Mengapa reaktor nuklear dicipta? Bagaimana reaktor nuklear berfungsi dan berfungsi

Pada pertengahan abad ke-20, perhatian manusia tertumpu pada atom dan penjelasan saintis tentang tindak balas nuklear, yang pada mulanya mereka memutuskan untuk digunakan untuk tujuan ketenteraan, mencipta bom nuklear pertama menurut Projek Manhattan. Tetapi pada 50-an abad XX reaktor nuklear di USSR mereka menggunakannya untuk tujuan damai. Umum mengetahui bahawa pada 27 Jun 1954, loji tenaga nuklear pertama di dunia dengan kapasiti 5000 kW memasuki perkhidmatan kemanusiaan. Hari ini, reaktor nuklear memungkinkan untuk menjana elektrik sebanyak 4000 MW atau lebih, iaitu, 800 kali lebih daripada setengah abad yang lalu.

Apakah reaktor nuklear: definisi asas dan komponen utama unit

Reaktor nuklear ialah unit khas yang menghasilkan tenaga hasil daripada mengekalkan tindak balas nuklear terkawal dengan betul. Ia dibenarkan untuk menggunakan perkataan "atom" dalam kombinasi dengan perkataan "reaktor". Ramai secara amnya menganggap konsep "nuklear" dan "atom" sebagai sinonim, kerana mereka tidak menemui perbezaan asas di antara mereka. Tetapi wakil sains cenderung kepada kombinasi yang lebih betul - "reaktor nuklear".

Menarik fakta! Tindak balas nuklear boleh berlaku dengan pembebasan atau penyerapan tenaga.

Komponen utama dalam reka bentuk reaktor nuklear adalah elemen berikut:

• Moderator;
• Batang kawalan;
• Batang yang mengandungi campuran diperkaya isotop uranium;
• Unsur pelindung khas terhadap sinaran;
• Bahan penyejuk;
• Penjana wap;
• Turbin;
• Penjana;
• Kapasitor;
• Bahan api nuklear.

Apakah prinsip asas operasi reaktor nuklear yang ditentukan oleh ahli fizik dan mengapa ia tidak tergoyahkan

Prinsip operasi asas reaktor nuklear adalah berdasarkan keanehan manifestasi tindak balas nuklear. Pada saat proses nuklear rantaian fizikal standard, zarah berinteraksi dengan nukleus atom, akibatnya, nukleus bertukar menjadi yang baru dengan pembebasan zarah sekunder, yang dipanggil oleh saintis gamma quanta. Semasa tindak balas rantai nuklear, sejumlah besar tenaga haba dibebaskan. Ruang di mana tindak balas berantai berlaku dipanggil teras reaktor.

Menarik fakta! Zon aktif secara luaran menyerupai dandang di mana air biasa mengalir, bertindak sebagai penyejuk.

Untuk mengelakkan kehilangan neutron, kawasan teras reaktor dikelilingi oleh pemantul neutron khas. Tugas utamanya ialah menolak kebanyakan neutron yang dipancarkan ke dalam teras. Bahan yang sama yang berfungsi sebagai moderator biasanya digunakan sebagai pemantul.

Kawalan utama reaktor nuklear berlaku menggunakan rod kawalan khas. Adalah diketahui bahawa rod ini dimasukkan ke dalam teras reaktor dan mewujudkan semua keadaan untuk operasi unit. Biasanya rod kawalan dibuat daripada sebatian kimia boron dan kadmium. Mengapa unsur-unsur tertentu ini digunakan? Ya, semuanya kerana boron atau kadmium dapat menyerap neutron haba dengan berkesan. Dan sebaik sahaja pelancaran dirancang, mengikut prinsip operasi reaktor nuklear, rod kawalan dimasukkan ke dalam teras. Tugas utama mereka adalah untuk menyerap sebahagian besar neutron, dengan itu mencetuskan perkembangan tindak balas berantai. Hasilnya harus mencapai tahap yang dikehendaki. Apabila kuasa meningkat melebihi paras yang ditetapkan, mesin automatik dihidupkan, semestinya merendam rod kawalan jauh ke dalam teras reaktor.

Oleh itu, menjadi jelas bahawa kawalan atau rod kawalan bermain peranan penting dalam pengendalian reaktor nuklear haba.

Dan untuk mengurangkan kebocoran neutron, teras reaktor dikelilingi oleh pemantul neutron, yang melemparkan jisim ketara neutron yang terlepas secara bebas ke dalam teras. Reflektor biasanya menggunakan bahan yang sama seperti moderator.

Menurut piawaian, nukleus atom bahan penyederhana mempunyai jisim yang agak kecil, sehingga apabila berlanggar dengan nukleus ringan, neutron yang terdapat dalam rantai kehilangan lebih banyak tenaga daripada apabila berlanggar dengan nukleus yang berat. Moderator yang paling biasa ialah air biasa atau grafit.

Menarik fakta! Neutron dalam proses tindak balas nuklear dicirikan oleh kelajuan pergerakan yang sangat tinggi, itulah sebabnya penyederhana diperlukan untuk menggalakkan neutron kehilangan sebahagian daripada tenaga mereka.

Tiada satu reaktor di dunia boleh berfungsi secara normal tanpa bantuan penyejuk, kerana tujuannya adalah untuk mengeluarkan tenaga yang dijana dalam jantung reaktor. Cecair atau gas mesti digunakan sebagai penyejuk, kerana ia tidak mampu menyerap neutron. Mari kita berikan contoh penyejuk untuk reaktor nuklear padat - air, karbon dioksida, dan kadang-kadang juga logam natrium cecair.

Oleh itu, prinsip operasi reaktor nuklear sepenuhnya berdasarkan undang-undang tindak balas berantai dan perjalanannya. Semua komponen reaktor - penyederhana, rod, penyejuk, bahan api nuklear - melaksanakan tugas yang diberikan, memastikan operasi normal reaktor.

Apakah bahan api yang digunakan untuk reaktor nuklear dan mengapa unsur kimia ini dipilih

Bahan api utama dalam reaktor boleh menjadi isotop uranium, plutonium atau torium.

