी प्रतिक्रिया सुरू करण्यासाठी, युरेनियम न्यूक्लीयच्या उत्स्फूर्त विखंडन दरम्यान सहसा पुरेसे न्यूट्रॉन तयार केले जातात. अणुभट्टी सुरू करण्यासाठी न्यूट्रॉनचा बाह्य स्रोत वापरणे देखील शक्य आहे, उदाहरणार्थ, आणि, किंवा इतर पदार्थांचे मिश्रण.

आयोडीन खड्डा

आयोडीन पिट - अणुभट्टी बंद झाल्यानंतरची स्थिती, अल्पायुषी झेनॉन समस्थानिकेच्या संचयाने वैशिष्ट्यीकृत. या प्रक्रियेमुळे लक्षणीय नकारात्मक प्रतिक्रिया तात्पुरती दिसून येते, ज्यामुळे, विशिष्ट कालावधीसाठी (सुमारे 1-2 दिवस) अणुभट्टी त्याच्या डिझाइन क्षमतेवर आणणे अशक्य होते.

वर्गीकरण

नियुक्ती करून

विभक्त अणुभट्ट्यांच्या वापराच्या स्वरूपानुसार विभागलेले आहेत:

• पॉवर रिअॅक्टर्सऊर्जा क्षेत्रात वापरल्या जाणार्‍या विद्युत आणि औष्णिक उर्जेच्या निर्मितीसाठी तसेच समुद्रातील पाण्याचे विलवणीकरण करण्यासाठी डिझाइन केलेले (डिसेलिनेशन रिअॅक्टर्स देखील औद्योगिक म्हणून वर्गीकृत आहेत). अशा अणुभट्ट्या प्रामुख्याने अणुऊर्जा प्रकल्पात वापरल्या जात होत्या. आधुनिक पॉवर रिअॅक्टर्सची थर्मल पॉवर 5 GW पर्यंत पोहोचते. वेगळ्या गटात वाटप करा:
  • वाहतूक अणुभट्ट्यावाहन इंजिनांना ऊर्जा पुरवण्यासाठी डिझाइन केलेले. सर्वात विस्तृत अनुप्रयोग गट म्हणजे पाणबुडी आणि विविध पृष्ठभागावरील जहाजांवर वापरल्या जाणार्‍या सागरी वाहतूक अणुभट्ट्या, तसेच अवकाश तंत्रज्ञानामध्ये वापरल्या जाणार्‍या अणुभट्ट्या.
• प्रायोगिक अणुभट्ट्या, विविध भौतिक प्रमाणांचा अभ्यास करण्यासाठी डिझाइन केलेले, ज्याचे मूल्य अणुभट्ट्यांच्या डिझाइन आणि ऑपरेशनसाठी आवश्यक आहे; अशा अणुभट्ट्यांची शक्ती काही किलोवॅटपेक्षा जास्त नसते.
• संशोधन अणुभट्ट्या, ज्यामध्ये गाभ्यामध्ये तयार केलेले न्यूट्रॉन आणि गॅमा-रे फ्लक्सेसचा वापर अणुभौतिकी, घन स्थिती भौतिकशास्त्र, रेडिएशन केमिस्ट्री, जीवशास्त्र या क्षेत्रातील संशोधनासाठी, तीव्र न्यूट्रॉन फ्लक्सेस (भाग अणुभट्ट्यांसह) मध्ये ऑपरेशनसाठी असलेल्या चाचणी सामग्रीसाठी केला जातो. समस्थानिकांच्या निर्मितीसाठी. संशोधन अणुभट्ट्यांची शक्ती 100 मेगावॅटपेक्षा जास्त नाही. सोडलेली ऊर्जा सहसा वापरली जात नाही.
• औद्योगिक (शस्त्रे, समस्थानिक) अणुभट्ट्याविविध क्षेत्रात वापरलेले समस्थानिक तयार करण्यासाठी वापरले जाते. 239 पु सारख्या अण्वस्त्र-दर्जाच्या सामग्रीच्या निर्मितीसाठी सर्वाधिक प्रमाणात वापरले जाणारे. तसेच औद्योगिक समुद्राच्या पाण्याचे विलवणीकरण करण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या अणुभट्ट्यांचा समावेश होतो.

