Olemme niin tottuneet sähköön, jota emme ajattele, missä se on otettu. Pohjimmiltaan se valmistetaan voimalaitoksilla, jotka käyttävät erilaisia \u200b\u200blähteitä tähän. Voimalaitokset ovat lämpö, \u200b\u200btuuli, geoterminen, aurinko, vesivoimalaitokset, atomi. Se on jälkimmäinen, joka aiheuttaa useimmat riidat. Saapuvat tarpeeseensa, luotettavuutta.

Suorituskyvyn osalta Atomien energia on yksi tehokkaimmista ja sen osuus sähköenergian maailmanlaajuisesta tuotannosta on melko merkittävä, yli neljännes.

Miten ydinvoimalaitos on järjestetty, jonka ansiosta se tuottaa energiaa? Ydinvoimalaitoksen tärkein osa on ydinreaktori. Siinä virtaa ketjun ydinreaktiota, jonka seurauksena lämpö erottuu. Tätä reaktiota ohjataan, minkä vuoksi voimme käyttää energiaa vähitellen eikä saada ydinräjähdyksiä.

Ydinreaktorin tärkeimmät elementit

• Ydinpolttoaine: rikastettu uraania, uraania ja plutonium-isotooppeja. Useimmiten käytetty uraani 235;
• Jäähdytysneste energian ulostuloon, joka on muodostettu reaktorin toiminnassa: vesi, nestemäinen natrium jne.;
• Säädökset;
• Neutron retarder;
• Shell suojella säteilyä vastaan.

Ydinreaktorin videooperaatio

Miten ydinreaktori toimii?

Reaktorin aktiivisessa vyöhykkeessä on polttoaineelementtejä (TVEL) - ydinpolttoainetta. Ne kerätään kaseteissa, mukaan lukien useita tusinaa fuoreja. Kanavat kunkin kasetin kautta virtaa jäähdytysnestettä. Twiers säätele reaktorin tehoa. Ydinreaktio on mahdollista vain tietyllä (kriittisellä) massassa polttoainetangon. Jokaisen sauvan massa erikseen kriittisen alapuolella. Reaktio alkaa, kun kaikki tangot ovat aktiivisessa vyöhykkeessä. Polttoainetangojen upottaminen ja poistaminen voidaan säätää.

Joten, jos kriittinen massa ylittyy, polttoaineen radioaktiiviset elementit heitetään neutroneja, jotka kohtaavat atomeja. Tämän seurauksena muodostuu epävakaa isotoopia, joka välittömästi hajoaa ja korostaa energiaa gammasäteilyn ja lämmön muodossa. Hiukkaset, jotka ovat kineettisiä energiaa toisiinsa ja geometrisen etenemisen hajoamisen määrä kasvaa. Tämä on ketjureaktio - ydinreaktorin toimintaperiaate. Ilman valvontaa se esiintyy salama, joka johtaa räjähdykseen. Mutta ydinreaktorissa prosessi on hallinnassa.

Siten aktiivisessa vyöhykkeessä lämpöenergia erotetaan, mikä lähetetään veteen, joka pesee tämän alueen (ensimmäinen piiri). Tässä on 250-300 astetta veden lämpötila. Seuraavaksi vesi antaa lämmön toiseen muotoon sen jälkeen - energian tuottavien turbiinien terät. Ydinvoiman muuttaminen sähköksi voidaan esittää kaavamaisesti:

1. Uraanin ytimen sisäinen energia,
2. Kineettinen energia rikkoutuneiden ytimien fragmenttien ja vapauttanut neutronit,
3. Sisäinen vesi ja höyry,
4. Kineettinen vesi ja höyry,
5. Turbiinin ja generaattorin roottoreiden kineettinen energia,
6. Sähköinen energia.

Reaktorin aktiivinen vyöhyke koostuu sadasta kaseteista yhdistettynä metallikuoren kanssa. Tämä kuori on myös neutronin heijastimen rooli. Kasettien joukossa asetetaan säätösauvat säätämään reaktioprosenttia ja reaktorin hätäsuojaustangot. Seuraavaksi lämmöneristys asennetaan heijastimen ympärille. Lämpöeristyksen päällä on betonin suojavaippa, joka viivästyy radioaktiivisia aineita ja ei välitä niitä ympäröivään tilaan.

Missä käytetään ydinreaktoreita?

• Ydinvoimalaitoksissa käytetään energiatehokasveja ydinvoimaloissa ydinvoimaloissa.
• Reaktoreiden konvektoreita ja ponneaineita käytetään sekundäärisen ydinpolttoaineen tuottamiseen.
• Tutkimusreaktoreita tarvitaan radiokemialliseen ja biologiseen tutkimukseen, isotooppien tuotantoon.

Huolimatta kaikista riidoista ja erimielisyydestä ydinvoimasta ydinvoimalaitokset rakennetaan ja toimimaan edelleen. Yksi syistä on talous. Yksinkertainen esimerkki: 40 polttoöljysäiliötä tai 60 hiilen autoa tuottaa yhtä paljon energiaa kuin 30 kilogrammaa uraania.

: ... Pretty Trite, mutta silti en ole koskaan löytänyt tietoa vastauslomakkeessa - miten atomireaktori alkaa työskennellä. Tietoja periaatteesta ja laitteesta, kaikki on jo 300 kertaa iloisesti ja ymmärrettävää, mutta he saavat kuitenkin polttoaineen ja siitä, mitä ja miksi se ei ole niin vaarallista vielä reaktorissa ja miksi reaktorissa ei reagointia reaktoriin! - Loppujen lopuksi se kuumennetaan vain sisällä, ennen televisioiden lataamista, kylmä ja kaikki on hieno, joten se on syy siihen, että elementtien lämmitys ei ole täysin selvää, miten ne toimivat heitä ja niin edelleen, mieluiten ei ole tieteellistä ).

Tietenkin, tietenkin tämä aihe ei ole "tieteellisessä", mutta yritän. Selvitä ensin, että nämä hyvin tweals edustavat.

Ydinpolttoaine on mustavärinen tabletti, jonka halkaisija on noin 1 cm. Ja noin 1,5 cm korkea. Ne sisältävät 2% uraanidioksidia 235 ja 98% uraanista 238, 236, 239. Kaikissa tapauksissa mikä tahansa määrä Ydinpolttoainetta, ydinpolttoainetta ei voi kehittyä minkä tahansa ydinpolttoaineen kanssa. Koska lumivyöhykkeen kaltainen ydinräjähdysominaisuus edellyttää uraanin 235 pitoisuutta yli 60%.

Kaksisataa ydinpolttoainetablettia ladataan zirkoniummetallin putkeen. Tämän putken pituus on 3,5 m. Halkaisija 1,35 cm. Tätä putkea kutsutaan polttoainepolttoaineeksi. Kasetissa kerätään 36 kaksoset (toinen nimi "kokoonpano").

RBMK-reaktoripolttoainelaite: 1 - pistoke; 2 - uraanidioksidi-tabletit; 3 - zirkoniumlevy; 4 - kevät; 5 - hiha; 6 - Vihje.

Aineen muuntaminen liittyy vapaan energian vapauttamiseen vain, jos aineella on energioita. Jälkimmäinen tarkoittaa, että aineen mikropartikkelit ovat tilassa, jonka energia on suurempi kuin toisessa mahdollisessa siirtymässä, johon on olemassa. Spontaani siirtyminen estää aina energianestejä, jotta mikropartikkeli saa jonkin verran energiaa - herätysenergiaa. Exoenergettinen reaktio on se, että seuraavalla viritysmuunnoksessa energia vapautuu enemmän kuin prosessin innostaa. Energia-esteen voittamiseksi on kaksi tapaa: joko törmäyshiukkasten kineettisen energian tai liitospartikkelin energian vuoksi.

Jos pidät mielessä energian vapautumisen makroskooppisen laajennuksen, reaktioiden innostamiseen tarvittavan kineettisen energian pitäisi olla kaikki tai ainakin jonkin verran osaa aineen hiukkasista. Tämä on saavutettavissa vain keskipitkän määrän lämpötilan nousu, jossa lämpöliikkeen energia lähestyy energian kynnysarvon arvoa, joka rajoittaa prosessin kulkua. Molekyylimuutosten tapauksessa kemialliset reaktiot ovat kemiallisia reaktioita, tällainen kasvu on tavallisesti satoja Kelvin tutkintoja ydinreaktioiden tapauksessa - tämä on vähintään 107 K johtuu hyvin suuresta korkeudesta kohtaavat kohtaamiselle ytimet. Ydinreaktioiden lämpökehitys suoritettiin käytännössä ainoastaan \u200b\u200bhelpoin ytimien synteesissä, jossa Coulomb-esteet ovat minimaalinen (lämpöhermonaalinen synteesi).

