Apa yang ada dalam reaktor? Bagaimana reaktor nuklear berfungsi dan berfungsi

Bab VIII Prinsip operasi dan keupayaan reaktor nuklear I. Reka bentuk reaktor nuklear Reaktor nuklear terdiri daripada lima elemen utama berikut: 1) bahan api nuklear; 2) penyederhana neutron; 3) sistem kawalan; 4) sistem penyejukan; 5 ) pelindung

Bab 11 STRUKTUR DALAMAN DIELEKTRIK §1. Dipol molekul§2. Polarisasi elektronik §3. Molekul polar; polarisasi orientasi§4. Medan elektrik dalam lompang dielektrik§5. Pemalar dielektrik cecair; Formula Clausius-Mossotti§6.

Untuk orang biasa Peranti berteknologi tinggi moden sangat misteri dan misteri sehinggakan ia boleh disembah seperti orang dahulu yang menyembah kilat. Pelajaran fizik sekolah, penuh dengan pengiraan matematik, tidak menyelesaikan masalah. Tetapi anda juga boleh menceritakan kisah menarik tentang reaktor nuklear, prinsip operasinya jelas walaupun kepada seorang remaja.

Bagaimanakah reaktor nuklear berfungsi?

Prinsip operasi peranti berteknologi tinggi ini adalah seperti berikut:

1. Apabila neutron diserap, bahan api nuklear (selalunya ini uranium-235 atau plutonium-239) pembelahan nukleus atom berlaku;
2. Tenaga kinetik, sinaran gamma dan neutron bebas dibebaskan;
3. Tenaga kinetik ditukar kepada tenaga haba (apabila nukleus berlanggar dengan atom sekeliling), sinaran gamma diserap oleh reaktor itu sendiri dan juga bertukar menjadi haba;
4. Sebahagian daripada neutron yang dihasilkan diserap oleh atom bahan api, yang menyebabkan tindak balas berantai. Untuk mengawalnya, penyerap neutron dan penyederhana digunakan;
5. Dengan bantuan penyejuk (air, gas atau natrium cecair), haba dikeluarkan dari tapak tindak balas;
6. Stim bertekanan daripada air yang dipanaskan digunakan untuk memacu turbin stim;
7. Dengan bantuan penjana, tenaga mekanikal putaran turbin ditukar kepada arus elektrik berselang-seli.

Pendekatan klasifikasi

Terdapat banyak sebab untuk tipologi reaktor:

• Mengikut jenis tindak balas nuklear. Pembelahan (semua pemasangan komersial) atau gabungan (tenaga termonuklear, meluas hanya di beberapa institut penyelidikan);
• Dengan penyejuk. Dalam kebanyakan kes, air (mendidih atau berat) digunakan untuk tujuan ini. Penyelesaian alternatif kadangkala digunakan: logam cecair (natrium, plumbum-bismut, merkuri), gas (helium, karbon dioksida atau nitrogen), garam cair (garam fluorida);
• Mengikut generasi. Yang pertama ialah prototaip awal yang tidak masuk akal secara komersial. Kedua, kebanyakan loji tenaga nuklear yang sedang digunakan telah dibina sebelum tahun 1996. Generasi ketiga berbeza daripada yang sebelumnya hanya dalam penambahbaikan kecil. Kerja pada generasi keempat masih dijalankan;
• Oleh keadaan pengagregatan bahan api (bahan api gas pada masa ini hanya wujud di atas kertas);
• Dengan tujuan penggunaan(untuk pengeluaran elektrik, permulaan enjin, pengeluaran hidrogen, penyahgaraman, transmutasi unsur, mendapatkan sinaran saraf, tujuan teori dan penyiasatan).

Reka bentuk reaktor nuklear

Komponen utama reaktor di kebanyakan loji kuasa ialah:

1. Bahan api nuklear ialah bahan yang diperlukan untuk menghasilkan haba bagi turbin kuasa (biasanya uranium diperkaya rendah);
2. Teras reaktor nuklear adalah tempat tindak balas nuklear berlaku;
3. Moderator neutron - mengurangkan kelajuan neutron pantas, mengubahnya menjadi neutron terma;
4. Sumber neutron permulaan - digunakan untuk permulaan tindak balas nuklear yang boleh dipercayai dan stabil;
5. Penyerap neutron - terdapat di sesetengah loji kuasa untuk mengurangkan kereaktifan tinggi bahan api segar;
6. Neutron howitzer - digunakan untuk memulakan semula tindak balas selepas penutupan;
7. Penyejuk (air yang disucikan);
8. Batang kawalan - untuk mengawal kadar pembelahan uranium atau nukleus plutonium;
9. Pam air - mengepam air ke dalam dandang stim;
10. Turbin wap - menukarkan tenaga haba stim kepada tenaga mekanikal putaran;
11. Menara penyejuk - peranti untuk mengeluarkan haba berlebihan ke atmosfera;
12. Sistem penerimaan dan penyimpanan sisa radioaktif;
13. Sistem keselamatan (penjana diesel kecemasan, peranti untuk penyejukan teras kecemasan).

Cara model terkini berfungsi

Generasi ke-4 reaktor terkini akan tersedia untuk operasi komersial tidak lebih awal daripada 2030. Pada masa ini, prinsip dan struktur operasi mereka berada di peringkat pembangunan. Menurut data moden, pengubahsuaian ini akan berbeza daripada model sedia ada kelebihan:

• Sistem penyejukan gas pantas. Diandaikan bahawa helium akan digunakan sebagai penyejuk. mengikut dokumentasi projek, dengan cara ini adalah mungkin untuk menyejukkan reaktor dengan suhu 850 °C. Untuk bekerja dengan sedemikian suhu tinggi Anda juga memerlukan bahan mentah khusus: bahan seramik komposit dan sebatian aktinida;
• Adalah mungkin untuk menggunakan plumbum atau aloi plumbum-bismut sebagai penyejuk utama. Bahan-bahan ini mempunyai kadar penyerapan neutron yang rendah dan takat lebur yang agak rendah;
• Juga, campuran garam cair boleh digunakan sebagai penyejuk utama. Ini akan memungkinkan untuk bekerja pada suhu yang lebih tinggi daripada analog moden dengan penyejukan air.

Analog semula jadi dalam alam semula jadi

Sebuah reaktor nuklear dilihat dalam kesedaran awam secara eksklusif sebagai produk Teknologi tinggi. Walau bagaimanapun, sebenarnya, yang pertama itu peranti mempunyai asal semula jadi . Ia ditemui di wilayah Oklo di negeri Gabon di Afrika Tengah:

• Reaktor itu terbentuk akibat banjir batu uranium oleh air bawah tanah. Mereka bertindak sebagai moderator neutron;
• Tenaga haba yang dikeluarkan semasa pereputan uranium menukarkan air menjadi wap, dan tindak balas berantai berhenti;
• Selepas suhu penyejuk jatuh, semuanya berulang lagi;
• Sekiranya cecair itu tidak mendidih dan menghentikan tindak balas, manusia akan menghadapi bencana alam baru;
• Pembelahan nuklear mandiri bermula dalam reaktor ini kira-kira satu setengah bilion tahun yang lalu. Pada masa ini, kira-kira 0.1 juta watt output kuasa telah disediakan;
• Keajaiban dunia di Bumi adalah satu-satunya yang diketahui. Kemunculan yang baru adalah mustahil: bahagian uranium-235 dalam bahan mentah semula jadi jauh lebih rendah daripada tahap yang diperlukan untuk mengekalkan tindak balas berantai.