Kembali pada tahun 1934, F. Joliot-Curie, setelah memerhatikan proses pembelahan nukleus uranium, menyedari bahawa akibat tindak balas kimia, nukleus uranium dibahagikan kepada serpihan-nukleus dan dua atau tiga neutron bebas. Ini bermakna terdapat kemungkinan neutron bebas akan bergabung dengan nukleus uranium lain dan mencetuskan pembelahan yang lain. Jadi, seperti yang diramalkan oleh tindak balas berantai: enam hingga sembilan neutron akan dibebaskan daripada tiga nukleus uranium, dan mereka akan sekali lagi bergabung dengan nukleus yang baru terbentuk. Dan seterusnya ad infinitum.

Penting untuk diingat! Neutron yang muncul semasa pembelahan nuklear mampu mencetuskan pembelahan nukleus isotop uranium dengan nombor jisim 235, dan untuk memusnahkan nukleus isotop uranium dengan nombor jisim 238, tenaga yang dijana semasa proses pereputan mungkin tidak mencukupi. .

Uranium nombor 235 jarang ditemui di alam semula jadi. Bahagiannya menyumbang hanya 0.7%, tetapi uranium-238 semula jadi menduduki niche yang lebih luas dan membentuk 99.3%.

Walaupun sebilangan kecil uranium-235 dalam alam semula jadi, ahli fizik dan ahli kimia masih tidak boleh menolaknya, kerana ia paling berkesan untuk operasi reaktor nuklear, mengurangkan kos pengeluaran tenaga untuk manusia.

Bilakah reaktor nuklear pertama muncul dan di manakah ia biasa digunakan hari ini?

Pada tahun 1919, ahli fizik telahpun berjaya apabila Rutherford menemui dan menerangkan proses pembentukan proton yang bergerak hasil daripada perlanggaran zarah alfa dengan nukleus atom nitrogen. Penemuan ini bermakna nukleus isotop nitrogen, hasil daripada perlanggaran dengan zarah alfa, telah diubah menjadi nukleus isotop oksigen.

Sebelum reaktor nuklear pertama muncul, dunia mempelajari beberapa undang-undang baru fizik yang menangani semua aspek penting tindak balas nuklear. Oleh itu, pada tahun 1934, F. Joliot-Curie, H. Halban, L. Kowarski mula-mula mencadangkan kepada masyarakat dan kalangan saintis dunia satu andaian teori dan asas bukti tentang kemungkinan menjalankan tindak balas nuklear. Semua eksperimen adalah berkaitan dengan pemerhatian pembelahan nukleus uranium.

Pada tahun 1939, E. Fermi, I. Joliot-Curie, O. Gan, O. Frisch menjejaki tindak balas pembelahan nukleus uranium apabila dihujani dengan neutron. Semasa penyelidikan, saintis mendapati bahawa apabila satu neutron dipercepatkan mengenai nukleus uranium, nukleus sedia ada dibahagikan kepada dua atau tiga bahagian.

Tindak balas berantai telah terbukti secara praktikal pada pertengahan abad ke-20. Para saintis berjaya membuktikan pada tahun 1939 bahawa pembelahan satu nukleus uranium membebaskan kira-kira 200 MeV tenaga. Tetapi kira-kira 165 MeV diperuntukkan kepada tenaga kinetik nukleus serpihan, dan selebihnya dibawa oleh gamma quanta. Penemuan ini membuat satu kejayaan dalam fizik kuantum.

E. Fermi meneruskan kerja dan penyelidikannya selama beberapa tahun lagi dan melancarkan reaktor nuklear pertama pada tahun 1942 di Amerika Syarikat. Projek yang dilaksanakan dinamakan "Chicago Woodpile" dan diletakkan di atas landasan. Pada 5 September 1945, Kanada melancarkan reaktor nuklear ZEEPnya. Benua Eropah tidak jauh ketinggalan, dan pada masa yang sama pemasangan F-1 sedang dibina. Dan untuk orang Rusia ada satu lagi tarikh yang tidak dapat dilupakan– Pada 25 Disember 1946, sebuah reaktor dilancarkan di Moscow di bawah pimpinan I. Kurchatov. Ini bukanlah reaktor nuklear yang paling berkuasa, tetapi ia adalah permulaan penguasaan manusia terhadap atom.

Untuk tujuan damai, reaktor nuklear saintifik telah dicipta pada tahun 1954 di USSR. Kapal aman pertama di dunia dengan loji kuasa nuklear - pemecah ais nuklear"Lenin" - dibina di Kesatuan Soviet pada tahun 1959. Dan satu lagi pencapaian negara kita ialah pemecah ais nuklear "Arktika". Kapal permukaan ini adalah yang pertama di dunia yang sampai ke Kutub Utara. Ini berlaku pada tahun 1975.

Reaktor nuklear mudah alih pertama menggunakan neutron perlahan.

Di manakah reaktor nuklear digunakan dan apakah jenis yang digunakan oleh manusia?

• reaktor perindustrian. Ia digunakan untuk menjana tenaga di loji kuasa nuklear.
• Reaktor nuklear bertindak sebagai unit pendorong untuk kapal selam nuklear.
• Reaktor eksperimen (mudah alih, kecil). Tanpa mereka, tiada satu pun eksperimen atau penyelidikan saintifik moden berlaku.

Hari ini, dunia saintifik telah belajar menggunakan reaktor khas untuk menyahsinasi air laut dan menyediakan air minuman berkualiti tinggi kepada penduduk. Terdapat banyak reaktor nuklear yang beroperasi di Rusia. Justeru, mengikut statistik, sehingga 2018, kira-kira 37 unit beroperasi di negeri ini.

Dan mengikut klasifikasi mereka boleh seperti berikut:

• Penyelidikan (sejarah). Ini termasuk stesen F-1, yang dicipta sebagai tapak eksperimen untuk pengeluaran plutonium. I.V. Kurchatov bekerja di F-1 dan mengetuai reaktor fizikal pertama.
• Penyelidikan (aktif).
• gudang senjata. Sebagai contoh reaktor - A-1, yang turun dalam sejarah sebagai reaktor pertama dengan penyejukan. Kuasa masa lalu reaktor nuklear adalah kecil, tetapi berfungsi.
• Tenaga.
• kapal. Adalah diketahui bahawa pada kapal dan kapal selam, atas keperluan dan kemungkinan teknikal, reaktor logam sejuk air atau cecair digunakan.
• Angkasa. Sebagai contoh, mari kita panggil pemasangan "Yenisei" dihidupkan kapal angkasa, yang akan dimainkan jika perlu untuk mengekstrak tenaga tambahan, dan ia perlu diperoleh menggunakan panel solar dan sumber isotop.