बहुतेकदा अणुभट्ट्या दोन किंवा अधिक भिन्न कार्ये सोडवण्यासाठी वापरल्या जातात, अशा परिस्थितीत त्यांना म्हणतात बहुउद्देशीय. उदाहरणार्थ, काही उर्जा अणुभट्ट्या, विशेषत: अणुऊर्जेच्या पहाटे, प्रामुख्याने प्रयोगांसाठी होत्या. वेगवान न्यूट्रॉन अणुभट्ट्या एकाच वेळी वीज-निर्मिती आणि समस्थानिक निर्मिती दोन्ही असू शकतात. औद्योगिक अणुभट्ट्या, त्यांच्या मुख्य कार्याव्यतिरिक्त, अनेकदा विद्युत आणि थर्मल ऊर्जा निर्माण करतात.

न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रम नुसार

• थर्मल (मंद) न्यूट्रॉन अणुभट्टी ("थर्मल रिऍक्टर")
• वेगवान न्यूट्रॉन अणुभट्टी ("जलद अणुभट्टी")

इंधन प्लेसमेंटद्वारे

• विषम अणुभट्ट्या, जिथे इंधन ब्लॉक्सच्या स्वरूपात कोरमध्ये सुस्पष्टपणे ठेवले जाते, ज्यामध्ये एक नियंत्रक असतो;
• एकसंध अणुभट्ट्या, जेथे इंधन आणि नियंत्रक हे एकसंध मिश्रण (एकसंध प्रणाली) आहेत.

विषम अणुभट्टीमध्ये, इंधन आणि मॉडरेटरमध्ये अंतर ठेवता येते, विशेषतः, पोकळीच्या अणुभट्टीमध्ये, मॉडरेटर-रिफ्लेक्टर पोकळीभोवती इंधन असते ज्यामध्ये नियंत्रक नसतो. आण्विक-भौतिक दृष्टिकोनातून, एकजिनसीपणा/विषमत्वाचा निकष हा डिझाइन नसून, दिलेल्या मॉडरेटरमध्ये न्यूट्रॉन मॉडरेशन लांबीपेक्षा जास्त अंतरावर इंधन ब्लॉक्सचे स्थान आहे. उदाहरणार्थ, तथाकथित "क्लोज-लॅटिस" अणुभट्ट्या एकसंध असण्यासाठी डिझाइन केल्या आहेत, जरी इंधन सहसा त्यांच्यातील नियंत्रकापासून वेगळे केले जाते.

विषम अणुभट्टीतील आण्विक इंधनाच्या ब्लॉक्सना इंधन असेंब्ली (FA) असे म्हणतात, जे नियमित जाळीच्या नोड्सवर कोरमध्ये ठेवलेले असतात, तयार होतात. पेशी.

इंधनाच्या प्रकारानुसार

• युरेनियम समस्थानिक 235, 238, 233 ( 235 U , 238 U , 233 U)
• प्लुटोनियम समस्थानिक 239 ( 239 पु), तसेच समस्थानिक 239-242 पु 238 U (MOX इंधन) सह मिश्रण म्हणून
• थोरियम समस्थानिक 232 (232 थ) (233 U मध्ये रूपांतरणाद्वारे)

समृद्धीच्या डिग्रीनुसार:

• नैसर्गिक युरेनियम
• कमी समृद्ध युरेनियम
• अत्यंत समृद्ध युरेनियम

रासायनिक रचनेनुसार:

• धातू U
• UC (युरेनियम कार्बाइड), इ.

शीतलक प्रकारानुसार

• वायू, (ग्रेफाइट-गॅस अणुभट्टी पहा)
• D 2 O (जड पाणी, हेवी वॉटर अणुभट्टी पहा, CANDU)

नियंत्रकाच्या प्रकारानुसार

• C (ग्रेफाइट, ग्रेफाइट-वायू अणुभट्टी, ग्रेफाइट-वॉटर रिअॅक्टर पहा)
• H 2 O (पाणी, लाइट वॉटर रिअॅक्टर, प्रेशराइज्ड वॉटर रिअॅक्टर, VVER पहा)
• D 2 O (जड पाणी, हेवी वॉटर अणुभट्टी पहा, CANDU)
• मेटल हायड्राइड्स
• नियंत्रकाशिवाय (वेगवान न्यूट्रॉन अणुभट्टी पहा)