Liitospartikkeleiden heräte ei vaadi suurta kineettistä energiaa, joten se ei riipu väliaineen lämpötilasta, koska se esiintyy käyttämättömien liitosten, jotka liittyvät vetovoimajoukkoihin. Mutta se vaatii hiukkasia itseään reaktioihin. Ja jos ne taas pitävät mielessä ei erillistä reaktiotekniikkaa vaan saada energiaa makroskooppisessa mittakaavassa, niin tämä on mahdollista vain, kun ketjureaktio tapahtuu. Jälkimmäinen tapahtuu, kun hiukkasen viritysreaktio ilmenee jälleen ekso-energiareaktion tuotteina.

Sääntelyn sauvoja voidaan käyttää ydinreaktorin hallintaan ja suojaamiseen, joka voidaan siirtää aktiivisen vyöhykkeen koko korkeudella. Sauvat on valmistettu aineista, jotka imevät neutronit - esimerkiksi boronista tai kadmiumista. Vauvojen syvällä antolla ketjureaktio tulee mahdottomaksi, koska neutronit imeytyvät voimakkaasti ja johdetaan reaktiovyöhykkeestä.

Sauvojen siirtäminen on kaukosäädin ohjauspaneelista. Sauvojen lievä liike, ketjun prosessi joko kehittää tai haalistuu. Tällä tavoin reaktorin voimaa säädetään.

Leningrad NPP, Reactor RBMK

Reaktorin toiminnan alku:

Alkuvaiheessa polttoaineen ensimmäisen kuormituksen jälkeen ketjunfissioreaktio reaktorissa puuttuu, reaktori on subkriittisessä tilassa. Jäähdytysnesteen lämpötila on huomattavasti pienempi kuin työskentely.

Kuten jo mainitsimme täältä, ketjureaktion alkuun, tarkennusmateriaalin tulisi muodostaa kriittinen massa, riittävä määrä spontaanisti jaettua ainetta riittävän pienessä tilassa, kunto, jossa neutronien määrä vapautetaan Nuclei: n tulisi olla suurempi kuin imeytyneiden neutronien määrä. Tämä voidaan tehdä lisäämällä uraania-235: n (kuormitettujen polttoaineiden lukumäärä) tai hidastamaan neutroninopeutta niin, että ne eivät lennä uraani-235-ytimellä.

Pähkön reaktorin ulostulo suoritetaan useissa vaiheissa. Reaktiivisuuden ohjauselimien avulla reaktori käännetään CEF\u003e 1: n ylikriittiselle tilaan ja reaktorin tehon nousee 1-2% nimellisarvosta. Tässä vaiheessa reaktoria kuumennetaan jäähdytysnesteen toimintaparametreihin ja lämmitysnopeus on rajallinen. Lämmitysprosessissa sääntelyviranomaiset ylläpitävät voimaa vakiotasolla. Sitten kierrätyspumput käynnistetään ja lämmönpoistojärjestelmä otetaan käyttöön. Sen jälkeen reaktorin teho voidaan nostaa mihin tahansa tasoon alueella 2 - 100% nimellistehosta.

Kun reaktori kuumennetaan, reaktiivisuus muuttuu aktiivisen vyöhykkeen materiaalin lämpötilan ja tiheyden vuoksi. Joskus kun lämmitetään aktiivisen vyöhykkeen ja säätelyelimien keskinäinen sijainti, jotka sisältyvät aktiiviseen vyöhykkeeseen tai ulottuvat siitä, mikä aiheuttaa reaktiivisuuden vaikutuksen sääntelyviranomaisten aktiivista liikkuvuutta puuttuessa.

Kiinteän liikkuvan absorboivien elementtien säätö

Operatiivisen reaktiivisuuden muutosta ylivoimaisessa suurimmassa osassa tapauksissa käytetään kiinteitä liikkuvia absorboijia. RBMK-reaktorissa ohjaustangot sisältävät boorikarbidiholkit, jotka on suljettu putkeen alumiiniseoksesta, jonka halkaisija on 50 tai 70 mm. Jokainen säätösauva sijoitetaan erilliseen kanavaan ja jäähdytetään veden ääriviiva (ohjausjärjestelmä ja suojaus) keskimäärin 50 ° C: n lämpötilassa. Sen tarkoituksena on tangot jaetaan sauvoihin AZ (hätäpommelainen), RBMK: ssa tangot 24 kpl. Automaattiset säätövarrat - 12 kpl, paikalliset automaattiset säätövarrat - 12 kpl, manuaaliset säätötangot -131 ja 32 lyhennetyt absorptiosat (USC). Yhteensä on 211 tangoa. Lisäksi pörröidyt tangot viedään AZ: ksi alareunasta vasemmassa yläosassa.

VVER 1000 Reactor 1 - Soz-asema; 2 - Reaktorin kansi; 3 - Reaktorikotelo; 4 - suojaputkien lohko (BZT); 5 - Kaivokset; 6 - aktiivisen vyöhykkeen Weiglock; 7 - Polttoaineyksiköt (televisiot) ja säätelevät tangot;

Polttaa absorboivia elementtejä.

Liiallisen reaktiivisuuden kompensoimalla tuoreen polttoaineen lataamisen jälkeen polttamalla absorboija usein käytössä. Jonka periaate on, että ne ovat, kuten polttoaine, kun neutronin kaappaus tulevaisuudessa lakkaa neutronien (polttamatta). Lisäksi neutronien imeytymisnopeus vähenee, absorboijan ytimiä, vähemmän tai yhtä suuri kuin divisioonan, polttoaineen ytimien tuloksena. Jos ladatimme AZ-reaktoriin, työhön suunniteltu polttoaine on ilmeistä, että polttoaineen viljan määrä jakautuu työn alussa on enemmän kuin lopussa, ja meidän on korvattava ylimääräinen reaktiivisuus asetetaan absorboija AZ: han. Jos käytät tätä tarkoitusta varten sääteleviä sauvoja, meidän on jatkuvasti siirrettävä heidät jatkuvasti, koska polttoaineen ytimien määrä vähenee. Polttovaiveiden käyttö mahdollistaa liikkuvien sauvojen käytön vähentämisen. Tällä hetkellä polttajat estävät usein suoraan polttoaineen pillereitä niiden valmistuksessa.

Reaktiivisuuden nestemäinen sääntely.

Tällaista asetusta käytetään erityisesti, kun käytät VVER-tyyppireaktoria jäähdytysnesteeseen, boorihappo N3v3, joka sisältää 10 V: n absorboivan neutronien ytimen. Muuttamalla boorihapon pitoisuutta jäähdytysnesteen polulle, muutetaan siten reaktiivisuutta AZ: ssa. Reaktorin alkuvaiheessa, kun polttoainesyöttö, happopitoisuus on maksimaalinen. Kun polttoaine palaa ulos, happopitoisuus pienenee.

Ketjureaktion mekanismi

Ydinreaktori voi toimia tietyllä voimalla pitkään vain, jos reaktiivisuus on varastossa työn alussa. Poikkeukset ovat alikriittisiä reaktoreita, joilla on ulkoinen lämpö neutronien lähde. Liittyvän reaktiivisuuden vapautuminen, koska se vähentää sitä luonnollisista syistä, se takaa reaktorin kriittisen tilan ylläpitämisen kunkin toiminnan hetkessä. Alkuperäinen reaktiivisuus on luotu aktiivisen vyöhykkeen rakentamalla mitat, merkittävästi parempi kriittinen. Jotta reaktori ei ole ylikriitti, kasvatusväliaineen K0 on myös keinotekoisesti vähentynyt. Tämä saavutetaan ottamalla käyttöön neutroniavaimentimet aktiivisille vyöhykkeelle, joka voidaan poistaa aktiivisesta vyöhykkeestä myöhemmin. Kuten ketjureaktion säätämiselementeissä absorboijat ovat osa poikkileikkauksen sauvojen materiaalia, joka liikkuu aktiivisen vyöhykkeen vastaavia kanavia pitkin. Mutta jos on riittävästi yksittäisiä tai kaksi sauvaa säätää, sitten kompensoimaan alustavan ylimääräisen reaktiivisuuden, sauvojen määrä voi saavuttaa satoja. Näitä sauvoja kutsutaan kompensoiksi. Säätimet ja kompensoivat tangot eivät välttämättä edusta erilaisia \u200b\u200belementtejä rakentavalla suunnittelulla. Tietty määrä kompensoivia tankoja voidaan säätää sauvoja, mutta niiden ja muiden toiminnot eroavat toisistaan. Säätötangot on suunniteltu ylläpitämään kriittistä tilaa milloin tahansa pysäyttämään, käynnistää reaktori, siirtyminen yhdestä tehotaustasta toiseen. Kaikki nämä toimet edellyttävät pieniä muutoksia reaktiivisuudessa. Kompensoivat tangot näkyvät asteittain reaktorin aktiivisesta vyöhykkeestä, jolloin saadaan kriittinen tila koko sen toiminnan aikana.