Berapakah bilangan reaktor nuklear yang terdapat di Korea Selatan?

Kesian na Sumber semula jadi, tetapi Republik Korea yang berindustri dan berpenduduk berlebihan mempunyai keperluan tenaga yang luar biasa. Berlatarbelakangkan keengganan Jerman untuk menggunakan atom aman, negara ini mempunyai harapan yang tinggi untuk mengekang teknologi nuklear:

• Adalah dirancang bahawa menjelang 2035 bahagian tenaga elektrik yang dijana oleh loji kuasa nuklear akan mencapai 60%, dan jumlah pengeluaran akan menjadi lebih daripada 40 gigawatt;
• Negara ini tidak mempunyai senjata atom, tetapi penyelidikan mengenai fizik nuklear sedang dijalankan. Para saintis Korea telah membangunkan reka bentuk untuk reaktor moden: modular, hidrogen, dengan logam cecair, dsb.;
• Kejayaan penyelidik tempatan memungkinkan untuk menjual teknologi di luar negara. Negara ini dijangka mengeksport 80 unit tersebut dalam tempoh 15-20 tahun akan datang;
• Tetapi setakat hari ini kebanyakan daripada Loji tenaga nuklear itu dibina dengan bantuan saintis Amerika atau Perancis;
• Bilangan stesen operasi agak kecil (hanya empat), tetapi setiap daripada mereka mempunyai sejumlah besar reaktor - sejumlah 40, dan angka ini akan berkembang.

Apabila dihujani oleh neutron, bahan api nuklear masuk ke dalam tindak balas berantai, mengakibatkan sejumlah besar haba. Air dalam sistem mengambil haba ini dan bertukar menjadi wap, yang mengubah turbin yang menghasilkan elektrik. Di sini litar ringkas kerja reaktor nuklear, sumber yang paling berkuasa tenaga di Bumi.

Video: bagaimana reaktor nuklear berfungsi

Dalam video ini, ahli fizik nuklear Vladimir Chaikin akan memberitahu anda bagaimana tenaga elektrik dijana dalam reaktor nuklear dan struktur terperincinya:

Penjanaan kuasa nuklear adalah kaedah moden dan pesat membangun untuk menghasilkan tenaga elektrik. Adakah anda tahu bagaimana loji kuasa nuklear berfungsi? Apakah prinsip operasi loji tenaga nuklear? Apakah jenis reaktor nuklear yang wujud hari ini? Kami akan cuba mempertimbangkan secara terperinci skim operasi loji janakuasa nuklear, menyelidiki struktur reaktor nuklear dan mengetahui betapa selamatnya kaedah nuklear untuk menjana elektrik.

Mana-mana stesen adalah kawasan tertutup jauh dari kawasan perumahan. Terdapat beberapa bangunan di wilayahnya. Struktur yang paling penting ialah bangunan reaktor, di sebelahnya adalah bilik turbin dari mana reaktor dikawal, dan bangunan keselamatan.

Skim ini adalah mustahil tanpa reaktor nuklear. Reaktor atom (nuklear) ialah peranti loji kuasa nuklear yang direka untuk mengatur tindak balas berantai pembelahan neutron dengan pembebasan tenaga yang wajib semasa proses ini. Tetapi apakah prinsip operasi loji tenaga nuklear?

Keseluruhan pemasangan reaktor ditempatkan di dalam bangunan reaktor, sebuah menara konkrit besar yang menyembunyikan reaktor dan akan mengandungi semua produk tindak balas nuklear sekiranya berlaku kemalangan. Menara besar ini dipanggil pembendungan, cengkerang hermetik atau zon pembendungan.

Zon hermetik dalam reaktor baru mempunyai 2 dinding konkrit tebal - cengkerang.
Cangkang luar, setebal 80 cm, melindungi zon pembendungan daripada pengaruh luar.

Cangkang dalam, setebal 1 meter 20 cm, mempunyai kabel keluli khas yang meningkatkan kekuatan konkrit hampir tiga kali ganda dan akan menghalang struktur daripada runtuh. Di bahagian dalam, ia dilapisi dengan kepingan nipis keluli khas, yang direka untuk berfungsi sebagai perlindungan tambahan untuk pembendungan dan, sekiranya berlaku kemalangan, bukan untuk melepaskan kandungan reaktor di luar zon pembendungan.

Reka bentuk loji kuasa nuklear ini membolehkannya menahan nahas kapal terbang seberat 200 tan, gempa bumi 8 magnitud, puting beliung dan tsunami.

Cangkerang tertutup pertama dibina di loji kuasa nuklear Amerika Connecticut Yankee pada tahun 1968.

Jumlah ketinggian zon pembendungan ialah 50-60 meter.

Apakah reaktor nuklear terdiri daripada?

Untuk memahami prinsip operasi reaktor nuklear, dan oleh itu prinsip operasi loji kuasa nuklear, anda perlu memahami komponen reaktor.

• Zon aktif. Ini adalah kawasan di mana bahan api nuklear (penjana bahan api) dan moderator diletakkan. Atom bahan api (paling kerap uranium adalah bahan api) mengalami tindak balas pembelahan berantai. Moderator direka untuk mengawal proses pembelahan dan membolehkan tindak balas yang diperlukan dari segi kelajuan dan kekuatan.
• Pemantul neutron. Reflektor mengelilingi teras. Ia terdiri daripada bahan yang sama seperti moderator. Pada dasarnya, ini adalah kotak, tujuan utamanya adalah untuk menghalang neutron daripada meninggalkan teras dan memasuki alam sekitar.
• Bahan penyejuk. Bahan penyejuk mesti menyerap haba yang dibebaskan semasa pembelahan atom bahan api dan memindahkannya ke bahan lain. Bahan penyejuk sebahagian besarnya menentukan cara loji kuasa nuklear direka bentuk. Penyejuk yang paling popular hari ini ialah air.
  Sistem kawalan reaktor. Penderia dan mekanisme yang menggerakkan reaktor loji kuasa nuklear.

Bahan api untuk loji tenaga nuklear

Apakah loji kuasa nuklear beroperasi? Bahan api untuk loji tenaga nuklear adalah unsur kimia dengan sifat radioaktif. Di semua loji tenaga nuklear, unsur ini adalah uranium.

Reka bentuk stesen membayangkan bahawa loji kuasa nuklear beroperasi pada bahan api komposit kompleks, dan bukan pada tulen unsur kimia. Dan untuk mengekstrak bahan api uranium daripada uranium semulajadi, yang dimuatkan ke dalam reaktor nuklear, anda perlu melakukan banyak manipulasi.

uranium diperkaya

Uranium terdiri daripada dua isotop, iaitu, ia mengandungi nukleus dengan jisim yang berbeza. Mereka dinamakan mengikut bilangan proton dan neutron isotop -235 dan isotop-238. Penyelidik abad ke-20 mula mengekstrak uranium 235 daripada bijih, kerana... ia lebih mudah terurai dan berubah. Ternyata uranium seperti itu hanya 0.7% (peratusan selebihnya pergi ke isotop ke-238).

