Paano gumagana ang isang nuclear reactor? Nuclear power plant: kung paano ito gumagana

Disenyo at prinsipyo ng pagpapatakbo

Mekanismo ng pagpapalabas ng enerhiya

Ang pagbabagong-anyo ng isang sangkap ay sinamahan ng paglabas ng libreng enerhiya kung ang sangkap ay may reserba ng enerhiya. Ang huli ay nangangahulugan na ang mga microparticle ng isang substansiya ay nasa isang estado na may natitirang enerhiya na mas malaki kaysa sa isa pang posibleng estado kung saan umiiral ang isang paglipat. Ang isang kusang paglipat ay palaging pinipigilan ng isang hadlang sa enerhiya, upang mapagtagumpayan kung saan ang microparticle ay dapat makatanggap ng isang tiyak na halaga ng enerhiya mula sa labas - enerhiya ng paggulo. Ang exoenergetic na reaksyon ay binubuo sa katotohanan na sa pagbabagong-anyo kasunod ng paggulo, mas maraming enerhiya ang inilabas kaysa sa kinakailangan upang pukawin ang proseso. Mayroong dalawang paraan upang malampasan ang energy barrier: alinman sa dahil sa kinetic energy ng nagbabanggaan na mga particle, o dahil sa nagbubuklod na enerhiya ng pinagsanib na particle.

Kung isaisip natin ang macroscopic scale ng paglabas ng enerhiya, kung gayon ang lahat o sa una ay hindi bababa sa ilang bahagi ng mga particle ng substance ay dapat magkaroon ng kinetic energy na kinakailangan upang pukawin ang mga reaksyon. Ito ay makakamit lamang sa pamamagitan ng pagtaas ng temperatura ng medium sa isang halaga kung saan ang enerhiya ng thermal motion ay lumalapit sa energy threshold na naglilimita sa kurso ng proseso. Sa kaso ng mga pagbabagong molekular, iyon ay, mga reaksiyong kemikal, ang gayong pagtaas ay karaniwang daan-daang kelvin, ngunit sa kaso ng mga reaksyong nuklear ito ay hindi bababa sa 10 7 dahil sa mismong mataas na altitude Mga hadlang ng Coulomb ng nagbabanggaan na nuclei. Ang thermal excitation ng mga reaksyong nuklear ay isinasagawa sa pagsasanay lamang sa panahon ng synthesis ng pinakamagaan na nuclei, kung saan ang mga hadlang ng Coulomb ay minimal (thermonuclear fusion).

Ang paggulo sa pamamagitan ng pagsali sa mga particle ay hindi nangangailangan ng malaking kinetic energy, at, samakatuwid, ay hindi nakasalalay sa temperatura ng medium, dahil ito ay nangyayari dahil sa hindi nagamit na mga bono na likas sa mga kaakit-akit na pwersa ng mga particle. Ngunit upang pukawin ang mga reaksyon, ang mga particle mismo ay kinakailangan. At kung muli nating ibig sabihin ay hindi isang hiwalay na pagkilos ng reaksyon, ngunit ang produksyon ng enerhiya sa isang macroscopic scale, pagkatapos ito ay posible lamang kapag ang isang chain reaction ay nangyari. Ang huli ay nangyayari kapag ang mga particle na nagpapasigla sa reaksyon ay muling lumitaw bilang mga produkto ng isang exoenergetic na reaksyon.

Disenyo

Ang anumang nuclear reactor ay binubuo ng mga sumusunod na bahagi:

• Core na may nuclear fuel at moderator;
• Neutron reflector na nakapalibot sa core;
• Chain reaction control system, kabilang ang emergency na proteksyon;
• Proteksyon ng radiation;
• Remote control system.

Pisikal na mga prinsipyo ng operasyon

Tingnan din ang mga pangunahing artikulo:

Ang kasalukuyang estado ng isang nuclear reactor ay maaaring makilala ng epektibong neutron multiplication factor k o reaktibiti ρ , na nauugnay sa sumusunod na kaugnayan:

Ang mga sumusunod na halaga ay tipikal para sa mga dami na ito:

• k> 1 - ang chain reaction ay tumataas sa paglipas ng panahon, ang reactor ay nasa superkritikal estado, ang reaktibiti nito ρ > 0;
• k < 1 - реакция затухает, реактор - subcritical, ρ < 0;
• k = 1, ρ = 0 - ang bilang ng mga nuclear fission ay pare-pareho, ang reactor ay nasa isang kuwadra mapanganib kundisyon.

Kritikal na kondisyon para sa isang nuclear reactor:

Ang pagbabalik sa multiplication factor sa pagkakaisa ay nakakamit sa pamamagitan ng pagbabalanse ng multiplication ng mga neutron sa kanilang mga pagkalugi. Mayroong talagang dalawang dahilan para sa mga pagkalugi: pagkuha nang walang fission at pagtagas ng mga neutron sa labas ng daluyan ng pag-aanak.

Obvious naman na 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.

Ang k 0 para sa mga thermal reactor ay maaaring matukoy ng tinatawag na "formula ng 4 na mga kadahilanan":

• Ang η ay ang neutron yield para sa dalawang absorption.

Ang mga volume ng mga modernong power reactor ay maaaring umabot ng daan-daang m³ at higit na tinutukoy ay hindi sa pamamagitan ng kritikal na kondisyon, ngunit sa pamamagitan ng mga kakayahan sa pag-alis ng init.

Kritikal na dami nuclear reactor - ang dami ng reactor core sa isang kritikal na estado. Kritikal na masa- ang masa ng fissile na materyal ng reaktor, na nasa isang kritikal na estado.

Ang mga reactor kung saan ang gasolina ay may tubig na solusyon ng mga salts ng purong fissile isotopes na may water neutron reflector ay may pinakamababang kritikal na masa. Para sa 235 U ang masa na ito ay 0.8 kg, para sa 239 Pu - 0.5 kg. Ito ay malawak na kilala, gayunpaman, na ang kritikal na masa para sa LOPO reactor (ang unang enriched uranium reactor sa mundo), na mayroong isang beryllium oxide reflector, ay 0.565 kg, sa kabila ng katotohanan na ang antas ng pagpapayaman para sa isotope 235 ay bahagyang higit pa. higit sa 14%. Sa teorya, mayroon itong pinakamaliit na kritikal na masa, kung saan ang halagang ito ay 10 g lamang.

Upang mabawasan ang pagtagas ng neutron, ang core ay binibigyan ng spherical o malapit sa spherical na hugis, halimbawa, isang maikling silindro o cube, dahil ang mga figure na ito ay may pinakamaliit na surface area sa volume ratio.

Sa kabila ng katotohanan na ang halaga (e - 1) ay karaniwang maliit, ang papel ng mabilis na pag-aanak ng neutron ay medyo malaki, dahil para sa malalaking nuclear reactor (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Upang magsimula ng isang chain reaction, ang mga neutron na ginawa sa panahon ng kusang fission ng uranium nuclei ay kadalasang sapat. Posible ring gumamit ng panlabas na pinagmumulan ng mga neutron upang simulan ang reaktor, halimbawa, isang halo ng at, o iba pang mga sangkap.

hukay ng yodo

Ang Iodine pit ay isang estado ng nuclear reactor pagkatapos itong patayin, na nailalarawan sa pamamagitan ng akumulasyon ng panandaliang isotope xenon. Ang prosesong ito ay humahantong sa pansamantalang paglitaw ng makabuluhang negatibong reaktibiti, na, sa turn, ay ginagawang imposibleng dalhin ang reaktor sa kapasidad ng disenyo nito sa loob ng isang tiyak na panahon (mga 1-2 araw).

Pag-uuri

Sa pamamagitan ng layunin

Ayon sa likas na katangian ng kanilang paggamit, ang mga nuclear reactor ay nahahati sa:

• Mga power reactor idinisenyo upang makagawa ng elektrikal at thermal na enerhiya na ginagamit sa sektor ng enerhiya, gayundin para sa desalination ng tubig dagat (ang mga desalination reactor ay inuri din bilang pang-industriya). Ang mga naturang reactor ay pangunahing ginagamit sa mga nuclear power plant. Ang thermal power ng modernong power reactors ay umabot sa 5 GW. Kasama sa isang hiwalay na grupo ang:
  • Mga reaktor ng transportasyon, na idinisenyo upang magbigay ng enerhiya sa mga makina ng sasakyan. Ang pinakamalawak na grupo ng mga aplikasyon ay ang mga marine transport reactor na ginagamit sa mga submarino at iba't ibang surface vessel, pati na rin ang mga reactor na ginagamit sa space technology.
• Mga eksperimentong reaktor, nilayon para sa pag-aaral ng iba't ibang pisikal na dami, ang halaga nito ay kinakailangan para sa disenyo at pagpapatakbo ng mga nuclear reactor; Ang kapangyarihan ng naturang mga reactor ay hindi lalampas sa ilang kW.
• Mga reaktor ng pananaliksik, kung saan ang mga flux ng neutron at gamma quanta na nilikha sa core ay ginagamit para sa pananaliksik sa larangan ng nuclear physics, solid state physics, radiation chemistry, biology, para sa mga materyales sa pagsubok na nilalayon upang gumana sa matinding neutron fluxes (kabilang ang mga bahagi ng nuclear reactors) para sa ang paggawa ng isotopes. Ang lakas ng mga research reactor ay hindi lalampas sa 100 MW. Ang pinakawalan na enerhiya ay karaniwang hindi ginagamit.
• Industrial (armas, isotope) reactors, ginamit upang makagawa ng isotopes na ginagamit sa iba't ibang larangan. Pinakalawak na ginagamit upang makabuo ng mga materyales ng sandatang nuklear, tulad ng 239 Pu. Inuri din bilang pang-industriya ang mga reactor na ginagamit para sa desalination ng tubig dagat.

Kadalasan ang mga reactor ay ginagamit upang malutas ang dalawa o higit pang magkakaibang mga problema, kung saan ang mga ito ay tinatawag multi-purpose. Halimbawa, ang ilang mga power reactor, lalo na sa mga unang araw ng nuclear power, ay dinisenyo lalo na para sa eksperimento. Ang mga mabilis na neutron reactor ay maaaring sabay na makagawa ng enerhiya at makagawa ng isotopes. Ang mga pang-industriya na reaktor, bilang karagdagan sa kanilang pangunahing gawain, ay kadalasang gumagawa ng elektrikal at thermal energy.