Joskus säätötangot eivät ole peräisin absorboijista, vaan jako-aineesta tai materiaalin diffuusorista. Lämpöreaktoreissa nämä ovat pääasiassa neutronia-absorboivia, ei ole tehokkaita nopeita neutronia-absorboivia. Tällaiset absorboijat, kuten kadmium, hafnium ja muut, absorboivat voimakkaasti vain lämpö neutroneja, jotka johtuvat ensimmäisen resonanssin läheisyydestä lämpöalueelle ja jälkimmäisen ulkopuolelle eivät eroa muista aineista niiden absorptioominaisuuksissa. Poissulkeminen on tylsää, jonka neutronien imeytymisen poikkileikkaus vähenee energiaa paljon hitaammin kuin näiden aineiden mukaan L / V. Siksi boori imee nopeita neutroneja, vaikka se heikosti, mutta hieman parempi kuin muut aineet. Vain BOR voi toimia absorboivana materiaalina reaktorissa nopeilla neutroneilla aina, kun se on mahdollista rikastettu isotoopilla 10b. Boronin lisäksi sauvojen nopeiden neutronireaktoreihin käytetään jakomateriaaleja. Jakomateriaalin kompensointitanko suorittaa saman toiminnon kuin neutronin varsi: lisää reaktorin reaktiivisuutta sen luonnollisella vähenemisellä. Toisin kuin absorboija, tällainen sauva reaktorin alussa on aktiivisen vyöhykkeen ulkopuolella ja sitten viedään aktiiviseen vyöhykkeeseen.

Nikkeli, jolla on poikkileikkaus nopeiden neutronien sironnasta, jolla on useita muita aineita, käytetään nopeiden reaktoreiden diffuusioista materiaaleista. Scatteer-sauvat sijaitsevat aktiivisen vyöhykkeen kehän varrella ja niiden upottaminen sopivaan kanavaan aiheuttaa neutronin vuotojen vähenemisen aktiivisesta vyöhykkeestä ja siten lisääntyvästä reaktiivisuudesta. Joissakin erityisissä tapauksissa ketjureaktion ohjaamien tavoitteet ovat neutroninheijastimien liikkuvat osat, kun siirretään neutronin vuotojen muuttuminen aktiivisesta vyöhykkeestä. Säädökset, kompensoivat ja hätätilanot, yhdessä kaikkien tavallisten toimien tarjoavien laitteiden kanssa muodostavat reaktorin (Soz) ohjaus- ja suojajärjestelmä.

Hätäsuoja:

Ydinreaktorin hätäsuoja on joukko laitteita, jotka on tarkoitettu ketjun ydinreaktion nopeaan lopettamiseen reaktorin aktiivisessa vyöhykkeessä.

Aktiivinen hätäsuoja käynnistää automaattisesti, kun yksi ydinreaktorin parametreista on voimassa, mikä voi johtaa onnettomuuteen. Tällaisina parametreina voi olla: lämpötila, paine ja kulutus jäähdytysnesteen, tason ja nopeuden nopeudesta.

Hätäsuojelun johtoelimet ovat useimmissa tapauksissa sauvat, joissa on aine, joka on hyvin imeytynyt neutroneja (booria tai kadmiumia). Joskus reaktorin pysäyttäminen, nestemäinen absorboija ruiskutetaan jäähdytysnesteen äärivipainoon.

Lisäksi aktiiviseen suojeluun, monet modernit hankkeet sisältävät myös passiivisen suojan elementtejä. Esimerkiksi VVER-reaktoreiden modernit muunnelmat ovat aktiivisen vyöhykkeen "hätäjäähdytysjärjestelmä" (SaOZ) - erityiset säiliöt, joissa on boorihappo, jotka ovat reaktorin yläpuolella. Jos reaktorin jäähdytyksen enimmäissiirtoonnettomuuden (reaktorin ensimmäisen piirin rikkoutuminen) näiden säiliöiden sisältö ovat itsestään sisäpuolen reaktorin aktiivista vyöhykettä ja ketjun ydinreaktio sammutetaan suurella määrällä boronia sisältävää Aine Hyvin imemällä neutronit.

Ydinvoimaloiden reaktorin asennusten "ydinturvallisuussääntöjen mukaan ainakin yksi toimitetuista reaktorin pysäytysjärjestelmistä on suoritettava hätäsuojaustoiminto (AZ). Hätäsuojelun on oltava vähintään kaksi itsenäistä työskentelyelintä. AZ-signaalissa AZ: n työskentelyelimet olisi aktivoitava kaikista työskentely- tai väliaikaisista säännöksistä.

AZ-laitteiden on koostuttava vähintään kahdesta itsenäisestä sarjasta.

Jokainen AZ-laitteiden sarja on suunniteltava siten, että neutronivikin tiheyden muutokset 7% - 120% nimellisestä suojatuista:

1. Neutronivirtauksen tiheys - vähintään kolme itsenäistä kanavaa;
2. Neutronivirkon tiheyden lisäämisnopeudella - vähintään kolme itsenäistä kanavaa.

Jokainen AZ-laitteiden joukko on suunniteltava siten, että reaktorin asennushankkeeseen (RU) asennettujen teknisten parametrien (RU) muutosten valikoimassa ei ole pienempi kuin kolme itsenäistä kanavaa jokaiselle teknologiselle parametrille, jolle On suojeltava.

Jokaisen AZ-tehtävien mekanismien kunkin asetuksen hallinta on lähetettävä vähintään kaksi kanavaa. Kun vetäytyminen yhden kanavan toiminnasta yhdessä AZ-laitteiden sarjoista, ilman tämän pakkauksen lähtöä, hälytys on muodostettava automaattisesti tämän kanavan työstä.

Hätäsuojelun toimintaa tulisi tapahtua ainakin seuraavissa tapauksissa:

1. Kun AZ-asetuspiste saavutetaan neutronivirkutiheyksellä.
2. Kun AZ-asetusarvo saavutetaan neutronivirhon tiheyden lisäämisnopeudella.
3. Kun jännite katoaa missä tahansa yhdistyksessä työstä, joukko AZ-laitteita ja virtalähde renkaat Soz.
4. Jos kieltäydyt kahdesta kolmesta suojakanavasta neutronivirkutiheyden tai neutronivirvun lisäämisnopeudessa missä tahansa yhdistyksessä työstä, joukko AZ-laitteita.
5. Kun asetat AZ-asetukset, tekniset parametrit, joille on tarpeen suorittaa suojaus.
6. Kun aloitetaan AZ-vasteen avaimesta lohkon ohjausasemasta (BPU) tai varmuuskopiointipisteestä (RPU).

Ehkä joku voi jopa vähemmän tieteellistä selittää selittää, miten NPP: n voimayksikkö alkaa? :-)

Muista tämä aihe Alkuperäinen artikkeli on sivustolla Infors Linkki artikkeliin, jolla tämä kopio on tehty -

Kahdenkymmenen vuosisadan puolivälissä ihmiskunta keskittyi Atomin ympärille ja selitykset tutkijoille ydinreaktiolla, joka alun perin päätti käyttää sotilaallisiin tarkoituksiin Manhattan-projektin mukaisia \u200b\u200bensimmäisiä ydinpommia. Mutta 1900-luvulla 50-luvulla Neuvostoliiton ydinreaktori haettiin rauhanomaisiin tarkoituksiin. On tunnettua, että 27. kesäkuuta 1954 ensimmäinen ydinvoimalaitos, jonka kapasiteetti oli 5000 kW, hyväksyttiin ihmiskunnan palveluun. Nykyään ydinreaktori mahdollistaa sähkön tuottaa 4000 MW ja enemmän eli 800 kertaa yli puoli vuosisataa sitten.

Mikä on ydinreaktori: Aggregaatin tärkein määritelmä ja pääkomponenttielementit

Ydinreaktori on erityinen yksikkö, jonka avulla energiaa tuotetaan asianmukaisen ydinreaktion kunnossapidon vuoksi. Käytä sanaa "atomi" yhdessä sanan "reaktorin" kanssa. Monet yleensä pitävät "ydinvoiman" ja "atomien" - synonyymien käsitteitä, koska ne eivät löydä tärkeimpiä eroja niiden välillä. Mutta tieteen edustajat nojaavat luotettavampaa yhdistelmää - "ydinreaktori".

Mielenkiintoista tosiasia! Ydinreaktiot voivat esiintyä energiaa tai imeä energiaa.

Ydinreaktorilaitteen pääkomponentteja pidetään seuraavat elementit:

• Moderaattori;
• Säädökset;
• Sauvat, uraani-isotooppien rikastettu sisältö;
• Erityiset suojaavat elementit säteilystä;
• Jäähdytysneste;
• Höyrygeneraattori;
• Turbiini;
• Generaattori;
• Kondensaattori;
• Ydinpolttoainetta.

Mitä ydinreaktorin perusperiaatteita määräytyy tutkijoiden tiedemiehille ja miksi ne ovat hämmästyttäviä

Ydinreaktorin perustavanlaatuinen toimintaperiaate perustuu ydinreaktion ilmentymisen piirteisiin. Standardin fyysisen ketjun ydinprosessin aikana partikkelien vuorovaikutus tapahtuu atomien ytimen kanssa, jolloin ydin muuttuu uuteen toissijaisten hiukkasten vapautumiseen, joita tiedemiehet kutsutaan gamma-kvantaksi. Ydinketjureaktion aikana vapautetaan valtava määrä lämpöenergiaa. Tilaa, jossa ketjureaktion etenee kutsutaan reaktorin aktiiviseksi vyöhykkeeksi.