Apa yang perlu dilakukan dalam kes ini? Mereka memutuskan untuk memperkayakan uranium. Pengayaan uranium ialah proses di mana banyak isotop 235x yang diperlukan kekal di dalamnya dan beberapa isotop 238x yang tidak diperlukan. Tugas pengaya uranium adalah mengubah 0.7% menjadi hampir 100% uranium-235.

Uranium boleh diperkaya menggunakan dua teknologi: resapan gas atau emparan gas. Untuk menggunakannya, uranium yang diekstrak daripada bijih ditukar kepada keadaan gas. Ia diperkaya dalam bentuk gas.

Serbuk uranium

Gas uranium yang diperkaya ditukar kepada keadaan pepejal - uranium dioksida. Uranium pepejal tulen 235 ini kelihatan sebagai kristal putih yang besar, yang kemudiannya dihancurkan menjadi serbuk uranium.

Tablet uranium

Tablet uranium ialah cakera logam pepejal, sepanjang beberapa sentimeter. Untuk membentuk tablet sedemikian daripada serbuk uranium, ia dicampur dengan bahan - plasticizer; ia meningkatkan kualiti menekan tablet.

Kepingan yang ditekan dibakar pada suhu 1200 darjah Celcius selama lebih daripada sehari untuk memberikan tablet kekuatan istimewa dan ketahanan terhadap suhu tinggi. Cara loji kuasa nuklear beroperasi secara langsung bergantung pada sejauh mana bahan api uranium dimampatkan dan dibakar.

Tablet dibakar dalam kotak molibdenum, kerana hanya logam ini mampu tidak cair pada suhu "neraka" melebihi satu setengah ribu darjah. Selepas ini, bahan api uranium untuk loji tenaga nuklear dianggap sedia.

Apakah TVEL dan FA?

Teras reaktor kelihatan seperti cakera besar atau paip dengan lubang di dinding (bergantung pada jenis reaktor), 5 kali lebih besar badan manusia. Lubang-lubang ini mengandungi bahan api uranium, atom-atomnya menjalankan tindak balas yang dikehendaki.

Tidak mustahil untuk hanya membuang bahan api ke dalam reaktor, melainkan anda mahu menyebabkan letupan seluruh stesen dan kemalangan dengan akibat untuk beberapa negeri berdekatan. Oleh itu, bahan api uranium diletakkan di dalam rod bahan api dan kemudian dikumpulkan dalam pemasangan bahan api. Apakah maksud singkatan ini?

• TVEL ialah elemen bahan api (jangan dikelirukan dengan nama yang sama dengan syarikat Rusia yang mengeluarkannya). Ia pada asasnya adalah tiub zirkonium nipis dan panjang yang diperbuat daripada aloi zirkonium di mana tablet uranium diletakkan. Ia adalah dalam rod bahan api bahawa atom uranium mula berinteraksi antara satu sama lain, membebaskan haba semasa tindak balas.

Zirkonium dipilih sebagai bahan untuk penghasilan rod bahan api kerana sifat refraktori dan anti-karatnya.

Jenis rod bahan api bergantung kepada jenis dan struktur reaktor. Sebagai peraturan, struktur dan tujuan rod bahan api tidak berubah, panjang dan lebar tiub boleh berbeza.

Mesin memuatkan lebih daripada 200 pelet uranium ke dalam satu tiub zirkonium. Secara keseluruhan, kira-kira 10 juta pelet uranium berfungsi serentak di dalam reaktor.
FA – pemasangan bahan api. Pekerja NPP memanggil himpunan bahan api berkas.

Pada asasnya, ini adalah beberapa batang bahan api yang diikat bersama. FA adalah bahan api nuklear yang telah siap, yang mana loji kuasa nuklear beroperasi. Ia adalah pemasangan bahan api yang dimuatkan ke dalam reaktor nuklear. Kira-kira 150 – 400 pemasangan bahan api diletakkan dalam satu reaktor.
Bergantung pada reaktor di mana pemasangan bahan api akan beroperasi, ia boleh bentuk yang berbeza. Kadang-kadang berkas dilipat menjadi kubik, kadang-kadang menjadi silinder, kadang-kadang menjadi bentuk heksagon.

Satu pemasangan bahan api selama 4 tahun beroperasi menghasilkan jumlah tenaga yang sama seperti apabila membakar 670 gerabak arang batu, 730 tangki dengan gas asli atau 900 tangki sarat dengan minyak.
Hari ini, pemasangan bahan api dihasilkan terutamanya di kilang di Rusia, Perancis, Amerika Syarikat dan Jepun.

Untuk menghantar bahan api untuk loji kuasa nuklear ke negara lain, pemasangan bahan api dimeterai dalam paip logam yang panjang dan lebar, udara dipam keluar dari paip dan dihantar oleh mesin khas di atas kapal terbang kargo.

Bahan api nuklear untuk loji tenaga nuklear sangat berat, kerana... uranium adalah salah satu logam terberat di planet ini. miliknya graviti tertentu 2.5 kali lebih banyak daripada keluli.

Loji kuasa nuklear: prinsip operasi

Apakah prinsip operasi loji tenaga nuklear? Prinsip operasi loji kuasa nuklear adalah berdasarkan tindak balas rantai pembelahan atom bahan radioaktif - uranium. Tindak balas ini berlaku dalam teras reaktor nuklear.

PENTING UNTUK TAHU:

Tanpa masuk ke selok-belok fizik nuklear, prinsip operasi loji kuasa nuklear kelihatan seperti ini:
Selepas permulaan reaktor nuklear, rod penyerap dikeluarkan daripada rod bahan api, yang menghalang uranium daripada bertindak balas.

Sebaik sahaja rod dikeluarkan, neutron uranium mula berinteraksi antara satu sama lain.

Apabila neutron berlanggar, letupan mini berlaku pada tahap atom, tenaga dibebaskan dan neutron baru dilahirkan, tindak balas berantai mula berlaku. Proses ini menghasilkan haba.

Haba dipindahkan ke penyejuk. Bergantung pada jenis penyejuk, ia bertukar menjadi wap atau gas, yang memutarkan turbin.

Turbin memacu penjana elektrik. Dialah yang sebenarnya menjana arus elektrik.

Jika anda tidak memantau prosesnya, neutron uranium boleh berlanggar antara satu sama lain sehingga ia meletupkan reaktor dan menghancurkan seluruh loji tenaga nuklear sehingga berkecai. Proses ini dikawal oleh penderia komputer. Mereka mengesan peningkatan suhu atau perubahan tekanan dalam reaktor dan secara automatik boleh menghentikan tindak balas.

Bagaimanakah prinsip operasi loji kuasa nuklear berbeza daripada loji janakuasa haba (loji kuasa terma)?

Terdapat perbezaan dalam kerja hanya pada peringkat pertama. Dalam loji kuasa nuklear, penyejuk menerima haba daripada pembelahan atom bahan api uranium; dalam loji kuasa haba, penyejuk menerima haba daripada pembakaran bahan api organik (arang batu, gas atau minyak). Selepas sama ada atom uranium atau gas dan arang batu telah membebaskan haba, skim operasi loji kuasa nuklear dan loji kuasa haba adalah sama.