Oleh itu, topik reaktor nuklear agak luas, dan oleh itu memerlukan kajian dan pemahaman yang mendalam tentang undang-undang fizik kuantum. Tetapi kepentingan reaktor nuklear untuk tenaga dan ekonomi negara sudah, sudah pasti, dikelilingi oleh aura kegunaan dan faedah.

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, dan dalam reaktor semuanya terbentang ke 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.

Sebelum anda memahami bagaimana tindak balas nuklear terkawal berlaku, anda perlu tahu apakah itu tindak balas nuklear sama sekali.

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

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

reaktor nuklear ialah peranti yang tujuannya adalah 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. Terdapat juga reaktor yang digunakan untuk penyahgaraman 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 moderator , pemantul neutron , penyejuk , sistem kawalan dan perlindungan . Isotop paling kerap digunakan sebagai bahan api dalam reaktor. uranium (235, 238, 233), plutonium (239) dan torium (232). 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.

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.

Ia harus disebut di sini 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 berada dalam apa yang dipanggil unsur bahan api (TVELAkh). Ini adalah rod yang mengandungi, dalam bentuk tablet kecil, bahan api nuklear . 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, mereka termasuk rod kawalan Dan rod perlindungan kecemasan . 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 ada konsep jisim kritikal .

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.

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 telah ditanya masalah dalam fizik nuklear di universiti, sila hubungi kepada pakar syarikat kami. Seperti biasa, kami sedia membantu anda menyelesaikan sebarang isu mendesak berkaitan pengajian anda. Dan sementara kami melakukannya, berikut ialah satu lagi video pendidikan untuk perhatian anda!

Tindak balas rantai pembelahan sentiasa disertai dengan pembebasan tenaga yang sangat besar. Penggunaan praktikal tenaga ini adalah tugas utama reaktor nuklear.

Reaktor nuklear ialah peranti di mana tindak balas pembelahan nuklear terkawal atau terkawal berlaku.

Berdasarkan prinsip operasi, reaktor nuklear dibahagikan kepada dua kumpulan: reaktor neutron haba dan reaktor neutron pantas.

Bagaimanakah reaktor nuklear neutron terma berfungsi?

Reaktor nuklear biasa mempunyai:

• Teras dan moderator;
• Reflektor neutron;
• Bahan penyejuk;
• Sistem kawalan tindak balas rantai, perlindungan kecemasan;
• Sistem kawalan dan perlindungan sinaran;
• Sistem kawalan jauh.

1 - zon aktif; 2 - reflektor; 3 - perlindungan; 4 - rod kawalan; 5 - penyejuk; 6 - pam; 7 - penukar haba; 8 - turbin; 9 - penjana; 10 - kapasitor.

Teras dan moderator

Ia adalah dalam teras bahawa tindak balas rantai pembelahan terkawal berlaku.

Kebanyakan reaktor nuklear beroperasi pada isotop berat uranium-235. Tetapi dalam sampel semula jadi bijih uranium kandungannya hanya 0.72%. Kepekatan ini tidak mencukupi untuk tindak balas berantai berkembang. Oleh itu, bijih diperkaya secara buatan, menjadikan kandungan isotop ini kepada 3%.

Bahan fisil, atau bahan api nuklear, dalam bentuk tablet diletakkan dalam rod tertutup rapat, yang dipanggil rod bahan api (elemen bahan api). Mereka meresap ke seluruh zon aktif yang dipenuhi moderator neutron.

Mengapakah penyederhana neutron diperlukan dalam reaktor nuklear?

Hakikatnya ialah neutron yang dilahirkan selepas pereputan nukleus uranium-235 mempunyai kelajuan yang sangat tinggi. Kebarangkalian penangkapan mereka oleh nukleus uranium lain adalah ratusan kali lebih kecil daripada kebarangkalian penangkapan neutron perlahan. Dan jika kelajuannya tidak dikurangkan, tindak balas nuklear mungkin akan hilang dari semasa ke semasa. Moderator menyelesaikan masalah mengurangkan kelajuan neutron. Jika air atau grafit diletakkan di laluan neutron laju, kelajuannya boleh dikurangkan secara buatan dan dengan itu bilangan zarah yang ditangkap oleh atom boleh ditingkatkan. Pada masa yang sama, tindak balas berantai dalam reaktor akan memerlukan lebih sedikit bahan api nuklear.

Akibat daripada proses yang perlahan, neutron haba, yang kelajuannya hampir sama dengan kelajuan pergerakan terma molekul gas pada suhu bilik.

Air, air berat (deuterium oksida D 2 O), berilium, dan grafit digunakan sebagai penyederhana dalam reaktor nuklear. Tetapi moderator terbaik adalah D2O air berat.

Pemantul neutron

Untuk mengelakkan kebocoran neutron ke dalam persekitaran, teras reaktor nuklear dikelilingi pemantul neutron. Bahan yang digunakan untuk pemantul selalunya sama seperti dalam moderator.

Bahan penyejuk

Haba yang dibebaskan semasa tindak balas nuklear dikeluarkan menggunakan penyejuk. Air semula jadi biasa, yang sebelum ini disucikan daripada pelbagai kekotoran dan gas, sering digunakan sebagai penyejuk dalam reaktor nuklear. Tetapi oleh kerana air mendidih sudah pada suhu 100 0 C dan tekanan 1 atm, untuk meningkatkan takat didih, tekanan dalam litar penyejuk utama meningkat. Air litar primer yang beredar melalui teras reaktor mencuci rod bahan api, memanaskan sehingga suhu 320 0 C. Kemudian, di dalam penukar haba, ia mengeluarkan haba kepada air litar sekunder. Pertukaran berlaku melalui tiub pertukaran haba, jadi tidak ada sentuhan dengan air litar sekunder. Ini menghalang bahan radioaktif daripada memasuki litar kedua penukar haba.

