สิ่งที่อยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ วิธีการจัดเรียงและการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

บ้าน / นอกใจสามี

I. การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักห้าประการต่อไปนี้:

1) เชื้อเพลิงนิวเคลียร์

2) โมเดอเรเตอร์นิวตรอน

3) ระบบการกำกับดูแล

4) ระบบทำความเย็น

5) หน้าจอป้องกัน

1. เชื้อเพลิงนิวเคลียร์

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงาน ปัจจุบันรู้จักวัสดุฟิชไซล์สามประเภท:

ก) ยูเรเนียม 235 ซึ่งเป็นยูเรเนียมธรรมชาติ 0.7% หรือส่วน 1/140

6) พลูโทเนียม 239 ซึ่งก่อตัวขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์บางเครื่องโดยใช้ยูเรเนียม 238 ซึ่งประกอบเป็นมวลเกือบทั้งหมดของยูเรเนียมธรรมชาติ (99.3% หรือ 139/140 ส่วน)

การจับนิวตรอน นิวเคลียสของยูเรเนียม 238 จะกลายเป็นนิวเคลียสของเนปทูเนียม - องค์ประกอบที่ 93 ของระบบธาตุของ Mendeleev; ในทางกลับกันกลายเป็นนิวเคลียสของพลูโทเนียม - องค์ประกอบที่ 94 ของระบบธาตุ พลูโทเนียมสกัดได้ง่ายจากยูเรเนียมที่ฉายรังสีด้วยวิธีการทางเคมี และสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ได้

c) ยูเรเนียม 233 ซึ่งเป็นไอโซโทปเทียมของยูเรเนียมที่ได้จากทอเรียม

ต่างจากยูเรเนียม 235 ซึ่งพบในยูเรเนียมธรรมชาติ พลูโทเนียม 239 และยูเรเนียม 233 ถูกผลิตขึ้นโดยเทียมเท่านั้น ดังนั้นจึงเรียกว่าเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทุติยภูมิ ยูเรเนียม 238 และทอเรียม 232 เป็นเชื้อเพลิงดังกล่าว

ดังนั้นในบรรดาเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทุกประเภทที่ระบุไว้ข้างต้น ยูเรเนียมจึงเป็นเชื้อเพลิงหลัก สิ่งนี้อธิบายขอบเขตมหาศาลที่โอกาสและการสำรวจแร่ยูเรเนียมกำลังเกิดขึ้นในทุกประเทศ

พลังงานที่ปล่อยออกมาในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์บางครั้งถูกเปรียบเทียบกับพลังงานที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาการเผาไหม้ทางเคมี อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างพื้นฐานระหว่างพวกเขา

ปริมาณความร้อนที่ได้รับในกระบวนการแยกตัวของยูเรเนียมนั้นมากกว่าปริมาณความร้อนที่ได้จากการเผาไหม้อย่างมหาศาล เช่น ถ่านหิน: ยูเรเนียม 235 1 กก. ซึ่งเท่ากับปริมาตรบุหรี่หนึ่งซอง ตามทฤษฎีแล้วสามารถให้พลังงานได้มาก เป็นถ่านหิน 2,600 ตัน

อย่างไรก็ตาม ความเป็นไปได้ด้านพลังงานเหล่านี้ไม่ได้ถูกใช้งานอย่างเต็มที่ เนื่องจากไม่สามารถแยกยูเรเนียม-235 ทั้งหมดออกจากยูเรเนียมธรรมชาติได้ เป็นผลให้ยูเรเนียม 1 กิโลกรัมขึ้นอยู่กับระดับการเสริมสมรรถนะด้วยยูเรเนียม 235 ซึ่งปัจจุบันเทียบเท่ากับถ่านหินประมาณ 10 ตัน แต่ควรคำนึงว่าการใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ช่วยอำนวยความสะดวกในการขนส่ง และทำให้ต้นทุนเชื้อเพลิงลดลงอย่างมาก ผู้เชี่ยวชาญชาวอังกฤษได้คำนวณว่าการเสริมสมรรถนะของยูเรเนียมจะสามารถเพิ่มความร้อนที่ได้รับในเครื่องปฏิกรณ์ได้ถึง 10 เท่า ซึ่งจะเท่ากับยูเรเนียม 1 ตันเป็นถ่านหิน 100,000 ตัน

ข้อแตกต่างประการที่สองระหว่างกระบวนการของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันซึ่งดำเนินการด้วยการปล่อยความร้อนและการเผาไหม้ทางเคมีคือปฏิกิริยาการเผาไหม้ต้องใช้ออกซิเจนในขณะที่การกระตุ้นของปฏิกิริยาลูกโซ่ต้องการนิวตรอนเพียงไม่กี่นิวตรอนและเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จำนวนหนึ่งเท่ากัน จนถึงมวลวิกฤต ซึ่งเราได้ให้คำจำกัดความไว้แล้วในหัวข้อเรื่องระเบิดปรมาณู

และในที่สุด กระบวนการที่มองไม่เห็นของนิวเคลียร์ฟิชชันก็มาพร้อมกับการปล่อยรังสีที่เป็นอันตรายอย่างยิ่ง ซึ่งจำเป็นต้องให้การป้องกัน

2. โมเดอเรเตอร์นิวตรอน

เพื่อหลีกเลี่ยงการแพร่กระจายของผลิตภัณฑ์ที่ผุพังในเครื่องปฏิกรณ์ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะต้องอยู่ในเปลือกพิเศษ สำหรับการผลิตเปลือกดังกล่าวสามารถใช้อลูมิเนียมได้ (อุณหภูมิของตัวทำความเย็นไม่ควรเกิน 200 °) และดียิ่งขึ้นไปอีกคือเบริลเลียมหรือเซอร์โคเนียมซึ่งเป็นโลหะใหม่ซึ่งการเตรียมการในรูปแบบบริสุทธิ์นั้นเกี่ยวข้องกับความยากลำบากอย่างมาก

นิวตรอนที่เกิดขึ้นในกระบวนการแตกตัวของนิวเคลียส (โดยเฉลี่ย 2-3 นิวตรอนในระหว่างการแตกตัวของนิวเคลียสหนึ่งนิวเคลียสของธาตุหนัก) มีพลังงานจำนวนหนึ่ง เพื่อให้ความน่าจะเป็นของฟิชชันโดยนิวตรอนของนิวเคลียสอื่นมีมากที่สุด โดยที่ปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้นเองจึงจำเป็นที่นิวตรอนเหล่านี้จะสูญเสียความเร็วส่วนหนึ่งไป สิ่งนี้ทำได้โดยการวางโมเดอเรเตอร์ไว้ในเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งนิวตรอนเร็วจะถูกแปลงเป็นนิวตรอนช้าอันเป็นผลมาจากการชนกันหลายครั้ง เนื่องจากสารที่ใช้เป็นโมเดอเรเตอร์ต้องมีนิวเคลียสที่มีมวลประมาณเท่ากับมวลนิวตรอน กล่าวคือ นิวเคลียสของธาตุเบา มีน้ำหนัก เป็นตัวหน่วงตั้งแต่ต้น (D 2 0 โดยที่ D คือ ดิวเทอเรียม ซึ่งแทนที่ไฮโดรเจนเบาในน้ำธรรมดา H 2 0) อย่างไรก็ตาม ตอนนี้พวกเขากำลังพยายามใช้กราไฟท์มากขึ้นเรื่อยๆ - ราคาถูกกว่าและให้ผลเกือบเท่ากัน

ปริมาณน้ำที่ซื้อในสวีเดนจำนวนหนึ่งตันมีราคา 70–80 ล้านฟรังก์ ในการประชุมเจนีวาว่าด้วยการใช้พลังงานปรมาณูอย่างสันติ ชาวอเมริกันประกาศว่าพวกเขาจะสามารถขายน้ำที่มีน้ำหนักมากได้ในราคา 22 ล้านฟรังก์ต่อตันในไม่ช้า

กราไฟต์หนึ่งตันมีราคา 400,000 ฟรังก์ และเบริลเลียมออกไซด์หนึ่งตันมีราคา 20 ล้านฟรังก์

วัสดุที่ใช้เป็นโมเดอเรเตอร์จะต้องบริสุทธิ์เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียนิวตรอนเมื่อพวกมันผ่านตัวหน่วง เมื่อสิ้นสุดการวิ่ง นิวตรอนมีความเร็วเฉลี่ยประมาณ 2200 ม./วินาที ในขณะที่ความเร็วเริ่มต้นอยู่ที่ประมาณ 20,000 กม./วินาที ในเครื่องปฏิกรณ์ การปล่อยความร้อนจะเกิดขึ้นทีละน้อยและสามารถควบคุมได้ ตรงกันข้ามกับระเบิดปรมาณู ซึ่งจะเกิดขึ้นทันทีและมีลักษณะเป็นการระเบิด

เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วบางประเภทไม่ต้องการตัวหน่วง

3. ระบบการกำกับดูแล

บุคคลควรจะสามารถทำให้เกิด ควบคุม และหยุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้ตามต้องการ ซึ่งทำได้โดยการใช้แท่งควบคุมที่ทำจากเหล็กโบรอนหรือแคดเมียม ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความสามารถในการดูดซับนิวตรอน ขึ้นอยู่กับความลึกที่แท่งควบคุมถูกลดระดับลงในเครื่องปฏิกรณ์ จำนวนนิวตรอนในแกนกลางจะเพิ่มขึ้นหรือลดลง ซึ่งทำให้สามารถควบคุมกระบวนการได้ในท้ายที่สุด แท่งควบคุมถูกควบคุมโดยอัตโนมัติโดยกลไกเซอร์โว แท่งเหล่านี้บางส่วนในกรณีที่เกิดอันตรายสามารถตกลงไปในแกนกลางได้ทันที

ในตอนแรก แสดงความกลัวว่าการระเบิดของเครื่องปฏิกรณ์จะสร้างความเสียหายเช่นเดียวกับการระเบิดของระเบิดปรมาณู เพื่อพิสูจน์ว่าการระเบิดของเครื่องปฏิกรณ์เกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่แตกต่างจากปกติเท่านั้น และไม่ก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงต่อประชากรที่อาศัยอยู่ในบริเวณใกล้เคียงของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ชาวอเมริกันจึงจงใจเป่าเครื่องปฏิกรณ์ที่เรียกว่า "กำลังเดือด" ขึ้นเครื่องหนึ่ง อันที่จริง มีการระเบิดที่เราสามารถอธิบายลักษณะเป็น "คลาสสิก" นั่นคือไม่ใช่นิวเคลียร์ นี่เป็นการพิสูจน์อีกครั้งว่าสามารถสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้ใกล้กับพื้นที่ที่มีประชากรอาศัยอยู่โดยไม่มีอันตรายใดๆ

4. ระบบระบายความร้อน

ในกระบวนการแตกตัวของนิวเคลียร์ พลังงานจำนวนหนึ่งจะถูกปลดปล่อยออกมา ซึ่งจะถูกถ่ายโอนไปยังผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวและเป็นผลให้เกิดนิวตรอน พลังงานนี้จะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนอันเป็นผลมาจากการชนกันของนิวตรอนจำนวนมาก ดังนั้น เพื่อป้องกันไม่ให้เครื่องปฏิกรณ์ล้มเหลวอย่างรวดเร็ว ความร้อนจะต้องถูกกำจัดออกไป ในเครื่องปฏิกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อผลิตไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี ความร้อนนี้จะไม่ถูกใช้ ในขณะที่ในเครื่องปฏิกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อผลิตพลังงาน ในทางกลับกัน ความร้อนนี้จะกลายเป็นผลิตภัณฑ์หลัก การทำความเย็นสามารถทำได้โดยใช้ก๊าซหรือน้ำ ซึ่งหมุนเวียนอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ภายใต้แรงดันผ่านท่อพิเศษ จากนั้นจะระบายความร้อนด้วยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ความร้อนที่ปล่อยออกมาสามารถใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ไอน้ำที่หมุนกังหันที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า อุปกรณ์ดังกล่าวจะเป็นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