Ayon sa neutron spectrum

• Thermal (mabagal) neutron reactor ("thermal reactor")
• Mabilis na neutron reactor ("mabilis na reaktor")

Sa pamamagitan ng paglalagay ng gasolina

• Heterogenous reactors, kung saan ang gasolina ay inilalagay nang discretely sa core sa anyo ng mga bloke, sa pagitan ng kung saan mayroong isang moderator;
• Mga homogenous na reactor, kung saan ang fuel at moderator ay isang homogenous mixture (homogeneous system).

Sa isang heterogenous reactor, ang gasolina at moderator ay maaaring spatially na pinaghihiwalay, lalo na, sa isang cavity reactor, ang moderator-reflector ay pumapalibot sa isang cavity na may gasolina na hindi naglalaman ng isang moderator. Mula sa pisikal na punto ng view ng nuklear, ang criterion para sa homogeneity/heterogeneity ay hindi ang disenyo, ngunit ang paglalagay ng mga bloke ng gasolina sa layo na lampas sa haba ng moderation ng neutron sa isang partikular na moderator. Kaya, ang mga reactor na may tinatawag na "close lattice" ay idinisenyo bilang homogenous, bagaman sa kanila ang gasolina ay karaniwang nahihiwalay mula sa moderator.

Ang mga bloke ng nuclear fuel sa isang heterogenous reactor ay tinatawag na fuel assemblies (FA), na matatagpuan sa core sa mga node ng isang regular na sala-sala, na bumubuo mga selula.

Sa pamamagitan ng uri ng gasolina

• uranium isotopes 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
• plutonium isotope 239 (239 Pu), gayundin ang isotopes 239-242 Pu sa anyo ng pinaghalong may 238 U (MOX fuel)
• thorium isotope 232 (232 Th) (sa pamamagitan ng conversion sa 233 U)

Sa antas ng pagpapayaman:

• natural na uranium
• mahinang pinayaman ang uranium
• lubhang pinayaman ang uranium

Sa pamamagitan ng kemikal na komposisyon:

• metal U
• UC (uranium carbide), atbp.

Sa pamamagitan ng uri ng coolant

• Gas, (tingnan ang Graphite-gas reactor)
• D 2 O (mabigat na tubig, tingnan ang Heavy water nuclear reactor, CANDU)

Sa uri ng moderator

• C (graphite, tingnan ang Graphite-gas reactor, Graphite-water reactor)
• H2O (tubig, tingnan ang Light water reactor, Water-cooled reactor, VVER)
• D 2 O (mabigat na tubig, tingnan ang Heavy water nuclear reactor, CANDU)
• Metal hydride
• Nang walang moderator (tingnan ang Mabilis na reaktor)

Sa pamamagitan ng disenyo

Sa pamamagitan ng paraan ng pagbuo ng singaw

• Reactor na may panlabas na steam generator (Tingnan ang Water-water reactor, VVER)

Pag-uuri ng IAEA

• PWR (pressurized water reactors) - water-water reactor (pressurized water reactor);
• BWR (reaktor ng tubig na kumukulo) - reaktor ng tubig na kumukulo;
• FBR (fast breeder reactor) - mabilis na breeder reactor;
• GCR (gas-cooled reactor) - gas-cooled reactor;
• LWGR (light water graphite reactor) - graphite-water reactor
• PHWR (pressurized heavy water reactor) - heavy water reactor

Ang pinakakaraniwan sa mundo ay may presyon ng tubig (mga 62%) at tubig na kumukulo (20%) na mga reaktor.

Mga materyales sa reaktor

Ang mga materyales kung saan itinayo ang mga reactor ay gumagana sa mataas na temperatura sa isang larangan ng mga neutron, γ quanta at fission fragment. Samakatuwid, hindi lahat ng materyales na ginagamit sa ibang sangay ng teknolohiya ay angkop para sa pagtatayo ng reaktor. Kapag pumipili ng mga materyales sa reactor, ang kanilang radiation resistance, chemical inertness, absorption cross section at iba pang mga katangian ay isinasaalang-alang.

Ang kawalang-tatag ng radiation ng mga materyales ay may mas kaunting epekto sa mataas na temperatura. Ang kadaliang kumilos ng mga atomo ay nagiging napakalaki na ang posibilidad ng pagbabalik ng mga atomo na natumba mula sa kristal na sala-sala sa kanilang lugar o ang recombination ng hydrogen at oxygen sa isang molekula ng tubig ay tumataas nang husto. Kaya, ang radiolysis ng tubig ay hindi gaanong mahalaga sa mga non-boiling reactor ng enerhiya (halimbawa, VVER), habang sa makapangyarihang mga reactor ng pananaliksik ay isang malaking halaga ng paputok na pinaghalong inilabas. Ang mga reaktor ay may mga espesyal na sistema para sa pagsunog nito.

Ang mga materyales sa reaktor ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa (fuel shell na may coolant at nuclear fuel, mga cassette ng gasolina na may coolant at moderator, atbp.). Naturally, ang mga contact na materyales ay dapat na chemically inert (compatible). Ang isang halimbawa ng hindi pagkakatugma ay ang uranium at mainit na tubig na pumapasok sa isang kemikal na reaksyon.

Para sa karamihan ng mga materyales, ang mga katangian ng lakas ay lumala nang husto sa pagtaas ng temperatura. Sa mga power reactor, ang mga istrukturang materyales ay gumagana sa mataas na temperatura. Nililimitahan nito ang pagpili ng mga materyales sa pagtatayo, lalo na para sa mga bahagi ng power reactor na dapat makatiis ng mataas na presyon.

Burnout at pagpaparami ng nuclear fuel

Sa panahon ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor, dahil sa akumulasyon ng mga fragment ng fission sa gasolina, ang mga pagbabago sa isotopic at kemikal na komposisyon nito, at ang mga transuranic na elemento, pangunahin ang isotopes, ay nabuo. Ang epekto ng fission fragment sa reaktibiti ng isang nuclear reactor ay tinatawag pagkalason(para sa mga radioactive fragment) at slagging(para sa mga matatag na isotopes).

Ang pangunahing dahilan ng pagkalason sa reactor ay , na may pinakamalaking cross section ng pagsipsip ng neutron (2.6·10 6 barn). Half-life ng 135 Xe T 1/2 = 9.2 oras; Ang ani sa panahon ng paghahati ay 6-7%. Ang bulk ng 135 Xe ay nabuo bilang resulta ng pagkabulok ( T 1/2 = 6.8 oras). Sa kaso ng pagkalason, nagbabago ang Keff ng 1-3%. Ang malaking cross section ng absorption ng 135 Xe at ang pagkakaroon ng intermediate isotope 135 I ay humantong sa dalawang mahalagang phenomena:

1. Sa isang pagtaas sa konsentrasyon ng 135 Xe at, dahil dito, sa pagbaba sa reaktibiti ng reaktor pagkatapos na ito ay tumigil o ang kapangyarihan ay nabawasan ("iodine pit"), na ginagawang imposible ang mga panandaliang paghinto at pagbabagu-bago sa output power. . Ang epektong ito ay napagtagumpayan sa pamamagitan ng pagpapakilala ng isang reactivity reserve sa mga regulatory body. Ang lalim at tagal ng iodine well ay nakasalalay sa neutron flux Ф: sa Ф = 5·10 18 neutron/(cm²·sec) ang tagal ng iodine well ay ˜ 30 oras, at ang lalim ay 2 beses na mas malaki kaysa sa nakatigil. pagbabago sa Keff na dulot ng 135 Xe poisoning.
2. Dahil sa pagkalason, ang spatiotemporal fluctuations sa neutron flux F, at, dahil dito, sa reactor power, ay maaaring mangyari. Ang mga oscillation na ito ay nangyayari sa Ф > 10 18 neutrons/(cm²·sec) at malalaking sukat ng reactor. Mga panahon ng oscillation ˜ 10 oras.

Kapag nangyari ang nuclear fission malaking numero matatag na mga fragment na naiiba sa absorption cross section kumpara sa absorption cross section ng fissile isotope. Ang konsentrasyon ng mga fragment na may malaking cross section ng pagsipsip ay umabot sa saturation sa loob ng unang ilang araw ng operasyon ng reaktor. Ang mga ito ay pangunahing mga fuel rod ng iba't ibang "edad".

Sa kaso ng isang kumpletong pagbabago ng gasolina, ang reaktor ay may labis na reaktibiti na kailangang mabayaran, habang sa pangalawang kaso ang kabayaran ay kinakailangan lamang kapag ang reaktor ay unang nagsimula. Ang patuloy na overloading ay ginagawang posible upang madagdagan ang lalim ng pagkasunog, dahil ang reaktibiti ng reaktor ay tinutukoy ng mga average na konsentrasyon ng fissile isotopes.

Ang mass ng load fuel ay lumampas sa mass ng unloaded fuel dahil sa "bigat" ng inilabas na enerhiya. Matapos isara ang reaktor, una dahil sa fission ng mga naantalang neutron, at pagkatapos, pagkatapos ng 1-2 minuto, dahil sa β- at γ-radiation ng mga fragment ng fission at mga elemento ng transuranium, nagpapatuloy ang pagpapalabas ng enerhiya sa gasolina. Kung ang reaktor ay nagtrabaho nang matagal bago huminto, pagkatapos ay 2 minuto pagkatapos huminto, ang paglabas ng enerhiya ay halos 3%, pagkatapos ng 1 oras - 1%, pagkatapos ng isang araw - 0.4%, pagkatapos ng isang taon - 0.05% ng paunang kapangyarihan.

Ang ratio ng bilang ng mga fissile Pu isotopes na nabuo sa isang nuclear reactor sa dami ng nasunog na 235 U ay tinatawag rate ng conversion K K . Ang halaga ng K K ay tumataas kasabay ng pagbaba ng enrichment at burnup. Para sa isang heavy water reactor na gumagamit ng natural na uranium, na may burnup na 10 GW day/t K K = 0.55, at may maliit na burnups (sa kasong ito ay tinatawag na K K paunang plutonium coefficient) K K = 0.8. Kung ang isang nuclear reactor ay nasunog at gumagawa ng parehong isotopes (breeder reactor), kung gayon ang ratio ng reproduction rate sa burnup rate ay tinatawag na rate ng pagpaparami K V. Sa mga nuclear reactor na gumagamit ng thermal neutrons K V< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах К В может достигать 1,4-1,5. Рост К В для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов g lumalaki at A talon.