Jenis-jenis reaktor nuklear

Cara loji janakuasa nuklear beroperasi bergantung pada bagaimana reaktor nuklearnya beroperasi. Hari ini terdapat dua jenis utama reaktor, yang dikelaskan mengikut spektrum neuron:
Reaktor neutron perlahan, juga dipanggil reaktor haba.

Untuk operasinya, uranium 235 digunakan, yang melalui peringkat pengayaan, penciptaan pelet uranium, dll. Hari ini, sebahagian besar reaktor menggunakan neutron perlahan.
Reaktor neutron pantas.

Reaktor ini adalah masa depan, kerana... Mereka bekerja pada uranium-238, yang merupakan sedozen dalam alam semula jadi dan tidak perlu untuk memperkayakan unsur ini. Satu-satunya kelemahan reaktor sedemikian ialah kos reka bentuk, pembinaan dan permulaan yang sangat tinggi. Hari ini, reaktor neutron pantas beroperasi hanya di Rusia.

Bahan penyejuk dalam reaktor neutron cepat ialah merkuri, gas, natrium atau plumbum.

Reaktor neutron perlahan, yang digunakan oleh semua loji kuasa nuklear di dunia hari ini, juga terdapat dalam beberapa jenis.

Organisasi IAEA (International Atomic Energy Agency) telah mencipta klasifikasinya sendiri, yang paling kerap digunakan dalam industri tenaga nuklear global. Memandangkan prinsip operasi loji kuasa nuklear sebahagian besarnya bergantung pada pilihan penyejuk dan penyederhana, IAEA mengasaskan klasifikasinya pada perbezaan ini.

Dari sudut pandangan kimia, deuterium oksida adalah penyederhana dan penyejuk yang ideal, kerana atomnya berinteraksi paling berkesan dengan neutron uranium berbanding dengan bahan lain. Ringkasnya, air berat melaksanakan tugasnya dengan kerugian minimum dan hasil maksimum. Walau bagaimanapun, pengeluarannya memerlukan wang, manakala "cahaya" biasa dan air biasa lebih mudah digunakan.

Beberapa fakta mengenai reaktor nuklear...

Sungguh menarik bahawa satu reaktor loji kuasa nuklear mengambil masa sekurang-kurangnya 3 tahun untuk dibina!
Untuk membina reaktor, anda memerlukan peralatan yang beroperasi pada arus elektrik 210 kiloampere, iaitu sejuta kali lebih tinggi daripada arus yang boleh membunuh seseorang.

Satu cengkerang (elemen struktur) reaktor nuklear mempunyai berat 150 tan. Terdapat 6 elemen sedemikian dalam satu reaktor.

Reaktor air bertekanan

Kami telah mengetahui cara loji kuasa nuklear berfungsi secara umum; untuk meletakkan segala-galanya dalam perspektif, mari kita lihat bagaimana reaktor nuklear air bertekanan paling popular berfungsi.
Di seluruh dunia hari ini, reaktor air bertekanan generasi 3+ digunakan. Mereka dianggap paling dipercayai dan selamat.

Semua reaktor air bertekanan di dunia, sepanjang tahun operasinya, telah mengumpul lebih daripada 1000 tahun operasi tanpa masalah dan tidak pernah memberikan penyelewengan yang serius.

Struktur loji kuasa nuklear menggunakan reaktor air bertekanan membayangkan bahawa air suling yang dipanaskan hingga 320 darjah beredar di antara rod bahan api. Untuk mengelakkannya daripada memasuki keadaan wap, ia disimpan di bawah tekanan 160 atmosfera. Gambar rajah loji tenaga nuklear memanggilnya air litar primer.

Air yang dipanaskan memasuki penjana stim dan memberikan habanya kepada air litar sekunder, selepas itu ia "kembali" ke reaktor semula. Secara luaran, ia kelihatan seperti tiub air litar pertama bersentuhan dengan tiub lain - air litar kedua, mereka memindahkan haba antara satu sama lain, tetapi air tidak bersentuhan. Tiub bersentuhan.

Oleh itu, kemungkinan sinaran memasuki air litar sekunder, yang akan terus mengambil bahagian dalam proses penjanaan elektrik, dikecualikan.

keselamatan operasi NPP

Setelah mempelajari prinsip operasi loji kuasa nuklear, kita mesti memahami cara keselamatan berfungsi. Pembinaan loji tenaga nuklear hari ini memerlukan peningkatan perhatian kepada peraturan keselamatan.
Kos keselamatan NPP menyumbang kira-kira 40% daripada jumlah kos loji itu sendiri.

Reka bentuk loji tenaga nuklear termasuk 4 halangan fizikal yang menghalang pembebasan bahan radioaktif. Apakah halangan ini sepatutnya lakukan? Pada masa yang tepat, dapat menghentikan tindak balas nuklear, memastikan penyingkiran haba berterusan dari teras dan reaktor itu sendiri, dan menghalang pembebasan radionuklid di luar pembendungan (zon hermetik).

• Penghalang pertama ialah kekuatan pelet uranium. Adalah penting bahawa mereka tidak dimusnahkan oleh suhu tinggi dalam reaktor nuklear. Kebanyakan cara loji janakuasa nuklear beroperasi bergantung pada cara pelet uranium "dibakar" semasa peringkat pembuatan awal. Jika pelet bahan api uranium tidak dibakar dengan betul, tindak balas atom uranium dalam reaktor tidak dapat diramalkan.
• Halangan kedua ialah ketat rod bahan api. Tiub zirkonium mesti dimeterai rapat; jika kedapnya rosak, maka senario kes terbaik reaktor akan rosak dan kerja akan dihentikan, dalam kes yang paling teruk, semuanya akan meletup.
• Penghalang ketiga ialah kapal reaktor keluli tahan lama a, (menara besar yang sama - zon hermetik) yang "menahan" semua proses radioaktif. Jika perumahan rosak, sinaran akan terlepas ke atmosfera.
• Penghalang keempat ialah rod perlindungan kecemasan. Rod dengan moderator digantung di atas teras oleh magnet, yang boleh menyerap semua neutron dalam 2 saat dan menghentikan tindak balas berantai.

Jika, walaupun reka bentuk loji kuasa nuklear dengan banyak darjah perlindungan, tidak mungkin untuk menyejukkan teras reaktor pada masa yang tepat, dan suhu bahan api meningkat kepada 2600 darjah, maka harapan terakhir sistem keselamatan akan dimainkan - perangkap cair yang dipanggil.

Hakikatnya ialah pada suhu ini bahagian bawah kapal reaktor akan cair, dan semua sisa bahan api nuklear dan struktur cair akan mengalir ke dalam "kaca" khas yang digantung di atas teras reaktor.

Perangkap cair disejukkan dan kalis api. Ia dipenuhi dengan apa yang dipanggil "bahan korban", yang secara beransur-ansur menghentikan tindak balas rantai pembelahan.

Oleh itu, reka bentuk loji kuasa nuklear membayangkan beberapa darjah perlindungan, yang hampir menghapuskan sebarang kemungkinan kemalangan.