Mielenkiintoista tosiasia! Aktiivinen vyöhyke muistuttaa ulkoisesti kattilan, jolla tavallinen veden etenee, joka suorittaa jäähdytysnesteen roolin.

Neutronin menetyksen estämiseksi reaktorin omaisuusvyöhyke ympäröi erityinen neutroni heijastin. Sen ensisijainen tehtävä on hylätä suurin osa neutronista tiivisteistä aktiivisen vyöhykkeen sisällä. Heijastimena käytetään samaa ainetta, joka toimii moderaattorina.

Ydinreaktorin päävalvonta tapahtuu erityisten säätelytangojen avulla. On tunnettua, että nämä tangot viedään reaktorin aktiiviseen vyöhykkeeseen ja luovat kaikki olosuhteet laitteen toiminnalle. Tyypillisesti säätötangot valmistetaan boor- ja kadmiummemiallisista yhdisteistä. Miksi näitä elementtejä käytetään? Kyllä, kaikki on siksi, että boron tai kadmium voi tehokkaasti imeä lämpö neutroneja. Ja heti kun käynnistys on suunniteltu ydinreaktorin periaatteen mukaisesti, ohjaustangot syötetään aktiiviseen vyöhykkeeseen. Heidän ensisijaisen tehtävänsä on imeä merkittävä osa neutroneja, mikä aiheuttaa ketjureaktion kehittämistä. Tuloksena on saavutettava haluttu taso. Virran nousu enemmän kuin vakiintunut taso sisältää automaatti, muista upottaa ohjaustangot syvälle reaktorin aktiiviseen vyöhykkeeseen.

Näin ollen on selvää, että kontrolli- tai säätötangolla on tärkeä rooli lämmön ydinreaktorin toiminnassa.

Ja vähentää neutroniverkkoa, reaktorin aktiivista vyöhykettä ympäröi neutroni heijastin, joka heittää merkittävän massan vapaan neutronin lastin aktiivisen vyöhykkeen sisällä. Heijastimen arvossa samaa ainetta käytetään tavallisesti moderaattorissa.

Standardin mukaisten aineen substituaattoritomien ytimellä on suhteellisen pieni massa siten, että kun asetettu kevyt ytimellä neutroni on menettänyt energiaa ketjusta kuin törmäys raskas. Yleisimmät moderaattorit ovat tavallinen vesi tai grafiitti.

Mielenkiintoista tosiasia! Neutronit ydinreaktioprosessissa on ominaista erittäin suuri liikkumisnopeus, joten vaaditaan moderaattori, joka työntää neutroneja menettää osan sen energiasta.

Ei reaktoria maailmassa voi toimia normaalisti ilman jäähdytysnesteen apua, koska sen tarkoituksena on tuottaa reaktorin sydämessä tuotetun energian. Jäähdytysnestettä käytetään välttämättä nestettä tai kaasuja, koska ne eivät kykene imevät neutroneja. Annamme esimerkin kompakteisesta ydinreaktorista - vedestä, hiilidioksidista ja joskus jopa nestemäisestä metallisesta natriumista.

Näin ollen ydinreaktorin periaatteet perustuvat täysin ketjureaktion lainsäädännön, sen virtauksen. Kaikki reaktorin komponentit ovat moderaattori, tangot, jäähdytysneste, ydinpolttoaine - suorittavat tehtävät, jotka johtuvat reaktorin normaalista suorituskyvystä.

Mitä polttoainetta käytetään ydinreaktoreihin ja miksi nämä kemialliset elementit valitaan

Pääpolttoaine reaktoreissa voi toimia isotooppina uraania, myös plutoniumia tai toriumia.

Jo 1934, F. Zholio-Curie, joka siirtyi uraanin ytimen jakamiseen, totesi, että kemiallisen reaktion seurauksena uraanin ydin on jaettu ydinfragmentteihin ja kaksi tai kolme vapaata neutroa. Tämä tarkoittaa, että on todennäköistä, että vapaa neutroni lisätään muihin uraanin ytimiin ja provosoida toinen divisioona. Ja kuten ketjureaktiolla ennustetaan: kolmesta uraanin ytimestä, vapautetaan kuusi yhdeksän neutronia, ja ne yhdistetään jälleen äskettäin muodostettuun ytimeen. Ja niin loputtomasti.

Tärkeää muistaa!Neurojen jakautuessa esiintyvät neutronit kykenevät provokoimaan uraanisotoopin ytimiä massan numeron 235 kanssa ja tuhota uraanisotooppi-ytimiä massiivisella numerolla 238 voi olla vähän syntymistä energian hajoamisprosessissa.

Uraani, jonka numero 235 on harvoin luonteeltaan. Se vastaa vain 0,7%, mutta luonnollinen uraani-238 on tilavampi kapea ja on 99,3%.

Huolimatta siitä, että sellainen pieni osa uraani-235: stä, joka tapauksessa, joka tapauksessa, fysiikka ja kemistit eivät voi kieltäytyä siitä, koska se on tehokkainta ydinreaktorin toiminnalle, jolla on menetelmä ihmiskunnalle.

Kun ensimmäiset ydinreaktorit ilmestyivät ja missä ne hyväksytään tänään

Takaisin vuonna 1919 fyysikot ovat jo voittaneet, kun Runerford on löytänyt ja kuvannut prosessin liikkuvien protonien muodostamisessa alfa-hiukkasten törmäyksestä ydintomeilla. Tämä havainto merkitsi sitä, että typpi-isotooppin ydin törmäyksestä alfa-partikkelin törmäykseksi muutettiin hapen isotoopin ytimeen.

Ennen ensimmäisiä ydinreaktoreita ilmestyi, maailma oppi useita uusia fysiikan lakeja, tulkitsemalla kaikki ydinreaktion tärkeät näkökohdat. Näin ollen vuonna 1934 F. Zholio-Curie, H. Salban, L. Kowarsky ehdotti ensin yhteiskuntaa ja maailman tutkijoiden ympyrä teoreettinen oletus ja näyttöperusta ydinreaktioiden mahdollisuudesta. Kaikki kokeet liittyivät uraanin ytimen jakautumisen havainnointiin.

Vuonna 1939 E.Prumi, I.Sholio-Curi, O. Gan, O. Frisch jäljittivät uraanin ytimien jakamisen reaktion niiden neutronien pommituksen aikana. Tutkimuksen aikana tutkijat totesivat, että uraanin ytimessä yksi nopeutettu neutroni, nykyinen ydin on jaettu kahteen tai kolmeen osaan.

Ketjureaktio oli käytännöllisesti osoitettu 1900-luvun puolivälissä. Tutkija onnistui osoittamaan vuonna 1939, että yhden uraanin ytimen jakaminen vapautettiin jonnekin 200 MeV: n energiaa. Mutta nukle-fragmenttien kineettisestä energiasta annetaan noin 165 MEV: tä, ja jäännös ottaa gamma-kvanta niiden kanssa. Tämä löytö teki läpimurron kvanttifysiikassa.

E.Phhermi toimii ja tutkimus jatkuu muutama vuosi ja käynnistää ensimmäisen ydinreaktorin vuonna 1942 Yhdysvalloissa. Suoritettua hanketta kutsutaan - "Chicago PolyNitsa" ja toimitettiin venämille. 5. syyskuuta 1945 Kanada käynnisti Zeepin ydinreaktorinsa. Euroopan mantereella ei ole jäljessä ja samalla asennettiin F-1: n asennus. Ja venäläisille on toinen ikimuistoinen päivämäärä - 25. joulukuuta 1946 Moskovassa I. Kurchotorin johdolla. Nämä eivät olleet tehokkaimpia ydinreaktoreita, mutta se oli ihmisen atomin kehityksen alku.

Rauhallisiin tarkoituksiin tieteellinen ydinreaktori luotiin vuonna 1954 USSR: ssä. Maailman ensimmäinen rauhallinen laiva ydinvoimalaitoksella on Atomipatruuna "Lenin" - rakennettiin Neuvostoliittoon vuonna 1959. Ja yksi valtion saavutus on arktinen atomi jäänmurtaja. Tämä pinta-alus oli ensimmäistä kertaa maailmassa saavutti pohjoisnavan. Se tapahtui vuonna 1975.

Ensimmäiset kannettavat ydinreaktorit työskentelivät hitaasti neutroneilla.

Jossa ydinreaktorit käyttävät ja mitkä tyypit käyttävät ihmiskuntaa

• Teollisuusreaktoreita. Niitä käytetään energian tuottamiseen ydinvoimaloissa.
• Atomi-reaktorit, jotka vaikuttavat ydinvoimaloiden motometiksi.
• Kokeellinen (kannettavat, pienet) reaktorit. Ilman niitä ei siirretä nykyaikaista tieteellistä kokemusta tai tutkimusta.