डिझाइनद्वारे

स्टीम निर्मिती पद्धत

• बाह्य स्टीम जनरेटरसह अणुभट्टी (PWR, VVER पहा)

IAEA वर्गीकरण

• PWR (प्रेशराइज्ड वॉटर रिअॅक्टर्स) - प्रेशराइज्ड वॉटर रिऍक्टर (प्रेशराइज्ड वॉटर रिऍक्टर);
• BWR (उकळत्या पाण्याची अणुभट्टी) - उकळत्या पाण्याची अणुभट्टी;
• एफबीआर (फास्ट ब्रीडर रिअॅक्टर) - फास्ट ब्रीडर रिअॅक्टर;
• GCR (गॅस-कूल्ड अणुभट्टी) - गॅस-कूल्ड अणुभट्टी;
• LWGR (लाइट वॉटर ग्रेफाइट अणुभट्टी) - ग्रेफाइट-वॉटर अणुभट्टी
• PHWR (प्रेशराइज्ड हेवी वॉटर रिऍक्टर) - हेवी वॉटर रिऍक्टर

जगातील सर्वात सामान्य म्हणजे दाबलेले पाणी (सुमारे 62%) आणि उकळत्या पाण्याचे (20%) अणुभट्ट्या.

अणुभट्टी साहित्य

ज्या सामग्रीतून अणुभट्ट्या बांधल्या जातात ते न्यूट्रॉन, γ-क्वांटा आणि विखंडन तुकड्यांच्या क्षेत्रात उच्च तापमानावर कार्य करतात. म्हणून, तंत्रज्ञानाच्या इतर शाखांमध्ये वापरलेली सर्व सामग्री अणुभट्टीच्या बांधकामासाठी योग्य नाही. अणुभट्टीची सामग्री निवडताना, त्यांचे रेडिएशन प्रतिरोध, रासायनिक जडत्व, शोषण क्रॉस सेक्शन आणि इतर गुणधर्म विचारात घेतले जातात.

उच्च तापमानात सामग्रीच्या रेडिएशन अस्थिरतेचा कमी परिणाम होतो. अणूंची गतिशीलता इतकी मोठी होते की क्रिस्टल जाळीतून बाहेर काढलेले अणू त्यांच्या जागी परत येण्याची किंवा हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनचे पाण्याच्या रेणूमध्ये पुनर्संयोजन होण्याची शक्यता लक्षणीय वाढते. अशा प्रकारे, पॉवर नॉन-बॉइलिंग रिअॅक्टर्समध्ये (उदाहरणार्थ, VVER) पाण्याचे रेडिओलिसिस नगण्य आहे, तर शक्तिशाली संशोधन अणुभट्ट्यांमध्ये लक्षणीय प्रमाणात स्फोटक मिश्रण सोडले जाते. अणुभट्ट्यांमध्ये ते जाळण्यासाठी विशेष यंत्रणा आहेत.

अणुभट्टी सामग्री एकमेकांच्या संपर्कात येते (कूलंट आणि आण्विक इंधनासह एक इंधन घटक क्लेडिंग, कूलंट आणि मॉडरेटरसह इंधन कॅसेट इ.). स्वाभाविकच, संपर्क साधणारी सामग्री रासायनिकदृष्ट्या निष्क्रिय (सुसंगत) असणे आवश्यक आहे. विसंगततेचे उदाहरण म्हणजे युरेनियम आणि गरम पाणी रासायनिक अभिक्रियामध्ये प्रवेश करणे.

बहुतेक सामग्रीसाठी, वाढत्या तापमानासह सामर्थ्य गुणधर्म झपाट्याने खराब होतात. पॉवर रिअॅक्टर्समध्ये, स्ट्रक्चरल सामग्री उच्च तापमानात कार्य करते. हे स्ट्रक्चरल सामग्रीची निवड मर्यादित करते, विशेषत: पॉवर रिअॅक्टरच्या त्या भागांसाठी ज्यांना उच्च दाब सहन करणे आवश्यक आहे.