5. หน้าจอป้องกัน

เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบที่เป็นอันตรายของนิวตรอนที่สามารถบินออกจากเครื่องปฏิกรณ์ และป้องกันตัวเองจากรังสีแกมมาที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยา การป้องกันที่เชื่อถือได้จึงเป็นสิ่งจำเป็น นักวิทยาศาสตร์ได้คำนวณว่าเครื่องปฏิกรณ์ที่มีความจุ 100,000 กิโลวัตต์จะปล่อยรังสีกัมมันตภาพรังสีออกมาเป็นจำนวนมากซึ่งบุคคลที่อยู่ห่างจากเครื่องปฏิกรณ์ 100 เมตรจะได้รับใน 2 นาที ปริมาณที่ร้ายแรง เพื่อให้แน่ใจว่ามีการปกป้องบุคลากรที่ให้บริการเครื่องปฏิกรณ์ ผนังสองเมตรถูกสร้างขึ้นจากคอนกรีตพิเศษที่มีแผ่นตะกั่ว

เครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกถูกสร้างขึ้นในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2485 โดยชาวอิตาลีแฟร์มี ภายในสิ้นปี 1955 มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประมาณ 50 เครื่องในโลก (สหรัฐอเมริกา -2 1, อังกฤษ - 4, แคนาดา - 2, ฝรั่งเศส - 2) ในเรื่องนี้ ควรเสริมว่าเมื่อต้นปี พ.ศ. 2499 มีเครื่องปฏิกรณ์อีกประมาณ 50 เครื่องที่ได้รับการออกแบบเพื่อการวิจัยและวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรม (สหรัฐอเมริกา - 23, ฝรั่งเศส - 4, อังกฤษ - 3, แคนาดา - 1)

ประเภทของเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้มีความหลากหลายมาก ตั้งแต่เครื่องปฏิกรณ์แบบนิวตรอนแบบช้าที่มีตัวหน่วงแกรไฟต์และยูเรเนียมธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง ไปจนถึงเครื่องปฏิกรณ์แบบนิวตรอนแบบเร็วที่ใช้ยูเรเนียมที่เสริมสมรรถนะด้วยพลูโทเนียมหรือยูเรเนียม 233 ที่ได้จากทอเรียมเป็นเชื้อเพลิง

นอกจากสองประเภทที่ตรงข้ามกันนี้แล้ว ยังมีเครื่องปฏิกรณ์อีกจำนวนหนึ่งที่มีความแตกต่างกันทั้งในองค์ประกอบของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ หรือในประเภทของตัวกลั่นกรอง หรือในสารหล่อเย็น

เป็นสิ่งสำคัญมากที่จะต้องทราบว่าแม้ว่าผู้เชี่ยวชาญในทุกประเทศจะศึกษาด้านทฤษฎีของประเด็นนี้เป็นอย่างดีแล้ว แต่ในทางปฏิบัติแล้ว ประเทศต่างๆ ก็ยังไม่ถึงระดับเดียวกัน สหรัฐอเมริกาและรัสเซียนำหน้าประเทศอื่นๆ เป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าอนาคตของพลังงานปรมาณูจะขึ้นอยู่กับความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเป็นหลัก

จากหนังสือ The Amazing World Inside the Atomic Nucleus [บรรยายสำหรับเด็กนักเรียน] ผู้เขียน Ivanov Igor Pierovich

อุปกรณ์ของ LHC collider ตอนนี้บางภาพ Collider คือเครื่องเร่งอนุภาคที่ชนกัน ที่นั่นอนุภาคเร่งความเร็วไปตามวงแหวนสองวงและชนกัน นี่คือสถานที่ทดลองที่ใหญ่ที่สุดในโลก เพราะความยาวของวงแหวนนี้ - อุโมงค์ -

จากหนังสือ The Latest Book of Facts. เล่ม 3 [ฟิสิกส์ เคมี และเทคโนโลยี. ประวัติศาสตร์และโบราณคดี. เบ็ดเตล็ด] ผู้เขียน Kondrashov Anatoly Pavlovich

จากหนังสือ ปัญหาปรมาณู โดย Ren Philip

จากเล่ม 5b. ไฟฟ้าและแม่เหล็ก ผู้เขียน Feynman Richard Phillips

จากหนังสือของผู้เขียน

บทที่ VIII หลักการทำงานและความสามารถของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ I. การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักห้าประการต่อไปนี้: 1) เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ 2) โมเดอเรเตอร์นิวตรอน 3) ระบบควบคุม 4) ระบบระบายความร้อน ; 5) ป้องกัน

จากหนังสือของผู้เขียน

บทที่ 11 อุปกรณ์ภายในของไดอิเล็กทริก §1 ไดโพลโมเลกุล§2. โพลาไรซ์อิเล็กทรอนิกส์§3 โมเลกุลของขั้ว โพลาไรเซชันการวางแนว§4. สนามไฟฟ้าในช่องว่างของไดอิเล็กทริก §5 ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของของเหลว สูตรของคลอเซียส - Mossotti§6

สำหรับคนธรรมดา อุปกรณ์ไฮเทคสมัยใหม่มีความลึกลับและลี้ลับมากจนสมควรที่จะบูชาอุปกรณ์เหล่านี้ เนื่องจากในสมัยโบราณบูชาฟ้าผ่า บทเรียนฟิสิกส์ของโรงเรียนที่เต็มไปด้วยการคำนวณทางคณิตศาสตร์ไม่แก้ปัญหา แต่เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะเล่าเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งหลักการทำงานนั้นชัดเจนแม้กระทั่งสำหรับวัยรุ่น

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำงานอย่างไร?

หลักการทำงานของอุปกรณ์ไฮเทคนี้มีดังนี้:

เมื่อนิวตรอนถูกดูดกลืน เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ยูเรเนียม-235หรือ พลูโทเนียม-239) การแบ่งนิวเคลียสของอะตอมเกิดขึ้น
พลังงานจลน์ รังสีแกมมา และนิวตรอนอิสระถูกปล่อยออกมา
พลังงานจลน์จะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน (เมื่อนิวเคลียสชนกับอะตอมโดยรอบ) รังสีแกมมาจะถูกดูดซับโดยเครื่องปฏิกรณ์เองและถูกเปลี่ยนเป็นความร้อนด้วย
นิวตรอนที่สร้างขึ้นบางส่วนถูกอะตอมของเชื้อเพลิงดูดซับ ซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ เพื่อควบคุมจะใช้ตัวดูดซับนิวตรอนและตัวหน่วง;
ด้วยความช่วยเหลือของสารหล่อเย็น (น้ำ ก๊าซ หรือโซเดียมเหลว) ความร้อนจะถูกลบออกจากบริเวณที่เกิดปฏิกิริยา
ไอน้ำแรงดันจากน้ำอุ่นใช้ขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ
ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานกลของการหมุนของกังหันจะถูกแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าสลับ

แนวทางการจัดหมวดหมู่

มีหลายสาเหตุสำหรับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์:

ตามประเภทของปฏิกิริยานิวเคลียร์. ฟิชชัน (การติดตั้งเชิงพาณิชย์ทั้งหมด) หรือฟิวชัน (พลังงานความร้อนนิวเคลียร์ แพร่หลายในสถาบันวิจัยบางแห่งเท่านั้น)
By น้ำหล่อเย็น. ในกรณีส่วนใหญ่ น้ำ (เดือดหรือหนัก) ถูกใช้เพื่อการนี้ บางครั้งใช้สารละลายทางเลือก: โลหะเหลว (โซเดียม, โลหะผสมตะกั่ว-บิสมัท, ปรอท), แก๊ส (ฮีเลียม, คาร์บอนไดออกไซด์หรือไนโตรเจน), เกลือหลอมเหลว (เกลือฟลูออไรด์);
ตามรุ่น.อย่างแรกคือต้นแบบรุ่นแรกๆ ซึ่งไม่สมเหตุสมผลในเชิงพาณิชย์ ประการที่สองคือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันซึ่งสร้างขึ้นก่อนปี 2539 รุ่นที่สามแตกต่างจากรุ่นก่อนหน้าในการปรับปรุงเล็กน้อยเท่านั้น งานในรุ่นที่สี่ยังคงดำเนินการอยู่
ตามสภาพโดยรวมเชื้อเพลิง (ก๊าซยังคงมีอยู่บนกระดาษเท่านั้น);
ตามวัตถุประสงค์การใช้งาน(สำหรับการผลิตไฟฟ้า การสตาร์ทเครื่องยนต์ การผลิตไฮโดรเจน การแยกเกลือออกจากน้ำทะเล การเปลี่ยนองค์ประกอบ การได้รับรังสีประสาท วัตถุประสงค์ทางทฤษฎีและการวิจัย)

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ส่วนประกอบหลักของเครื่องปฏิกรณ์ในโรงไฟฟ้าส่วนใหญ่ ได้แก่

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ - สารที่จำเป็นสำหรับการผลิตความร้อนสำหรับกังหันพลังงาน (โดยปกติคือยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำ)
โซนแอคทีฟของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ - นี่คือที่ที่เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์
ตัวหน่วงนิวตรอน - ลดความเร็วของนิวตรอนเร็ว เปลี่ยนเป็นนิวตรอนความร้อน
แหล่งกำเนิดนิวตรอน - ใช้สำหรับการเปิดตัวปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เชื่อถือได้และเสถียร
ตัวดูดซับนิวตรอน - มีให้ในโรงไฟฟ้าบางแห่งเพื่อลดปฏิกิริยาสูงของเชื้อเพลิงสด
ปืนครกนิวตรอน - ใช้เพื่อเริ่มต้นปฏิกิริยาอีกครั้งหลังจากถูกปิด
น้ำหล่อเย็น (น้ำบริสุทธิ์);
แท่งควบคุม - เพื่อควบคุมอัตราการแตกตัวของยูเรเนียมหรือนิวเคลียสพลูโทเนียม
ปั๊มน้ำ - สูบน้ำไปยังหม้อไอน้ำ
กังหันไอน้ำ - แปลงพลังงานความร้อนของไอน้ำเป็นพลังงานกลแบบหมุน
คูลลิ่งทาวเวอร์ - อุปกรณ์สำหรับขจัดความร้อนส่วนเกินสู่ชั้นบรรยากาศ
ระบบรับและจัดเก็บกากกัมมันตภาพรังสี
ระบบความปลอดภัย (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลฉุกเฉิน อุปกรณ์สำหรับระบายความร้อนแกนฉุกเฉิน)

รุ่นล่าสุดทำงานอย่างไร

เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ 4 ล่าสุดจะพร้อมสำหรับการดำเนินการเชิงพาณิชย์ ไม่เกินปี 2030. ปัจจุบันหลักการและการจัดวางงานอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา ตามข้อมูลปัจจุบัน การปรับเปลี่ยนเหล่านี้จะแตกต่างจากรุ่นที่มีอยู่ในนั้น ประโยชน์:

ระบบระบายความร้อนด้วยแก๊สอย่างรวดเร็ว สันนิษฐานว่าจะใช้ฮีเลียมเป็นสารหล่อเย็น ตามเอกสารการออกแบบ เครื่องปฏิกรณ์ที่มีอุณหภูมิ 850 °C สามารถระบายความร้อนด้วยวิธีนี้ ในการทำงานที่อุณหภูมิสูงเช่นนี้ จำเป็นต้องใช้วัตถุดิบเฉพาะ เช่น วัสดุเซรามิกคอมโพสิตและสารประกอบแอคติไนด์
สามารถใช้ตะกั่วหรือโลหะผสมตะกั่ว-บิสมัทเป็นสารหล่อเย็นหลักได้ วัสดุเหล่านี้มีการดูดซึมนิวตรอนต่ำและมีจุดหลอมเหลวค่อนข้างต่ำ
นอกจากนี้ยังสามารถใช้ส่วนผสมของเกลือหลอมเหลวเป็นสารหล่อเย็นหลักได้ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าแบบระบายความร้อนด้วยน้ำที่ทันสมัย

ความคล้ายคลึงตามธรรมชาติในธรรมชาติ

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ถูกมองว่าเป็นผลิตภัณฑ์ของเทคโนโลยีชั้นสูงเท่านั้น อย่างไรก็ตามในความเป็นจริงครั้งแรก ตัวเครื่องมีแหล่งกำเนิดจากธรรมชาติ. มันถูกค้นพบในภูมิภาค Oklo ในรัฐกาบองของแอฟริกากลาง:

เครื่องปฏิกรณ์ถูกสร้างขึ้นเนื่องจากการท่วมของหินยูเรเนียมด้วยน้ำใต้ดิน พวกเขาทำหน้าที่เป็นโมเดอเรเตอร์นิวตรอน
พลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของยูเรเนียมจะเปลี่ยนน้ำให้เป็นไอน้ำ และปฏิกิริยาลูกโซ่จะหยุดลง
หลังจากอุณหภูมิน้ำหล่อเย็นลดลง ทุกอย่างจะเกิดซ้ำอีกครั้ง
หากของเหลวไม่เดือดและหยุดการเกิดปฏิกิริยา มนุษยชาติจะต้องเผชิญกับภัยธรรมชาติครั้งใหม่
การเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันแบบพึ่งพาตนเองได้เริ่มขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์เครื่องนี้เมื่อประมาณหนึ่งล้านห้าพันล้านปีก่อน ในช่วงเวลานี้ มีการจัดสรรกำลังขับประมาณ 0.1 ล้านวัตต์
สิ่งมหัศจรรย์ของโลกบนโลกนี้เป็นสิ่งเดียวเท่านั้นที่รู้ การปรากฏตัวของสิ่งใหม่เป็นไปไม่ได้: สัดส่วนของยูเรเนียม-235 ในวัตถุดิบธรรมชาตินั้นต่ำกว่าระดับที่จำเป็นในการรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่มาก

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในเกาหลีใต้มีกี่เครื่อง?

ยากจนในทรัพยากรธรรมชาติ แต่มีอุตสาหกรรมและมีประชากรมากเกินไป สาธารณรัฐเกาหลีต้องการพลังงานอย่างมาก ท่ามกลางฉากหลังของการปฏิเสธอะตอมที่สงบสุขของเยอรมนี ประเทศนี้มีความหวังสูงในการควบคุมเทคโนโลยีนิวเคลียร์:

มีการวางแผนว่าภายในปี 2578 ส่วนแบ่งการผลิตไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะสูงถึง 60% และการผลิตทั้งหมด - มากกว่า 40 กิกะวัตต์
ประเทศไม่มีอาวุธปรมาณู แต่การวิจัยฟิสิกส์นิวเคลียร์ยังดำเนินต่อไป นักวิทยาศาสตร์เกาหลีได้พัฒนาการออกแบบสำหรับเครื่องปฏิกรณ์สมัยใหม่: โมดูลาร์ ไฮโดรเจน กับโลหะเหลว ฯลฯ.;
ความสำเร็จของนักวิจัยท้องถิ่นทำให้คุณสามารถขายเทคโนโลยีในต่างประเทศได้ คาดว่าในอีก 15-20 ปีข้างหน้าประเทศจะส่งออก 80 หน่วยดังกล่าว
แต่ ณ วันนี้ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ได้ถูกสร้างขึ้นด้วยความช่วยเหลือจากนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันหรือชาวฝรั่งเศส
จำนวนสถานีปฏิบัติการค่อนข้างน้อย (เพียงสี่แห่ง) แต่แต่ละสถานีมีเครื่องปฏิกรณ์จำนวนมากที่มีนัยสำคัญ - ทั้งหมด 40 แห่ง และตัวเลขนี้จะเพิ่มขึ้น

เมื่อถูกทิ้งระเบิดด้วยนิวตรอน เชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะเข้าสู่ปฏิกิริยาลูกโซ่ อันเป็นผลมาจากความร้อนจำนวนมากถูกสร้างขึ้น น้ำในระบบจะนำความร้อนนี้ไปเปลี่ยนเป็นไอน้ำ ซึ่งจะเปลี่ยนกังหันที่ผลิตกระแสไฟฟ้า นี่คือแผนภาพอย่างง่ายของการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่ทรงพลังที่สุดในโลก

วิดีโอ: วิธีการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ในวิดีโอนี้ นักฟิสิกส์นิวเคลียร์ Vladimir Chaikin จะบอกคุณว่าไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อย่างไร โครงสร้างโดยละเอียดของพวกมัน:

พลังงานนิวเคลียร์เป็นวิธีการผลิตไฟฟ้าที่ทันสมัยและรวดเร็ว คุณรู้หรือไม่ว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีการจัดวางอย่างไร? หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คืออะไร? ปัจจุบันมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประเภทใดบ้าง? เราจะพยายามพิจารณารายละเอียดเกี่ยวกับรูปแบบการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เจาะลึกโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และค้นหาว่าวิธีการผลิตไฟฟ้าแบบปรมาณูมีความปลอดภัยเพียงใด

ทุกสถานีเป็นพื้นที่ปิดห่างจากเขตที่อยู่อาศัย มีอาคารหลายหลังในอาณาเขตของตน อาคารที่สำคัญที่สุดคืออาคารเครื่องปฏิกรณ์ ถัดจากนั้นคือห้องโถงกังหันซึ่งใช้ควบคุมเครื่องปฏิกรณ์และอาคารความปลอดภัย

โครงการนี้เป็นไปไม่ได้หากไม่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู (นิวเคลียร์) เป็นอุปกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ซึ่งออกแบบมาเพื่อจัดระเบียบปฏิกิริยาลูกโซ่ของนิวตรอนฟิชชันด้วยการปล่อยพลังงานที่จำเป็นในกระบวนการนี้ แต่หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คืออะไร?

โรงงานเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดตั้งอยู่ในอาคารเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งเป็นหอคอยคอนกรีตขนาดใหญ่ที่ซ่อนเครื่องปฏิกรณ์ไว้ และในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ จะมีผลิตภัณฑ์ทั้งหมดของปฏิกิริยานิวเคลียร์ หอคอยขนาดใหญ่นี้เรียกว่ากักกัน เปลือกปิดหรือกักกัน

เขตกักกันในเครื่องปฏิกรณ์ใหม่มี 2 ผนังคอนกรีตหนา - เปลือก
เปลือกนอกหนา 80 ซม. ปกป้องพื้นที่กักเก็บจากอิทธิพลภายนอก

เปลือกชั้นในที่มีความหนา 1 เมตร 20 ซม. มีสายเหล็กพิเศษอยู่ในตัวอุปกรณ์ ซึ่งเพิ่มความแข็งแรงของคอนกรีตได้เกือบสามเท่าและจะไม่ยอมให้โครงสร้างพัง ด้านในบุด้วยแผ่นเหล็กพิเศษบางๆ ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้เป็นการป้องกันเพิ่มเติมสำหรับการกักกัน และในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ จะป้องกันไม่ให้สิ่งที่บรรจุอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ถูกปล่อยออกมานอกพื้นที่กักกัน

อุปกรณ์ดังกล่าวของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สามารถทนต่อการตกของเครื่องบินที่มีน้ำหนักมากถึง 200 ตัน แผ่นดินไหวขนาด 8 แมกนิจูด ทอร์นาโดและสึนามิ

ตู้อัดแรงดันเครื่องแรกถูกสร้างขึ้นที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของอเมริกา Connecticut Yankee ในปี 1968

ความสูงรวมของพื้นที่กักกันคือ 50-60 เมตร

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำมาจากอะไร?

เพื่อให้เข้าใจหลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และด้วยเหตุนี้หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ คุณต้องเข้าใจส่วนประกอบของเครื่องปฏิกรณ์

โซนที่ใช้งาน นี่คือบริเวณที่วางเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (ตัวปล่อยความร้อน) และผู้กลั่นกรอง อะตอมของเชื้อเพลิง (ส่วนใหญ่มักเป็นยูเรเนียมเป็นเชื้อเพลิง) ทำปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชัน โมเดอเรเตอร์ได้รับการออกแบบมาเพื่อควบคุมกระบวนการฟิชชัน และช่วยให้คุณทำปฏิกิริยาที่ต้องการในแง่ของความเร็วและความแข็งแรง
ตัวสะท้อนแสงนิวตรอน ตัวสะท้อนแสงล้อมรอบโซนแอคทีฟ ประกอบด้วยเนื้อหาเดียวกันกับผู้กลั่นกรอง นี่คือกล่องที่มีจุดประสงค์หลักเพื่อป้องกันไม่ให้นิวตรอนออกจากแกนกลางและเข้าไปในสิ่งแวดล้อม
น้ำหล่อเย็น สารหล่อเย็นจะต้องดูดซับความร้อนที่ปล่อยออกมาในระหว่างการแตกตัวของอะตอมเชื้อเพลิงและถ่ายโอนไปยังสารอื่น น้ำหล่อเย็นส่วนใหญ่จะกำหนดวิธีการออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ น้ำหล่อเย็นที่นิยมมากที่สุดในปัจจุบันคือน้ำ
ระบบควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ เซ็นเซอร์และกลไกที่ทำให้เครื่องปฏิกรณ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานจริง

เชื้อเพลิงสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำอะไร? เชื้อเพลิงสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีคุณสมบัติกัมมันตภาพรังสี ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมด ยูเรเนียมเป็นองค์ประกอบดังกล่าว

การออกแบบสถานีบอกเป็นนัยว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใช้เชื้อเพลิงคอมโพสิตที่ซับซ้อน ไม่ใช่องค์ประกอบทางเคมีบริสุทธิ์ และเพื่อที่จะสกัดเชื้อเพลิงยูเรเนียมจากยูเรเนียมธรรมชาติซึ่งบรรจุลงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ คุณต้องดำเนินการหลายอย่าง

ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ

ยูเรเนียมประกอบด้วยไอโซโทปสองไอโซโทป นั่นคือ ประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีมวลต่างกัน ตั้งชื่อตามจำนวนโปรตอนและนิวตรอน ไอโซโทป -235 และไอโซโทป-238 นักวิจัยแห่งศตวรรษที่ 20 เริ่มสกัดยูเรเนียม 235 ออกจากแร่เพราะ มันง่ายกว่าที่จะย่อยสลายและเปลี่ยนรูป ปรากฎว่ามีเพียง 0.7% ของยูเรเนียมในธรรมชาติ (เปอร์เซ็นต์ที่เหลือไปที่ไอโซโทปที่ 238)