Tänään tieteellinen valo on oppinut erityisten reaktorien avulla deserisoimaan meriveden, varmistamaan korkealaatuisen juomavesi. Venäjällä on paljon aktiivisia ydinreaktoreita. Joten tilastojen mukaan vuodesta 2018 on noin 37 lohkoa valtiossa.

Ja luokituksen mukaan ne voivat olla seuraavat:

• Tutkimus (historiallinen). Näihin kuuluvat F-1-asema, joka luotiin kokeellisena foorumina plutoniumin vastaanottamiseen. KUCCHATOV I.v. työskenteli F-1: ssä, johti ensimmäistä fyysistä reaktoria.
• Tutkimus (voimassa).
• Armory. Reaktorinäytteenä - A-1, joka tuli tarinan ensimmäisen jäähdytysreaktorina. Ydinreaktorin viimeinen voima on pieni, mutta toimiva.
• Energiaa.
• Laiva. On tunnettua, että aluksiin ja sukellusveneihin käytetään vettä tai sukellusveneitä tarpeen mukaan ja teknisenä toteutettavuuden.
• Tilaa. Esimerkkinä kutsutaan "Yenisein" asentamiseen avaruusalukselle, joka tulee voimaan, jos on tarpeen tuottaa lisää energiaa, ja sen on saatava se aurinkopaneeleilla ja isotooppisilla lähteillä.

Näin ollen ydinreaktoreiden aihe on melko laajennettu, joten edellyttää syvällistä tutkimusta ja ymmärrystä kvanttifysiikan lakeista. Mutta ydinreaktoreiden merkitys energiaan ja valtion talouteen on jo epäilemättä pesty hyödyllisyys ja hyöty.

Ydinreaktori toimii yksinkertaisesti ja selkeästi. Muuten, kuten tiedätte, on ongelmia. Mutta mitä siellä tapahtuu? Yritämme laatia ydinvoiman (atomic) reaktorin toimintaperiaate selkeästi, pysähtyy.

Itse asiassa on sama prosessi kuin ydinräjähdyksessä. Vain täällä räjähdys tapahtuu hyvin nopeasti, ja reaktorissa kaikki ulottuu pitkään. Tämän seurauksena kaikki on kokonaan ja vahingoittumaton, ja saamme energiaa. Ei niin paljon, että kaikki ympärillä välittömästi leviäminen, mutta on melko riittävä tarjota kaupunki sähköllä.

miten NPP: n reaktorin kauppiaat
Ennen ymmärrystä siitä, kuinka hallittu ydinreaktio on käynnissä, sinun on tiedettävä, mitä ydinreaktio on lainkaan.

Ydinreaktio on atomien ytimien muuntamisen (divisioona) prosessi, kun ne ovat vuorovaikutuksessa elementaaristen hiukkasten ja gamma-kvantin kanssa.

Ydinreaktiot voivat kulkea sekä imeytymisen että energian vapautumisen. Reaktori käyttää toista reaktiota.

Ydinreaktori on laite, jonka nimittäminen on ylläpitää kontrolloitu ydinreaktio energian vapauttamisen kanssa.

Usein ydinreaktoria kutsutaan myös atomiiksi. Huomaa, että tässä ei ole pääasiallista eroa, vaan tieteen osalta se on oikeampi käyttää sanaa "ydin". Nyt on olemassa monenlaisia \u200b\u200bydinreaktoreita. Nämä ovat valtavia teollisia reaktoreita, jotka on suunniteltu tuottamaan energiaa voimalaitoksille, sukellusveneisiin atomiireaktoreille, pieniä kokeellisia reaktoreita, joita käytetään tieteellisissä kokeissa. Meriveden suosiota käytetään jopa reaktoreita.

Atomireaktorin luomisen historia

Ensimmäinen ydinreaktori käynnistettiin tähän mennessä vuodesta 1942. Se tapahtui Yhdysvalloissa Fermin ohjauksessa. Tätä reaktoria kutsuttiin "Chicago kokonaan".

Vuonna 1946 hän ansaitsi ensimmäisen Neuvostoliiton reaktorin, joka käynnistettiin Kurchatovin johdolla. Tämän reaktorin kotelo oli halkaisijaltaan seitsemän metrin pallo. Ensimmäisillä reaktoreilla ei ollut jäähdytysjärjestelmää, ja niiden voima oli minimaalinen. Muuten Neuvostoliiton reaktorilla oli keskimääräinen voima 20 wattia ja amerikkalainen - vain 1 wattia. Vertailun vuoksi: nykyaikaisten energiareaktoreiden keskimääräinen voima on 5 gigavattia. Alle kymmenen vuoden kuluttua ensimmäisen reaktorin käynnistämisen jälkeen maailman ensimmäinen Obninsk-teollinen voimalaitos avasi.

Ydinvoiman (atomic) reaktorin toimintaperiaate

Kaikilla ydinreaktorilla on useita osia: aktiivinen vyöhyke, jossa on polttoaine ja moderaattori, neutroni heijastin, jäähdytys, ohjausjärjestelmä ja suoja. Uraani-isotooppeja (235, 238, 233), plutonium (239) ja torium (232) käytetään useimmiten polttoaineena reaktoreissa (239) ja torium (232). Aktiivinen alue on kattila, jonka läpi tavalliset vesivirrat (jäähdytysneste). Muiden jäähdytysaineiden joukossa käytetään vähemmän yleisesti "raskasta vettä" ja nestemäistä grafiittia. Jos puhumme NPP: n työstä, ydinreaktoria käytetään lämmön saamiseksi. Sähkö itse tuotetaan samalla menetelmällä kuin muillakin voimalaitoksilla - höyry pyörii turbiinia ja liikkeen energia muunnetaan sähköiseksi energiaksi.

Annamme ydinreaktorin toiminnan järjestelmän alapuolella.

ydinvoimaloiden ydinreaktorin ydinreaktorin järjestelmä

Kuten olemme jo puhuneet, on muodostettu raskas uraanin ydin, pienempiä elementtejä ja useita neutroneja. Muodostuneet neutronit kasvot muita ytimiä, mikä aiheuttaa myös niiden jakautumisen. Tässä tapauksessa neutronien määrä kasvaa lumivyöry.

Täällä sinun on mainittava neutronin lisääntymiskerroin. Joten, jos tämä kerroin ylittää arvon, joka on yhtä suuri, ydinräjähdys tapahtuu. Jos arvo on pienempi kuin yksikkö, neutronit ovat liian pieniä ja reaktio sulakkeet. Mutta jos ylläpität kertoimen arvoa, joka on yhtä suuri, reaktio vuotaa pitkään ja vakaa.

Kysymys on, miten se tehdään? Reaktorissa polttoaine on ns. Polttoaineelementeissä (polttoaine). Nämä ovat tangot, joissa ydinpolttoaine on pienien tablettien muodossa. Twiers on kytketty kuusikulmion muodon kasettiin, jonka reaktorissa voi olla satoja. Kasetteja Telakkaalla on pystysuoraan, kunkin TVEL: n avulla on järjestelmä, jonka avulla voit säätää upotuksen syvyyttä aktiivisessa vyöhykkeessä. Kasettien lisäksi ovat itseään, säätösauvat ja hätäsuojatangot sijaitsevat. Sauvat on valmistettu materiaalista hyvin absorboivasta neutroneista. Siten ohjaustangot voidaan jättää pois eri syvyyksiksi aktiivisessa vyöhykkeessä, mikä säätää neutronikoneiden kertoimen. Hätätangot on suunniteltu hukkumaan reaktoria hätätilanteessa.

Miten ydinreaktori alkaa?

Työn periaatteen avulla tajimme, mutta kuinka ajaa ja pakottaa reaktori toimimaan? Rahalla, tässä se on kappale uraania, mutta koska ketjureaktio ei aloita itsessään. Tosiasia on, että ydinfysiikassa on kriittisen massan käsite.

Ydinpolttoainetta

Kriittinen massa on välttämätön ketjun ydinreaktion alkuun jakoa olevan aineen massa.

Polttoaine- ja säätösauvojen avulla rehtori luo ensin ydinpolttoaineen kriittisen massan, ja sitten reaktori useissa vaiheissa on johdettu optimaaliselle tehotasolle.

Nauttit: matemaattiset temppuja opiskelijoille - humanitaariset ja ei kovin (osa 1)
Tässä artikkelissa yritimme antaa sinulle yleisen ajatuksen laitteesta ja ydinvoiman (atomic) reaktorin toimintaperiaatteesta. Jos sinulla on kysyttävää aiheesta tai yliopistosta kysyi ydinfysiikan tehtävänä - ota yhteyttä asiantuntijoihimme. Me, kuten tavallista, ovat valmiita auttamaan sinua ratkaisemaan kiireelliset kysymykset. Sillä välin teemme tämän, huomionne seuraava koulutusvideo!

blogi / Kak-Rabotaet-Yadernyj-Reaktor /

Ydinreaktori on laite, jossa suoritetaan kontrolloitu ketjun ydinreaktio, johon liittyy energiaa.