Kontrol ng nuclear reactor

Ang kontrol ng isang nuclear reactor ay posible lamang dahil sa katotohanan na sa panahon ng fission, ang ilan sa mga neutron ay lumilipad palabas ng mga fragment nang may pagkaantala, na maaaring mula sa ilang millisecond hanggang ilang minuto.

Upang kontrolin ang reaktor, ang mga absorber rod ay ginagamit, ipinakilala sa core, na gawa sa mga materyales na malakas na sumisipsip ng mga neutron (pangunahin, at ilang iba pa) at/o isang solusyon ng boric acid, na idinagdag sa coolant sa isang tiyak na konsentrasyon (kontrol ng boron) . Ang paggalaw ng mga rod ay kinokontrol ng mga espesyal na mekanismo, mga drive, na tumatakbo ayon sa mga signal mula sa operator o kagamitan para sa awtomatikong kontrol ng neutron flux.

Sa kaso ng iba't ibang mga sitwasyong pang-emergency, ang bawat reaktor ay binibigyan ng emergency na pagwawakas ng chain reaction, na isinasagawa sa pamamagitan ng pag-drop sa lahat ng absorbing rods sa core - isang emergency protection system.

Natirang Init

Ang isang mahalagang isyu na direktang nauugnay sa kaligtasan ng nukleyar ay ang pagkabulok ng init. Ito ay isang tiyak na tampok ng nuclear fuel, na binubuo sa katotohanan na, pagkatapos ng pagtigil ng fission chain reaction at ang thermal inertia na karaniwan para sa anumang mapagkukunan ng enerhiya, ang paglabas ng init sa reaktor ay nagpapatuloy. sa mahabang panahon, na lumilikha ng ilang teknikal na kumplikadong mga problema.

Ang natitirang init ay bunga ng β- at γ-pagkabulok ng mga produktong fission na naipon sa gasolina sa panahon ng operasyon ng reaktor. Ang nuclei ng produkto ng fission, dahil sa pagkabulok, ay nagbabago sa isang mas matatag o ganap na matatag na estado na may paglabas ng makabuluhang enerhiya.

Bagama't mabilis na bumababa ang rate ng paglabas ng init ng pagkabulok sa mga halaga kumpara sa mga steady-state na halaga, sa mga high-power power reactors ito ay makabuluhan sa ganap na mga termino. Para sa kadahilanang ito, kinakailangan ang natitirang henerasyon ng init matagal na panahon tiyakin ang pag-alis ng init mula sa reactor core pagkatapos ng shutdown. Ang gawaing ito ay nangangailangan ng disenyo ng pag-install ng reaktor na magkaroon ng mga sistema ng paglamig na may maaasahang supply ng kuryente, at nangangailangan din ng pangmatagalang (3-4 na taon) na pag-iimbak ng ginastos na nuclear fuel sa mga pasilidad ng imbakan na may espesyal na rehimen ng temperatura - mga cooling pool, na kung saan ay kadalasang matatagpuan malapit sa reaktor.

Tingnan din

• Listahan ng mga nuclear reactor na idinisenyo at itinayo sa Unyong Sobyet

Panitikan

• Levin V. E. Nuclear physics at nuclear reactors. ika-4 na ed. - M.: Atomizdat, 1979.
• Shukolyukov A. Yu. "Uranium. Natural na nuclear reactor." “Chemistry and Life” No. 6, 1980, p. 20-24

Mga Tala

1. "ZEEP - Unang Nuclear Reactor ng Canada", Canada Science and Technology Museum.
2. Greshilov A. A., Egupov N. D., Matushchenko A. M. Nuklear na kalasag. - M.: Logos, 2008. - 438 p. -

Bumalik pasulong

Pansin! Ang mga slide preview ay para sa mga layuning pang-impormasyon lamang at maaaring hindi kumakatawan sa lahat ng mga tampok ng pagtatanghal. Kung ikaw ay interesado gawaing ito, mangyaring i-download ang buong bersyon.

Mga layunin ng aralin:

• Pang-edukasyon: pag-update ng umiiral na kaalaman; ipagpatuloy ang pagbuo ng mga konsepto: fission ng uranium nuclei, nuclear chain reaction, mga kondisyon para sa paglitaw nito, kritikal na masa; ipakilala ang mga bagong konsepto: nuclear reactor, pangunahing elemento ng nuclear reactor, istraktura ng nuclear reactor at ang prinsipyo ng operasyon nito, kontrol ng nuclear reaction, pag-uuri ng mga nuclear reactor at ang kanilang paggamit;
• Pang-edukasyon: patuloy na paunlarin ang mga kasanayan sa pagmamasid at pagbubuo ng mga konklusyon, gayundin ang paglinang ng mga intelektwal na kakayahan at pagkamausisa ng mga mag-aaral;
• Pang-edukasyon: patuloy na bumuo ng isang saloobin patungo sa pisika bilang isang pang-eksperimentong agham; linangin ang isang matapat na saloobin sa trabaho, disiplina, at isang positibong saloobin sa kaalaman.

Uri ng aralin: pag-aaral ng bagong materyal.

Kagamitan: pag-install ng multimedia.

Sa panahon ng mga klase

1. Organisasyon sandali.

Guys! Ngayon sa aralin ay uulitin natin ang fission ng uranium nuclei, ang nuclear chain reaction, ang mga kondisyon para sa paglitaw nito, kritikal na masa, malalaman natin kung ano ang nuclear reactor, ang mga pangunahing elemento ng nuclear reactor, ang istraktura ng nuclear reactor at ang prinsipyo ng operasyon nito, kontrol ng isang nuclear reaction, pag-uuri ng mga nuclear reactor at ang kanilang paggamit.

2. Pagsusuri sa pinag-aralan na materyal.

1. Ang mekanismo ng fission ng uranium nuclei.
2. Sabihin sa amin ang tungkol sa mekanismo ng isang nuclear chain reaction.
3. Magbigay ng halimbawa ng nuclear fission reaction ng uranium nucleus.
4. Ano ang tinatawag na critical mass?
5. Paano nangyayari ang isang chain reaction sa uranium kung ang masa nito ay mas mababa sa kritikal o mas malaki kaysa sa kritikal?
6. Ano ang kritikal na masa ng uranium 295? Posible bang bawasan ang kritikal na masa?
7. Sa anong mga paraan maaari mong baguhin ang kurso ng isang nuclear chain reaction?
8. Ano ang layunin ng pagbagal ng mabilis na mga neutron?
9. Anong mga sangkap ang ginagamit bilang mga moderator?
10. Dahil sa anong mga salik ang maaaring tumaas ang bilang ng mga libreng neutron sa isang piraso ng uranium, sa gayo'y tinitiyak ang posibilidad ng isang reaksyon na nagaganap dito?

3. Pagpapaliwanag ng bagong materyal.

Guys, sagutin ang tanong na ito: Ano ang pangunahing bahagi ng anumang nuclear power plant? ( nuclear reactor)

Magaling. Kaya, guys, tingnan natin ang isyung ito nang mas detalyado.

Makasaysayang sanggunian.

Si Igor Vasilyevich Kurchatov ay isang natitirang Sobyet na pisiko, akademiko, tagapagtatag at unang direktor ng Institute of Atomic Energy mula 1943 hanggang 1960, punong pang-agham na direktor ng problema sa atomic sa USSR, isa sa mga tagapagtatag ng paggamit ng enerhiyang nukleyar para sa mapayapang layunin. . Academician ng USSR Academy of Sciences (1943). Ang unang bomba ng atom ng Sobyet ay nasubok noong 1949. Makalipas ang apat na taon, matagumpay na mga pagsubok sa mundo bomba ng hydrogen. At noong 1949, nagsimulang magtrabaho si Igor Vasilyevich Kurchatov sa isang proyekto ng planta ng nuclear power. Ang planta ng nuclear power ay ang tagapagbalita ng mapayapang paggamit ng atomic energy. Ang proyekto ay matagumpay na natapos: noong Hulyo 27, 1954, ang aming nuclear power plant ang naging una sa mundo! Si Kurchatov ay nagalak at nagsaya na parang bata!

Kahulugan ng isang nuclear reactor.

Ang nuclear reactor ay isang aparato kung saan ang isang kinokontrol na chain reaction ng fission ng ilang mabigat na nuclei ay isinasagawa at pinapanatili.

Ang unang nuclear reactor ay itinayo noong 1942 sa USA sa ilalim ng pamumuno ni E. Fermi. Sa ating bansa, ang unang reaktor ay itinayo noong 1946 sa ilalim ng pamumuno ni I.V. Kurchatov.

Ang mga pangunahing elemento ng isang nuclear reactor ay:

• nuclear fuel (uranium 235, uranium 238, plutonium 239);
• moderator ng neutron (mabigat na tubig, grapayt, atbp.);
• coolant para sa pag-alis ng enerhiya na nabuo sa panahon ng operasyon ng reaktor (tubig, likidong sodium, atbp.);
• Control rods (boron, cadmium) - lubos na sumisipsip ng mga neutron
• Isang proteksiyon na shell na humaharang sa radiation (kongkreto na may tagapuno ng bakal).

Prinsipyo ng pagpapatakbo nuclear reactor

Ang nuclear fuel ay matatagpuan sa core sa anyo ng vertical rods na tinatawag na fuel elements (fuel elements). Ang mga fuel rod ay idinisenyo upang ayusin ang kapangyarihan ng reaktor.

Ang mass ng bawat fuel rod ay makabuluhang mas mababa kaysa sa kritikal na masa, kaya ang isang chain reaction ay hindi maaaring mangyari sa isang rod. Ito ay nagsisimula pagkatapos na ang lahat ng uranium rods ay nahuhulog sa core.

Ang core ay napapalibutan ng isang layer ng substance na sumasalamin sa mga neutron (reflector) at isang protective shell ng kongkreto na kumukuha ng mga neutron at iba pang particle.

Pag-alis ng init mula sa mga fuel cell. Ang coolant, tubig, naghuhugas ng baras, pinainit hanggang 300°C sa altapresyon, pumapasok sa mga heat exchanger.

Ang papel ng heat exchanger ay ang tubig na pinainit hanggang 300°C ay nagbibigay ng init sa ordinaryong tubig at nagiging singaw.

Nuclear Reaction Control

Ang reactor ay kinokontrol gamit ang mga rod na naglalaman ng cadmium o boron. Kapag ang mga rod ay pinalawak mula sa reactor core, K > 1, at kapag ganap na binawi - K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Mabagal na neutron reactor.