Dan kemudian semuanya berlaku seperti di loji kuasa haba. Air dalam litar kedua bertukar menjadi wap. Stim memutarkan turbin, yang memacu penjana elektrik, yang menghasilkan arus elektrik.

Dalam reaktor air berat, penyejuk adalah air berat D2O, dan dalam reaktor dengan penyejuk logam cecair ia adalah logam cair.

Sistem kawalan tindak balas rantai

Keadaan semasa reaktor dicirikan oleh kuantiti yang dipanggil kereaktifan.

ρ = ( k -1)/ k ,

k = n saya / n i -1 ,

di mana k - faktor pendaraban neutron,

n i - bilangan neutron generasi seterusnya dalam tindak balas pembelahan nuklear,

n i -1 , - bilangan neutron generasi sebelumnya dalam tindak balas yang sama.

Jika k ˃ 1 , tindak balas berantai berkembang, sistem dipanggil superkritikal y. Jika k< 1 , tindak balas berantai mati, dan sistem dipanggil subkritikal. Pada k = 1 reaktor sudah masuk keadaan kritikal yang stabil, kerana bilangan nukleus fisil tidak berubah. Dalam keadaan ini kereaktifan ρ = 0 .

Keadaan kritikal reaktor (faktor pendaraban neutron yang diperlukan dalam reaktor nuklear) dikekalkan dengan menggerakkan rod kawalan. Bahan dari mana ia dibuat termasuk bahan penyerap neutron. Dengan memanjangkan atau menolak rod ini ke dalam teras, kadar tindak balas pembelahan nuklear dikawal.

Sistem kawalan menyediakan kawalan ke atas reaktor semasa permulaannya, penutupan berjadual, operasi pada kuasa, serta perlindungan kecemasan reaktor nuklear. Ini dicapai dengan menukar kedudukan rod kawalan.

Jika mana-mana parameter reaktor (suhu, tekanan, kadar kenaikan kuasa, penggunaan bahan api, dll.) menyimpang daripada norma, dan ini boleh membawa kepada kemalangan, khas batang kecemasan dan tindak balas nuklear dengan cepat berhenti.

Pastikan parameter reaktor mematuhi piawaian sistem kawalan dan perlindungan sinaran.

Untuk melindungi alam sekitar daripada sinaran radioaktif, reaktor diletakkan di dalam cangkerang konkrit yang tebal.

Sistem kawalan jauh

Semua isyarat tentang keadaan reaktor nuklear (suhu penyejuk, tahap sinaran dalam bahagian yang berbeza reaktor, dsb.) dihantar ke panel kawalan reaktor dan diproses dalam sistem komputer. Pengendali menerima semua maklumat dan cadangan yang diperlukan untuk menghapuskan penyelewengan tertentu.

Reaktor cepat

Perbezaan antara reaktor jenis ini dan reaktor neutron terma ialah neutron cepat yang timbul selepas pereputan uranium-235 tidak diperlahankan, tetapi diserap oleh uranium-238 dengan penukaran seterusnya kepada plutonium-239. Oleh itu, reaktor neutron pantas digunakan untuk menghasilkan plutonium-239 gred senjata dan tenaga haba, yang mana penjana loji kuasa nuklear menukarkan kepada tenaga elektrik.

Bahan api nuklear dalam reaktor tersebut ialah uranium-238, dan bahan mentahnya ialah uranium-235.

Dalam bijih uranium semulajadi, 99.2745% ialah uranium-238. Apabila neutron terma diserap, ia tidak pembelahan, tetapi menjadi isotop uranium-239.

Beberapa ketika selepas pereputan β, uranium-239 bertukar menjadi nukleus neptunium-239:

239 92 U → 239 93 Np + 0 -1 e

Selepas pereputan β kedua, plutonium-239 fisil terbentuk:

239 9 3 Np → 239 94 Pu + 0 -1 e

Dan akhirnya, selepas pereputan alfa nukleus plutonium-239, uranium-235 diperoleh:

239 94 Pu → 235 92 U + 4 2 He

Rod bahan api dengan bahan mentah (uranium-235 diperkaya) terletak di teras reaktor. Zon ini dikelilingi oleh zon pembiakan, yang terdiri daripada rod bahan api dengan bahan api (uranium-238 habis). Neutron pantas yang dipancarkan daripada teras selepas pereputan uranium-235 ditangkap oleh nukleus uranium-238. Akibatnya, plutonium-239 terbentuk. Oleh itu, bahan api nuklear baru dihasilkan dalam reaktor neutron pantas.

Logam cecair atau campurannya digunakan sebagai penyejuk dalam reaktor nuklear neutron pantas.

Pengelasan dan penggunaan reaktor nuklear

Reaktor nuklear digunakan terutamanya dalam loji kuasa nuklear. Dengan bantuan mereka, tenaga elektrik dan haba diperolehi skala industri. Reaktor sedemikian dipanggil tenaga .

Reaktor nuklear digunakan secara meluas dalam sistem pendorong kapal selam nuklear moden, kapal permukaan, dan dalam teknologi angkasa lepas. Mereka membekalkan motor dengan tenaga elektrik dan dipanggil reaktor pengangkutan .

Untuk kajian saintifik dalam bidang fizik nuklear dan kimia sinaran, fluks neutron dan gamma quanta digunakan, yang diperolehi dalam teras reaktor penyelidikan. Tenaga yang dijana oleh mereka tidak melebihi 100 MW dan tidak digunakan untuk tujuan industri.

Kuasa reaktor eksperimen malah kurang. Ia mencapai nilai hanya beberapa kW. Reaktor ini mengkaji pelbagai kuantiti fizik, yang mana maknanya penting dalam reka bentuk tindak balas nuklear.

KEPADA reaktor perindustrian termasuk reaktor untuk pengeluaran isotop radioaktif yang digunakan untuk tujuan perubatan, serta dalam pelbagai bidang industri dan teknologi. Reaktor penyahgaraman air laut juga dikelaskan sebagai reaktor perindustrian.