Historia

Ydinosaston itsenäinen kontrolloitu ketjureaktio (lyhyesti ketjureaktio) toteutettiin ensin joulukuussa 1942. Ryhmä fyysikkoja Chicagon yliopistojohtama E. FERMI, rakensi maailman ensimmäinen ydinreaktori, jota kutsutaan CP-1. Se koostui grafiittilohkoista, joiden välillä luonnollisen uraanin ja sen dioksidin pallot sijaitsivat. Nopeat neutronit näkyvät ytimen jakautumisen jälkeen 235u, hidasti grafiitti lämpöenergioihin ja aiheutti sitten uusia ydinosajaja. Reaktorit, jotka ovat samankaltaisia \u200b\u200bkuin CP-1, jossa suurin osa divisioonista tapahtuu lämpö neutronien vaikutuksen alaisena, kutsutaan termisen neutropireaktoreiksi. Niiden koostumus sisältää paljon hidastimia verrattuna uraaniin.

SISÄÄN Neuvostoliitto Teoreettiset ja kokeelliset tutkimukset reaktorien alussa, työn ja valvonnan ominaisuuksista suoritettiin fyysikkojen ja insinöörien ryhmä akateemikon suuntaan I. V. KUCCHATOVA. Ensimmäinen Neuvostoliiton reaktori F-1. 25. joulukuuta 1946 F-1-reaktori otetaan grafiittilohkoista ja siinä on pallon muoto, jonka halkaisija on noin 7,5 m. Uraani-tangot sijoitetaan pallon keskiosassa, jonka halkaisija on 6 metriä reikiä grafiittilohkoissa. F-1-reaktorin tutkimusten tulokset muuttuivat hankkeiden pohjalta teollisuusreaktoreiden suunnittelussa. Vuonna 1949 otettiin käyttöön plutonium-tuotantoreaktori ja 27.6.1954 ensimmäinen ydinvoimalaitos, jonka sähkökapasiteetti oli 5 MW Obninsk tuli voimaan.

Laite ja toimintaperiaate

Energian toteutusmekanismi

Aineen muuntaminen liittyy vapaan energian vapauttamiseen vain, jos aineella on energioita. Jälkimmäinen tarkoittaa, että aineen mikropartikkelit ovat tilassa, jonka energia on suurempi kuin toisessa mahdollisessa siirtymässä, johon on olemassa. Spontaani siirtyminen estää aina energianestejä, jotta mikropartikkeli saa jonkin verran energiaa - herätysenergiaa. Exoenergettinen reaktio on se, että seuraavalla viritysmuunnoksessa energia vapautuu enemmän kuin prosessin innostaa. Energia-esteen voittamiseksi on kaksi tapaa: joko törmäyshiukkasten kineettisen energian tai liitospartikkelin energian vuoksi.

Jos pidät mielessä energian vapautumisen makroskooppisen laajennuksen, reaktioiden innostamiseen tarvittavan kineettisen energian pitäisi olla kaikki tai ainakin jonkin verran osaa aineen hiukkasista. Tämä on saavutettavissa vain keskipitkän määrän lämpötilan nousu, jossa lämpöliikkeen energia lähestyy energian kynnysarvon arvoa, joka rajoittaa prosessin kulkua. Molekyylimuutosten tapauksessa, eli kemialliset reaktiot, tällainen kasvu on tavallisesti satoja Kelvin asteita, kun kyseessä on ydinreaktiot - tämä on vähintään 107 ° taistelun erittäin korkean korkeuden vuoksi ytimet. Ydinreaktioiden lämpökehitys suoritettiin käytännössä ainoastaan \u200b\u200bhelpoin ytimien synteesissä, jossa Coulomb-esteet ovat minimaalinen (lämpöhermonaalinen synteesi). Liitospartikkeleiden heräte ei vaadi suurta kineettistä energiaa, joten se ei riipu väliaineen lämpötilasta, koska se esiintyy käyttämättömien liitosten, jotka liittyvät vetovoimajoukkoihin. Mutta se vaatii hiukkasia itseään reaktioihin. Ja jos ne taas pitävät mielessä ei erillistä reaktiotekniikkaa vaan saada energiaa makroskooppisessa mittakaavassa, niin tämä on mahdollista vain, kun ketjureaktio tapahtuu. Jälkimmäinen tapahtuu, kun hiukkaspuolinen jännittävä reaktio ilmenee jälleen ekso-energiareaktiotuotteina.

Kaavioinen laite heterogeenisen reaktorin terminen neutronit1 - ohjaustanko; 2 - biologinen suojaus; 3 - Lämmönsuojaus; 4 - Moderaattori; 5 - ydinpolttoaine; 6 - Jäähdytysneste.

Kaavamainen laitteisto heterogeeninen reaktori lämpö neutroneilla

ohjausvarsi;

biologinen suojaus;

lämpösuoja;

moderaattori;

ydinpolttoaine;

lämpökantaja.

Design

Kaikki ydinreaktorit koostuvat seuraavista osista:

Aktiivinen vyöhyke ydinpolttoaineella ja moderaattorilla;

Neutron heijastin, joka ympäröi aktiivista vyöhykettä;

Jäähdytysneste;

Ketjureaktion säätöjärjestelmä, mukaan lukien hätäsuoja

Säteilysuojelu

Kaukosäädinjärjestelmä

Reaktorin pääominaisuus on sen lähtöteho. 1 MW: n voima vastaa ketjureaktiota, jossa on 3 × 1016 divisioonaa 1 sekunnissa.

Työn fyysiset periaatteet

Ydinreaktorin nykytilaa voidaan luonnehtia neutronien k tai reaktiivisuuden lisääntymiskerroin ρ, joka liittyy seuraavaan suhteeseen:

Näille arvoille on ominaista seuraavat arvot:

k\u003e 1 - Ketjureaktio nousee ajan kuluessa, reaktori on ylikriittisessä tilassa, sen reaktiivisuus ρ\u003e 0;

k.< 1 — реакция затухает, реактор — подкритичен, ρ < 0;

k \u003d 1, ρ \u003d 0 - Ydinosuuksien määrä jatkuvasti, reaktori on vakaalla kriittisessä kunnossa.

Ydinreaktorin kriittinen edellytys:

Ω on neutronireaktorissa syntyvän neutronin kokonaismäärän osuus, joka imeytyy reaktorin aktiiviseen vyöhykkeeseen tai todennäköisyyden välttämiseksi vuotojen neutronista lopullisesta tilavuudesta.

k 0 on neutronin lisääntymiskerroin äärettömän suurikokojen aktiivisessa vyöhykkeessä.

Kopioimiskerroksen vetovointi voidaan saavuttaa neutronin jäljennöksen tasapainolla niiden tappioiden kanssa. Tappioiden syyt ovat todella kaksi: kaappaus ilman jakoa ja neutroniverkkoja puutteiden väliaineen ulkopuolella.

Ilmeisesti k< k0, поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны

k0 lämpöreaktoreille voidaan määrittää ns. "4th-tilat":

μ on nopeiden neutronien lisääntymiskerroin;

φ on todennäköisyys välttää resonanssi kaappaus;

θ on termisen neutronien käyttökerroin;

η - neutronilähtö yhdelle imeytymiselle.

Nykyaikaisten energiareaktoreiden volyymit voivat saavuttaa satoja M 3: n ja pääasiassa määritellään ei-kriittisillä olosuhteilla, mutta lämmön ominaisuudet.

Ydinreaktorin kriittinen tilavuus on reaktorin aktiivisen vyöhykkeen tilavuus kriittisessä tilassa. Kriittinen massa on kriittisen reaktorin aineen massa.

Pienimmällä kriittisellä massalla on reaktorit, joissa polttoaine on puhtaiden venttiili-isotooppien suolojen vesiliuokset veden heijastimella neutroneista. 235 u, tämä massa on 0,8 kg, 239 Pu - 0,5 kg. Teoriassa pienimmällä kriittisellä massalla on 251 CF, jonka osalta tämä arvo on vain 10 g.

Neutroniverkkojen vähentämiseksi aktiivinen vyöhyke annetaan pallomaiseksi tai lähelle pallomaista muotoa, kuten lyhyt sylinteri tai kuutio, koska näillä kuvioilla on pienin pinta-alan suhde tilavuuteen.

Huolimatta siitä, että arvo (E - 1) on yleensä pieni, kopioinnin rooli nopeasti neutroneilla on riittävän suuri, koska suuret ydinreaktorit (K∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Ketjureaktion alkuun, se on yleensä riittävä neutroneja, syntynyt spontaani-uraanin ytimessä. On myös mahdollista käyttää ulkoista neutronilähdettä reaktorin käynnistämiseksi esimerkiksi RA: n ja BE: n seoksen, 252 CF: n tai muun aineen.