Ang pinaka-epektibong fission ng uranium-235 nuclei ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng mga mabagal na neutron. Ang ganitong mga reactor ay tinatawag na slow neutron reactors. Ang mga pangalawang neutron na ginawa ng isang reaksyon ng fission ay mabilis. Upang ang kanilang kasunod na pakikipag-ugnayan sa uranium-235 nuclei sa chain reaction ay maging pinaka-epektibo, sila ay pinabagal sa pamamagitan ng pagpapakilala ng isang moderator sa core - isang sangkap na nagpapababa sa kinetic energy ng mga neutron.

Mabilis na neutron reactor.

Ang mga mabilis na neutron reactor ay hindi maaaring gumana sa natural na uranium. Ang reaksyon ay maaari lamang mapanatili sa isang pinayaman na halo na naglalaman ng hindi bababa sa 15% uranium isotope. Ang bentahe ng mabilis na neutron reactor ay ang kanilang operasyon ay gumagawa ng isang malaking halaga ng plutonium, na maaaring magamit bilang nuclear fuel.

Mga homogenous at heterogenous na mga reaktor.

Ang mga nuclear reactor, depende sa kamag-anak na paglalagay ng gasolina at moderator, ay nahahati sa homogenous at heterogenous. Sa isang homogenous na reactor, ang core ay isang homogenous na masa ng gasolina, moderator at coolant sa anyo ng isang solusyon, halo o matunaw. Ang isang reaktor kung saan ang gasolina sa anyo ng mga bloke o mga pagtitipon ng gasolina ay inilalagay sa isang moderator, na bumubuo ng isang regular na geometric na sala-sala sa loob nito, ay tinatawag na heterogenous.

Pagbabago ng panloob na enerhiya ng atomic nuclei sa elektrikal na enerhiya.

Nuclear reactor ay ang pangunahing elemento ng isang nuclear power plant (NPP), na nagko-convert ng thermal nuclear energy sa electrical energy. Ang conversion ng enerhiya ay nangyayari ayon sa sumusunod na pamamaraan:

• panloob na enerhiya ng uranium nuclei -
• kinetic energy ng mga neutron at nuclear fragment -
• panloob na enerhiya ng tubig -
• panloob na enerhiya ng singaw -
• kinetic energy ng singaw -
• kinetic energy ng turbine rotor at generator rotor -
• Enerhiya ng kuryente.

Paggamit ng mga nuclear reactor.

Depende sa kanilang layunin, ang mga nuclear reactor ay maaaring maging power reactor, converter at breeders, research at multipurpose, transport at industrial.

Ang mga nuclear power reactor ay ginagamit upang makabuo ng kuryente sa mga nuclear power plant, ship power plants, nuclear combined heat at power plants, at nuclear heat supply stations.

Ang mga reactor na idinisenyo upang makagawa ng pangalawang nuclear fuel mula sa natural na uranium at thorium ay tinatawag na mga converter o breeder. Sa converter reactor, ang pangalawang nuclear fuel ay gumagawa ng mas kaunti kaysa sa nauna nang natupok.

Sa isang breeder reactor, ang pinalawak na pagpaparami ng nuclear fuel ay isinasagawa, i.e. ito ay lumalabas na higit pa sa ginastos.

Ang mga reaktor ng pananaliksik ay ginagamit upang pag-aralan ang mga proseso ng pakikipag-ugnayan ng mga neutron sa bagay, pag-aralan ang pag-uugali ng mga materyales ng reaktor sa matinding larangan ng neutron at gamma radiation, radiochemical at biological na pananaliksik, paggawa ng isotopes, eksperimental na pananaliksik physics ng nuclear reactors.

Ang mga reactor ay may iba't ibang kapangyarihan, nakatigil o pulsed operating mode. Ang mga multipurpose reactor ay yaong nagsisilbi sa ilang layunin, tulad ng pagbuo ng enerhiya at paggawa ng nuclear fuel.

Mga sakuna sa kapaligiran sa mga nuclear power plant

• 1957 - aksidente sa Great Britain
• 1966 - bahagyang pagkatunaw ng core pagkatapos ng pagkabigo sa paglamig ng reaktor malapit sa Detroit.
• 1971 - maraming maruming tubig ang napunta sa US River
• 1979 - ang pinakamalaking aksidente sa USA
• 1982 - paglabas ng radioactive steam sa atmospera
• 1983 - isang kakila-kilabot na aksidente sa Canada (ang radioactive na tubig ay umagos sa loob ng 20 minuto - isang tonelada bawat minuto)
• 1986 - aksidente sa Great Britain
• 1986 - aksidente sa Germany
• 1986 – Chernobyl Nuclear Power Plant
• 1988 - sunog sa isang nuclear power plant sa Japan

Ang mga modernong nuclear power plant ay nilagyan ng mga PC, ngunit dati, kahit na pagkatapos ng isang aksidente, ang mga reactor ay patuloy na gumana, dahil walang awtomatikong shutdown system.

4. Pag-aayos ng materyal.

1. Ano ang tawag sa nuclear reactor?
2. Ano ang nuclear fuel sa isang reactor?
3. Anong substance ang nagsisilbing neutron moderator sa isang nuclear reactor?
4. Ano ang layunin ng isang neutron moderator?
5. Ano ang ginagamit ng mga control rod? Paano ginagamit ang mga ito?
6. Ano ang ginagamit bilang coolant sa mga nuclear reactor?
7. Bakit kinakailangan na ang masa ng bawat uranium rod ay mas mababa kaysa sa kritikal na masa?

5. Pagpapatupad ng pagsusulit.

1. Anong mga particle ang kasangkot sa fission ng uranium nuclei?
   A. proton;
   B. neutron;
   B. mga electron;
   G. helium nuclei.
2. Anong masa ng uranium ang kritikal?
   A. ang pinakamalaking kung saan ang isang chain reaction ay posible;
   B. anumang masa;
   B. ang pinakamaliit kung saan posible ang isang chain reaction;
   D. ang masa kung saan titigil ang reaksyon.
3. Ano ang tinatayang kritikal na masa ng uranium 235?
   A. 9 kg;
   B. 20 kg;
   B. 50 kg;
   G. 90 kg.
4. Alin sa mga sumusunod na sangkap ang maaaring gamitin sa mga nuclear reactor bilang mga moderator ng neutron?
   A. grapayt;
   B. kadmyum;
   B. mabigat na tubig;
   G. boron.
5. Para magkaroon ng nuclear chain reaction sa isang nuclear power plant, ang neutron multiplication factor ay dapat na:
   A. ay katumbas ng 1;
   B. higit sa 1;
   V. mas mababa sa 1.
6. Ang rate ng fission ng heavy atom nuclei sa mga nuclear reactor ay kinokontrol ng:
   A. dahil sa pagsipsip ng mga neutron kapag binababa ang mga rod na may absorber;
   B. dahil sa pagtaas ng pag-alis ng init na may pagtaas sa bilis ng coolant;
   B. sa pamamagitan ng pagtaas ng suplay ng kuryente sa mga mamimili;
   G. sa pamamagitan ng pagbabawas ng masa ng nuclear fuel sa core kapag nag-aalis ng mga rod na may gasolina.
7. Anong mga pagbabago sa enerhiya ang nangyayari sa isang nuclear reactor?
   A. ang panloob na enerhiya ng atomic nuclei ay na-convert sa liwanag na enerhiya;
   B. ang panloob na enerhiya ng atomic nuclei ay na-convert sa mekanikal na enerhiya;
   B. ang panloob na enerhiya ng atomic nuclei ay na-convert sa elektrikal na enerhiya;
   D. wala sa mga sagot ang tama.
8. Noong 1946, ang unang nuclear reactor ay itinayo sa Unyong Sobyet. Sino ang pinuno ng proyektong ito?
   A. S. Korolev;
   B. I. Kurchatov;
   V. D. Sakharov;
   G. A. Prokhorov.
9. Aling paraan ang itinuturing mong pinakakatanggap-tanggap para sa pagtaas ng pagiging maaasahan ng mga nuclear power plant at pag-iwas sa kontaminasyon? panlabas na kapaligiran?
   A. pagbuo ng mga reactor na may kakayahang awtomatikong palamig ang reactor core anuman ang kalooban ng operator;
   B. pagtaas ng literacy ng operasyon ng NPP, ang antas ng propesyonal na paghahanda ng mga operator ng NPP;
   B. pagbuo ng napakahusay na teknolohiya para sa pagtatanggal-tanggal ng mga nuclear power plant at pagproseso ng radioactive waste;
   D. lokasyon ng mga reactor sa ilalim ng lupa;
   D. pagtanggi na magtayo at magpatakbo ng nuclear power plant.
10. Ano ang mga pinagmumulan ng polusyon? kapaligiran kaugnay sa pagpapatakbo ng mga nuclear power plant?
    A. industriya ng uranium;
    B. nuclear reactors iba't ibang uri;
    B. industriya ng radiochemical;
    D. mga site para sa pagproseso at pagtatapon ng radioactive na basura;
    D. paggamit ng radionuclides sa pambansang ekonomiya;
    E. pagsabog ng nukleyar.

Mga sagot: 1 B; 2 V; 3 V; 4 A, B; 5 A; 6 A; 7 V;. 8 B; 9 B.V; 10 A, B, C, D, E.

6. Buod ng aralin.

Ano ang bagong natutunan mo sa klase ngayon?

Ano ang nagustuhan mo sa aralin?

Anong mga tanong mo?

SALAMAT SA IYONG GAWAIN SA ARALIN!

Nuclear reactor, prinsipyo ng pagpapatakbo, pagpapatakbo ng nuclear reactor.

Araw-araw ay gumagamit tayo ng kuryente at hindi iniisip kung paano ito ginawa at kung paano ito napunta sa atin. Gayunpaman, ito ay isa sa pinakamahalagang bahagi. modernong sibilisasyon. Kung walang kuryente, walang ilaw, walang init, walang paggalaw.

Alam ng lahat na ang kuryente ay nalilikha sa mga power plant, kabilang ang mga nuclear. Ang puso ng bawat nuclear power plant ay nuclear reactor. Ito ang titingnan natin sa artikulong ito.