आण्विक इंधन बर्नअप आणि पुनरुत्पादन

आण्विक अणुभट्टीच्या ऑपरेशन दरम्यान, इंधनामध्ये विखंडन तुकड्यांच्या संचयनामुळे, त्याचे समस्थानिक आणि रासायनिक रचना बदलते आणि ट्रान्सयुरेनियम घटक, प्रामुख्याने समस्थानिक तयार होतात. अणुभट्टीच्या अभिक्रियावर विखंडन तुकड्यांच्या प्रभावास म्हणतात विषबाधा(किरणोत्सर्गी तुकड्यांसाठी) आणि slagging(स्थिर समस्थानिकांसाठी).

अणुभट्टीच्या विषबाधाचे मुख्य कारण आहे, ज्यामध्ये सर्वात मोठे न्यूट्रॉन शोषण क्रॉस सेक्शन (2.6 10 6 बार्न) आहे. 135 Xe चे अर्धे आयुष्य ट 1/2 = 9.2 ता; विभाजन उत्पन्न 6-7% आहे. 135 Xe चा मुख्य भाग क्षय झाल्यामुळे तयार होतो ( ट१/२ = ६.८ तास). विषबाधा झाल्यास, केफ 1-3% ने बदलतो. 135 Xe चा मोठा शोषण क्रॉस सेक्शन आणि इंटरमीडिएट आइसोटोप 135 I ची उपस्थिती दोन महत्त्वाच्या घटनांना कारणीभूत ठरते:

1. 135 Xe च्या एकाग्रतेत वाढ आणि परिणामी, अणुभट्टीच्या शटडाउन किंवा पॉवर कमी झाल्यानंतर ("आयोडीन पिट") च्या रिऍक्टिव्हिटीमध्ये घट, ज्यामुळे शॉर्ट-टर्म शटडाउन आणि आउटपुट पॉवरमध्ये चढ-उतार होणे अशक्य होते. नियामक संस्थांमध्ये प्रतिक्रियाशीलता मार्जिन सादर करून हा परिणाम दूर केला जातो. आयोडीन विहिरीची खोली आणि कालावधी न्यूट्रॉन फ्लक्स Ф वर अवलंबून असते: Ф = 5 10 18 न्यूट्रॉन/(cm² सेकंद), आयोडीन विहिरीचा कालावधी ˜ 30 तास असतो आणि खोली स्थिर पेक्षा 2 पट जास्त असते. 135 Xe विषबाधामुळे केफमधील स्थितीत बदल.
2. विषबाधामुळे, न्यूट्रॉन फ्लक्स Ф, आणि परिणामी, अणुभट्टीच्या शक्तीचे स्पॅटिओ-टेम्पोरल चढउतार होऊ शकतात. हे चढउतार Ф > 10 18 न्यूट्रॉन/(cm² सेकंद) आणि मोठ्या अणुभट्टीच्या आकारात होतात. दोलन कालावधी ˜ 10 ता.

परमाणु विखंडन मोठ्या प्रमाणात स्थिर तुकड्यांना जन्म देते, जे विखंडन समस्थानिकेच्या शोषण क्रॉस सेक्शनच्या तुलनेत त्यांच्या शोषण क्रॉस सेक्शनमध्ये भिन्न असतात. अणुभट्टीच्या ऑपरेशनच्या पहिल्या काही दिवसांमध्ये मोठ्या प्रमाणात शोषण क्रॉस सेक्शन असलेल्या तुकड्यांची एकाग्रता संपृक्ततेपर्यंत पोहोचते. हे प्रामुख्याने वेगवेगळ्या "वयोगटातील" TVEL आहेत.

संपूर्ण इंधन बदलण्याच्या बाबतीत, अणुभट्टीमध्ये अतिरिक्त प्रतिक्रिया असते ज्याची भरपाई करणे आवश्यक असते, तर दुसऱ्या प्रकरणात, भरपाई फक्त अणुभट्टीच्या पहिल्या सुरूवातीस आवश्यक असते. सतत इंधन भरल्याने बर्नअपची खोली वाढवणे शक्य होते, कारण अणुभट्टीची क्रियाशीलता विखंडन समस्थानिकांच्या सरासरी एकाग्रतेद्वारे निर्धारित केली जाते.