Reka bentuk dan prinsip operasi

Mekanisme pelepasan tenaga

Penjelmaan sesuatu bahan disertai dengan pembebasan tenaga bebas hanya jika bahan tersebut mempunyai rizab tenaga. Yang terakhir ini bermaksud bahawa zarah mikro sesuatu bahan berada dalam keadaan dengan tenaga rehat lebih besar daripada keadaan lain yang mungkin berlaku di mana peralihan wujud. Peralihan spontan sentiasa dihalang oleh penghalang tenaga, untuk mengatasi mana zarah mikro mesti menerima sejumlah tenaga dari luar - tenaga pengujaan. Reaksi eksoenergetik terdiri daripada fakta bahawa dalam transformasi berikutan pengujaan, lebih banyak tenaga dibebaskan daripada yang diperlukan untuk merangsang proses tersebut. Terdapat dua cara untuk mengatasi halangan tenaga: sama ada disebabkan oleh tenaga kinetik zarah yang berlanggar, atau disebabkan oleh tenaga pengikat zarah yang bercantum.

Jika kita mengingati skala makroskopik pelepasan tenaga, maka semua atau pada mulanya sekurang-kurangnya beberapa pecahan zarah bahan mesti mempunyai tenaga kinetik yang diperlukan untuk merangsang tindak balas. Ini boleh dicapai hanya dengan meningkatkan suhu medium kepada nilai di mana tenaga gerakan haba menghampiri ambang tenaga yang mengehadkan perjalanan proses. Dalam kes transformasi molekul, iaitu, tindak balas kimia, peningkatan sedemikian biasanya beratus-ratus kelvin, tetapi dalam kes tindak balas nuklear ia adalah sekurang-kurangnya 10 7 disebabkan oleh altitud yang tinggi Halangan Coulomb bagi nukleus berlanggar. Pengujaan terma tindak balas nuklear dijalankan dalam amalan hanya semasa sintesis nukleus paling ringan, di mana halangan Coulomb adalah minimum (gabungan termonuklear).

Pengujaan dengan mencantumkan zarah tidak memerlukan tenaga kinetik yang besar, dan, oleh itu, tidak bergantung pada suhu medium, kerana ia berlaku disebabkan oleh ikatan yang tidak digunakan yang wujud dalam daya tarikan zarah. Tetapi untuk merangsang tindak balas, zarah itu sendiri diperlukan. Dan jika kita sekali lagi bermaksud bukan tindakan tindak balas yang berasingan, tetapi pengeluaran tenaga pada skala makroskopik, maka ini hanya mungkin apabila tindak balas berantai berlaku. Yang terakhir berlaku apabila zarah-zarah yang merangsang tindak balas muncul semula sebagai produk tindak balas eksoenergetik.

Reka bentuk

Mana-mana reaktor nuklear terdiri daripada bahagian berikut:

• Teras dengan bahan api nuklear dan penyederhana;
• Reflektor neutron mengelilingi teras;
• Sistem kawalan tindak balas rantai, termasuk perlindungan kecemasan;
• Perlindungan sinaran;
• Sistem kawalan jauh.

Prinsip operasi fizikal

Lihat juga artikel utama:

Keadaan semasa reaktor nuklear boleh dicirikan oleh faktor pendaraban neutron yang berkesan k atau kereaktifan ρ , yang dikaitkan dengan hubungan berikut:

Nilai berikut adalah tipikal untuk kuantiti ini:

• k> 1 - tindak balas berantai meningkat dari semasa ke semasa, reaktor masuk superkritikal keadaan, kereaktifannya ρ > 0;
• k < 1 - реакция затухает, реактор - subkritikal, ρ < 0;
• k = 1, ρ = 0 - bilangan pembelahan nuklear adalah malar, reaktor berada dalam stabil kritikal syarat.

Keadaan kritikal untuk reaktor nuklear:

Membalikkan faktor pendaraban kepada perpaduan dicapai dengan mengimbangi pendaraban neutron dengan kerugiannya. Sebenarnya terdapat dua sebab untuk kerugian: tangkapan tanpa pembelahan dan kebocoran neutron di luar medium pembiakan.

Jelas sekali bahawa k< k 0 , поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k 0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k 0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны.

k 0 untuk reaktor haba boleh ditentukan oleh apa yang dipanggil "formula 4 faktor":

• η ialah hasil neutron untuk dua serapan.

Isipadu reaktor kuasa moden boleh mencapai ratusan m³ dan ditentukan terutamanya bukan oleh keadaan kritikal, tetapi oleh keupayaan penyingkiran haba.

Kelantangan kritikal reaktor nuklear - isipadu teras reaktor dalam keadaan kritikal. Jisim kritikal- jisim bahan fisil reaktor, yang berada dalam keadaan kritikal.

Reaktor di mana bahan apinya adalah larutan akueus bagi garam isotop fisil tulen dengan pemantul neutron air mempunyai jisim kritikal yang paling rendah. Untuk 235 U jisim ini ialah 0.8 kg, untuk 239 Pu - 0.5 kg. Walau bagaimanapun, diketahui secara meluas bahawa jisim kritikal untuk reaktor LOPO (reaktor uranium diperkaya pertama di dunia), yang mempunyai pemantul berilium oksida, adalah 0.565 kg, walaupun pada hakikatnya tahap pengayaan untuk isotop 235 hanya lebih sedikit. daripada 14%. Secara teorinya, ia mempunyai jisim kritikal terkecil, yang mana nilai ini hanya 10 g.

Untuk mengurangkan kebocoran neutron, teras diberi bentuk sfera atau hampir dengan bentuk sfera, contohnya, silinder pendek atau kubus, kerana angka ini mempunyai nisbah luas permukaan kepada isipadu terkecil.

Walaupun nilai (e - 1) biasanya kecil, peranan pembiakan neutron cepat adalah agak besar, kerana untuk reaktor nuklear yang besar (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Untuk memulakan tindak balas berantai, neutron yang dihasilkan semasa pembelahan spontan nukleus uranium biasanya mencukupi. Ia juga mungkin menggunakan sumber neutron luar untuk memulakan reaktor, contohnya, campuran dan, atau bahan lain.

Lubang iodin

Lubang iodin ialah keadaan reaktor nuklear selepas ia dimatikan, dicirikan oleh pengumpulan xenon isotop jangka pendek. Proses ini membawa kepada kemunculan sementara kereaktifan negatif yang ketara, yang seterusnya, menjadikannya mustahil untuk membawa reaktor ke kapasiti reka bentuknya dalam tempoh tertentu (kira-kira 1-2 hari).