จะทำอย่างไรในกรณีนี้? พวกเขาตัดสินใจที่จะเสริมสมรรถนะยูเรเนียม การเสริมคุณค่าของยูเรเนียมเป็นกระบวนการเมื่อมีไอโซโทป 235x ที่จำเป็นจำนวนมากและไอโซโทป 238x ที่ไม่จำเป็นเหลืออยู่เพียงเล็กน้อย งานของสารเสริมสมรรถนะยูเรเนียมคือการผลิตยูเรเนียม-235 เกือบ 100% จาก 0.7%

ยูเรเนียมสามารถเสริมสมรรถนะได้โดยใช้สองเทคโนโลยี - การกระจายก๊าซหรือการหมุนเหวี่ยงของแก๊ส สำหรับการใช้งาน ยูเรเนียมที่สกัดจากแร่จะถูกแปลงเป็นสถานะก๊าซ ในรูปของก๊าซจะอุดม

ผงยูเรเนียม

ก๊าซยูเรเนียมเสริมสมรรถนะจะถูกแปลงเป็นสถานะของแข็ง - ยูเรเนียมไดออกไซด์ ยูเรเนียมแข็งบริสุทธิ์ 235 นี้ดูเหมือนผลึกสีขาวขนาดใหญ่ที่ถูกบดให้เป็นผงยูเรเนียมในเวลาต่อมา

เม็ดยูเรเนียม

เม็ดยูเรเนียมเป็นแหวนรองโลหะแข็ง ยาวสองสามเซนติเมตร เพื่อปั้นเม็ดเม็ดดังกล่าวจากผงยูเรเนียมจะผสมกับสาร - พลาสติไซเซอร์ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพของการอัดเม็ดยา

เครื่องซักผ้าแบบกดอบที่อุณหภูมิ 1200 องศาเซลเซียสเป็นเวลานานกว่าหนึ่งวันเพื่อให้เม็ดมีความแข็งแรงเป็นพิเศษและทนต่ออุณหภูมิสูง วิธีการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยตรงขึ้นอยู่กับว่าเชื้อเพลิงยูเรเนียมถูกบีบอัดและอบได้ดีเพียงใด

แท็บเล็ตอบในกล่องโมลิบดีนัมเพราะ มีเพียงโลหะนี้เท่านั้นที่ไม่สามารถละลายที่อุณหภูมิ "นรก" ได้มากกว่าหนึ่งและครึ่งพันองศา หลังจากนั้นเชื้อเพลิงยูเรเนียมสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ก็ถือว่าพร้อม

TVEL และ TVS คืออะไร?

แกนเครื่องปฏิกรณ์ดูเหมือนจานหรือท่อขนาดใหญ่ที่มีรูในผนัง (ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์) ซึ่งใหญ่กว่าร่างกายมนุษย์ถึง 5 เท่า หลุมเหล่านี้มีเชื้อเพลิงยูเรเนียมซึ่งอะตอมทำปฏิกิริยาที่ต้องการ

เป็นไปไม่ได้เลยที่จะทิ้งเชื้อเพลิงลงในเครื่องปฏิกรณ์ หากคุณไม่ต้องการให้สถานีทั้งสถานีระเบิดและเกิดอุบัติเหตุขึ้นซึ่งเป็นผลมาจากรัฐใกล้เคียงสองสามแห่ง ดังนั้นเชื้อเพลิงยูเรเนียมจึงถูกวางลงในแท่งเชื้อเพลิงแล้วรวบรวมในชุดเชื้อเพลิง ตัวย่อเหล่านี้หมายความว่าอย่างไร

TVEL - องค์ประกอบเชื้อเพลิง (อย่าสับสนกับชื่อเดียวกันกับ บริษัท รัสเซียที่ผลิต) อันที่จริงนี่คือท่อเซอร์โคเนียมที่บางและยาวซึ่งทำจากโลหะผสมเซอร์โคเนียมซึ่งวางเม็ดยูเรเนียมไว้ มันอยู่ในแท่งเชื้อเพลิงที่อะตอมของยูเรเนียมเริ่มมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันโดยปล่อยความร้อนระหว่างปฏิกิริยา

เซอร์โคเนียมได้รับเลือกให้เป็นวัสดุสำหรับการผลิตแท่งเชื้อเพลิง เนื่องจากมีคุณสมบัติการหักเหของแสงและป้องกันการกัดกร่อน

ประเภทขององค์ประกอบเชื้อเพลิงขึ้นอยู่กับประเภทและโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์ ตามกฎแล้วโครงสร้างและวัตถุประสงค์ของแท่งเชื้อเพลิงจะไม่เปลี่ยนแปลงความยาวและความกว้างของท่ออาจแตกต่างกัน

เครื่องจักรบรรจุเม็ดยูเรเนียมมากกว่า 200 เม็ดลงในหลอดเซอร์โคเนียมหนึ่งหลอด โดยรวมแล้ว เม็ดยูเรเนียมประมาณ 10 ล้านเม็ดทำงานพร้อมกันในเครื่องปฏิกรณ์
FA - การประกอบเชื้อเพลิง พนักงาน NPP เรียกชุดประกอบเชื้อเพลิง

อันที่จริงนี่คือ TVEL หลายตัวที่ยึดเข้าด้วยกัน ส่วนประกอบเชื้อเพลิงเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์สำเร็จรูป ซึ่งเป็นสิ่งที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ดำเนินการอยู่ เป็นส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่บรรจุลงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ มีการประกอบเชื้อเพลิงประมาณ 150 - 400 ชิ้นในเครื่องปฏิกรณ์เครื่องเดียว
ขึ้นอยู่กับเครื่องปฏิกรณ์ที่ประกอบเชื้อเพลิงจะทำงาน พวกมันมาในรูปทรงที่แตกต่างกัน บางครั้งมัดรวมกันเป็นลูกบาศก์ บางครั้งก็เป็นรูปทรงกระบอก บางครั้งก็เป็นรูปหกเหลี่ยม

การประกอบเชื้อเพลิงหนึ่งครั้งเป็นเวลา 4 ปีของการทำงานสร้างพลังงานในปริมาณเท่ากันกับการเผาไหม้ถ่านหิน 670 เกวียน, 730 ถังที่ใช้ก๊าซธรรมชาติหรือ 900 ถังที่บรรจุน้ำมัน
ปัจจุบันนี้การผลิตส่วนประกอบเชื้อเพลิงส่วนใหญ่ผลิตขึ้นที่โรงงานในรัสเซีย ฝรั่งเศส สหรัฐอเมริกา และญี่ปุ่น

เพื่อส่งเชื้อเพลิงสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไปยังประเทศอื่น ส่วนประกอบเชื้อเพลิงจะถูกปิดผนึกในท่อโลหะที่ยาวและกว้าง อากาศจะถูกสูบออกจากท่อและส่งมอบบนเครื่องบินขนส่งสินค้าด้วยเครื่องจักรพิเศษ

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์สำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีน้ำหนักมาก tk ยูเรเนียมเป็นหนึ่งในโลหะที่หนักที่สุดในโลก ความถ่วงจำเพาะของมันคือ 2.5 เท่าของเหล็ก

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์: หลักการทำงาน

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คืออะไร? หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาลูกโซ่ของการแตกตัวของอะตอมของสารกัมมันตภาพรังสี - ยูเรเนียม ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในแกนกลางของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

สิ่งสำคัญคือต้องรู้:

หากคุณไม่เข้าไปในความซับซ้อนของฟิสิกส์นิวเคลียร์ หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะมีลักษณะดังนี้:
หลังจากที่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เริ่มทำงาน แท่งดูดซับจะถูกลบออกจากแท่งเชื้อเพลิง ซึ่งป้องกันไม่ให้ยูเรเนียมทำปฏิกิริยา

ทันทีที่ถอดแท่งออก ยูเรเนียมนิวตรอนจะเริ่มมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน

เมื่อนิวตรอนชนกัน การระเบิดขนาดเล็กจะเกิดขึ้นที่ระดับอะตอม พลังงานจะถูกปล่อยออกมาและนิวตรอนใหม่จะถือกำเนิดขึ้น ปฏิกิริยาลูกโซ่จะเริ่มเกิดขึ้น กระบวนการนี้ปล่อยความร้อน

ความร้อนจะถูกถ่ายเทไปยังสารหล่อเย็น มันจะกลายเป็นไอน้ำหรือก๊าซซึ่งหมุนกังหันทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของสารหล่อเย็น

กังหันขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แท้จริงแล้วเขาเป็นคนที่ผลิตกระแสไฟฟ้า

ถ้าคุณไม่ปฏิบัติตามกระบวนการ ยูเรเนียมนิวตรอนสามารถชนกันจนกว่าเครื่องปฏิกรณ์จะระเบิดและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมดจะถูกเป่าให้เป็นเหล็ก เซ็นเซอร์คอมพิวเตอร์ควบคุมกระบวนการ ตรวจจับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นหรือการเปลี่ยนแปลงความดันในเครื่องปฏิกรณ์และสามารถหยุดปฏิกิริยาได้โดยอัตโนมัติ

อะไรคือความแตกต่างระหว่างหลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และโรงไฟฟ้าพลังความร้อน (โรงไฟฟ้าพลังความร้อน)?

ความแตกต่างในการทำงานอยู่ในขั้นตอนแรกเท่านั้น ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ สารหล่อเย็นจะได้รับความร้อนจากการแตกตัวของอะตอมของเชื้อเพลิงยูเรเนียม ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน สารหล่อเย็นจะได้รับความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงอินทรีย์ (ถ่านหิน ก๊าซ หรือน้ำมัน) หลังจากที่อะตอมของยูเรเนียมหรือก๊าซที่มีถ่านหินได้ปล่อยความร้อนแล้ว แผนการดำเนินงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และโรงไฟฟ้าพลังความร้อนก็เหมือนกัน

ประเภทของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

วิธีการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขึ้นอยู่กับการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ปัจจุบันมีเครื่องปฏิกรณ์สองประเภทหลัก ซึ่งจำแนกตามสเปกตรัมของเซลล์ประสาท:
เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนช้าหรือที่เรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์ความร้อน

สำหรับการใช้งานนั้นใช้ยูเรเนียม 235 ตัวซึ่งผ่านขั้นตอนการเสริมสมรรถนะการสร้างเม็ดยูเรเนียมเป็นต้น ปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนช้าเป็นส่วนใหญ่
เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว

เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้เป็นอนาคตเพราะ พวกเขาทำงานกับยูเรเนียม -238 ซึ่งมีค่าเล็กน้อยในธรรมชาติและไม่จำเป็นต้องเสริมองค์ประกอบนี้ ข้อเสียของเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวอยู่ที่ต้นทุนที่สูงมากสำหรับการออกแบบ การก่อสร้าง และการเปิดตัวเท่านั้น ปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วทำงานเฉพาะในรัสเซียเท่านั้น

สารหล่อเย็นในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วคือ ปรอท แก๊ส โซเดียม หรือตะกั่ว

เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนแบบช้าซึ่งปัจจุบันใช้โดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทุกแห่งในโลก ก็มีหลายประเภทเช่นกัน

องค์กร IAEA (สำนักงานพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ) ได้สร้างการจำแนกประเภทของตัวเองซึ่งใช้บ่อยที่สุดในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ของโลก เนื่องจากหลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับทางเลือกของสารหล่อเย็นและผู้กลั่นกรอง IAEA จึงจัดหมวดหมู่ตามความแตกต่างเหล่านี้

จากมุมมองทางเคมี ดิวเทอเรียมออกไซด์เป็นตัวหน่วงและสารหล่อเย็นในอุดมคติเพราะ อะตอมของมันมีปฏิสัมพันธ์กับนิวตรอนของยูเรเนียมได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดเมื่อเทียบกับสารอื่นๆ พูดง่ายๆ ว่าน้ำหนักที่มากจะทำงานโดยสูญเสียน้อยที่สุดและให้ผลลัพธ์สูงสุด อย่างไรก็ตาม การผลิตต้องใช้เงิน ในขณะที่การใช้ "แสง" ปกติและน้ำที่คุ้นเคยสำหรับเราง่ายกว่ามาก

ข้อเท็จจริงบางประการเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ปร...