Nuclear reactor, isang aparato kung saan nangyayari ang isang kontroladong nuclear chain reaction sa pagpapalabas ng init. Ang mga kagamitang ito ay pangunahing ginagamit upang makabuo ng kuryente at magmaneho ng malalaking barko. Upang isipin ang kapangyarihan at kahusayan ng mga nuclear reactor, maaari tayong magbigay ng isang halimbawa. Kung saan ang isang average na nuclear reactor ay mangangailangan ng 30 kilo ng uranium, ang isang average na thermal power plant ay mangangailangan ng 60 bagon ng karbon o 40 na tangke ng fuel oil.

Prototype nuclear reactor ay itinayo noong Disyembre 1942 sa USA sa ilalim ng direksyon ni E. Fermi. Ito ay ang tinatawag na "Chicago stack". Chicago Pile (mamaya ang salitaAng "Pile", kasama ang iba pang mga kahulugan, ay nangangahulugang isang nuclear reactor). Ito ay binigyan ng pangalang ito dahil ito ay kahawig ng isang malaking salansan ng mga bloke ng grapayt na nakalagay sa ibabaw ng isa.

Sa pagitan ng mga bloke ay inilagay ang mga spherical na "working fluid" na gawa sa natural na uranium at ang dioxide nito.

Sa USSR, ang unang reaktor ay itinayo sa ilalim ng pamumuno ng Academician I.V. Kurchatov. Ang F-1 reactor ay gumagana noong Disyembre 25, 1946. Ang reactor ay spherical sa hugis at may diameter na humigit-kumulang 7.5 metro. Wala itong sistema ng paglamig, kaya umaandar ito sa napakababang antas ng kuryente.

Nagpatuloy ang pananaliksik at noong Hunyo 27, 1954, ang unang nuclear power plant sa mundo na may kapasidad na 5 MW ay nagsimula sa Obninsk.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor.

Sa panahon ng pagkabulok ng uranium U 235, ang init ay inilabas, na sinamahan ng paglabas ng dalawa o tatlong neutron. Ayon sa istatistika - 2.5. Ang mga neutron na ito ay bumangga sa iba pang uranium atoms na U235. Sa panahon ng isang banggaan, ang uranium U 235 ay nagiging isang hindi matatag na isotope U 236, na halos agad na nabubulok sa Kr 92 at Ba 141 + ang parehong 2-3 neutron. Ang pagkabulok ay sinamahan ng paglabas ng enerhiya sa anyo ng gamma radiation at init.

Ito ay tinatawag na chain reaction. Atoms fission, ang bilang ng mga decay ay tumataas geometric na pag-unlad, na sa huli ay humahantong sa isang napakabilis ng kidlat, ayon sa aming mga pamantayan, ang pagpapakawala ng isang malaking halaga ng enerhiya - isang atomic na pagsabog ay nangyayari bilang resulta ng isang hindi nakokontrol na chain reaction.

Gayunpaman, sa nuclear reactor kinakaharap natin kontroladong nuclear reaction. Kung paano ito nagiging posible ay inilarawan sa ibaba.

Ang istraktura ng isang nuclear reactor.

Sa kasalukuyan, mayroong dalawang uri ng nuclear reactor: VVER (water-cooled power reactor) at RBMK (high-power channel reactor). Ang pagkakaiba ay ang RBMK ay isang boiling reactor, habang ang VVER ay gumagamit ng tubig sa ilalim ng presyon ng 120 atmospheres.

VVER 1000 reactor. 1 - control system drive; 2 - takip ng reaktor; 3 - katawan ng reaktor; 4 - bloke ng mga proteksiyon na tubo (BZT); 5 - baras; 6 - pangunahing enclosure; 7 - fuel assemblies (FA) at control rods;

Ang bawat industriyal na nuclear reactor ay isang boiler kung saan dumadaloy ang coolant. Bilang isang patakaran, ito ay ordinaryong tubig (mga 75% sa mundo), likidong grapayt (20%) at mabigat na tubig (5%). Para sa mga layuning pang-eksperimento, ginamit ang beryllium at ipinapalagay na isang hydrocarbon.

TVEL– (fuel element). Ang mga ito ay mga tungkod sa isang zirconium shell na may niobium alloy, sa loob kung saan matatagpuan ang uranium dioxide tablets.

TVEL raktor RBMK. RBMK reactor fuel element na disenyo: 1 - plug; 2 - uranium dioxide tablet; 3 - zirconium shell; 4 - tagsibol; 5 - bushing; 6 - tip.

Kasama rin sa TVEL ang isang spring system para sa paghawak ng mga fuel pellet sa parehong antas, na ginagawang posible na mas tumpak na ayusin ang lalim ng paglulubog/pag-alis ng gasolina sa core. Ang mga ito ay pinagsama-sama sa hugis-heksagonal na mga cassette, na ang bawat isa ay may kasamang ilang dosenang fuel rods. Ang coolant ay dumadaloy sa mga channel sa bawat cassette.

Ang mga fuel rod sa cassette ay naka-highlight sa berde.

Pagpupulong ng cassette ng gasolina.

Ang reactor core ay binubuo ng daan-daang cassette na inilagay patayo at pinagsama ng isang metal shell - isang katawan, na gumaganap din ng papel ng isang neutron reflector. Kabilang sa mga cassette, ang mga control rod at reactor emergency protection rods ay ipinapasok sa mga regular na pagitan, na idinisenyo upang isara ang reaktor sa kaso ng overheating.

Ibigay natin bilang isang halimbawang data sa VVER-440 reactor:

Ang mga controller ay maaaring ilipat pataas at pababa, pabulusok, o kabaligtaran, umaalis sa aktibong zone, kung saan ang reaksyon ay pinaka-matinding. Sinisiguro ito ng malalakas na de-koryenteng motor, kasabay ng isang control system. Ang mga emergency protection rod ay idinisenyo upang isara ang reaktor sa kaganapan ng isang emergency, mahulog sa core at sumisipsip ng mas maraming libreng neutron.

Ang bawat reactor ay may takip kung saan ang mga ginamit at mga bagong cassette ay kinakarga at ibinababa.

Ang thermal insulation ay karaniwang naka-install sa ibabaw ng reactor vessel. Ang susunod na hadlang ay biological protection. Ito ay karaniwang isang reinforced concrete bunker, ang pasukan kung saan ay sarado ng isang airlock na may mga selyadong pinto. Ang biological na proteksyon ay idinisenyo upang maiwasan ang paglabas ng radioactive steam at mga piraso ng reactor sa atmospera kung may nangyaring pagsabog.

Ang isang nuklear na pagsabog sa mga modernong reactor ay lubhang hindi malamang. Dahil ang gasolina ay medyo pinayaman at nahahati sa mga elemento ng gasolina. Kahit na natunaw ang core, ang gasolina ay hindi makakapag-react nang kasing-aktibo. Ang pinakamasamang maaaring mangyari ay ang isang thermal explosion tulad ng sa Chernobyl, kapag ang presyon sa reaktor ay umabot sa mga halaga na ang pambalot ng metal ay sumabog lamang, at ang takip ng reaktor, na tumitimbang ng 5,000 tonelada, ay gumawa ng baligtad na pagtalon, na bumagsak sa bubong ng ang reactor compartment at naglalabas ng singaw sa labas. Kung Chernobyl nuclear power plant ay nilagyan ng tamang biological na proteksyon, tulad ng sarcophagus ngayon, kung gayon ang sakuna ay nagkakahalaga ng sangkatauhan nang mas mababa.

Operasyon ng isang nuclear power plant.

Sa madaling salita, ganito ang hitsura ni raboboa.

Nuclear power plant. (Nai-click)

Matapos ipasok ang reactor core gamit ang mga bomba, ang tubig ay pinainit mula 250 hanggang 300 degrees at lumabas mula sa "ibang panig" ng reaktor. Ito ay tinatawag na unang circuit. Pagkatapos nito ay ipinadala ito sa heat exchanger, kung saan nakakatugon ito sa pangalawang circuit. Pagkatapos nito, ang singaw sa ilalim ng presyon ay dumadaloy sa mga blades ng turbine. Ang mga turbine ay gumagawa ng kuryente.

: ... medyo banal, ngunit gayunpaman ay hindi ko pa rin nahanap ang impormasyon sa isang natutunaw na anyo - kung paano NAGSISIMULA na gumana ang isang nuclear reactor. Ang lahat ng tungkol sa prinsipyo at istraktura ng trabaho ay na-chewed nang higit sa 300 beses at malinaw, ngunit narito kung paano nakuha ang gasolina at mula sa kung ano at bakit hindi ito masyadong mapanganib hanggang sa ito ay nasa reactor at kung bakit hindi ito tumutugon bago maging. nakalubog sa reactor! - pagkatapos ng lahat, ito ay umiinit lamang sa loob, gayunpaman, bago ang pag-load ng gasolina ay malamig at lahat ay maayos, kaya kung ano ang nagiging sanhi ng pag-init ng mga elemento ay hindi lubos na malinaw, kung paano sila apektado, at iba pa, mas mabuti na hindi siyentipiko).

Mahirap, siyempre, na i-frame ang gayong paksa sa isang hindi pang-agham na paraan, ngunit susubukan ko. Alamin muna natin kung ano ang mga fuel rod na ito.

Ang nuclear fuel ay mga black tablet na may diameter na humigit-kumulang 1 cm at taas na humigit-kumulang 1.5 cm. Naglalaman ang mga ito ng 2% uranium dioxide 235, at 98% uranium 238, 236, 239. Sa lahat ng kaso, sa anumang dami ng nuclear fuel, a nuclear pagsabog ay hindi maaaring bumuo, dahil para sa isang avalanche-tulad ng mabilis na fission reaksyon katangian ng pagsabog ng nuklear isang uranium 235 na konsentrasyon ng higit sa 60% ay kinakailangan.

Dalawang daang nuclear fuel pellets ang inilalagay sa isang tubo na gawa sa zirconium metal. Ang haba ng tubo na ito ay 3.5m. diameter 1.35 cm Ang tubo na ito ay tinatawag na elemento ng gasolina - elemento ng gasolina. 36 fuel rods ay binuo sa isang cassette (isa pang pangalan ay "assembly").

RBMK reactor fuel element na disenyo: 1 - plug; 2 - uranium dioxide tablet; 3 - zirconium shell; 4 - tagsibol; 5 - bushing; 6 - tip.