प्रकाशीत ऊर्जेच्या "वजन" मुळे लोड केलेल्या इंधनाचे वस्तुमान अनलोड केलेल्या वस्तुमानापेक्षा जास्त आहे. अणुभट्टी बंद झाल्यानंतर, प्रथम मुख्यतः विलंबित न्यूट्रॉनद्वारे विखंडन झाल्यामुळे आणि नंतर, 1-2 मिनिटांनंतर, विखंडन तुकड्यांच्या आणि ट्रान्सयुरेनियम घटकांच्या β- आणि γ-विकिरणांमुळे, इंधनामध्ये ऊर्जा सोडणे सुरूच राहते. जर अणुभट्टीने शटडाउनच्या आधी बराच वेळ काम केले असेल, तर शटडाउनच्या 2 मिनिटांनंतर, ऊर्जा सोडणे सुमारे 3% आहे, 1 तासानंतर - 1%, एका दिवसानंतर - 0.4%, वर्षानंतर - प्रारंभिक उर्जेच्या 0.05%.

अणुभट्टीमध्ये तयार झालेल्या विखंडन पु समस्थानिकांच्या संख्येच्या 235 यू जळलेल्या प्रमाणास म्हणतात. रूपांतरण दरके के. K K चे मूल्य कमी होत असलेल्या संवर्धन आणि बर्नअपसह वाढते. नैसर्गिक युरेनियमवर चालणाऱ्या जड पाण्याच्या अणुभट्टीसाठी, 10 GW दिवस/t K K = 0.55 च्या बर्नअपसह आणि लहान बर्नअपसाठी (या प्रकरणात, K K म्हणतात. प्रारंभिक प्लुटोनियम गुणांक) K K = 0.8. जर अणुभट्टी जळत असेल आणि समान समस्थानिक (ब्रीडर रिअॅक्टर) तयार करत असेल, तर पुनरुत्पादन दर आणि बर्न-अप रेटचे गुणोत्तर म्हणतात. पुनरुत्पादन दर K V. थर्मल रिअॅक्टर्समध्ये K V< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах К В может достигать 1,4-1,5. Рост К В для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов gवाढत आहे आणि aपडणे

अणुभट्टी नियंत्रण

अणुभट्टीचे नियंत्रण केवळ या वस्तुस्थितीमुळे शक्य आहे की विखंडन दरम्यान काही न्यूट्रॉन तुकड्यांमधून विलंबाने उडतात, ज्याची श्रेणी अनेक मिलिसेकंदांपासून कित्येक मिनिटांपर्यंत असू शकते.

अणुभट्टी नियंत्रित करण्यासाठी, शोषक रॉड्स वापरल्या जातात, कोरमध्ये आणल्या जातात, अशा सामग्रीपासून बनविल्या जातात ज्यामध्ये न्यूट्रॉन (प्रामुख्याने आणि काही इतर) आणि / किंवा बोरिक ऍसिडचे द्रावण कूलंटमध्ये एका विशिष्ट एकाग्रतेमध्ये जोडले जाते (बोरॉन नियमन) . रॉड्सची हालचाल विशेष यंत्रणा, ड्राइव्हस्, ऑपरेटरकडून सिग्नलवर चालणारी किंवा न्यूट्रॉन फ्लक्सच्या स्वयंचलित नियंत्रणासाठी उपकरणांद्वारे नियंत्रित केली जाते.

प्रत्येक अणुभट्टीमध्ये विविध आपत्कालीन परिस्थिती उद्भवल्यास, साखळी प्रतिक्रियेची आपत्कालीन समाप्ती प्रदान केली जाते, सर्व शोषक रॉड कोरमध्ये टाकून केली जाते - एक आपत्कालीन संरक्षण प्रणाली.

अवशिष्ट उष्णता

आण्विक सुरक्षेशी थेट संबंधित महत्त्वाचा मुद्दा म्हणजे क्षय उष्णता. हे अणुइंधनाचे एक विशिष्ट वैशिष्ट्य आहे, ज्यामध्ये हे तथ्य आहे की, विखंडन साखळी प्रतिक्रिया आणि थर्मल जडत्व संपुष्टात आल्यानंतर, जी कोणत्याही उर्जा स्त्रोतासाठी सामान्य आहे, अणुभट्टीमध्ये उष्णता सोडणे दीर्घकाळ चालू राहते, ज्यामुळे अणुभट्टी निर्माण होते. तांत्रिकदृष्ट्या जटिल समस्यांची संख्या.