Pengelasan

Dengan tujuan

Mengikut sifat penggunaannya, reaktor nuklear dibahagikan kepada:

• Reaktor kuasa direka untuk menghasilkan tenaga elektrik dan haba yang digunakan dalam sektor tenaga, serta untuk penyahgaraman air laut (reaktor penyahgaraman juga dikelaskan sebagai industri). Reaktor sedemikian digunakan terutamanya dalam loji kuasa nuklear. Kuasa terma reaktor kuasa moden mencapai 5 GW. Kumpulan berasingan termasuk:
  • Reaktor pengangkutan, direka untuk membekalkan tenaga kepada enjin kenderaan. Kumpulan aplikasi yang paling luas ialah reaktor pengangkutan marin yang digunakan pada kapal selam dan pelbagai kapal permukaan, serta reaktor yang digunakan dalam teknologi angkasa lepas.
• Reaktor eksperimen, bertujuan untuk mengkaji pelbagai kuantiti fizik, yang nilainya diperlukan untuk reka bentuk dan operasi reaktor nuklear; Kuasa reaktor tersebut tidak melebihi beberapa kW.
• Reaktor penyelidikan, di mana fluks neutron dan gamma quanta yang dicipta dalam teras digunakan untuk penyelidikan dalam bidang fizik nuklear, fizik keadaan pepejal, kimia sinaran, biologi, untuk bahan ujian yang bertujuan untuk beroperasi dalam fluks neutron sengit (termasuk bahagian reaktor nuklear) untuk penghasilan isotop. Kuasa reaktor penyelidikan tidak melebihi 100 MW. Tenaga yang dilepaskan biasanya tidak digunakan.
• Reaktor industri (senjata, isotop)., digunakan untuk menghasilkan isotop yang digunakan dalam pelbagai bidang. Paling banyak digunakan untuk menghasilkan bahan senjata nuklear, seperti 239 Pu. Juga diklasifikasikan sebagai industri ialah reaktor yang digunakan untuk penyahgaraman air laut.

Selalunya reaktor digunakan untuk menyelesaikan dua atau lebih masalah yang berbeza, dalam hal ini ia dipanggil pelbagai guna. Sebagai contoh, beberapa reaktor kuasa, terutamanya pada zaman awal kuasa nuklear, direka bentuk terutamanya untuk eksperimen. Reaktor neutron pantas boleh menghasilkan tenaga dan menghasilkan isotop secara serentak. Reaktor industri, sebagai tambahan kepada tugas utama mereka, sering menjana tenaga elektrik dan haba.

Mengikut spektrum neutron

• Reaktor neutron terma (perlahan) (“reaktor terma”)
• Reaktor neutron pantas ("reaktor pantas")

Dengan penempatan bahan api

• Reaktor heterogen, di mana bahan api diletakkan secara diskret dalam teras dalam bentuk blok, di antaranya terdapat penyederhana;
• Reaktor homogen, di mana bahan api dan penyederhana adalah campuran homogen (sistem homogen).

Dalam reaktor heterogen, bahan api dan penyederhana boleh diasingkan secara spatial, khususnya, dalam reaktor rongga, pemantul penyederhana mengelilingi rongga dengan bahan api yang tidak mengandungi penyederhana. Dari sudut fizikal nuklear, kriteria kehomogenan/heterogeniti bukanlah reka bentuk, tetapi penempatan blok bahan api pada jarak yang melebihi panjang penyederhanaan neutron dalam penyederhana tertentu. Oleh itu, reaktor dengan apa yang dipanggil "kisi rapat" direka bentuk sebagai homogen, walaupun di dalamnya bahan api biasanya dipisahkan dari moderator.

Blok bahan api nuklear dalam reaktor heterogen dipanggil pemasangan bahan api (FA), yang terletak di teras pada nod kekisi biasa, membentuk sel.

Mengikut jenis bahan api

• isotop uranium 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
• isotop plutonium 239 (239 Pu), juga isotop 239-242 Pu dalam bentuk campuran dengan 238 U (bahan api MOX)
• isotop torium 232 (232 Th) (melalui penukaran kepada 233 U)

Mengikut tahap pengayaan:

• uranium semulajadi
• uranium yang diperkaya dengan lemah
• uranium yang sangat diperkaya

Mengikut komposisi kimia:

• logam U
• UC (uranium karbida), dsb.

Mengikut jenis penyejuk

• Gas, (lihat reaktor gas-grafit)
• D 2 O (air berat, lihat reaktor nuklear air berat, CANDU)

Mengikut jenis moderator

• C (grafit, lihat reaktor gas grafit, reaktor air grafit)
• H2O (air, lihat Reaktor air ringan, Reaktor sejukan air, VVER)
• D 2 O (air berat, lihat reaktor nuklear air berat, CANDU)
• Hidrida logam
• Tanpa moderator (lihat reaktor Pantas)

Mengikut reka bentuk

Dengan kaedah penjanaan wap

• Reaktor dengan penjana wap luaran (Lihat Reaktor air-air, VVER)

Klasifikasi IAEA

• PWR (reaktor air bertekanan) - reaktor air-air (reaktor air bertekanan);
• BWR (reaktor air mendidih) - reaktor air mendidih;
• FBR (reaktor pembiakan cepat) - reaktor pembiakan cepat;
• GCR (reaktor penyejuk gas) - reaktor penyejuk gas;
• LWGR (reaktor grafit air ringan) - reaktor air grafit
• PHWR (reaktor air berat bertekanan) - reaktor air berat

Yang paling biasa di dunia ialah air bertekanan (kira-kira 62%) dan air mendidih (20%) reaktor.

Bahan reaktor

Bahan dari mana reaktor dibina beroperasi pada suhu tinggi dalam bidang neutron, γ quanta dan serpihan pembelahan. Oleh itu, tidak semua bahan yang digunakan dalam cabang teknologi lain sesuai untuk pembinaan reaktor. Apabila memilih bahan reaktor, rintangan sinaran, lengai kimia, keratan rentas penyerapan dan sifat lain diambil kira.

Ketidakstabilan sinaran bahan mempunyai kesan yang kurang pada suhu tinggi. Mobiliti atom menjadi begitu besar sehingga kebarangkalian kembalinya atom tersingkir daripada kekisi kristal ke tempatnya atau penggabungan semula hidrogen dan oksigen ke dalam molekul air meningkat dengan ketara. Oleh itu, radiolisis air adalah tidak penting dalam reaktor tidak mendidih tenaga (contohnya, VVER), manakala dalam reaktor penyelidikan berkuasa sejumlah besar campuran letupan dibebaskan. Reaktor mempunyai sistem khas untuk membakarnya.

Bahan reaktor bersentuhan antara satu sama lain (cengkerang bahan api dengan penyejuk dan bahan api nuklear, kaset bahan api dengan penyejuk dan penyederhana, dsb.). Sememangnya, bahan yang bersentuhan mestilah lengai secara kimia (serasi). Contoh ketidakserasian ialah uranium dan air panas memasuki tindak balas kimia.

Bagi kebanyakan bahan, sifat kekuatan merosot secara mendadak dengan peningkatan suhu. Dalam reaktor kuasa, bahan struktur beroperasi pada suhu tinggi. Ini mengehadkan pilihan bahan binaan, terutamanya bagi bahagian reaktor kuasa yang mesti menahan tekanan tinggi.

Burnout dan pembiakan bahan api nuklear

Semasa operasi reaktor nuklear, disebabkan oleh pengumpulan serpihan pembelahan dalam bahan api, perubahan komposisi isotop dan kimia, dan unsur transuranik, terutamanya isotop, terbentuk. Kesan serpihan pembelahan terhadap kereaktifan reaktor nuklear dipanggil keracunan(untuk serpihan radioaktif) dan slagging(untuk isotop stabil).