Peranti dan prinsip operasi adalah berdasarkan permulaan dan kawalan tindak balas nuklear yang mampan sendiri. Ia digunakan sebagai alat penyelidikan, untuk menghasilkan isotop radioaktif, dan sebagai sumber tenaga untuk loji kuasa nuklear.

prinsip operasi (secara ringkas)

Ini menggunakan proses di mana nukleus berat terpecah kepada dua serpihan yang lebih kecil. Serpihan ini berada dalam keadaan sangat teruja dan mengeluarkan neutron, zarah subatom dan foton lain. Neutron boleh menyebabkan pembelahan baru, menyebabkan lebih banyak daripadanya dipancarkan, dan sebagainya. Siri perpecahan berterusan yang berterusan sedemikian dipanggil tindak balas berantai. Pada masa yang sama, ia menonjol sejumlah besar tenaga, pengeluarannya adalah tujuan menggunakan loji tenaga nuklear.

Prinsip operasi reaktor nuklear adalah sedemikian rupa sehingga kira-kira 85% tenaga pembelahan dibebaskan dalam tempoh masa yang sangat singkat selepas permulaan tindak balas. Selebihnya dihasilkan oleh pereputan radioaktif produk pembelahan selepas ia mengeluarkan neutron. Pereputan radioaktif ialah proses di mana atom mencapai keadaan yang lebih stabil. Ia berterusan selepas pembahagian selesai.

Dalam bom atom, tindak balas berantai meningkat dalam keamatan sehingga ia rosak kebanyakan daripada bahan. Ini berlaku sangat cepat, menghasilkan sangat letupan yang kuat, ciri-ciri bom tersebut. Reka bentuk dan prinsip operasi reaktor nuklear adalah berdasarkan mengekalkan tindak balas berantai pada tahap terkawal, hampir malar. Ia direka sedemikian rupa sehingga ia akan meletup seperti bom atom, tak boleh.

Tindak balas rantai dan kritikal

Fizik reaktor pembelahan nuklear ialah tindak balas berantai ditentukan oleh kebarangkalian nukleus terpecah selepas neutron dipancarkan. Jika populasi yang terakhir berkurangan, maka kadar pembahagian akhirnya akan turun kepada sifar. Dalam kes ini, reaktor akan berada dalam keadaan subkritikal. Jika populasi neutron dikekalkan pada tahap malar, maka kadar pembelahan akan kekal stabil. Reaktor akan berada dalam keadaan kritikal. Akhirnya, jika populasi neutron bertambah dari semasa ke semasa, kadar pembelahan dan kuasa akan meningkat. Keadaan teras akan menjadi superkritikal.

Prinsip operasi reaktor nuklear adalah seperti berikut. Sebelum pelancarannya, populasi neutron hampir kepada sifar. Operator kemudian mengeluarkan rod kawalan dari teras, meningkatkan pembelahan nuklear, yang menolak reaktor ke dalam keadaan superkritikal buat sementara waktu. Selepas mencapai kuasa terkadar, pengendali memulangkan sebahagian rod kawalan, melaraskan bilangan neutron. Selepas itu, reaktor dikekalkan dalam keadaan kritikal. Apabila ia perlu dihentikan, pengendali memasukkan rod sepanjang jalan. Ini menyekat pembelahan dan memindahkan teras kepada keadaan subkritikal.

Jenis reaktor

Kebanyakan loji tenaga nuklear dunia adalah loji kuasa, menjana haba yang diperlukan untuk memutar turbin yang memacu penjana kuasa elektrik. Terdapat juga banyak reaktor penyelidikan, dan sesetengah negara mempunyai kapal selam atau kapal permukaan yang dikuasakan oleh tenaga atom.

Pemasangan tenaga

Terdapat beberapa jenis reaktor jenis ini, tetapi reka bentuk air ringan digunakan secara meluas. Sebaliknya, ia boleh menggunakan air bertekanan atau air mendidih. Dalam kes pertama, cecair tekanan tinggi dipanaskan oleh haba teras dan memasuki penjana stim. Di sana, haba dari litar primer dipindahkan ke litar sekunder, yang juga mengandungi air. Stim yang dijana akhirnya berfungsi sebagai bendalir kerja dalam kitaran turbin stim.

Reaktor air mendidih beroperasi pada prinsip kitaran tenaga langsung. Air yang melalui inti dididihkan pada tekanan sederhana. Stim tepu melalui satu siri pemisah dan pengering yang terletak di dalam bekas reaktor, yang menyebabkan ia menjadi terlalu panas. Wap air panas lampau kemudiannya digunakan sebagai bendalir kerja untuk memutar turbin.

Gas suhu tinggi disejukkan

Reaktor penyejuk gas suhu tinggi (HTGR) ialah reaktor nuklear yang prinsip operasinya adalah berdasarkan penggunaan campuran grafit dan mikrosfera bahan api sebagai bahan api. Terdapat dua reka bentuk yang bersaing:

• sistem "isi" Jerman yang menggunakan unsur bahan api sfera dengan diameter 60 mm, yang merupakan campuran grafit dan bahan api dalam cengkerang grafit;
• versi Amerika dalam bentuk prisma heksagon grafit yang saling mengunci untuk mencipta teras.

Dalam kedua-dua kes, penyejuk terdiri daripada helium di bawah tekanan kira-kira 100 atmosfera. Dalam sistem Jerman, helium melalui celah dalam lapisan unsur bahan api sfera, dan dalam sistem Amerika, helium melalui lubang dalam prisma grafit yang terletak di sepanjang paksi zon tengah reaktor. Kedua-dua pilihan boleh berfungsi dengan sangat suhu tinggi ah, kerana grafit mempunyai suhu pemejalwapan yang sangat tinggi, dan helium adalah lengai secara kimia sepenuhnya. Helium panas boleh digunakan secara langsung sebagai cecair kerja dalam turbin gas pada suhu tinggi atau habanya boleh digunakan untuk menjana wap kitar air.