เป็นที่น่าสนใจว่าเครื่องปฏิกรณ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์หนึ่งเครื่องถูกสร้างขึ้นอย่างน้อย 3 ปี!
ในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ คุณต้องมีอุปกรณ์ที่ใช้กระแสไฟฟ้า 210 กิโลแอมแปร์ ซึ่งมากกว่ากระแสไฟฟ้าที่สามารถฆ่าคนได้เป็นล้านเท่า

หนึ่งเปลือก (องค์ประกอบโครงสร้าง) ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีน้ำหนัก 150 ตัน มี 6 องค์ประกอบดังกล่าวในเครื่องปฏิกรณ์เดียว

เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน

เราได้พบวิธีการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยทั่วไปแล้ว เพื่อที่จะ "จัดการ" เรามาดูกันว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบใช้แรงดันที่ได้รับความนิยมมากที่สุดทำงานอย่างไร
ปัจจุบันมีการใช้เครื่องปฏิกรณ์แรงดันน้ำรุ่น 3+ ทั่วโลก ถือว่าเชื่อถือได้และปลอดภัยที่สุด

เครื่องปฏิกรณ์แรงดันน้ำทั้งหมดในโลกตลอดหลายปีที่ผ่านมาของการดำเนินงานทั้งหมดได้รับการจัดการเพื่อให้ได้รับการดำเนินงานที่ปราศจากปัญหามากกว่า 1,000 ปีและไม่เคยเบี่ยงเบนอย่างจริงจัง

โครงสร้างของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบใช้แรงดันน้ำ บ่งบอกว่าน้ำกลั่นไหลเวียนระหว่างแท่งเชื้อเพลิง ซึ่งได้รับความร้อนถึง 320 องศา เพื่อป้องกันไม่ให้กลายเป็นไอ มันถูกเก็บไว้ภายใต้ความดัน 160 บรรยากาศ โครงการ NPP เรียกว่าน้ำหลัก

น้ำอุ่นเข้าสู่เครื่องกำเนิดไอน้ำและปล่อยความร้อนให้กับน้ำของวงจรทุติยภูมิ หลังจากนั้นจะ "คืน" ไปที่เครื่องปฏิกรณ์อีกครั้ง ภายนอกดูเหมือนว่าท่อของวงจรน้ำหลักสัมผัสกับท่ออื่น ๆ - น้ำของวงจรที่สองจะถ่ายเทความร้อนซึ่งกันและกัน แต่น้ำไม่ได้สัมผัส ท่ออยู่ในการติดต่อ

ดังนั้นจึงไม่รวมถึงความเป็นไปได้ที่รังสีจะเข้าสู่น้ำของวงจรทุติยภูมิซึ่งจะมีส่วนร่วมในกระบวนการผลิตกระแสไฟฟ้าต่อไป

ความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

เมื่อเรียนรู้หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แล้ว เราต้องเข้าใจวิธีการจัดความปลอดภัย การออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบันต้องให้ความสำคัญกับกฎความปลอดภัยมากขึ้น
ค่าใช้จ่ายด้านความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อยู่ที่ประมาณ 40% ของต้นทุนทั้งหมดของโรงงานเอง

โครงการ NPP ประกอบด้วยอุปสรรคทางกายภาพ 4 ประการที่ป้องกันการปล่อยสารกัมมันตภาพรังสี อุปสรรคเหล่านี้ควรทำอย่างไร? ในเวลาที่เหมาะสม สามารถหยุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการระบายความร้อนออกจากแกนกลางและเครื่องปฏิกรณ์เองอย่างต่อเนื่อง และป้องกันการปลดปล่อยนิวไคลด์กัมมันตรังสีออกจากกักกัน (เขตกักกัน)

อุปสรรคประการแรกคือความแข็งแรงของเม็ดยูเรเนียมสิ่งสำคัญคือต้องไม่ยุบตัวภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ในหลาย ๆ ด้าน วิธีการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขึ้นอยู่กับว่าเม็ดยูเรเนียมถูก "อบ" ในขั้นตอนเริ่มต้นของการผลิตอย่างไร หากเม็ดเชื้อเพลิงยูเรเนียมถูกอบอย่างไม่ถูกต้อง ปฏิกิริยาของอะตอมยูเรเนียมในเครื่องปฏิกรณ์จะคาดเดาไม่ได้
อุปสรรคที่สองคือความหนาแน่นของแท่งเชื้อเพลิงท่อเซอร์โคเนียมต้องปิดผนึกอย่างแน่นหนา หากความหนาแน่นแตก อย่างดีที่สุด เครื่องปฏิกรณ์จะเสียหายและหยุดทำงาน ที่แย่ที่สุด ทุกอย่างจะลอยขึ้นไปในอากาศ
อุปสรรคที่สามคือถังปฏิกรณ์เหล็กที่แข็งแกร่ง a, (หอคอยขนาดใหญ่เดียวกันนั้น - พื้นที่กักกัน) ซึ่ง "เก็บ" กระบวนการกัมมันตภาพรังสีทั้งหมดไว้ในตัวมันเอง ตัวถังเสียหาย - รังสีจะถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ
อุปสรรคที่สี่คือแท่งป้องกันฉุกเฉินเหนือโซนแอคทีฟ แท่งแม่เหล็กที่มีตัวหน่วงจะแขวนอยู่บนแม่เหล็ก ซึ่งสามารถดูดซับนิวตรอนทั้งหมดได้ภายใน 2 วินาทีและหยุดปฏิกิริยาลูกโซ่

หากแม้จะสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีการป้องกันหลายระดับแล้ว ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะทำให้แกนเครื่องปฏิกรณ์เย็นลงในเวลาที่เหมาะสม และอุณหภูมิเชื้อเพลิงสูงขึ้นถึง 2600 องศา ความหวังสุดท้ายของระบบความปลอดภัยก็เข้ามามีบทบาท - กับดักที่เรียกว่าละลาย

ความจริงก็คือที่อุณหภูมิดังกล่าว ก้นของถังปฏิกรณ์จะละลาย และเศษซากของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และโครงสร้างที่หลอมเหลวทั้งหมดจะไหลเข้าสู่ "แก้ว" พิเศษที่แขวนอยู่เหนือแกนเครื่องปฏิกรณ์

กับดักหลอมเหลวถูกแช่เย็นและทนไฟ เต็มไปด้วยสิ่งที่เรียกว่า "วัสดุสังเวย" ซึ่งค่อยๆ หยุดปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชัน

ดังนั้น โครงการ NPP จึงแสดงถึงระดับการป้องกันหลายระดับ ซึ่งแทบไม่ครอบคลุมความเป็นไปได้ที่จะเกิดอุบัติเหตุเลย

อุปกรณ์และหลักการทำงาน

กลไกการปลดปล่อยพลังงาน

การเปลี่ยนแปลงของสารจะมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานอิสระเฉพาะในกรณีที่สารมีพลังงานสำรอง หลังหมายความว่าอนุภาคขนาดเล็กของสารอยู่ในสถานะที่มีพลังงานพักมากกว่าในสถานะอื่นที่เป็นไปได้ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงที่มีอยู่ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติมักถูกป้องกันโดยอุปสรรคด้านพลังงาน เพื่อเอาชนะซึ่งอนุภาคขนาดเล็กจะต้องได้รับพลังงานจำนวนหนึ่งจากภายนอก นั่นคือพลังงานแห่งการกระตุ้น ปฏิกิริยา exoenergetic ประกอบด้วยความจริงที่ว่าในการเปลี่ยนแปลงหลังจากการกระตุ้น พลังงานจะถูกปล่อยออกมามากกว่าที่จำเป็นเพื่อกระตุ้นกระบวนการ มีสองวิธีในการเอาชนะอุปสรรคด้านพลังงาน: เนื่องจากพลังงานจลน์ของอนุภาคที่ชนกัน หรือเนื่องจากพลังงานยึดเหนี่ยวของอนุภาคที่มา

หากเราคำนึงถึงมาตราส่วนมหภาคของการปลดปล่อยพลังงาน พลังงานจลน์ที่จำเป็นสำหรับการกระตุ้นปฏิกิริยาจะต้องมีอนุภาคของสารทั้งหมดหรืออย่างน้อยในตอนแรก สิ่งนี้สามารถทำได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิของตัวกลางให้เป็นค่าที่พลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนเข้าใกล้ค่าของเกณฑ์พลังงานที่จำกัดกระบวนการของกระบวนการ ในกรณีของการเปลี่ยนแปลงระดับโมเลกุล กล่าวคือ ปฏิกิริยาเคมี การเพิ่มขึ้นดังกล่าวมักจะเป็นหลายร้อยเคลวิน ในขณะที่ในกรณีของปฏิกิริยานิวเคลียร์ อย่างน้อย 10 7 อันเนื่องมาจากความสูงที่สูงมากของอุปสรรคคูลอมบ์ของการชนกันของนิวเคลียส ในทางปฏิบัติแล้ว การกระตุ้นด้วยความร้อนของปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้ดำเนินการเฉพาะในการสังเคราะห์นิวเคลียสที่เบาที่สุดเท่านั้น โดยที่อุปสรรคคูลอมบ์มีน้อยที่สุด (การหลอมละลายด้วยความร้อน)

การกระตุ้นด้วยอนุภาคที่เชื่อมเข้าด้วยกันไม่ต้องการพลังงานจลน์ขนาดใหญ่ ดังนั้นจึงไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของตัวกลาง เนื่องจากมันเกิดขึ้นเนื่องจากพันธะที่ไม่ได้ใช้ซึ่งมีอยู่ในอนุภาคของแรงดึงดูด แต่ในทางกลับกัน อนุภาคเองก็จำเป็นต้องกระตุ้นปฏิกิริยา และถ้าเรานึกขึ้นได้อีกครั้งว่าไม่ใช่ปฏิกิริยาแยกจากกัน แต่เป็นการผลิตพลังงานในระดับมหภาค สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดขึ้น หลังเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคที่กระตุ้นปฏิกิริยาปรากฏขึ้นอีกครั้งเป็นผลผลิตจากปฏิกิริยา exoenergetic

ออกแบบ

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใด ๆ ประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ ดังต่อไปนี้:

แกนที่มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และผู้กลั่นกรอง
แผ่นสะท้อนแสงนิวตรอนที่ล้อมรอบแกนกลาง
ระบบควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ รวมถึงการป้องกันฉุกเฉิน
ป้องกันรังสี;
ระบบควบคุมระยะไกล

หลักการทำงานทางกายภาพ

ดูบทความหลักด้วย:

สถานะปัจจุบันของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สามารถกำหนดลักษณะโดยปัจจัยการคูณนิวตรอนที่มีประสิทธิผล kหรือการเกิดปฏิกิริยา ρ ซึ่งสัมพันธ์กันด้วยความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้

ค่าเหล่านี้มีลักษณะตามค่าต่อไปนี้:

k> 1 - ปฏิกิริยาลูกโซ่เพิ่มขึ้นตามเวลา เครื่องปฏิกรณ์อยู่ใน วิกฤตยิ่งยวดรัฐ ปฏิกิริยาของมัน ρ > 0;
k < 1 - реакция затухает, реактор - subcritical, ρ < 0;
k = 1, ρ = 0 - จำนวนนิวเคลียร์ฟิชชันคงที่ เครื่องปฏิกรณ์อยู่ในความเสถียร วิกฤตสภาพ.

สภาพวิกฤตของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์:

, ที่ไหน

การแปลงปัจจัยการคูณให้เป็นเอกภาพทำได้โดยการทำให้การคูณนิวตรอนสมดุลกับการสูญเสีย มีเหตุผลสองประการสำหรับการสูญเสีย: การดักจับโดยไม่เกิดฟิชชันและการรั่วไหลของนิวตรอนนอกสื่อผสมพันธุ์

แน่นอน 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 สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ความร้อนสามารถกำหนดได้โดยสิ่งที่เรียกว่า "สูตร 4 ปัจจัย":

, ที่ไหน

η คือผลผลิตนิวตรอนต่อการดูดกลืนสองครั้ง

ปริมาตรของเครื่องปฏิกรณ์พลังงานสมัยใหม่สามารถเข้าถึงหลายร้อยลูกบาศก์เมตร และส่วนใหญ่ไม่ได้ถูกกำหนดโดยสภาวะวิกฤต แต่โดยความเป็นไปได้ของการกำจัดความร้อน

ปริมาณวิกฤตเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ - ปริมาตรของแกนเครื่องปฏิกรณ์ในสถานะวิกฤติ มวลวิกฤตคือมวลของวัสดุฟิชไซล์ของเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งอยู่ในสถานะวิกฤต

เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้สารละลายที่เป็นน้ำของเกลือของไอโซโทปฟิชไซล์บริสุทธิ์ที่มีตัวสะท้อนนิวตรอนในน้ำมีมวลวิกฤตต่ำสุด สำหรับ 235 U มวลนี้คือ 0.8 กก. สำหรับ 239 Pu คือ 0.5 กก. อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันอย่างกว้างขวางว่ามวลวิกฤตสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ LOPO (เครื่องปฏิกรณ์ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะเครื่องแรกของโลก) ซึ่งมีตัวสะท้อนแสงเบริลเลียมออกไซด์อยู่ที่ 0.565 กก. แม้ว่าระดับการเสริมสมรรถนะในไอโซโทป 235 จะเพียงเล็กน้อย มากกว่า 14% ตามทฤษฎีแล้ว มวลวิกฤตที่เล็กที่สุดมีค่าเพียง 10 กรัมเท่านั้น

เพื่อลดการรั่วไหลของนิวตรอน แกนกลางจะถูกกำหนดเป็นทรงกลมหรือใกล้เคียงกับรูปร่างทรงกลม เช่น ทรงกระบอกสั้นหรือลูกบาศก์ เนื่องจากตัวเลขเหล่านี้มีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรน้อยที่สุด

แม้ว่าค่า (e - 1) มักจะน้อย แต่บทบาทของการคูณนิวตรอนเร็วนั้นค่อนข้างใหญ่ เนื่องจากสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดใหญ่ (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

ในการเริ่มต้นปฏิกิริยาลูกโซ่ โดยปกติแล้วจะมีการผลิตนิวตรอนเพียงพอในระหว่างการแตกตัวที่เกิดขึ้นเองของนิวเคลียสของยูเรเนียม นอกจากนี้ยังสามารถใช้แหล่งนิวตรอนจากภายนอกเพื่อเริ่มต้นเครื่องปฏิกรณ์ ตัวอย่างเช่น ส่วนผสมของและหรือสารอื่นๆ

หลุมไอโอดีน

บทความหลัก: หลุมไอโอดีน

หลุมไอโอดีน - สถานะของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หลังจากที่มันถูกปิดตัวลง โดดเด่นด้วยการสะสมของไอโซโทปซีนอนอายุสั้น กระบวนการนี้นำไปสู่ลักษณะชั่วคราวของการเกิดปฏิกิริยาเชิงลบที่มีนัยสำคัญ ซึ่งทำให้ไม่สามารถนำเครื่องปฏิกรณ์ไปสู่ความสามารถในการออกแบบในช่วงระยะเวลาหนึ่ง (ประมาณ 1-2 วัน)

การจำแนกประเภท

โดยได้รับการแต่งตั้ง

ตามลักษณะการใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบ่งออกเป็น:

เครื่องปฏิกรณ์ไฟฟ้าออกแบบมาเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้าและความร้อนที่ใช้ในภาคพลังงาน เช่นเดียวกับการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล (เครื่องปฏิกรณ์แยกเกลือออกจากน้ำยังจัดอยู่ในประเภทอุตสาหกรรม) เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวส่วนใหญ่ใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ พลังงานความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์พลังงานสมัยใหม่ถึง 5 GW ในกลุ่มแยกต่างหากจัดสรร:
- เครื่องปฏิกรณ์ขนส่งออกแบบมาเพื่อจ่ายพลังงานให้กับเครื่องยนต์ของรถยนต์ กลุ่มการใช้งานที่กว้างที่สุดคือเครื่องปฏิกรณ์ขนส่งทางทะเลที่ใช้กับเรือดำน้ำและภาชนะพื้นผิวต่างๆ เช่นเดียวกับเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในเทคโนโลยีอวกาศ
เครื่องปฏิกรณ์ทดลองออกแบบมาเพื่อศึกษาปริมาณทางกายภาพต่างๆ ค่าที่จำเป็นสำหรับการออกแบบและการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ กำลังของเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวไม่เกินสองสามกิโลวัตต์
เครื่องปฏิกรณ์วิจัยซึ่งฟลักซ์นิวตรอนและรังสีแกมมาที่สร้างขึ้นในแกนกลางถูกนำมาใช้สำหรับการวิจัยในสาขาฟิสิกส์นิวเคลียร์ ฟิสิกส์สถานะของแข็ง เคมีการแผ่รังสี ชีววิทยา สำหรับการทดสอบวัสดุที่มีไว้สำหรับการดำเนินการในฟลักซ์นิวตรอนแบบเข้มข้น (รวมถึงชิ้นส่วนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์) สำหรับการผลิตไอโซโทป กำลังของเครื่องปฏิกรณ์วิจัยไม่เกิน 100 เมกะวัตต์ พลังงานที่ปล่อยออกมามักจะไม่ใช้
เครื่องปฏิกรณ์อุตสาหกรรม (อาวุธ, ไอโซโทป)ใช้ในการผลิตไอโซโทปที่ใช้ในด้านต่างๆ ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตวัสดุเกรดอาวุธนิวเคลียร์ เช่น 239 ปู อุตสาหกรรมยังรวมถึงเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้สำหรับการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล

มักใช้เครื่องปฏิกรณ์เพื่อแก้ปัญหาสองงานหรือมากกว่า ซึ่งในกรณีนี้เรียกว่า อเนกประสงค์. ตัวอย่างเช่น เครื่องปฏิกรณ์ไฟฟ้าบางเครื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงรุ่งอรุณของพลังงานนิวเคลียร์ มีไว้สำหรับการทดลองเป็นหลัก เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วสามารถเป็นได้ทั้งการสร้างพลังงานและการผลิตไอโซโทปในเวลาเดียวกัน เครื่องปฏิกรณ์อุตสาหกรรมนอกเหนือจากงานหลักแล้ว มักจะสร้างพลังงานไฟฟ้าและพลังงานความร้อน

ตามสเปกตรัมของนิวตรอน

เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อน (ช้า) ("เครื่องปฏิกรณ์ความร้อน")
เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว ("เครื่องปฏิกรณ์เร็ว")

ตามตำแหน่งเชื้อเพลิง

เครื่องปฏิกรณ์แบบต่างชนิดกัน โดยที่เชื้อเพลิงถูกวางไว้ในแกนกลางอย่างไม่ต่อเนื่องในรูปแบบของบล็อก ระหว่างนั้นจะมีโมเดอเรเตอร์
เครื่องปฏิกรณ์ที่เป็นเนื้อเดียวกัน โดยที่เชื้อเพลิงและผู้กลั่นกรองเป็นส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกัน (ระบบที่เป็นเนื้อเดียวกัน)

ในเครื่องปฏิกรณ์ที่ต่างกัน เชื้อเพลิงและตัวหน่วงสามารถแยกจากกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในเครื่องปฏิกรณ์แบบโพรง ตัวหน่วงควบคุม-ตัวสะท้อนแสงล้อมรอบช่องด้วยเชื้อเพลิงที่ไม่มีตัวหน่วง จากมุมมองของนิวเคลียร์-กายภาพ เกณฑ์ของความเป็นเนื้อเดียวกัน/ความแตกต่างกันไม่ใช่การออกแบบ แต่เป็นการวางบล็อกเชื้อเพลิงที่ระยะห่างเกินความยาวการควบคุมนิวตรอนในตัวกลั่นกรองที่กำหนด ตัวอย่างเช่น เครื่องปฏิกรณ์ที่เรียกว่า "close-lattice" ได้รับการออกแบบให้เป็นเนื้อเดียวกัน แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วเชื้อเพลิงจะถูกแยกออกจากตัวหน่วงในเครื่องปฏิกรณ์ก็ตาม

บล็อกของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์ที่ต่างกันเรียกว่าชุดประกอบเชื้อเพลิง (FA) ซึ่งวางอยู่ในแกนกลางที่โหนดของโครงตาข่ายปกติ เซลล์.