Sebab utama keracunan reaktor ialah , yang mempunyai keratan rentas serapan neutron terbesar (2.6·10 6 bangsal). Separuh hayat 135 Xe T 1/2 = 9.2 jam; Hasil semasa pembahagian ialah 6-7%. Sebahagian besar 135 Xe terbentuk akibat daripada pereputan ( T 1/2 = 6.8 jam). Dalam kes keracunan, Keff berubah sebanyak 1-3%. Keratan rentas penyerapan besar 135 Xe dan kehadiran isotop perantaraan 135 I membawa kepada dua fenomena penting:

1. Untuk peningkatan kepekatan 135 Xe dan, akibatnya, kepada penurunan kereaktifan reaktor selepas ia dihentikan atau kuasa dikurangkan ("lubang iodin"), yang menjadikan pemberhentian jangka pendek dan turun naik dalam kuasa keluaran mustahil . Kesan ini diatasi dengan memperkenalkan rizab kereaktifan dalam badan kawal selia. Kedalaman dan tempoh telaga iodin bergantung kepada fluks neutron Ф: pada Ф = 5·10 18 neutron/(cm²·sec) tempoh telaga iodin ialah ˜ 30 jam, dan kedalaman adalah 2 kali lebih besar daripada pegun. perubahan dalam Keff disebabkan oleh keracunan 135 Xe.
2. Disebabkan oleh keracunan, turun naik spatiotemporal dalam fluks neutron F, dan, akibatnya, dalam kuasa reaktor, boleh berlaku. Ayunan ini berlaku pada Ф > 10 18 neutron/(cm²·sec) dan saiz reaktor yang besar. Tempoh ayunan ˜ 10 jam.

Apabila pembelahan nuklear berlaku nombor besar serpihan stabil yang berbeza dalam keratan rentas penyerapan berbanding dengan keratan rentas penyerapan isotop pembelahan. Kepekatan serpihan dengan Nilai yang hebat Keratan rentas penyerapan mencapai ketepuan dalam beberapa hari pertama operasi reaktor. Ini terutamanya rod bahan api "umur" yang berbeza.

Dalam kes perubahan bahan api yang lengkap, reaktor mempunyai kereaktifan berlebihan yang perlu diberi pampasan, manakala dalam kes kedua pampasan diperlukan hanya apabila reaktor mula-mula dimulakan. Lebihan beban berterusan memungkinkan untuk meningkatkan kedalaman terbakar, kerana kereaktifan reaktor ditentukan oleh kepekatan purata isotop fisil.

Jisim bahan api yang dimuatkan melebihi jisim bahan api yang tidak dimuatkan kerana "berat" tenaga yang dilepaskan. Selepas reaktor ditutup, pertama terutamanya disebabkan oleh pembelahan oleh neutron tertunda, dan kemudian, selepas 1-2 minit, disebabkan oleh sinaran β- dan γ serpihan pembelahan dan unsur transuranium, pembebasan tenaga dalam bahan api berterusan. Jika reaktor bekerja cukup lama sebelum berhenti, kemudian 2 minit selepas berhenti, pelepasan tenaga adalah kira-kira 3%, selepas 1 jam - 1%, selepas sehari - 0.4%, selepas setahun - 0.05% daripada kuasa awal.

Nisbah bilangan isotop Pu fisil yang terbentuk dalam reaktor nuklear kepada jumlah terbakar 235 U dipanggil kadar penukaran K K . Nilai K K meningkat dengan penurunan pengayaan dan burnup. Untuk reaktor air berat menggunakan uranium semulajadi, dengan pembakaran 10 GW hari/t K K = 0.55, dan dengan pembakaran kecil (dalam kes ini K K dipanggil pekali plutonium awal) K K = 0.8. Jika reaktor nuklear terbakar dan menghasilkan isotop yang sama (reaktor pembiak), maka nisbah kadar pembiakan kepada kadar pembakaran dipanggil kadar pembiakan K V. Dalam reaktor nuklear menggunakan neutron haba 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 g tumbuh dan A jatuh.

Kawalan reaktor nuklear

Kawalan reaktor nuklear hanya mungkin disebabkan oleh fakta bahawa semasa pembelahan, beberapa neutron terbang keluar dari serpihan dengan kelewatan, yang boleh berkisar antara beberapa milisaat hingga beberapa minit.

Untuk mengawal reaktor, rod penyerap digunakan, dimasukkan ke dalam teras, diperbuat daripada bahan yang menyerap neutron dengan kuat (terutamanya, dan beberapa yang lain) dan/atau larutan asid borik, ditambah kepada penyejuk dalam kepekatan tertentu (kawalan boron) . Pergerakan rod dikawal oleh mekanisme khas, pemacu, beroperasi mengikut isyarat daripada pengendali atau peralatan untuk kawalan automatik fluks neutron.

Dalam kes pelbagai situasi kecemasan, setiap reaktor disediakan dengan penamatan kecemasan tindak balas berantai, dijalankan dengan menjatuhkan semua rod penyerap ke dalam teras - sistem perlindungan kecemasan.

Haba Baki

Isu penting yang berkaitan secara langsung dengan keselamatan nuklear ialah haba pereputan. ini ciri khusus bahan api nuklear, yang terdiri daripada fakta bahawa, selepas pemberhentian tindak balas rantai pembelahan dan inersia haba biasa untuk mana-mana sumber tenaga, pembebasan haba dalam reaktor berterusan untuk masa yang lama, yang mewujudkan beberapa masalah teknikal yang kompleks.

Haba sisa adalah akibat daripada pereputan β- dan γ hasil pembelahan yang terkumpul dalam bahan api semasa operasi reaktor. Nukleus hasil pembelahan, akibat pereputan, berubah menjadi keadaan yang lebih stabil atau stabil sepenuhnya dengan pembebasan tenaga yang ketara.

Walaupun kadar pelepasan haba pereputan dengan cepat berkurangan kepada nilai yang kecil berbanding dengan nilai keadaan mantap, dalam reaktor kuasa tinggi ia adalah signifikan secara mutlak. Atas sebab ini, penjanaan haba sisa diperlukan masa yang lama memastikan penyingkiran haba daripada teras reaktor selepas penutupan. Tugas ini memerlukan reka bentuk pemasangan reaktor untuk mempunyai sistem penyejukan dengan bekalan kuasa yang boleh dipercayai, dan juga memerlukan penyimpanan jangka panjang (3-4 tahun) bahan api nuklear yang dibelanjakan dalam kemudahan penyimpanan dengan rejim suhu khas - kolam penyejukan, yang biasanya terletak berdekatan dengan reaktor.

lihat juga

• Senarai reaktor nuklear yang direka dan dibina di Kesatuan Soviet

kesusasteraan

• Levin V. E. Fizik nuklear dan reaktor nuklear. ed ke-4. - M.: Atomizdat, 1979.
• Shukolyukov A. Yu. "Uranium. reaktor nuklear semula jadi." "Kimia dan Kehidupan" No. 6, 1980, hlm. 20-24

Nota

1. "ZEEP - Reaktor Nuklear Pertama Kanada", Muzium Sains dan Teknologi Kanada.
2. Greshilov A. A., Egupov N. D., Matushchenko A. M. Perisai nuklear. - M.: Logos, 2008. - 438 p. -

Reaktor nuklear berfungsi dengan lancar dan cekap. Jika tidak, seperti yang anda tahu, akan ada masalah. Tetapi apa yang berlaku di dalam? Mari cuba rumuskan prinsip operasi reaktor nuklear (nuklear) secara ringkas, jelas, dengan hentian.