Ang pagbabagong-anyo ng isang sangkap ay sinamahan ng paglabas ng libreng enerhiya kung ang sangkap ay may reserba ng enerhiya. Ang huli ay nangangahulugan na ang mga microparticle ng isang substansiya ay nasa isang estado na may natitirang enerhiya na mas malaki kaysa sa isa pang posibleng estado kung saan umiiral ang isang paglipat. Ang isang kusang paglipat ay palaging pinipigilan ng isang hadlang sa enerhiya, upang mapagtagumpayan kung saan ang microparticle ay dapat makatanggap ng isang tiyak na halaga ng enerhiya mula sa labas - enerhiya ng paggulo. Ang exoenergetic na reaksyon ay binubuo sa katotohanan na sa pagbabagong-anyo kasunod ng paggulo, mas maraming enerhiya ang inilabas kaysa sa kinakailangan upang pukawin ang proseso. Mayroong dalawang paraan upang malampasan ang energy barrier: alinman sa dahil sa kinetic energy ng nagbabanggaan na mga particle, o dahil sa nagbubuklod na enerhiya ng pinagsanib na particle.

Kung isaisip natin ang macroscopic scale ng paglabas ng enerhiya, kung gayon ang lahat o sa una ay hindi bababa sa ilang bahagi ng mga particle ng substance ay dapat magkaroon ng kinetic energy na kinakailangan upang pukawin ang mga reaksyon. Ito ay makakamit lamang sa pamamagitan ng pagtaas ng temperatura ng medium sa isang halaga kung saan ang enerhiya ng thermal motion ay lumalapit sa energy threshold na naglilimita sa kurso ng proseso. Sa kaso ng mga pagbabagong molekular, iyon ay, mga reaksiyong kemikal, ang ganitong pagtaas ay karaniwang daan-daang digri Kelvin, ngunit sa kaso ng mga reaksyong nuklear ito ay hindi bababa sa 107 K dahil sa napakataas na taas ng mga hadlang ng Coulomb ng nagbabanggaang nuclei. Ang thermal excitation ng mga reaksyong nuklear ay isinasagawa sa pagsasanay lamang sa panahon ng synthesis ng pinakamagaan na nuclei, kung saan ang mga hadlang ng Coulomb ay minimal (thermonuclear fusion).

Ang paggulo sa pamamagitan ng pagsali sa mga particle ay hindi nangangailangan ng malaking kinetic energy, at, samakatuwid, ay hindi nakasalalay sa temperatura ng medium, dahil ito ay nangyayari dahil sa hindi nagamit na mga bono na likas sa mga kaakit-akit na pwersa ng mga particle. Ngunit upang pukawin ang mga reaksyon, ang mga particle mismo ay kinakailangan. At kung muli nating ibig sabihin ay hindi isang hiwalay na pagkilos ng reaksyon, ngunit ang produksyon ng enerhiya sa isang macroscopic scale, pagkatapos ito ay posible lamang kapag ang isang chain reaction ay nangyari. Ang huli ay nangyayari kapag ang mga particle na nagpapasigla sa reaksyon ay muling lumitaw bilang mga produkto ng isang exoenergetic na reaksyon.

Upang kontrolin at protektahan ang isang nuclear reactor, ginagamit ang mga control rod na maaaring ilipat sa buong taas ng core. Ang mga rod ay gawa sa mga sangkap na malakas na sumisipsip ng mga neutron - halimbawa, boron o cadmium. Kapag ang mga rod ay naipasok nang malalim, ang isang chain reaction ay nagiging imposible, dahil ang mga neutron ay malakas na hinihigop at inalis mula sa reaction zone.

Ang mga tungkod ay inilipat nang malayuan mula sa control panel. Sa isang bahagyang paggalaw ng mga rod, ang proseso ng kadena ay bubuo o mawawala. Sa ganitong paraan ang kapangyarihan ng reaktor ay kinokontrol.

Leningrad NPP, RBMK reactor

Simula ng operasyon ng reaktor:

Sa unang sandali ng oras pagkatapos ng unang pag-load ng gasolina, walang fission chain reaction sa reaktor, ang reaktor ay nasa subcritical na estado. Ang temperatura ng coolant ay makabuluhang mas mababa kaysa sa operating temperatura.

Tulad ng nabanggit na natin dito, para magsimula ang isang chain reaction, ang fissile material ay dapat bumuo ng isang kritikal na masa - isang sapat na dami ng spontaneously fissioning matter sa isang sapat na maliit na espasyo, isang kondisyon kung saan ang bilang ng mga neutron na inilabas sa panahon ng nuclear fission ay dapat na mas maraming numero hinihigop na mga neutron. Magagawa ito sa pamamagitan ng pagtaas ng nilalaman ng uranium-235 (ang dami ng mga fuel rod na na-load), o sa pamamagitan ng pagpapabagal sa bilis ng mga neutron upang hindi sila lumipad sa uranium-235 nuclei.

Ang reaktor ay dinala sa kapangyarihan sa maraming yugto. Sa tulong ng mga regulator ng reaktibiti, ang reaktor ay inilipat sa supercritical na estado na Kef>1 at ang kapangyarihan ng reaktor ay tumataas sa isang antas ng 1-2% ng nominal. Sa yugtong ito, ang reaktor ay pinainit sa mga operating parameter ng coolant, at ang rate ng pag-init ay limitado. Sa panahon ng proseso ng pag-init, ang mga kontrol ay nagpapanatili ng kapangyarihan sa isang pare-parehong antas. Pagkatapos ay sinimulan ang mga circulation pump at ang sistema ng pagtanggal ng init ay inilalagay sa operasyon. Pagkatapos nito, ang kapangyarihan ng reaktor ay maaaring tumaas sa anumang antas sa hanay mula 2 hanggang 100% ng na-rate na kapangyarihan.

Kapag uminit ang reactor, nagbabago ang reaktibiti dahil sa mga pagbabago sa temperatura at density ng mga pangunahing materyales. Minsan, sa panahon ng pag-init, nagbabago ang kamag-anak na posisyon ng core at ang mga elemento ng kontrol na pumapasok o lumabas sa core, na nagiging sanhi ng epekto ng reaktibiti sa kawalan ng aktibong paggalaw ng mga elemento ng kontrol.

Regulasyon ng solid, gumagalaw na sumisipsip na mga elemento

Upang mabilis na baguhin ang reaktibiti, sa karamihan ng mga kaso, ginagamit ang solid movable absorbers. Sa RBMK reactor, ang mga control rod ay naglalaman ng boron carbide bushings na nakapaloob sa isang aluminum alloy tube na may diameter na 50 o 70 mm. Ang bawat control rod ay inilalagay sa isang hiwalay na channel at pinalamig ng tubig mula sa control at protection system (control and protection system) circuit sa average na temperatura na 50 ° C. Ayon sa kanilang layunin, ang mga rod ay nahahati sa AZ (proteksyon sa emergency ) rods; mayroong 24 ganoong rods sa RBMK. Mga awtomatikong control rod - 12 piraso, lokal na awtomatikong control rod - 12 piraso, manual control rod - 131, at 32 pinaikling absorber rod (USP). Mayroong 211 rods sa kabuuan. Bukod dito, ang mga pinaikling rod ay ipinasok sa core mula sa ibaba, ang natitira mula sa itaas.

VVER 1000 reactor. 1 - control system drive; 2 - takip ng reaktor; 3 - katawan ng reaktor; 4 - bloke ng mga proteksiyon na tubo (BZT); 5 - baras; 6 - pangunahing enclosure; 7 - fuel assemblies (FA) at control rods;

Nasusunog na mga elementong sumisipsip.

Upang mabayaran ang labis na reaktibiti pagkatapos mag-load ng sariwang gasolina, madalas na ginagamit ang mga burnable absorbers. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng kung saan ay na sila, tulad ng gasolina, pagkatapos makuha ang isang neutron, pagkatapos ay huminto sa pagsipsip ng mga neutron (nasusunog). Bukod dito, ang rate ng pagbaba bilang resulta ng pagsipsip ng mga neutron sa pamamagitan ng absorber nuclei ay mas mababa sa o katumbas ng rate ng pagbaba bilang resulta ng fission ng fuel nuclei. Kung ni-load natin ang isang reactor core na may gasolina na idinisenyo upang gumana sa loob ng isang taon, kung gayon ay malinaw na ang bilang ng fissile fuel nuclei sa simula ng operasyon ay mas malaki kaysa sa dulo, at dapat nating bayaran ang labis na reaktibiti sa pamamagitan ng paglalagay ng mga absorbers sa kaibuturan. Kung ang mga control rod ay ginagamit para sa layuning ito, dapat nating patuloy na ilipat ang mga ito habang bumababa ang bilang ng nuclei ng gasolina. Ang paggamit ng mga burnable absorbers ay binabawasan ang paggamit ng mga gumagalaw na rod. Sa kasalukuyan, ang mga nasusunog na sumisipsip ay madalas na direktang idinagdag sa mga pellet ng gasolina sa panahon ng kanilang paggawa.

Kontrol ng reaktibiti ng likido.

Ang ganitong regulasyon ay ginagamit, lalo na, sa panahon ng pagpapatakbo ng isang VVER-type na reactor, ang boric acid H3BO3 na naglalaman ng 10B neutron-absorbing nuclei ay ipinakilala sa coolant. Sa pamamagitan ng pagbabago ng konsentrasyon ng boric acid sa landas ng coolant, sa gayon ay binabago natin ang reaktibiti sa core. Sa unang panahon ng pagpapatakbo ng reaktor, kapag maraming nuclei ng gasolina, ang konsentrasyon ng acid ay pinakamataas. Habang nasusunog ang gasolina, bumababa ang konsentrasyon ng acid.