Logam cecair dan prinsip kerja

Reaktor neutron cepat yang disejukkan natrium mendapat perhatian khusus perhatian yang besar pada tahun 1960-1970an. Nampaknya keupayaan pembiakan mereka tidak lama lagi diperlukan untuk menghasilkan bahan api bagi industri nuklear yang berkembang pesat. Apabila menjadi jelas pada tahun 1980-an bahawa jangkaan ini tidak realistik, semangat itu berkurangan. Walau bagaimanapun, beberapa reaktor jenis ini telah dibina di Amerika Syarikat, Rusia, Perancis, Great Britain, Jepun dan Jerman. Kebanyakannya menggunakan uranium dioksida atau campurannya dengan plutonium dioksida. Di Amerika Syarikat, bagaimanapun, kejayaan terbesar telah dicapai dengan bahan api logam.

CANDU

Kanada menumpukan usahanya pada reaktor yang menggunakan uranium semula jadi. Ini menghapuskan keperluan untuk menggunakan perkhidmatan negara lain untuk memperkayakannya. Hasil daripada dasar ini ialah reaktor deuterium-uranium (CANDU). Ia dikawal dan disejukkan dengan air berat. Reka bentuk dan prinsip operasi reaktor nuklear terdiri daripada menggunakan takungan D 2 O sejuk pada tekanan atmosfera. Teras ditembusi oleh paip yang diperbuat daripada aloi zirkonium yang mengandungi bahan api uranium semulajadi, yang melaluinya air berat yang menyejukkan ia beredar. Elektrik dihasilkan dengan memindahkan haba pembelahan dalam air berat kepada penyejuk yang beredar melalui penjana stim. Stim dalam litar sekunder kemudiannya melalui kitaran turbin konvensional.

Kemudahan penyelidikan

Untuk penyelidikan saintifik, reaktor nuklear paling kerap digunakan, prinsip operasinya adalah menggunakan penyejukan air dan unsur bahan api uranium berbentuk plat dalam bentuk pemasangan. Mampu beroperasi pada pelbagai tahap kuasa, daripada beberapa kilowatt hingga ratusan megawatt. Oleh kerana penjanaan kuasa bukanlah tujuan utama reaktor penyelidikan, ia dicirikan oleh tenaga haba yang dihasilkan, ketumpatan dan tenaga nominal neutron teras. Parameter inilah yang membantu mengukur keupayaan reaktor penyelidikan untuk menjalankan penyelidikan khusus. Sistem kuasa rendah biasanya ditemui di universiti dan digunakan untuk pengajaran, manakala sistem kuasa tinggi diperlukan di makmal penyelidikan untuk bahan dan ujian prestasi dan penyelidikan am.

Yang paling biasa ialah reaktor nuklear penyelidikan, struktur dan prinsip operasinya adalah seperti berikut. Terasnya terletak di dasar kolam air yang besar dan dalam. Ini memudahkan pemerhatian dan penempatan saluran yang melaluinya rasuk neutron boleh diarahkan. Pada tahap kuasa rendah tidak perlu mengepam penyejuk kerana perolakan semulajadi penyejuk menyediakan penyingkiran haba yang mencukupi untuk mengekalkan keadaan operasi yang selamat. Penukar haba biasanya terletak di permukaan atau di bahagian atas kolam di mana air panas terkumpul.

Pemasangan kapal

Aplikasi asal dan utama reaktor nuklear adalah penggunaannya dalam kapal selam. Kelebihan utama mereka ialah, tidak seperti sistem pembakaran bahan api fosil, mereka tidak memerlukan udara untuk menjana elektrik. Oleh itu, kapal selam nuklear boleh kekal tenggelam untuk jangka masa yang lama, manakala kapal selam diesel-elektrik konvensional mesti naik ke permukaan secara berkala untuk menyalakan enjinnya di udara. memberi kelebihan strategik kepada kapal tentera laut. Berkat itu, tidak perlu mengisi minyak di pelabuhan asing atau dari kapal tangki yang mudah terdedah.

Prinsip operasi reaktor nuklear pada kapal selam dikelaskan. Walau bagaimanapun, diketahui bahawa di Amerika Syarikat ia menggunakan uranium yang sangat diperkaya, dan diperlahankan dan disejukkan oleh air ringan. Reka bentuk reaktor kapal selam nuklear pertama, USS Nautilus, banyak dipengaruhi oleh kemudahan penyelidikan yang berkuasa. miliknya ciri-ciri yang unik adalah rizab kereaktifan yang sangat besar, menyediakan tempoh operasi yang panjang tanpa mengisi minyak dan keupayaan untuk dimulakan semula selepas berhenti. Loji janakuasa dalam kapal selam mestilah sangat sunyi untuk mengelakkan pengesanan. Untuk memenuhi keperluan khusus kelas kapal selam yang berbeza, model loji kuasa yang berbeza telah dicipta.

Kapal pengangkut pesawat Tentera Laut AS menggunakan reaktor nuklear, yang prinsip operasinya dipercayai dipinjam daripada kapal selam terbesar. Perincian reka bentuk mereka juga belum diterbitkan.

Selain Amerika Syarikat, Great Britain, Perancis, Rusia, China dan India mempunyai kapal selam nuklear. Dalam setiap kes, reka bentuk tidak didedahkan, tetapi dipercayai bahawa mereka semua sangat serupa - ini adalah akibat daripada keperluan yang sama untuk mereka spesifikasi teknikal. Rusia juga mempunyai armada kecil yang menggunakan reaktor yang sama seperti kapal selam Soviet.

Pemasangan industri

Untuk tujuan pengeluaran, reaktor nuklear digunakan, prinsip operasinya ialah prestasi tinggi pada tahap pengeluaran tenaga yang rendah. Ini disebabkan oleh fakta bahawa plutonium tinggal lama dalam teras membawa kepada pengumpulan 240 Pu yang tidak diingini.

Pengeluaran tritium

Pada masa ini, bahan utama yang dihasilkan oleh sistem sedemikian ialah tritium (3H atau T) - caj untuk Plutonium-239 mempunyai separuh hayat yang panjang 24,100 tahun, jadi negara yang mempunyai senjata senjata nuklear Mereka yang menggunakan elemen ini biasanya mempunyai lebih daripada yang diperlukan. Tidak seperti 239 Pu, tritium mempunyai separuh hayat kira-kira 12 tahun. Oleh itu, untuk mengekalkan bekalan yang diperlukan, isotop radioaktif hidrogen ini mesti dihasilkan secara berterusan. Di Amerika Syarikat, Sungai Savannah (South Carolina), misalnya, mengendalikan beberapa reaktor air berat yang menghasilkan tritium.