Pada dasarnya, proses yang sama berlaku di sana seperti semasa letupan nuklear. Hanya letupan berlaku dengan cepat, tetapi di dalam reaktor semua ini terbentang untuk masa yang lama. Akibatnya, semuanya kekal selamat dan sihat, dan kita menerima tenaga. Bukan sehinggakan segala-galanya di sekeliling akan musnah sekaligus, tetapi cukup memadai untuk membekalkan elektrik ke bandar.

Bagaimana reaktor berfungsi Menara penyejuk loji kuasa nuklear
Sebelum anda memahami bagaimana tindak balas nuklear terkawal berlaku, anda perlu tahu apakah tindak balas nuklear secara umum.

Tindak balas nuklear ialah proses transformasi (pembelahan) nukleus atom apabila ia berinteraksi dengan zarah asas dan sinar gamma.

Tindak balas nuklear boleh berlaku dengan kedua-dua penyerapan dan pembebasan tenaga. Reaktor menggunakan tindak balas kedua.

Reaktor nuklear ialah peranti yang bertujuan untuk mengekalkan tindak balas nuklear terkawal dengan pembebasan tenaga.

Selalunya reaktor nuklear juga dipanggil reaktor atom. Mari kita ambil perhatian bahawa tidak ada perbezaan asas di sini, tetapi dari sudut pandangan sains adalah lebih tepat untuk menggunakan perkataan "nuklear". Kini terdapat banyak jenis reaktor nuklear. Ini adalah reaktor perindustrian besar yang direka untuk menjana tenaga dalam loji kuasa, reaktor nuklear kapal selam, reaktor eksperimen kecil yang digunakan dalam eksperimen saintifik. Malah terdapat reaktor yang digunakan untuk menyahsinasi air laut.

Sejarah penciptaan reaktor nuklear

Reaktor nuklear pertama dilancarkan pada tahun 1942 yang tidak begitu jauh. Ini berlaku di Amerika Syarikat di bawah pimpinan Fermi. Reaktor ini dipanggil Chicago Woodpile.

Pada tahun 1946, reaktor Soviet pertama, yang dilancarkan di bawah pimpinan Kurchatov, mula beroperasi. Badan reaktor ini adalah bola berdiameter tujuh meter. Reaktor pertama tidak mempunyai sistem penyejukan, dan kuasanya adalah minimum. Dengan cara ini, reaktor Soviet mempunyai kuasa purata 20 Watts, dan yang Amerika - hanya 1 Watt. Sebagai perbandingan: kuasa purata reaktor kuasa moden ialah 5 Gigawatt. Kurang daripada sepuluh tahun selepas pelancaran reaktor pertama, loji tenaga nuklear perindustrian pertama di dunia dibuka di bandar Obninsk.

Prinsip operasi reaktor nuklear (nuklear).

Mana-mana reaktor nuklear mempunyai beberapa bahagian: teras dengan bahan api dan penyederhana, pemantul neutron, penyejuk, sistem kawalan dan perlindungan. Isotop uranium (235, 238, 233), plutonium (239) dan torium (232) paling kerap digunakan sebagai bahan api dalam reaktor. Teras adalah dandang yang melaluinya air biasa (penyejuk) mengalir. Antara penyejuk lain, "air berat" dan grafit cecair kurang biasa digunakan. Jika kita bercakap tentang operasi loji kuasa nuklear, maka reaktor nuklear digunakan untuk menghasilkan haba. Elektrik itu sendiri dijana menggunakan kaedah yang sama seperti dalam jenis loji kuasa lain - wap memutar turbin, dan tenaga pergerakan ditukar kepada tenaga elektrik.

Di bawah ialah gambar rajah operasi reaktor nuklear.

diagram of the operation of a nuclear reactor Diagram of a nuclear reactor at a nuclear power plant

Seperti yang telah kita katakan, pereputan nukleus uranium berat menghasilkan unsur yang lebih ringan dan beberapa neutron. Neutron yang terhasil berlanggar dengan nukleus lain, juga menyebabkan ia pembelahan. Pada masa yang sama, bilangan neutron bertambah seperti runtuhan salji.

Di sini kita perlu menyebut faktor pendaraban neutron. Jadi, jika pekali ini melebihi nilai yang sama dengan satu, letupan nuklear. Jika nilainya kurang daripada satu, terdapat terlalu sedikit neutron dan tindak balas akan mati. Tetapi jika anda mengekalkan nilai pekali sama dengan satu, tindak balas akan berlangsung lama dan stabil.

Persoalannya ialah bagaimana untuk melakukan ini? Dalam reaktor, bahan api terkandung dalam unsur bahan api yang dipanggil (elemen bahan api). Ini adalah rod yang mengandungi bahan api nuklear dalam bentuk tablet kecil. Rod bahan api disambungkan ke dalam kaset berbentuk heksagon, yang boleh terdapat ratusan dalam reaktor. Kaset dengan rod bahan api disusun secara menegak, dan setiap rod bahan api mempunyai sistem yang membolehkan anda melaraskan kedalaman rendamannya ke dalam teras. Sebagai tambahan kepada kaset itu sendiri, terdapat rod kawalan dan rod perlindungan kecemasan di antaranya. Joran diperbuat daripada bahan yang menyerap neutron dengan baik. Oleh itu, rod kawalan boleh diturunkan ke kedalaman yang berbeza dalam teras, dengan itu melaraskan faktor pendaraban neutron. Rod kecemasan direka untuk menutup reaktor sekiranya berlaku kecemasan.

Bagaimanakah reaktor nuklear dimulakan?

Kami telah mengetahui prinsip operasi itu sendiri, tetapi bagaimana untuk memulakan dan membuat fungsi reaktor? Secara kasarnya, inilah - sekeping uranium, tetapi tindak balas berantai tidak bermula di dalamnya dengan sendirinya. Hakikatnya dalam fizik nuklear terdapat konsep jisim kritikal.

Bahan api nuklearBahan api nuklear

Jisim kritikal ialah jisim bahan fisil yang diperlukan untuk memulakan tindak balas rantai nuklear.

Dengan bantuan rod bahan api dan rod kawalan, jisim kritikal bahan api nuklear mula-mula dicipta dalam reaktor, dan kemudian reaktor dibawa ke tahap kuasa optimum dalam beberapa peringkat.

Anda akan suka: Helah matematik untuk pelajar kemanusiaan dan tidak begitu banyak (Bahagian 1)
Dalam artikel ini kami cuba memberi anda idea umum tentang struktur dan prinsip operasi reaktor nuklear (nuklear). Jika anda mempunyai sebarang soalan mengenai topik tersebut atau ditanya masalah dalam fizik nuklear di universiti, sila hubungi pakar syarikat kami. Seperti biasa, kami sedia membantu anda menyelesaikan sebarang isu mendesak berkenaan pengajian anda. Dan sementara kami melakukannya, berikut ialah satu lagi video pendidikan untuk perhatian anda!

blog/kak-rabotaet-yadernyj-reaktor/