ตามประเภทของเชื้อเพลิง

ไอโซโทปยูเรเนียม 235, 238, 233 ( 235 U , 238 U , 233 U)
พลูโทเนียมไอโซโทป 239 (239 Pu) และไอโซโทป 239-242 Pu ที่ผสมกับ 238 U (เชื้อเพลิง MOX)
ทอเรียมไอโซโทป 232 (232 Th) (ผ่านการแปลงเป็น 233 U)

ตามระดับของการตกแต่ง:

ยูเรเนียมธรรมชาติ
ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำ
ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูง

ตามองค์ประกอบทางเคมี:

โลหะ U
UC (ยูเรเนียมคาร์ไบด์) เป็นต้น

ตามประเภทของน้ำหล่อเย็น

แก๊ส (ดูเครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์-แก๊ส)
D 2 O (น้ำหนัก ดูเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์น้ำหนัก CANDU)

ตามประเภทของผู้ดูแล

C (แกรไฟต์ ดูเครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์-แก๊ส เครื่องปฏิกรณ์ไฟท์-น้ำ)
H 2 O (น้ำ ดูเครื่องปฏิกรณ์น้ำเบา เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน VVER)
D 2 O (น้ำหนัก ดูเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์น้ำหนัก CANDU)
เมทัลไฮไดรด์
ไม่มีโมเดอเรเตอร์ (ดูเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว)

โดยการออกแบบ

วิธีการสร้างไอน้ำ

เครื่องปฏิกรณ์ที่มีเครื่องกำเนิดไอน้ำภายนอก (ดู PWR, VVER)

การจำแนกประเภท IAEA

PWR (เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน) - เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน (เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน);
BWR (เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด) - เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด;
FBR (เครื่องปฏิกรณ์แบบผสมพันธุ์เร็ว) - เครื่องปฏิกรณ์แบบผสมพันธุ์แบบเร็ว;
GCR (เครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยแก๊ส) - เครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยแก๊ส;
LWGR (เครื่องปฏิกรณ์แกรไฟต์น้ำเบา) - เครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์น้ำ
PHWR (เครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักที่มีแรงดัน) - เครื่องปฏิกรณ์น้ำหนัก

ที่พบมากที่สุดในโลกคือน้ำแรงดัน (ประมาณ 62%) และเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด (20%)

วัสดุเครื่องปฏิกรณ์

วัสดุที่ใช้สร้างเครื่องปฏิกรณ์ทำงานที่อุณหภูมิสูงในด้านนิวตรอน γ-quanta และชิ้นส่วนฟิชชัน ดังนั้นไม่ใช่วัสดุทั้งหมดที่ใช้ในเทคโนโลยีสาขาอื่นจึงเหมาะสำหรับการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ เมื่อเลือกวัสดุเครื่องปฏิกรณ์ จะต้องคำนึงถึงความต้านทานการแผ่รังสี ความเฉื่อยของสารเคมี ส่วนตัดขวางการดูดกลืน และคุณสมบัติอื่นๆ

ความไม่เสถียรของการแผ่รังสีของวัสดุได้รับผลกระทบน้อยกว่าที่อุณหภูมิสูง การเคลื่อนที่ของอะตอมนั้นยิ่งใหญ่มากจนความน่าจะเป็นที่อะตอมจะกลับมาถูกกระแทกจากตาข่ายคริสตัลไปยังที่ของมัน หรือการรวมตัวกันของไฮโดรเจนและออกซิเจนในโมเลกุลของน้ำเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้น การสลายกัมมันตภาพรังสีของน้ำจึงไม่มีนัยสำคัญในเครื่องปฏิกรณ์แบบไม่เดือดที่มีกำลังไฟฟ้า (เช่น VVER) ในขณะที่ในเครื่องปฏิกรณ์วิจัยอันทรงพลัง ส่วนผสมที่ระเบิดได้จำนวนมากจะถูกปลดปล่อยออกมา เครื่องปฏิกรณ์มีระบบพิเศษสำหรับการเผาไหม้

วัสดุของเครื่องปฏิกรณ์สัมผัสกัน (ส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่หุ้มด้วยสารหล่อเย็นและเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ตลับเชื้อเพลิงที่มีสารหล่อเย็นและสารหน่วง ฯลฯ) โดยธรรมชาติ วัสดุที่สัมผัสต้องเฉื่อยทางเคมี (เข้ากันได้) ตัวอย่างของความไม่ลงรอยกันคือยูเรเนียมและน้ำร้อนที่ทำปฏิกิริยาเคมี

สำหรับวัสดุส่วนใหญ่ คุณสมบัติด้านความแข็งแรงจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ในเครื่องปฏิกรณ์กำลัง วัสดุโครงสร้างทำงานที่อุณหภูมิสูง สิ่งนี้จำกัดการเลือกวัสดุโครงสร้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนของเครื่องปฏิกรณ์กำลังที่ต้องทนต่อแรงดันสูง

การเผาไหม้และการสืบพันธุ์ของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์

ในระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เนื่องจากการสะสมของเศษฟิชชันในเชื้อเพลิง การเปลี่ยนแปลงของไอโซโทปและองค์ประกอบทางเคมี และองค์ประกอบของทรานส์ยูเรเนียมซึ่งส่วนใหญ่เป็นไอโซโทปจะก่อตัวขึ้น อิทธิพลของเศษฟิชชันต่อการเกิดปฏิกิริยาของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เรียกว่า พิษ(สำหรับเศษกัมมันตภาพรังสี) และ ตะกรัน(สำหรับไอโซโทปที่เสถียร)

สาเหตุหลักของการเกิดพิษของเครื่องปฏิกรณ์คือ ซึ่งมีหน้าตัดการดูดกลืนนิวตรอนที่ใหญ่ที่สุด (2.6 10 6 โรงเรือน) ครึ่งชีวิตของ 135 Xe ตู่ 1/2 = 9.2 ชั่วโมง; ผลตอบแทนการแบ่งคือ 6-7% ส่วนหลักของ 135 Xe เกิดจากการผุกร่อน ( ตู่ 1/2 = 6.8 ชั่วโมง) ในกรณีที่เป็นพิษ Kef เปลี่ยนแปลง 1-3% ภาพตัดขวางการดูดกลืนขนาดใหญ่ของ 135 Xe และการมีอยู่ของไอโซโทประดับกลาง 135 I ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่สำคัญสองประการ:

เพื่อเพิ่มความเข้มข้น 135 Xe และทำให้ปฏิกิริยาของเครื่องปฏิกรณ์ลดลงหลังจากการปิดเครื่องหรือการลดกำลังไฟฟ้า ("หลุมไอโอดีน") ซึ่งทำให้ไม่สามารถปิดระบบในระยะสั้นและความผันผวนของกำลังส่งออกได้ ผลกระทบนี้เอาชนะได้ด้วยการแนะนำขอบการเกิดปฏิกิริยาในหน่วยงานกำกับดูแล ความลึกและระยะเวลาของหลุมไอโอดีนขึ้นอยู่กับฟลักซ์ของนิวตรอน Ф: ที่ Ф = 5 10 18 นิวตรอน/(cm² sec) ระยะเวลาของหลุมไอโอดีนคือ ˜ 30 h และความลึกมากกว่าคงที่ 2 เท่า- การเปลี่ยนแปลงสถานะใน Keff ที่เกิดจากพิษ 135 Xe
เนื่องจากพิษ ความผันผวนเชิงพื้นที่และเวลาของฟลักซ์นิวตรอน Ф และด้วยเหตุนี้ พลังงานของเครื่องปฏิกรณ์สามารถเกิดขึ้นได้ ความผันผวนเหล่านี้เกิดขึ้นที่ Ф > 10 18 นิวตรอน/(ซม.² วินาที) และขนาดเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ ระยะเวลาการสั่น ˜ 10 ชม.

นิวเคลียร์ฟิชชันทำให้เกิดชิ้นส่วนที่เสถียรจำนวนมาก ซึ่งแตกต่างกันในส่วนการดูดกลืนแสงเมื่อเทียบกับส่วนการดูดกลืนของไอโซโทปฟิชไซล์ ความเข้มข้นของเศษส่วนที่มีส่วนการดูดกลืนขนาดใหญ่ถึงความอิ่มตัวในช่วงสองสามวันแรกของการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็น TVEL ที่มี "วัย" ต่างกัน

ในกรณีของการเปลี่ยนเชื้อเพลิงทั้งหมด เครื่องปฏิกรณ์มีการเกิดปฏิกิริยามากเกินไป ซึ่งจะต้องได้รับการชดเชย ในขณะที่ในกรณีที่สอง การชดเชยจำเป็นเฉพาะในการเริ่มต้นเครื่องปฏิกรณ์ครั้งแรกเท่านั้น การเติมเชื้อเพลิงอย่างต่อเนื่องทำให้สามารถเพิ่มความลึกของการเผาไหม้ได้ เนื่องจากความสามารถในการทำปฏิกิริยาของเครื่องปฏิกรณ์ถูกกำหนดโดยความเข้มข้นเฉลี่ยของไอโซโทปที่แตกตัวได้

มวลของเชื้อเพลิงที่บรรทุกมีมากกว่ามวลของเชื้อเพลิงที่ไม่ได้บรรจุเนื่องจาก "น้ำหนัก" ของพลังงานที่ปล่อยออกมา หลังจากการปิดเครื่องปฏิกรณ์ ประการแรกสาเหตุหลักมาจากฟิชชันโดยนิวตรอนที่ล่าช้า และหลังจากนั้น 1-2 นาที เนื่องจากการแผ่รังสี β- และ γ ของชิ้นส่วนฟิชชันและองค์ประกอบทรานส์ยูเรเนียม พลังงานจะยังคงถูกปล่อยออกมาในเชื้อเพลิง หากเครื่องปฏิกรณ์ทำงานนานเพียงพอก่อนปิดเครื่อง จากนั้น 2 นาทีหลังจากปิดเครื่อง พลังงานจะปล่อยออกมาประมาณ 3% หลังจาก 1 ชั่วโมง - 1% หลังจากหนึ่งวัน - 0.4% หลังจากหนึ่งปี - 0.05% ของกำลังเริ่มต้น

อัตราส่วนของจำนวนไอโซโทป Pu แบบฟิชไซล์ที่เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ต่อจำนวน 235 U ที่ถูกเผาไหม้เรียกว่า อัตราการแปลงเค เค . มูลค่าของ KK เพิ่มขึ้นตามความสมบูรณ์และการเผาไหม้ที่ลดลง สำหรับเครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักมากที่ใช้ยูเรเนียมธรรมชาติ โดยมีอัตราการเผาผลาญ 10 GW วัน/ตัน KK = 0.55 และสำหรับการเผาไหม้เล็กน้อย (ในกรณีนี้ จะเรียกว่า KK ) ค่าสัมประสิทธิ์พลูโทเนียมเริ่มต้น) เคเค = 0.8. หากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เผาไหม้และผลิตไอโซโทปเดียวกัน (เครื่องปฏิกรณ์แบบผสมพันธุ์) อัตราส่วนของอัตราการทำซ้ำต่ออัตราการเผาไหม้จะถูกเรียก อัตราการสืบพันธุ์ K V. ในเครื่องปฏิกรณ์ความร้อน 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 gกำลังเติบโตและ เอตก

การควบคุมเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

การควบคุมเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นไปได้เพียงเพราะว่าในระหว่างการแตกตัวนิวตรอนบางตัวจะบินออกจากชิ้นส่วนด้วยความล่าช้า ซึ่งอาจอยู่ในช่วงตั้งแต่หลายมิลลิวินาทีจนถึงหลายนาที

ในการควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ ใช้แท่งดูดซับเข้าไปในแกนกลางที่ทำจากวัสดุที่ดูดซับนิวตรอนอย่างแรง (ส่วนใหญ่และอื่น ๆ บางส่วน) และ / หรือสารละลายของกรดบอริกเติมสารหล่อเย็นในระดับความเข้มข้นที่แน่นอน (ระเบียบโบรอน) . การเคลื่อนที่ของแท่งถูกควบคุมโดยกลไกพิเศษ ตัวขับ การทำงานกับสัญญาณจากตัวดำเนินการหรืออุปกรณ์สำหรับควบคุมฟลักซ์นิวตรอนโดยอัตโนมัติ

ในกรณีฉุกเฉินต่างๆ ในเครื่องปฏิกรณ์แต่ละเครื่อง จะมีการจัดเตรียมการยุติปฏิกิริยาลูกโซ่โดยฉุกเฉิน โดยทำโดยการทิ้งแท่งดูดซับทั้งหมดลงในแกน - ระบบป้องกันฉุกเฉิน

ความร้อนตกค้าง

ประเด็นสำคัญที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับความปลอดภัยของนิวเคลียร์คือความร้อนที่สลายตัว นี่เป็นลักษณะเฉพาะของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ซึ่งประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าหลังจากการสิ้นสุดของปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันและความเฉื่อยทางความร้อนซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับแหล่งพลังงานใดๆ ความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์จะปล่อยอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน ซึ่งสร้าง จำนวนของปัญหาที่ซับซ้อนทางเทคนิค