Unit kuasa terapung

Reaktor nuklear telah dicipta yang boleh membekalkan elektrik dan pemanasan wap ke kawasan terpencil yang terpencil. Di Rusia, sebagai contoh, loji janakuasa kecil yang direka khusus untuk memberi perkhidmatan kepada penempatan Artik telah digunakan. Di China, 10 MW HTR-10 membekalkan haba dan kuasa kepada institut penyelidikan di mana ia berada. Pembangunan reaktor kecil yang dikawal secara automatik dengan keupayaan serupa sedang dijalankan di Sweden dan Kanada. Antara 1960 dan 1972, Tentera AS menggunakan reaktor air padat untuk menggerakkan pangkalan terpencil di Greenland dan Antartika. Mereka digantikan oleh loji janakuasa minyak.

Penaklukan ruang

Di samping itu, reaktor telah dibangunkan untuk bekalan kuasa dan pergerakan di angkasa lepas. Antara 1967 dan 1988 Kesatuan Soviet memasang unit nuklear kecil pada satelit siri Cosmos untuk menggerakkan peralatan dan telemetri, tetapi dasar ini telah menjadi sasaran kritikan. Oleh sekurang-kurangnya salah satu daripada satelit ini memasuki atmosfera Bumi, mengakibatkan pencemaran radioaktif di kawasan terpencil di Kanada. Amerika Syarikat telah melancarkan hanya satu satelit berkuasa nuklear, pada tahun 1965. Walau bagaimanapun, projek untuk kegunaan mereka dalam penerbangan angkasa lepas jarak jauh, penerokaan manusia planet lain, atau di pangkalan bulan kekal terus dibangunkan. Ini semestinya merupakan reaktor nuklear logam yang disejukkan dengan gas atau cecair, yang prinsip fizikalnya akan memberikan suhu tertinggi yang diperlukan untuk meminimumkan saiz radiator. Di samping itu, reaktor untuk teknologi angkasa mestilah padat yang mungkin untuk meminimumkan jumlah bahan yang digunakan untuk melindungi dan mengurangkan berat semasa pelancaran dan penerbangan angkasa lepas. Bekalan bahan api akan memastikan operasi reaktor sepanjang tempoh penerbangan angkasa lepas.

Hari ini kita akan melakukan perjalanan singkat ke dunia fizik nuklear. Tema lawatan kami ialah reaktor nuklear. Anda akan mempelajari cara ia berfungsi, apakah prinsip fizikal yang mendasari operasinya, dan tempat peranti ini digunakan.

Kelahiran Tenaga Nuklear

Reaktor nuklear pertama di dunia dicipta pada tahun 1942 di Amerika Syarikat kumpulan eksperimen fizik yang diketuai oleh pemenang hadiah Nobel Enrico Fermi. Pada masa yang sama, mereka menjalankan tindak balas pembelahan uranium yang berterusan. Jin atom telah dibebaskan.

Reaktor nuklear Soviet pertama dilancarkan pada tahun 1946, dan 8 tahun kemudian, loji tenaga nuklear pertama di dunia di bandar Obninsk menjana arus. Utama penyelia saintifik bekerja dalam industri tenaga nuklear USSR adalah seorang ahli fizik yang cemerlang Igor Vasilievich Kurchatov.

Sejak itu, beberapa generasi reaktor nuklear telah berubah, tetapi elemen utama reka bentuknya kekal tidak berubah.

Anatomi reaktor nuklear

Pemasangan nuklear ini ialah tangki keluli berdinding tebal dengan kapasiti silinder antara beberapa sentimeter padu hingga beberapa meter padu.

Di dalam silinder ini adalah tempat yang maha kudus - teras reaktor. Di sinilah tindak balas rantai pembelahan nuklear berlaku.

Mari kita lihat bagaimana proses ini berlaku.

Nukleus unsur berat, khususnya Uranium-235 (U-235), di bawah pengaruh kejutan tenaga kecil mereka mampu berpecah kepada 2 serpihan yang mempunyai jisim yang lebih kurang sama. Agen penyebab proses ini ialah neutron.

Serpihan yang paling kerap adalah nukleus barium dan kripton. Setiap daripada mereka membawa cas positif, jadi daya tolakan Coulomb memaksa mereka untuk terbang berasingan sisi yang berbeza pada kira-kira 1/30 kelajuan cahaya. Serpihan ini adalah pembawa tenaga kinetik yang besar.

Untuk kegunaan praktikal tenaga, adalah perlu bahawa pelepasannya dapat bertahan sendiri. Tindakbalas berantai, Pembelahan yang dimaksudkan adalah sangat menarik kerana setiap peristiwa pembelahan disertai dengan pelepasan neutron baru. Secara purata, 2-3 neutron baru dihasilkan setiap neutron awal. Bilangan nukleus uranium fisil meningkat seperti runtuhan salji, menyebabkan pembebasan tenaga yang sangat besar. Jika proses ini tidak dikawal, letupan nuklear akan berlaku. Ia berlaku di .

Untuk mengawal bilangan neutron bahan yang menyerap neutron dimasukkan ke dalam sistem, memastikan pelepasan tenaga yang lancar. Kadmium atau boron digunakan sebagai penyerap neutron.

Bagaimana untuk mengekang dan menggunakan tenaga kinetik serpihan yang sangat besar? Bahan penyejuk digunakan untuk tujuan ini, i.e. persekitaran khas, bergerak di mana serpihan diperlahankan dan memanaskannya ke suhu yang sangat tinggi. Medium sedemikian boleh menjadi air biasa atau berat, logam cecair (natrium), serta beberapa gas. Untuk tidak menyebabkan peralihan penyejuk ke dalam keadaan wap, tekanan tinggi dikekalkan dalam teras (sehingga 160 atm). Atas sebab ini, dinding reaktor diperbuat daripada keluli sepuluh sentimeter gred khas.