क्षय उष्णता ही अणुभट्टीच्या कार्यादरम्यान इंधनामध्ये जमा झालेल्या विखंडन उत्पादनांच्या β- आणि γ-क्षयचा परिणाम आहे. विखंडन उत्पादनांचे केंद्रक, क्षय झाल्यामुळे, महत्त्वपूर्ण उर्जेच्या प्रकाशनासह अधिक स्थिर किंवा पूर्णपणे स्थिर स्थितीत जातात.

जरी अवशिष्ट उष्मा सोडण्याचा दर स्थिर मूल्यांच्या तुलनेत लहान असलेल्या मूल्यांवर वेगाने घसरत असला तरी, उच्च-शक्तीच्या उर्जा अणुभट्ट्यांमध्ये ते परिपूर्ण दृष्टीने महत्त्वपूर्ण आहे. या कारणास्तव, क्षय उष्णता सोडण्यासाठी अणुभट्टी बंद झाल्यानंतर उष्णता काढून टाकण्यासाठी बराच वेळ लागतो. या कार्यासाठी अणुभट्टी सुविधेच्या डिझाइनमध्ये विश्वसनीय वीज पुरवठा असलेल्या कूलिंग सिस्टमची उपस्थिती आवश्यक आहे आणि विशेष तापमान प्रणालीसह स्टोरेज सुविधांमध्ये खर्च केलेल्या अणुइंधनाचे दीर्घकालीन (3-4 वर्षांच्या आत) साठवण आवश्यक आहे - खर्च केलेले इंधन पूल , जे सहसा अणुभट्टीच्या लगतच्या परिसरात असतात.

देखील पहा

• सोव्हिएत युनियनमध्ये डिझाइन आणि बांधलेल्या अणुभट्ट्यांची यादी

साहित्य

• लेविन व्ही. ई. आण्विक भौतिकशास्त्र आणि आण्विक अणुभट्ट्या.चौथी आवृत्ती. - एम.: अॅटोमिझदत, 1979.
• शुकोल्युकोव्ह ए. यू. “युरेनस. नैसर्गिक आण्विक अणुभट्टी. "रसायनशास्त्र आणि जीवन" क्रमांक 6, 1980, पी. 20-24

नोट्स

1. "ZEEP - कॅनडाची पहिली आण्विक अणुभट्टी", कॅनडा विज्ञान आणि तंत्रज्ञान संग्रहालय.
2. ग्रेशिलोव्ह ए.ए., एगुपोव्ह एन.डी., मातुश्चेन्को ए.एम.आण्विक ढाल. - एम.: लोगो, 2008. - 438 पी. -

अणुभट्टी सुरळीत आणि अचूकपणे काम करते. अन्यथा, तुम्हाला माहिती आहे, त्रास होईल. पण आत काय चाललंय? चला विभक्त (अणु) अणुभट्टीच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत थोडक्यात, स्पष्टपणे, स्टॉपसह तयार करण्याचा प्रयत्न करूया.

किंबहुना अणुस्फोटासारखीच प्रक्रिया तिथे चालू आहे. फक्त आता स्फोट खूप लवकर होतो आणि अणुभट्टीमध्ये हे सर्व बराच काळ पसरते. शेवटी, सर्व काही सुरक्षित आणि सुरक्षित राहते आणि आपल्याला ऊर्जा मिळते. आजूबाजूचे सर्व काही ताबडतोब तुटून पडेल इतके नाही, परंतु शहराला वीज पुरवण्यासाठी पुरेसे आहे.

अणुभट्टी एनपीपी कुलिंग टॉवर्स कशी काम करते
नियंत्रित आण्विक प्रतिक्रिया कशी कार्य करते हे समजून घेण्याआधी, तुम्हाला सामान्यत: अणु प्रतिक्रिया काय आहे हे जाणून घेणे आवश्यक आहे.

आण्विक अभिक्रिया ही प्राथमिक कण आणि गॅमा क्वांटासह त्यांच्या परस्परसंवादादरम्यान अणू केंद्रकांचे परिवर्तन (विखंडन) करण्याची प्रक्रिया आहे.

विभक्त प्रतिक्रिया शोषणासह आणि उर्जेच्या प्रकाशनासह दोन्ही घडू शकतात. अणुभट्टीमध्ये दुसरी प्रतिक्रिया वापरली जाते.

आण्विक अणुभट्टी हे असे उपकरण आहे ज्याचा उद्देश उर्जेच्या मुक्ततेसह नियंत्रित आण्विक प्रतिक्रिया राखणे हा आहे.