Jodid Yama

Jodi-kuoppa on ydinreaktorin tila, kun se on pois päältä, tunnettu siitä, että lyhytikäisen ksenonisotooppi (135 XE) kertyminen. Tämä prosessi johtaa merkittävän negatiivisen reaktiivisuuden väliaikaiseen ulkonäköön, mikä puolestaan \u200b\u200btekee reaktorista mahdottomaksi suunnittelukapasiteettiin tietyn ajanjakson aikana (noin 1-2 päivää).

Luokitus

Käytön luonne

Ydinreaktoreiden käytön luonteella on jaettu:

Erilaisten fyysisten määrien opiskeluun tarkoitetut kokeelliset reaktorit, joiden arvo on tarpeen ydinreaktoreiden suunnittelussa ja toiminnalle; Tällaisten reaktoreiden voima ei ylitä useita kW;

Tutkimusreaktoreita, joissa aktiivisessa vyöhykkeessä luotuja neutroneja ja γ-QUANTA-virtoja käytetään tutkimukseen ydinfysiikan, kiinteän kehon fysiikan, säteilykemian, biologian, testausmateriaalien testausaineistossa ydinreaktorit), isotooppien tuotantoon. Tutkimusreaktoreiden voima ei ylitä 100 MW; Helppo energiaa ei yleensä käytetä.

Isotooppinen (ase, teollisuuden) reaktorit, joita käytetään ydinaseiden, kuten 239 tuuman, kehittämiseen.

Energiareaktorit, jotka on suunniteltu energian sähkö- ja lämpöenergian saamiseksi, vedenpoistolaitoksella, voimalaitoksilla jne.; Nykyaikaisen energiareaktorin lämpövoima saavuttaa 3-5 GW.

Neutronien spektrin mukaan

Reaktori lämpö neutroneilla ("lämpöreaktori")

Nopea neutronireaktori ("nopea reaktori")

Reaktori välituotteilla neutroneilla

Polttoaineen sijoittamisesta

Heterogeeniset reaktorit, joissa polttoaine sijoitetaan aktiiviseen vyöhykkeeseen lohkojen muodossa, joiden välillä moderaattori sijaitsee;

Homogeeniset reaktorit, joissa polttoaine ja hidastaja edustavat homogeenista seosta (homogeeninen järjestelmä).

Ydinpolttoaineen lohkoja heterogeenisessä reaktorissa kutsutaan polttoaineen elementteiksi (TVEL'IS), jotka sijoitetaan aktiiviseen vyöhykkeeseen oikean säleikön solmussa muodostaen solun.

Polttoaineen tyypin mukaan

Rikastuksen mukaan:

Luonnollinen uraani

Heikosti rikastettu uraani

Puhdista isotoopin toimittaminen

Kemiallisella koostumuksella:

metalli U.

UO 2 (uraanidioksidi)

UC (uraanikarbidi) jne.

Lämmönvarren mukaan

H 2 O (vesi, katso vesi-vesi reaktori)

Kaasu, (katso grafiitti kaasu reaktori)

Orgaaninen jäähdytysreaktori

Reaktori nestemäisen metallin jäähdytysnesteen kanssa

Saltsireaktori

Moderaattorin suku

C (grafiitti, katso Graphite-kaasureaktori, grafiittiveden reaktori)

H 2 O (vesi, katso kevyt reaktori, vesi-vesi reaktori, vver)

D 2 O (raskas vesi, katso raskas ydinreaktori, Candu)

Metallihydridit

Ilman hidastajaa

Rakentamalla

Kaapin reaktorit

Kanavareaktorit

Steamin sukupolven menetelmällä

Ulkomainen höyrygeneraattori reaktori

Kiehumisreaktori

XXI-luvun alussa heterogeeniset ydinreaktorit termisiin neutroneilla, joissa on hidastimet - H20, C, D20 ja jäähdytysnesteet - H20, Gaz, D20, esimerkiksi vesivesi, kanava RBMK ovat yleisin.

Nopeat reaktorit ovat myös lupaavia. Polttoaine palvelee 238u, joka mahdollistaa kymmenien aikojen parantamiseksi ydinpolttoaineen käyttöä lämpöreaktoreihin verrattuna, se lisää merkittävästi ydinvoiman resursseja.

Materiaalireaktorit

Materiaalit, joista reaktorit rakentavat korkeissa lämpötiloissa neutronikentässä, γ-Quanta- ja Division Fragmentteissa. Siksi kaikki muut toimialoilla käytetyt materiaalit soveltuvat reaktorin rakentamiseen. Kun valitset reaktorimateriaalit, niiden säteilyvastus, kemiallinen inertiteet, absorptio poikkileikkaus ja muut ominaisuudet otetaan huomioon.

Fwell-kuoret, kanavat, moderaattorit (heijastimet) valmistetaan materiaaleista, joissa on pieniä absorptioosia. Materiaalien käyttö, heikosti absorboiva neutronit vähentävät tuottamattoman neutronin kulutuksen, vähentävät ydinpolttoaineen kuormitusta ja lisää KV: n lisääntymiskerrointa. Vauvojen absorboimiseksi päinvastoin, suurten absorptiorsastusosan materiaalit ovat sopivia. Tämä vähentää merkittävästi reaktorin hallitsemiseksi tarvittavien sauvien määrää.

Nopeat neutronit, y-Quaaliset ja divisiooniset fragmentit vahingoittavat aineen rakennetta. Siten kiinteässä aineessa nopeat neutronit koputtivat atomeja kristallikappaleesta tai siirtäneet ne paikalta. Tuloksena Muoviset ominaisuudet ja lämpöjohtavuus materiaalien heikkenee. Säteilyn vaikutuksen mukaiset monimutkaiset molekyylit hajoavat yksinkertaisempaan molekyyleihin tai komposiittotomille. Esimerkiksi vesi hajoaa happea ja vetyä. Tämä ilmiö tunnetaan veden radioliuooinniksi.

Materiaalien säteilyn epävakaus vaikuttaa vähemmän korkeissa lämpötiloissa. Atomien liikkuvuus tulee niin suureksi, että todennäköisyys palaa atomien kiteisestä ristestä sijaan tai vedyn ja hapen rekombinaatioon vesimolekyylissä kasvaa merkittävästi. Näin ollen veden radioliz on epätäydellinen energian ei-keskittyneissä reaktoreissa (esimerkiksi VVER), kun taas voimakkaisissa tutkimusreaktoreissa on merkittävä määrä rärmäysseosta. Reaktoreissa on erityisiä järjestelmiä sen polttamiseen.

Reaktorimateriaalit ovat kosketuksissa toistensa kanssa (jäähdytysnesteen kuori, jossa on jäähdytysneste ja ydinpolttoaine, polttoainetta - jäähdytysneste ja hidastin jne.). Luonnollisesti ottaen yhteyttä materiaaleihin olisi oltava kemiallisesti inerttejä (yhteensopiva). Esimerkki yhteensopimattomuudesta on uraani ja kuuma vesi, jolloin saapuminen kemialliseen reaktioon.

Useimmissa materiaaleissa lujuusominaisuudet heikkenee jyrkästi kasvavan lämpötilan kanssa. Energiareaktoreissa rakenteelliset materiaalit toimivat korkeissa lämpötiloissa. Se rajoittaa rakenteellisten materiaalien valintaa erityisesti energiareaktorin osissa, joiden on kestettävä korkeapainetta.

Ydinpolttoaineen polttaminen ja lisääntyminen

Polttoaineen kertymisen aiheuttaman ydinreaktorin toteuttamisen prosessissa divisioonan fragmentit muuttuvat isotooppisena ja kemiallisen koostumuksensa, transuraanien elementtien muodostumisen, pääasiassa PU-isotooppien muodostumisessa. Toimintareaktorin reaktiivisuuden fragmenttien vaikutusta kutsutaan myrkytys (radioaktiivisiksi fragmenteille) ja siitospesä (stabiileille isotooppeille).

Reaktorin myrkytyksen pääasiallinen syy on 135 XE, jolla on korkein neutronin absorptio poikkileikkaus (2.6 · 106 navetan). Puoliintumisaika 135 XE T1 \u003d 9,2 H; Divisioona on 6-7%. Pääosa 135xe muodostuu hajoamisen 135 I (T1 \u003d 6,8 h) seurauksena. Myrkytyksen tapauksessa CEF vaihtelee 1-3%. Suuri poikkileikkaus 135 XE-imeytymisestä ja välituotteen isotoopin 135 läsnäolo johtaa kahteen tärkeään ilmiöön:

135 XE: n pitoisuuden kasvuun ja siten reaktorin reaktiivisuuden vähenemiseen sen lopettamisen tai tehon lopettamisen jälkeen ("jodia kuoppaan"), mikä tekee mahdottomaksi lyhytaikaisille pysähdyksille ja lähtötehon vaihteluille . Tämä vaikutus on voitettu ottamalla käyttöön reaktiivisuus sääntelyelimissä. Jodi-kaivojen syvyys ja kesto riippuvat neutronien f: ssa φ \u003d 5 · 1018 neutronia / (cm 2 · s) Jodia kuopan kesto on ~ 30 h ja syvyys on 2 kertaa suurempi kuin Vaihda CEF: n muutos 135 XE-myrkytyksen aiheuttama.