Mekanismo ng reaksyon ng chain

Ang isang nuclear reactor ay maaaring gumana sa isang ibinigay na kapangyarihan sa loob ng mahabang panahon kung mayroon itong reserbang reaktibiti sa simula ng operasyon. Ang pagbubukod ay mga subcritical reactor na may panlabas na pinagmumulan ng mga thermal neutron. Ang paglabas ng nakagapos na reaktibiti habang bumababa ito dahil sa mga natural na dahilan ay nagsisiguro sa pagpapanatili ng kritikal na estado ng reaktor sa bawat sandali ng operasyon nito. Ang paunang reserba ng reaktibiti ay nilikha sa pamamagitan ng pagbuo ng isang core na may mga sukat na higit na lumalampas sa mga kritikal. Upang maiwasang maging supercritical ang reactor, ang k0 ng breeding medium ay sabay-sabay na artipisyal na nabawasan. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pagpapasok ng mga neutron absorber substance sa core, na pagkatapos ay maaaring alisin mula sa core. Tulad ng sa mga elemento ng kontrol ng reaksyon ng chain, ang mga sumisipsip na sangkap ay kasama sa materyal ng mga rod ng isa o isa pang cross-section na gumagalaw sa mga kaukulang channel sa core. Ngunit kung ang isa o dalawa o ilang mga rod ay sapat na para sa regulasyon, pagkatapos ay upang mabayaran ang paunang labis na reaktibiti ang bilang ng mga rod ay maaaring umabot ng daan-daang. Ang mga rod na ito ay tinatawag na compensating rods. Ang mga control at compensating rod ay hindi kinakailangang kumakatawan sa iba't ibang mga elemento ng disenyo. Ang isang bilang ng mga compensating rod ay maaaring maging control rod, ngunit ang mga function ng pareho ay iba. Ang mga control rod ay idinisenyo upang mapanatili ang isang kritikal na estado anumang oras, upang ihinto at simulan ang reactor, at upang lumipat mula sa isang antas ng kapangyarihan patungo sa isa pa. Ang lahat ng mga operasyong ito ay nangangailangan ng maliliit na pagbabago sa reaktibiti. Ang mga compensating rod ay unti-unting inalis mula sa reactor core, na tinitiyak ang isang kritikal na estado sa buong oras ng operasyon nito.

Minsan ang mga control rod ay ginawa hindi mula sa sumisipsip na mga materyales, ngunit mula sa fissile material o scattering material. Sa mga thermal reactor, ang mga ito ay pangunahing sumisipsip ng neutron; walang epektibong mabilis na sumisipsip ng neutron. Ang mga absorber tulad ng cadmium, hafnium at iba pa ay malakas na sumisipsip ng mga thermal neutron lamang dahil sa kalapitan ng unang resonance sa thermal region, at sa labas ng huli ay hindi sila naiiba sa iba pang mga sangkap sa kanilang mga katangian ng pagsipsip. Ang pagbubukod ay boron, na ang cross section ng pagsipsip ng neutron ay bumababa sa enerhiya na mas mabagal kaysa sa ipinahiwatig na mga sangkap, ayon sa l / v law. Samakatuwid, ang boron ay sumisipsip ng mabilis na mga neutron, bagaman mahina, ngunit medyo mas mahusay kaysa sa iba pang mga sangkap. Ang materyal na sumisipsip sa isang mabilis na neutron reactor ay maaari lamang maging boron, kung maaari ay pinayaman ng 10B isotope. Bilang karagdagan sa boron, ang mga fissile na materyales ay ginagamit din para sa mga control rod sa mabilis na neutron reactor. Ang isang compensating rod na gawa sa fissile material ay gumaganap ng parehong function bilang isang neutron absorber rod: pinatataas nito ang reaktibiti ng reactor habang natural itong bumababa. Gayunpaman, hindi tulad ng isang absorber, ang naturang baras ay matatagpuan sa labas ng core sa simula ng operasyon ng reactor at pagkatapos ay ipinakilala sa core.

Ang mga scatterer na materyales na ginagamit sa mga fast reactor ay nickel, na may scattering cross section para sa mga fast neutron na bahagyang mas malaki kaysa sa mga cross section ng iba pang substance. Ang mga scatterer rod ay matatagpuan sa kahabaan ng periphery ng core at ang kanilang paglulubog sa kaukulang channel ay nagdudulot ng pagbaba ng neutron leakage mula sa core at, dahil dito, isang pagtaas sa reaktibiti. Sa ilang mga espesyal na kaso, ang layunin ng chain reaction control ay nagsisilbi sa pamamagitan ng paglipat ng mga bahagi ng neutron reflectors, na, kapag inilipat, binabago ang pagtagas ng mga neutron mula sa core. Ang control, compensating at emergency rods, kasama ang lahat ng kagamitan na nagsisiguro sa kanilang normal na paggana, ay bumubuo ng reactor control and protection system (CPS).

Proteksyon sa emergency:

Ang emergency na proteksyon ng isang nuclear reactor ay isang set ng mga device na idinisenyo upang mabilis na ihinto ang isang nuclear chain reaction sa reactor core.

Awtomatikong nati-trigger ang aktibong proteksyong pang-emergency kapag ang isa sa mga parameter ng isang nuclear reactor ay umabot sa isang halaga na maaaring humantong sa isang aksidente. Maaaring kabilang sa mga naturang parameter ang: temperatura, presyon at daloy ng coolant, antas at bilis ng pagtaas ng kuryente.

Ang mga ehekutibong elemento ng proteksyong pang-emerhensiya ay, sa karamihan ng mga kaso, mga tungkod na may sangkap na mahusay na sumisipsip ng mga neutron (boron o cadmium). Minsan, upang isara ang reaktor, ang isang likidong sumisipsip ay iniksyon sa coolant loop.

Bilang karagdagan sa aktibong proteksyon, marami modernong mga proyekto kasama rin ang mga elemento ng passive na proteksyon. Halimbawa, modernong mga pagpipilian Kasama sa mga VVER reactor ang "Emergency Core Cooling System" (ECCS) - mga espesyal na tangke na may boric acid na matatagpuan sa itaas ng reaktor. Kung sakaling magkaroon ng maximum na aksidente sa disenyo (pagkasira ng unang cooling circuit ng reactor), ang mga nilalaman ng mga tangke na ito ay napupunta sa loob ng reactor core sa pamamagitan ng gravity at ang nuclear chain reaction ay pinapatay ng isang malaking halaga ng boron-containing substance. , na sumisipsip ng mga neutron nang maayos.

Ayon sa "Nuclear Safety Rules for Reactor Facilities of Nuclear Power Plants", ayon sa kahit na isa sa mga ibinigay na reactor shutdown system ay dapat gumanap ng function ng emergency protection (EP). Ang proteksyong pang-emerhensiya ay dapat magkaroon ng hindi bababa sa dalawang independiyenteng grupo ng mga gumaganang elemento. Sa signal ng AZ, ang mga gumaganang bahagi ng AZ ay dapat na i-activate mula sa anumang gumagana o intermediate na posisyon.

Ang kagamitan ng AZ ay dapat na binubuo ng hindi bababa sa dalawang independiyenteng hanay.

Ang bawat hanay ng AZ equipment ay dapat na idinisenyo sa paraang ang proteksyon ay ibinibigay sa hanay ng mga pagbabago sa neutron flux density mula 7% hanggang 120% ng nominal:

1. Sa pamamagitan ng neutron flux density - hindi bababa sa tatlong independiyenteng mga channel;
2. Ayon sa rate ng pagtaas sa density ng neutron flux - hindi bababa sa tatlong independiyenteng mga channel.

Ang bawat hanay ng mga kagamitan sa proteksyong pang-emerhensiya ay dapat na idinisenyo sa paraang, sa buong saklaw ng mga pagbabago sa mga teknolohikal na parameter na itinatag sa disenyo ng planta ng reaktor (RP), ang proteksyong pang-emerhensiya ay ibinibigay ng hindi bababa sa tatlong independyenteng mga channel para sa bawat teknolohikal na parameter kung saan kinakailangan ang proteksyon.

Ang mga control command ng bawat set para sa mga AZ actuator ay dapat na maipadala sa pamamagitan ng hindi bababa sa dalawang channel. Kapag ang isang channel sa isa sa mga set ng AZ equipment ay inalis sa operasyon nang hindi inaalis ang set na ito sa pagpapatakbo, isang alarm signal ang dapat na awtomatikong mabuo para sa channel na ito.

Ang proteksyong pang-emerhensiya ay dapat na ma-trigger kahit man lang sa mga sumusunod na kaso:

1. Sa pag-abot sa AZ setting para sa neutron flux density.
2. Sa pag-abot sa setting ng AZ para sa rate ng pagtaas sa density ng neutron flux.
3. Kung ang boltahe ay nawala sa anumang hanay ng mga kagamitang pang-emerhensiyang proteksyon at ang mga bus ng suplay ng kuryente ng CPS na hindi naalis sa operasyon.
4. Sa kaso ng pagkabigo ng alinman sa dalawa sa tatlong mga channel ng proteksyon para sa density ng neutron flux o para sa rate ng pagtaas ng neutron flux sa anumang hanay ng mga kagamitan sa AZ na hindi naalis sa operasyon.
5. Kapag ang mga setting ng AZ ay naabot ng mga teknolohikal na parameter kung saan dapat isagawa ang proteksyon.
6. Kapag nagti-trigger ng AZ mula sa isang key mula sa isang block control point (BCP) o isang reserve control point (RCP).

Baka may makapagpaliwanag nang maikli sa isang hindi gaanong siyentipikong paraan kung paano nagsimulang gumana ang isang yunit ng nuclear power plant? :-)

Tandaan ang isang paksa tulad ng Ang orihinal na artikulo ay nasa website InfoGlaz.rf Link sa artikulo kung saan ginawa ang kopyang ito -

I. Disenyo ng isang nuclear reactor

Ang isang nuclear reactor ay binubuo ng sumusunod na limang pangunahing elemento:

1) nuclear fuel;

2) neutron moderator;

3) mga sistema ng regulasyon;

4) mga sistema ng paglamig;

5) proteksiyon na screen.

1. Nuclear fuel.

Ang nuclear fuel ay pinagmumulan ng enerhiya. Sa kasalukuyan ay may tatlong kilalang uri ng mga fissile na materyales:

a) uranium 235, na bumubuo ng 0.7%, o 1/140 ng natural na uranium;

6) plutonium 239, na nabuo sa ilang mga reactor batay sa uranium 238, na bumubuo sa halos buong masa ng natural na uranium (99.3%, o 139/140 na bahagi).

Ang pagkuha ng mga neutron, ang uranium 238 nuclei ay nagiging neptunium nuclei - ang ika-93 elemento ng periodic system ng Mendeleev; ang huli naman ay nagiging plutonium nuclei - ang ika-94 na elemento ng periodic table. Ang plutonium ay madaling nakuha mula sa irradiated uranium sa pamamagitan ng kemikal na paraan at maaaring gamitin bilang nuclear fuel;

c) uranium 233, na isang artipisyal na isotope ng uranium na nakuha mula sa thorium.

Hindi tulad ng uranium 235, na matatagpuan sa natural na uranium, ang plutonium 239 at uranium 233 ay nakuha lamang sa artipisyal na paraan. Iyon ang dahilan kung bakit sila ay tinatawag na pangalawang nuclear fuel; Ang pinagmumulan ng naturang gasolina ay uranium 238 at thorium 232.