Jika neutron terlepas daripada bahan api nuklear, tindak balas berantai mungkin terganggu. Oleh itu, terdapat jisim kritikal bahan fisil, i.e. jisim minimumnya di mana tindak balas berantai akan dikekalkan. Ia bergantung kepada pelbagai parameter, termasuk kehadiran reflektor yang mengelilingi teras reaktor. Ia berfungsi untuk mengelakkan kebocoran neutron ke dalam persekitaran. Bahan yang paling biasa untuk unsur struktur ini ialah grafit.

Proses yang berlaku di dalam reaktor disertai dengan pembebasan jenis sinaran yang paling berbahaya - sinaran gamma. Untuk meminimumkan bahaya ini, ia dilengkapi dengan perlindungan anti-radiasi.

Bagaimanakah reaktor nuklear berfungsi?

Bahan api nuklear, dipanggil rod bahan api, diletakkan di dalam teras reaktor. Ia adalah tablet yang terbentuk daripada bahan yang boleh dihancurkan dan diletakkan dalam tiub nipis kira-kira 3.5 m panjang dan 10 mm diameter.

Beratus-ratus pemasangan bahan api yang serupa diletakkan di dalam teras, dan ia menjadi sumber tenaga haba yang dikeluarkan semasa tindak balas berantai. Bahan penyejuk yang mengalir di sekeliling rod bahan api membentuk litar pertama reaktor.

Dipanaskan kepada parameter tinggi, ia dipam ke dalam penjana stim, di mana ia memindahkan tenaganya ke air litar sekunder, mengubahnya menjadi stim. Stim yang terhasil memutarkan penjana turbo. Elektrik yang dijana oleh unit ini dihantar kepada pengguna. Dan wap ekzos, yang disejukkan oleh air dari kolam penyejuk, dalam bentuk kondensat, kembali ke penjana stim. Kitaran selesai.

Operasi litar dua pemasangan nuklear ini menghapuskan penembusan sinaran yang mengiringi proses yang berlaku dalam teras di luar sempadannya.

Jadi, rantaian transformasi tenaga berlaku dalam reaktor: tenaga nuklear bahan boleh belah → menjadi tenaga kinetik serpihan → tenaga haba penyejuk → tenaga kinetik turbin → dan menjadi tenaga elektrik dalam penjana.

Kehilangan tenaga yang tidak dapat dielakkan membawa kepada Kecekapan loji tenaga nuklear agak rendah, 33-34%.

Selain menjana tenaga elektrik di loji kuasa nuklear, reaktor nuklear digunakan untuk menghasilkan pelbagai isotop radioaktif, untuk penyelidikan dalam banyak bidang industri, dan untuk mengkaji parameter yang dibenarkan bagi reaktor industri. Reaktor pengangkutan, yang menyediakan tenaga untuk enjin kenderaan, semakin meluas.

Jenis-jenis reaktor nuklear

Lazimnya, reaktor nuklear menggunakan uranium U-235. Walau bagaimanapun, kandungannya adalah bahan semula jadi sangat kecil, hanya 0.7%. Sebahagian besar uranium semulajadi ialah isotop U-238. Hanya neutron perlahan boleh menyebabkan tindak balas berantai dalam U-235, dan isotop U-238 hanya dipecah oleh neutron pantas. Hasil daripada pembelahan nukleus, kedua-dua neutron lambat dan cepat dilahirkan. Neutron cepat, mengalami perencatan dalam penyejuk (air), menjadi perlahan. Tetapi jumlah isotop U-235 dalam uranium semulajadi adalah sangat kecil sehingga perlu menggunakan pengayaannya, menjadikan kepekatannya kepada 3-5%. Proses ini sangat mahal dan tidak menguntungkan dari segi ekonomi. Tambahan pula, masa semakin suntuk sumber semula jadi Isotop ini dianggarkan hanya bertahan 100-120 tahun.

Oleh itu, dalam industri nuklear Terdapat peralihan beransur-ansur kepada reaktor yang beroperasi pada neutron pantas.

Perbezaan utama mereka ialah mereka menggunakan logam cecair sebagai penyejuk, yang tidak melambatkan neutron, dan U-238 digunakan sebagai bahan api nuklear. Nukleus isotop ini melalui rantaian transformasi nuklear menjadi Plutonium-239, yang tertakluk kepada tindak balas berantai dengan cara yang sama seperti U-235. Iaitu, bahan api nuklear dihasilkan semula, dan dalam kuantiti melebihi penggunaannya.

Menurut pakar rizab isotop Uranium-238 sepatutnya cukup untuk 3000 tahun. Masa ini sudah cukup untuk manusia mempunyai masa yang cukup untuk membangunkan teknologi lain.

Masalah penggunaan tenaga nuklear

Bersama dengan kelebihan yang jelas tenaga nuklear, skala masalah yang berkaitan dengan operasi kemudahan nuklear tidak boleh dipandang remeh.

Yang pertama ialah pelupusan sisa radioaktif dan peralatan yang telah dibongkar tenaga nuklear. Unsur-unsur ini mempunyai sinaran latar belakang aktif yang berterusan untuk tempoh yang lama. Untuk membuang sisa ini, bekas plumbum khas digunakan. Mereka sepatutnya ditanam di kawasan permafrost pada kedalaman sehingga 600 meter. Oleh itu, kerja sentiasa dijalankan untuk mencari cara mengitar semula sisa radioaktif, yang sepatutnya menyelesaikan masalah pelupusan dan membantu memelihara ekologi planet kita.

Masalah kedua yang tidak kurang serius ialah memastikan keselamatan semasa operasi NPP. Kemalangan besar seperti Chernobyl boleh mengakibatkan banyak kemalangan nyawa manusia dan meletakkan kawasan yang luas tidak digunakan.

Kemalangan di loji janakuasa nuklear Jepun Fukushima-1 hanya mengesahkan potensi bahaya yang nyata apabila situasi kecemasan berlaku di kemudahan nuklear.

Walau bagaimanapun, kemungkinan tenaga nuklear sangat besar masalah ekologi pudar ke latar belakang.

Hari ini, manusia tidak mempunyai cara lain untuk memuaskan kelaparan tenaga yang semakin meningkat. Asas tenaga nuklear masa depan mungkin akan menjadi reaktor "cepat" dengan fungsi menghasilkan semula bahan api nuklear.

Jika mesej ini berguna kepada anda, saya gembira dapat berjumpa dengan anda