अनेकदा अणुभट्टीला अणुभट्टी असेही म्हणतात. लक्षात घ्या की येथे कोणताही मूलभूत फरक नाही, परंतु विज्ञानाच्या दृष्टिकोनातून, "न्यूक्लियर" हा शब्द वापरणे अधिक योग्य आहे. आता अनेक प्रकारचे अणुभट्ट्या आहेत. या मोठ्या औद्योगिक अणुभट्ट्या आहेत ज्या पॉवर प्लांट्समध्ये ऊर्जा निर्माण करण्यासाठी डिझाइन केलेल्या आहेत, आण्विक पाणबुडीच्या अणुभट्ट्या, वैज्ञानिक प्रयोगांमध्ये वापरल्या जाणार्‍या लहान प्रायोगिक अणुभट्ट्या. समुद्राच्या पाण्याचे क्षारीकरण करण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या अणुभट्ट्या देखील आहेत.

अणुभट्टीच्या निर्मितीचा इतिहास

पहिला आण्विक अणुभट्टी 1942 मध्ये सुरू झाली. फर्मीच्या नेतृत्वाखाली यूएसएमध्ये घडले. या अणुभट्टीला "शिकागो वुडपाइल" असे म्हणतात.

1946 मध्ये, कुर्चाटोव्हच्या नेतृत्वाखाली पहिली सोव्हिएत अणुभट्टी सुरू झाली. या अणुभट्टीचा भाग सात मीटर व्यासाचा चेंडू होता. पहिल्या अणुभट्ट्यांमध्ये कूलिंग सिस्टम नव्हती आणि त्यांची शक्ती कमी होती. तसे, सोव्हिएत अणुभट्टीची सरासरी शक्ती 20 वॅट्स होती, तर अमेरिकन अणुभट्टीची फक्त 1 वॅट होती. तुलनेसाठी: आधुनिक उर्जा अणुभट्ट्यांची सरासरी शक्ती 5 गिगावॅट आहे. पहिल्या अणुभट्टीच्या प्रक्षेपणानंतर दहा वर्षांपेक्षा कमी कालावधीनंतर, ओबनिंस्क शहरात जगातील पहिला औद्योगिक अणुऊर्जा प्रकल्प उघडला गेला.

आण्विक (अणु) अणुभट्टीच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत

कोणत्याही अणुभट्टीमध्ये अनेक भाग असतात: इंधन आणि नियंत्रकासह कोर, न्यूट्रॉन परावर्तक, शीतलक, नियंत्रण आणि संरक्षण प्रणाली. युरेनियमचे समस्थानिक (२३५, २३८, २३३), प्लुटोनियम (२३९) आणि थोरियम (२३२) बहुधा अणुभट्ट्यांमध्ये इंधन म्हणून वापरले जातात. सक्रिय झोन एक बॉयलर आहे ज्याद्वारे सामान्य पाणी (कूलंट) वाहते. इतर शीतलकांमध्ये, "जड पाणी" आणि द्रव ग्रेफाइट कमी वापरले जातात. जर आपण अणुऊर्जा प्रकल्पाच्या ऑपरेशनबद्दल बोललो तर उष्णता निर्माण करण्यासाठी अणुभट्टी वापरली जाते. इतर प्रकारच्या उर्जा संयंत्रांप्रमाणेच वीज स्वतःच तयार केली जाते - स्टीम टर्बाइन फिरवते आणि हालचालीची उर्जा विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतरित होते.

खाली आण्विक अणुभट्टीच्या ऑपरेशनची एक आकृती आहे.

आण्विक अणुभट्टीच्या ऑपरेशनची योजना अणुऊर्जा प्रकल्पात आण्विक अणुभट्टीची योजना

आपण आधीच म्हटल्याप्रमाणे, जड युरेनियम न्यूक्लियसच्या क्षयमुळे हलके घटक आणि काही न्यूट्रॉन तयार होतात. परिणामी न्यूट्रॉन इतर केंद्रकांशी टक्कर देतात, ज्यामुळे त्यांचे विखंडन देखील होते. या प्रकरणात, न्यूट्रॉनची संख्या हिमस्खलनासारखी वाढते.