Kaya, sa lahat ng uri ng nuclear fuel na nakalista sa itaas, ang uranium ang pangunahing isa. Ipinapaliwanag nito ang napakalaking saklaw na kinukuha ng mga paghahanap at paggalugad ng mga deposito ng uranium sa lahat ng mga bansa.

Ang enerhiya na inilabas sa isang nuclear reactor ay minsan inihahambing sa inilabas sa panahon ng isang kemikal na combustion reaction. Gayunpaman, mayroong isang pangunahing pagkakaiba sa pagitan nila.

Ang dami ng init na nakuha sa panahon ng fission ng uranium ay hindi masusukat na mas malaki kaysa sa dami ng init na nakuha sa panahon ng combustion, halimbawa, uling: 1 kg ng uranium 235, katumbas ng dami ng isang pakete ng sigarilyo, ay maaaring magbigay ng teoretikal na enerhiya ng 2600 toneladang karbon.

Gayunpaman, ang mga pagkakataong ito ng enerhiya ay hindi ganap na pinagsamantalahan, dahil hindi lahat ng uranium 235 ay maaaring ihiwalay sa natural na uranium. Bilang resulta, ang 1 kg ng uranium, depende sa antas ng pagpapayaman nito sa uranium 235, ay kasalukuyang katumbas ng humigit-kumulang 10 tonelada ng karbon. Ngunit dapat itong isaalang-alang na ang paggamit ng nuclear fuel ay nagpapadali sa transportasyon at, samakatuwid, ay makabuluhang binabawasan ang halaga ng gasolina. Kinakalkula ng mga eksperto sa Britanya na sa pamamagitan ng pagpapayaman ng uranium ay mapapalaki nila ang init na ginawa sa mga reactor ng 10 beses, na katumbas ng 1 tonelada ng uranium sa 100 libong tonelada ng karbon.

Ang pangalawang pagkakaiba sa pagitan ng proseso ng nuclear fission, na nangyayari sa pagpapalabas ng init, at pagkasunog ng kemikal ay ang reaksyon ng pagkasunog ay nangangailangan ng oxygen, habang upang simulan ang isang chain reaction ay ilang neutron lamang at isang tiyak na masa ng nuclear fuel ang kinakailangan, katumbas. sa kritikal na masa, na tinukoy namin na ibinigay na sa seksyon sa atomic bomb.

At sa wakas, ang hindi nakikitang proseso ng nuclear fission ay sinamahan ng paglabas ng lubhang nakakapinsalang radiation, kung saan dapat magbigay ng proteksyon.

2. Neutron moderator.

Upang maiwasan ang pagkalat ng mga produkto ng fission sa reaktor, ang nuclear fuel ay dapat ilagay sa mga espesyal na shell. Upang makagawa ng mga naturang shell, maaari mong gamitin ang aluminyo (ang temperatura ng coolant ay hindi dapat lumampas sa 200 °), o kahit na mas mabuti, beryllium o zirconium - mga bagong metal, ang produksyon na kung saan sa kanilang purong anyo ay puno ng malaking paghihirap.

Ang mga neutron na ginawa sa panahon ng nuclear fission (sa average na 2-3 neutron sa panahon ng fission ng isang nucleus ng isang mabigat na elemento) ay may isang tiyak na enerhiya. Upang ang posibilidad ng mga neutron na hatiin ang iba pang mga nuclei ay maging pinakamalaki, kung wala ang reaksyon ay hindi makakapagpapanatili sa sarili, kinakailangan na ang mga neutron na ito ay mawalan ng bahagi ng kanilang bilis. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng paglalagay ng isang moderator sa reactor, kung saan ang mga mabilis na neutron ay na-convert sa mga mabagal bilang resulta ng maraming sunud-sunod na banggaan. Dahil ang sangkap na ginamit bilang isang moderator ay dapat na may nuclei na may masa na humigit-kumulang katumbas ng masa ng mga neutron, iyon ay, ang nuclei ng mga magaan na elemento, ang mabigat na tubig ay ginamit bilang isang moderator mula pa sa simula (D 2 0, kung saan ang D ay deuterium , na pinalitan ang light hydrogen sa ordinaryong tubig N 2 0). Gayunpaman, ngayon ay sinusubukan nilang gumamit ng grapayt nang higit pa - ito ay mas mura at nagbibigay ng halos parehong epekto.

Ang isang tonelada ng mabigat na tubig na binili sa Sweden ay nagkakahalaga ng 70–80 milyong franc. Sa Geneva Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy, inihayag ng mga Amerikano na malapit na silang makapagbenta ng mabigat na tubig sa presyong 22 milyong francs kada tonelada.

Ang isang toneladang grapayt ay nagkakahalaga ng 400 libong francs, at ang isang toneladang beryllium oxide ay nagkakahalaga ng 20 milyong franc.

Ang sangkap na ginagamit bilang isang moderator ay dapat na dalisay upang maiwasan ang pagkawala ng mga neutron habang sila ay dumaan sa moderator. Sa pagtatapos ng kanilang pagtakbo, mayroon ang mga neutron average na bilis tungkol sa 2200 m/sec, habang ang kanilang paunang bilis ay humigit-kumulang 20 thousand km/sec. Sa mga reactor, ang paglabas ng init ay nangyayari nang unti-unti at maaaring kontrolin, hindi katulad bomba atomika, kung saan ito nangyayari kaagad at tumatagal sa katangian ng isang pagsabog.

Ang ilang uri ng mabilis na reactor ay hindi nangangailangan ng moderator.

3. Sistema ng regulasyon.

Ang isang tao ay dapat na maging sanhi, ayusin at ihinto ang isang nuclear reaksyon sa kalooban. Ito ay nakakamit gamit ang mga control rod na gawa sa boron steel o cadmium - mga materyales na may kakayahang sumipsip ng mga neutron. Depende sa lalim kung saan ibinaba ang mga control rod sa reactor, ang bilang ng mga neutron sa core ay tumataas o bumababa, na sa huli ay ginagawang posible na i-regulate ang proseso. Ang mga control rod ay awtomatikong kinokontrol gamit ang mga servomechanism; Ang ilan sa mga rod na ito ay maaaring agad na mahulog sa core kung sakaling magkaroon ng panganib.

Sa una ay may mga alalahanin na ang pagsabog ng reactor ay magdudulot ng kaparehong pinsala sa isang bombang atomika. Upang patunayan na ang pagsabog ng reaktor ay nangyayari lamang sa ilalim ng mga kondisyon na naiiba sa mga normal at hindi nagdudulot ng malubhang panganib sa populasyon na naninirahan sa paligid ng plantang nukleyar, sadyang pinasabog ng mga Amerikano ang isang tinatawag na "boiling" na reaktor. Sa katunayan, nagkaroon ng pagsabog na maaari nating ilarawan bilang "klasikal," iyon ay, hindi nuklear; muli itong nagpapatunay na ang mga nuclear reactor ay maaaring itayo malapit sa mga mataong lugar nang walang anumang partikular na panganib sa huli.

4. Sistema ng paglamig.

Sa panahon ng nuclear fission, ang isang tiyak na enerhiya ay inilabas, na inililipat sa mga produkto ng pagkabulok at ang mga nagresultang neutron. Ang enerhiya na ito, bilang isang resulta ng maraming banggaan ng mga neutron, ay na-convert sa thermal energy, samakatuwid, upang maiwasan ang mabilis na pagkabigo ng reaktor, ang init ay dapat alisin. Sa mga reactor na idinisenyo upang makabuo ng radioactive isotopes, ang init na ito ay hindi ginagamit, ngunit sa mga reactor na idinisenyo upang makabuo ng enerhiya, ito ay nagiging, sa kabaligtaran, ang pangunahing produkto. Ang paglamig ay maaaring isagawa gamit ang gas o tubig, na umiikot sa reaktor sa ilalim ng presyon sa pamamagitan ng mga espesyal na tubo at pagkatapos ay pinalamig sa isang heat exchanger. Ang inilabas na init ay maaaring gamitin upang painitin ang singaw na umiikot sa turbine na konektado sa generator; ang naturang aparato ay magiging isang nuclear power plant.

5. Proteksiyon na screen.

Upang maiwasan ang mga nakakapinsalang epekto ng mga neutron na maaaring lumipad sa labas ng reaktor, at upang maprotektahan ang iyong sarili mula sa gamma radiation na ibinubuga sa panahon ng reaksyon, ito ay kinakailangan maaasahang proteksyon. Kinakalkula ng mga siyentipiko na ang isang reaktor na may lakas na 100 libong kW ay naglalabas ng ganoong dami ng radioactive radiation na ang isang tao na matatagpuan sa layo na 100 m mula dito ay matatanggap ito sa loob ng 2 minuto. nakamamatay na dosis. Upang matiyak ang proteksyon ng mga tauhan na nagseserbisyo sa reaktor, ang dalawang metrong pader ay itinayo mula sa espesyal na kongkreto na may mga lead slab.

Ang unang reaktor ay itinayo noong Disyembre 1942 ng Italian Fermi. Sa pagtatapos ng 1955, mayroong mga 50 nuclear reactor sa mundo (USA - 2 1, England - 4, Canada - 2, France - 2). Dapat itong idagdag na sa simula ng 1956, humigit-kumulang 50 higit pang mga reactor ang idinisenyo para sa pananaliksik at mga layuning pang-industriya (USA - 23, France - 4, England - 3, Canada - 1).

Ang mga uri ng mga reactor na ito ay napaka-iba-iba, mula sa mabagal na neutron reactor na may mga graphite moderator at natural na uranium bilang gasolina hanggang sa mga fast neutron reactor na gumagamit ng uranium na pinayaman ng plutonium o uranium 233, na ginawang artipisyal mula sa thorium, bilang gasolina.

Bilang karagdagan sa dalawang magkasalungat na uri na ito, mayroong isang buong serye ng mga reaktor na naiiba sa bawat isa alinman sa komposisyon ng nuclear fuel, o sa uri ng moderator, o sa coolant.

Napakahalagang tandaan na, kahit na ang teoretikal na bahagi ng isyu ay pinag-aralan nang mabuti ng mga espesyalista sa lahat ng bansa, sa praktikal na larangan ang iba't ibang bansa ay hindi pa umabot sa parehong antas. Ang USA at Russia ay nangunguna sa ibang mga bansa. Ito ay maaaring argued na ang hinaharap ng nuclear enerhiya ay depende pangunahin sa pag-unlad ng teknolohiya.