Koska neutronivirvauksen F: n myrkytys, spatiaaliset värähtelyt, ja sen vuoksi reaktoriteho voi ilmetä. Nämä värähtelyt esiintyvät φ\u003e 1018 neutronit / (cm 2 · s) ja suuret reaktorin suuret koot. Värähtelyjaksot ~ 10 h.

Kun ytimiä jakamalla on suuri määrä stabiileja fragmentteja, jotka eroavat absorptiorsukoneista verrattuna jaetun isotooppin absorptioosuuteen. Fragmenttien pitoisuus, jolla on suuri arvo absorptioosasta, saavuttaa kyllästymisen reaktorin ensimmäisen yön yli. Lähinnä tämä 149SM, CEF: n muuttaminen 1%). Fragmenttien pitoisuus, jolla on pieni arvo absorption poikkileikkauksesta ja negatiivinen reaktiivisuus vaikuttaa lineaarisesti ajoissa.

Transuraanielementtien muodostuminen ydinreaktorissa esiintyy seuraavissa järjestelmissä:

235 U + n → 236 U + n → 237 U → (7 päivää) → 237 np + n → 238 np → (2.1 päivää) → 238 Pu

238 u + n → 239 u → (23 min) → 239 np → (2.3 päivää) → 239 PU (+ fragmentit) + n → 240 PU + n → 241 PU (+ fragmentit) + n → 242 PU + n → 243 PU → (5 h) → 243 am + n → 244 am → (26 min) → 244 cm

Nuolien välinen aika merkitsee puoliintumisaikaa, "+ n" tarkoittaa neutronin imeytymistä.

Reaktorin alussa lineaarinen kertyminen 239 Pu: n esiintyy, ja nopeampi (kiinteällä burnout 235 U), vähemmän uraanin rikastumista. Seuraavaksi 239 PU: n pitoisuus pyrkii vakioarvoon, joka ei riipu rikastumisasteesta, vaan määräytyy 238 U: n ja 239 Pu: n neutronin kaappauksen poikkileikkauksin suhde. Tasapainoisen pitoisuuden määrittäminen 239 PU ~ 3 / F vuotta (F yksiköissä. 1013 Neutrons / cm 2 × S). 240 PU, 241 PU-isotooppit saavuttavat tasapainokonsentraatio vain silloin, kun polttoaine poltetaan uudelleen ydinpolttoaineen regeneroinnin jälkeen.

Ydinpolttoaineen palamista on ominaista 1 polttoaineen reaktorissa valittu energia. Tämä arvo on:

~ 10 GW · päivä / t - reaktorit raskasta vettä;

~ 20-30 GW · SUT / T - reaktorit heikosti rikastetussa uraanilla (2-3% 235U);

jopa 100 GW · päivä / t - reaktorit nopeasti neutroneilla.

1 GW · Day / T palamista vastaa 0,1% ydinpolttoainetta.

Kun polttoaine palaa ulos, reaktiivisuusreaktori pienenee. Palanut polttoaineen vaihtaminen tehdään välittömästi koko aktiivisesta vyöhykkeestä tai vähitellen, jättäen kaksi ikää eri "ikäisten" työssä. Tätä tilaa kutsutaan jatkuvaksi polttoaineen ylikuormitukseksi.

Täydellisen polttoaineen vaihdon sattuessa reaktoriin on liiallinen reaktiivisuus, joka on kompensoitava, kun taas toisessa tapauksessa korvaus vaaditaan vain, kun reaktori käynnistetään ensin. Jatkuvan ylikuormituksen avulla voit lisätä polttoaineen syvyyttä, koska reaktorin reaktiivisuus määritetään jako-isotooppien keskimääräisillä pitoisuuksilla.

Laatetun polttoaineen massa ylittää massan, joka on purettu energian "painosta", joka on erotettu. Reaktorin pysäyttämisen jälkeen ensin pääasiassa viivästyneiden neutronien jakautumisen jälkeen ja sen jälkeen 1-2 minuutin kuluttua jakautumisen ja transuraanielementtien erottelun β- ja y-säteilyn ansiosta energian vapautus jatkuu polttoaineessa . Jos reaktori toimi melko kauan, kunnes pysäytin pysähtyminen, sitten 2 minuuttia pysäytyksen jälkeen energian erittyminen on noin 3% 1 h - 1% päivän jälkeen - 0,4% vuodessa - 0,05 %.

Ydinreaktorissa muodostettujen jako-isotooppien PU-isotooppien lukumäärän suhde poltetun 235 U määrään kutsutaan KK-muunnoskerroiksi. KK: n arvo kasvaa rikastuksen ja burnoutin vähenemisellä. Raskaaseen reaktoriin luonnollisessa uraanissa, jossa on 10 GW · päivä / t kk \u003d 0,55 ja pienillä paloksilla (tässä tapauksessa KK kutsutaan alkuperäisplutoniumkertoimeksi) KK \u003d 0,8. Jos ydinreaktori palaa ja tuottaa samoja isotooppeja (reaktori-kerroin), sitten lisääntymisnopeuden suhde palovaroihin kutsutaan neliökerroksen kertoimeksi. Ydinreaktoreissa lämpö neutron kv< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах КВ может достигать 1,4—1,5. Рост КВ для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов g растёт, а а падает.

Ydinreaktorin hallinta

Ydinreaktori voi toimia tietyllä voimalla pitkään vain, jos reaktiivisuus on varastossa työn alussa. Reaktorissa esiintyvät prosessit aiheuttavat väliaineen jalostusominaisuuksien heikkenemistä ja ilman reaktiivisuuden palauttamista reaktoria ei edes toimi. Alkuperäinen reaktiivisuus on luotu aktiivisen vyöhykkeen rakentamalla mitat, merkittävästi parempi kriittinen. Reaktorista ei tule ylikriittisiksi, neutronin absormerit viedään aktiiviseen vyöhykkeeseen. Absorboivat ovat osa ohjaustankojen materiaalia, jotka liikkuvat vastaavia kanavia aktiivisessa vyöhykkeessä. Lisäksi, jos vain muutamat sauvat riittävät sääntelemään, sitten korvaamaan alkuperäinen ylimääräinen reaktiivisuus, sauvojen määrä voi saavuttaa satoja. Kompensoivat tangot näkyvät asteittain reaktorin aktiivisesta vyöhykkeestä, jolloin saadaan kriittinen tila koko sen toiminnan aikana. Burnowin kompensointi voidaan myös saavuttaa käyttämällä erityisiä absorboivia, joiden tehokkuus vähenee neutronien (CD-, B-, harvinaisten maametaidon) tai absorboivien aineiden liuoksin kanssa.

Ydinreaktorin hallinta yksinkertaistaa sitä, että osa neutroneja jaoston aikana lentää fragmentteina viiveellä, mikä voi olla 0,2 - 55 sekuntia. Tästä johtuen neutronivyöhyke ja vastaavasti voima muuttuu melko sujuvasti, jolloin saadaan aikaan ratkaisu ja muuttaa reaktorin tilaa ulkopuolelta.

Ydinreaktorin hallintaa ohjausjärjestelmä ja suojaus (Soz) tarjoillaan. Soz-elimet jaetaan:

Hätä, reaktiivisuuden vähentäminen (negatiivisen reaktiivisuuden esittely), kun hälytykset näkyvät;

Automaattiset säätimet, jotka tukevat vakiota neutronista virtausta F (ts. Tehon ulostulo);

Kompensointi, joka palvelee kompensoimaan myrkytyksen, palamisen, lämpötilan vaikutukset.

Useimmissa tapauksissa aktiiviseen vyöhykkeeseen annetut tangot käytetään reaktorin ohjaamiseen, jotka on valmistettu materiaaleista, jotka imevät neutronit (CD, B jne.). Tangon liikettä ohjataan erikoismekanismeilla, jotka toimivat instrumenttiisignaaleilla, jotka ovat herkkiä neutronivirtausta.

Soz-elimien toiminta yksinkertaistuu huomattavasti reaktoreille, joilla on negatiivinen lämpötilakerroin reaktiivisuus (lisäämällä lämpötilaa R pienenee).

Reaktorin tilasta koskevien tietojen perusteella erityinen laskentakompleksi muodostuu operaattorin suositukset reaktorin tilan muuttamiseksi tai tietyillä rajoilla, reaktorin ohjaus tehdään ilman operaattorin osallistumista.

Ketjureaktion odottamattoman katastrofaalisen kehityksen tapauksessa kukin reaktori antaa ketjureaktion hätätilanteen, joka on suoritettu palauttamalla erityisten hätätavojen tai turvatautien aktiivisessa vyöhykkeessä - hätäsuojelujärjestelmä.