येथे न्यूट्रॉन गुणाकार घटक नमूद करणे आवश्यक आहे. तर, जर हे गुणांक एक मूल्यापेक्षा जास्त असेल तर, अणुस्फोट होतो. जर मूल्य एकापेक्षा कमी असेल, तर खूप कमी न्यूट्रॉन असतात आणि प्रतिक्रिया नष्ट होते. परंतु जर तुम्ही गुणांकाचे मूल्य एक समान राखले तर, प्रतिक्रिया दीर्घकाळ आणि स्थिरपणे पुढे जाईल.

प्रश्न असा आहे की ते कसे करायचे? अणुभट्टीमध्ये, इंधन तथाकथित इंधन घटकांमध्ये (TVELs) असते. हे रॉड्स आहेत ज्यात लहान गोळ्यांच्या स्वरूपात आण्विक इंधन असते. इंधन रॉड हेक्सागोनल कॅसेटमध्ये जोडलेले आहेत, त्यापैकी अणुभट्टीमध्ये शेकडो असू शकतात. इंधन रॉडसह कॅसेट्स अनुलंब स्थित असतात, तर प्रत्येक इंधन रॉडमध्ये एक प्रणाली असते जी आपल्याला त्याच्या कोरमध्ये विसर्जनाची खोली समायोजित करण्यास अनुमती देते. स्वतः कॅसेट व्यतिरिक्त, त्यांच्यामध्ये कंट्रोल रॉड आणि आपत्कालीन संरक्षण रॉड आहेत. रॉड अशा सामग्रीपासून बनविलेले असतात जे न्यूट्रॉन चांगल्या प्रकारे शोषून घेतात. अशा प्रकारे, कंट्रोल रॉड्स गाभ्यामध्ये वेगवेगळ्या खोलीपर्यंत खाली आणल्या जाऊ शकतात, ज्यामुळे न्यूट्रॉन गुणाकार घटक समायोजित केला जाऊ शकतो. आणीबाणीच्या प्रसंगी रिअॅक्टर बंद करण्यासाठी आणीबाणीच्या रॉड्सची रचना केली जाते.

अणुभट्टीची सुरुवात कशी होते?

आम्ही ऑपरेशनचे तत्त्व शोधून काढले, परंतु अणुभट्टीचे कार्य कसे सुरू करावे आणि कसे करावे? ढोबळपणे बोलायचे तर, ते येथे आहे - युरेनियमचा तुकडा, परंतु सर्व केल्यानंतर, त्यात एक साखळी प्रतिक्रिया स्वतःच सुरू होत नाही. वस्तुस्थिती अशी आहे की आण्विक भौतिकशास्त्रात गंभीर वस्तुमानाची संकल्पना आहे.

आण्विक इंधन आण्विक इंधन

क्रिटिकल द्रव्यमान म्हणजे अणु शृंखला प्रतिक्रिया सुरू करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या विखंडन सामग्रीचे वस्तुमान.

इंधन घटक आणि कंट्रोल रॉड्सच्या मदतीने, अणुभट्टीमध्ये प्रथम अणुइंधनाचे महत्त्वपूर्ण वस्तुमान तयार केले जाते आणि नंतर अणुभट्टी अनेक टप्प्यांत इष्टतम उर्जा पातळीवर आणली जाते.

तुम्हाला आवडेल: मानवता आणि मानवेतर विद्यार्थ्यांसाठी गणिताच्या युक्त्या (भाग 1)
या लेखात, आम्ही तुम्हाला आण्विक (अणु) अणुभट्टीच्या संरचनेची आणि ऑपरेशनच्या तत्त्वाची सामान्य कल्पना देण्याचा प्रयत्न केला आहे. जर तुम्हाला या विषयावर काही प्रश्न असतील किंवा विद्यापीठात आण्विक भौतिकशास्त्रातील कार्य विचारले गेले असेल तर कृपया आमच्या कंपनीच्या तज्ञांशी संपर्क साधा. आम्ही, नेहमीप्रमाणे, तुमच्या अभ्यासातील कोणतीही महत्त्वाची समस्या सोडवण्यासाठी तुम्हाला मदत करण्यास तयार आहोत. दरम्यान, आम्ही हे करत आहोत, आपले लक्ष वेधून घेतलेल्या आणखी एका शैक्षणिक व्हिडिओकडे!

blog/kak-rabotaet-yadernyj-reaktor/