ความร้อนผุเป็นผลสืบเนื่องมาจากการสลายตัวของผลิตภัณฑ์ฟิชชัน β- และ γ ซึ่งสะสมอยู่ในเชื้อเพลิงระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ นิวเคลียสของผลิตภัณฑ์ฟิชชันอันเป็นผลมาจากการสลายตัวจะผ่านเข้าสู่สภาวะที่เสถียรหรือเสถียรยิ่งขึ้นด้วยการปล่อยพลังงานที่มีนัยสำคัญ

แม้ว่าอัตราการปลดปล่อยความร้อนที่เหลือจะลดลงอย่างรวดเร็วเป็นค่าที่เล็กเมื่อเทียบกับค่าคงที่ แต่ในเครื่องปฏิกรณ์กำลังสูงก็มีความสำคัญในแง่สัมบูรณ์ ด้วยเหตุผลนี้ การปล่อยความร้อนจากการสลายจึงต้องใช้เวลานานในการกำจัดความร้อนออกจากแกนเครื่องปฏิกรณ์หลังจากปิดเครื่องแล้ว งานนี้ต้องมีระบบทำความเย็นที่มีแหล่งจ่ายไฟที่เชื่อถือได้ในการออกแบบโรงงานเครื่องปฏิกรณ์และยังจำเป็นต้องมีการจัดเก็บเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วในระยะยาว (ภายใน 3-4 ปี) ในสถานที่จัดเก็บที่มีระบบอุณหภูมิพิเศษ - แหล่งเชื้อเพลิงใช้แล้ว ซึ่งมักจะอยู่ใกล้เครื่องปฏิกรณ์

ดูสิ่งนี้ด้วย

รายชื่อเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ออกแบบและสร้างขึ้นในสหภาพโซเวียต

วรรณกรรม

เลวิน วี.อี. ฟิสิกส์นิวเคลียร์และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฉบับที่ 4 - ม.: Atomizdat, 1979.
Shukolyukov A. Yu “ ยูเรเนียม เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ธรรมชาติ "เคมีและชีวิต" ครั้งที่ 6, 1980, p. 20-24

หมายเหตุ

"ZEEP - เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกของแคนาดา" พิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งแคนาดา
Greshilov A. A. , Egupov N. D. , Matushchenko A. M.โล่นิวเคลียร์ - M.: โลโก้, 2551. - 438 น. -

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำงานได้อย่างราบรื่นและแม่นยำ มิฉะนั้นอย่างที่คุณรู้จะมีปัญหา แต่เกิดอะไรขึ้นข้างใน? ลองกำหนดหลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (อะตอม) สั้น ๆ อย่างชัดเจนด้วยการหยุด

อันที่จริง กระบวนการเดียวกันกำลังเกิดขึ้นที่นั่นเหมือนกับในการระเบิดของนิวเคลียร์ เฉพาะตอนนี้เท่านั้นที่เกิดการระเบิดขึ้นอย่างรวดเร็วและในเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดนี้ยืดเยื้อเป็นเวลานาน ในท้ายที่สุด ทุกอย่างยังคงปลอดภัย และเราได้รับพลังงาน ไม่มากจนทุกสิ่งรอบๆ พังทันที แต่ก็เพียงพอที่จะจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับเมืองได้

เครื่องปฏิกรณ์ทำงานอย่างไรหอหล่อเย็น NPP
ก่อนที่คุณจะเข้าใจว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์ควบคุมทำงานอย่างไร คุณจำเป็นต้องรู้ว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์โดยทั่วไปคืออะไร

ปฏิกิริยานิวเคลียร์เป็นกระบวนการของการเปลี่ยนแปลง (ฟิชชัน) ของนิวเคลียสของอะตอมในระหว่างการมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคมูลฐานและควอนตาแกมมา

ปฏิกิริยานิวเคลียร์สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งกับการดูดกลืนและการปล่อยพลังงาน ปฏิกิริยาที่สองใช้ในเครื่องปฏิกรณ์

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นอุปกรณ์ที่มีจุดประสงค์เพื่อรักษาปฏิกิริยานิวเคลียร์ควบคุมด้วยการปล่อยพลังงาน

บ่อยครั้งที่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เรียกอีกอย่างว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โปรดทราบว่าไม่มีความแตกต่างพื้นฐานในที่นี้ แต่จากมุมมองของวิทยาศาสตร์ การใช้คำว่า "นิวเคลียร์" นั้นถูกต้องกว่า ปัจจุบันมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หลายประเภท เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้เป็นเครื่องปฏิกรณ์อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ออกแบบมาเพื่อสร้างพลังงานที่โรงไฟฟ้า เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใต้น้ำนิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์ทดลองขนาดเล็กที่ใช้ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์ มีแม้กระทั่งเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล

ประวัติความเป็นมาของการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกเปิดตัวในปี 1942 ไม่ไกลนัก มันเกิดขึ้นในสหรัฐอเมริกาภายใต้การนำของ Fermi เครื่องปฏิกรณ์นี้เรียกว่า "กองไม้ชิคาโก"

ในปี 1946 เครื่องปฏิกรณ์โซเวียตเครื่องแรกเริ่มต้นขึ้นภายใต้การนำของ Kurchatov ร่างกายของเครื่องปฏิกรณ์นี้เป็นลูกบอลเส้นผ่านศูนย์กลางเจ็ดเมตร เครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกไม่มีระบบหล่อเย็น และกำลังไฟฟ้าก็น้อย อย่างไรก็ตาม เครื่องปฏิกรณ์ของสหภาพโซเวียตมีกำลังเฉลี่ย 20 วัตต์ ในขณะที่เครื่องปฏิกรณ์อเมริกันมีเพียง 1 วัตต์ สำหรับการเปรียบเทียบ: กำลังเฉลี่ยของเครื่องปฏิกรณ์กำลังไฟฟ้าสมัยใหม่คือ 5 กิกะวัตต์ น้อยกว่าสิบปีหลังจากการเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรก โรงไฟฟ้านิวเคลียร์อุตสาหกรรมแห่งแรกของโลกได้เปิดขึ้นในเมือง Obninsk

หลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (อะตอม)

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใดๆ ก็ตามมีหลายส่วน: แกนที่มีเชื้อเพลิงและตัวหน่วง, ตัวสะท้อนนิวตรอน, น้ำหล่อเย็น, ระบบควบคุมและป้องกัน ไอโซโทปของยูเรเนียม (235, 238, 233) พลูโทเนียม (239) และทอเรียม (232) มักใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์ โซนแอคทีฟคือหม้อไอน้ำที่น้ำธรรมดา (น้ำหล่อเย็น) ไหลผ่าน ในบรรดาสารหล่อเย็นอื่น ๆ "น้ำหนัก" และกราไฟท์เหลวมักใช้น้อยกว่า หากเราพูดถึงการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะใช้เพื่อสร้างความร้อน ไฟฟ้าสร้างขึ้นด้วยวิธีเดียวกับโรงไฟฟ้าประเภทอื่น - ไอน้ำหมุนกังหันและพลังงานของการเคลื่อนไหวจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า

ด้านล่างเป็นแผนภาพแสดงการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

แบบแผนการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบแผนของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว การสลายตัวของนิวเคลียสหนักของยูเรเนียมทำให้เกิดธาตุที่เบากว่าและนิวตรอนจำนวนหนึ่ง นิวตรอนที่เกิดขึ้นชนกับนิวเคลียสอื่นทำให้เกิดการแยกตัวออกมา ในกรณีนี้ จำนวนนิวตรอนจะเพิ่มขึ้นเหมือนหิมะถล่ม

จำเป็นต้องพูดถึงปัจจัยการคูณนิวตรอน ดังนั้น ถ้าค่าสัมประสิทธิ์นี้เกินค่าเท่ากับหนึ่ง จะเกิดการระเบิดของนิวเคลียร์ ถ้าค่าน้อยกว่าหนึ่ง แสดงว่ามีนิวตรอนน้อยเกินไปและปฏิกิริยาหมดไป แต่ถ้าคุณรักษาค่าสัมประสิทธิ์เท่ากับหนึ่ง ปฏิกิริยาจะดำเนินต่อไปเป็นเวลานานและเสถียร

คำถามคือทำอย่างไร? ในเครื่องปฏิกรณ์ เชื้อเพลิงอยู่ในสิ่งที่เรียกว่าองค์ประกอบเชื้อเพลิง (TVELs) เหล่านี้เป็นแท่งที่มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในรูปของเม็ดเล็ก แท่งเชื้อเพลิงเชื่อมต่อกับตลับหกเหลี่ยม ซึ่งในเครื่องปฏิกรณ์สามารถมีได้หลายร้อยชิ้น Cassette พร้อมแท่งเชื้อเพลิงจะอยู่ในแนวตั้ง ในขณะที่แท่งเชื้อเพลิงแต่ละอันมีระบบที่ให้คุณปรับความลึกของการแช่ในแกนเชื้อเพลิงได้ นอกจากตัวตลับแล้ว ยังมีแท่งควบคุมและแท่งป้องกันฉุกเฉินอีกด้วย แท่งทำจากวัสดุที่ดูดซับนิวตรอนได้ดี ดังนั้น แท่งควบคุมสามารถลดระดับความลึกต่างๆ ในแกนกลางได้ ซึ่งจะเป็นการปรับปัจจัยการคูณนิวตรอน แท่งฉุกเฉินถูกออกแบบมาเพื่อปิดเครื่องปฏิกรณ์ในกรณีฉุกเฉิน

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เริ่มต้นอย่างไร?

เราพบหลักการทำงานแล้ว แต่จะเริ่มต้นและทำให้เครื่องปฏิกรณ์ทำงานอย่างไร กล่าวโดยคร่าว ๆ ว่านี่คือ - ชิ้นส่วนของยูเรเนียม แต่ท้ายที่สุด ปฏิกิริยาลูกโซ่ไม่ได้เริ่มต้นในตัวมันเอง ความจริงก็คือในฟิสิกส์นิวเคลียร์มีแนวคิดเรื่องมวลวิกฤต

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์

มวลวิกฤตคือมวลของวัสดุฟิชไซล์ที่จำเป็นในการเริ่มปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์

ด้วยความช่วยเหลือขององค์ประกอบเชื้อเพลิงและแท่งควบคุม มวลวิกฤตของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะถูกสร้างขึ้นครั้งแรกในเครื่องปฏิกรณ์ จากนั้นเครื่องปฏิกรณ์จะถูกนำไปยังระดับพลังงานที่เหมาะสมที่สุดในหลายขั้นตอน

คุณจะชอบ: เคล็ดลับคณิตศาสตร์สำหรับมนุษยศาสตร์และนักเรียนที่ไม่ใช่มนุษย์ (ตอนที่ 1)
ในบทความนี้ เราได้พยายามให้แนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับโครงสร้างและหลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (อะตอม) หากคุณยังคงมีคำถามในหัวข้อหรือมหาวิทยาลัยถามถึงปัญหาด้านฟิสิกส์นิวเคลียร์ โปรดติดต่อผู้เชี่ยวชาญของบริษัทของเรา เราพร้อมที่จะช่วยคุณแก้ปัญหาเร่งด่วนในการศึกษาของคุณตามปกติ ในระหว่างนี้ เรากำลังดำเนินการนี้ ความสนใจของคุณคือวิดีโอเพื่อการศึกษาอีกรายการหนึ่ง!

blog/kak-rabotaet-yadernyj-reaktor/