Ядролық реактор: операциялық принциптері және құрылғы тізбек

баптандыру және бақылау, өзін-өзі қолдау ядролық реакцияға негізделген ядролық реакторын жобалау және пайдалану. Ол радиоактивті изотоптар өндіретін зерттеу құралы ретінде және атом электр стансаларына арналған энергия көзі ретінде қолданылады.

Ядролық реактор: жұмыс істеу принципі (қысқа)

ауыр ядросы екі кішірек фрагменттерге бөлінеді, онда пайдаланылатын құжатта бөлу процесі. Бұл фрагменттері өте қозғалған жағдайда тұр және нейтрон шығаратын және басқа да элементар бөлшектер және фотонды. Нейтрондар, олар соншалықты тіпті көп шығаратын және олардың нәтижесінде жаңа бөлімшелерін тудыруы мүмкін. тізбекті реакция деп аталады және ыдырау Бұл үздіксіз өзін-өзі ұстап нөмірі. Сонымен қатар, энергия кезде көп мөлшерде, өндірістік атом энергиясын пайдалануға мақсаты болып табылады.

ядролық реакторын жұмыс істеу принципі және АЭС энергиясын бөлу отар 85% реакция басталғаннан кейін өте қысқа уақыт ішінде босатылады осындай. олар нейтрондардың қабылданбаған кейін қалған бөлігі, бөлу өнімдерін радиоактивті ыдырауы арқылы өндіріледі. Радиоактивті ыдырауы атом тұрақты мемлекет жетеді онда процесс болып табылады. Ол жалғастырды және бөлу кейін.

материалдың ең бөлінетін болады дейін атом бомбасын тізбекті реакция, қарқындылығы артады. Бұл, мысалы, бомба өте қуатты жарылыстар тән өндіретін, өте тез жүреді. реттелетін дерлік тұрақты деңгейде тізбекті реакция жүргізу қағидасына негізделген ядролық реакторын механизмі және пайдалану. Ол атом бомбасы мүмкін емес, сондықтан, бұл жарылуы арналған.

Тізбекті реакция және сын

Физика бөлу реакторы ядролық бөлініс нейтронды эмиссия кейін тізбекті реакция ықтималдығы деп анықталады. Соңғы халық азаяды болса, соңында бөлімінің деңгейі нөлге түседі. Бұл жағдайда реактор докритического күйде болады. нейтрондық халық тұрақты деңгейде сақталып тұрса, бөлу жылдамдығы тұрақты болып қалады. реактор сыни жағдайда болады. ұзақ уақыт бойы нейтронды халық өсуде, егер және, ақырында,, жылдамдығы мен күші бөлу артады. негізгі мемлекеттік сверхкритического айналады.

ядролық реактор Келесі жұмыс принципі. нейтронды халықты бастамас бұрын нөлге жақын. Содан кейін, операторлар уақытша сверхкритических реактор түрлендіреді бөлімшесі ядро арттыру, ядросының бақылау өзектер алыңыз. номиналды қуаты операторларды жеткеннен кейін ішінара нейтрондардың құнын түзету, бақылау өзектер оралды. Кейіннен реактор сыни жағдайда сақталады. оны тоқтату қажет болса, оператор толық өзектер кірістіреді. Бұл бөлімше басады және подкритические күйінде өзегін қояды.

реакторлар түрлері

қолданыстағы энергия Ең әлемдегі ядролық қондырғыларды электр энергиясын жетегінің генераторлар турбина, жүргізу үшін қажетті қызуда. Сондай-ақ, көптеген ғылыми-зерттеу реакторлары бар, және кейбір елдер атом энергиясын өсуімен, суасты қайықтарына немесе беті кемелер бар.

электр станциялары

Онда реактордың осы түріне бірнеше түрлері бар, бірақ жеңіл су кеңінен қабылданған жобалау. Өз кезегінде, бұл қысыммен су немесе қайнаған суға пайдалануға болады. Бірінші жағдайда жоғары қысымды сұйық ядросында жылу қызады және бу генераторын кіреді. Онда, екінші бірінші контурының жылу одан әрі су қамтитын, өтті. жинақталатын бу, сайып келгенде, бу турбина циклында жұмыс сұйықтық ретінде қызмет етеді.

реактор қайнап түрі тікелей энергетикалық циклінің принципі бойынша жұмыс істейді. өзегі арқылы өтетін су, орташа қысымды деңгейде астам қайнау әкелді. Қаныққан будың оның sverhperegretoe мемлекет, нәтижесінде реактор ыдыста аластауды сепараторлар және кептіру сериясы арқылы өтеді. Ыстық бумен, содан кейін жұмыс сұйықтығы, айналмалы турбиналық ретінде пайдаланылады.

Жоғары температуралы газбен салқындатылатын

Жоғары температуралы газ салқындатылатын реактордың (HTGR) - ядролық реактор, жұмыс істеу принципі отын мен микросфералар отын қоспасы ретінде графит пайдалануға негізделген. Екі бәсекелес конструкциялары бар:

• бір графитті қабығы отын және графиттен қоспасынан тұратын, диаметрі сфералық отын элементтері 60 мм пайдаланады неміс «Ұнтақ-бояу» жүйесі;
• өзегін жасау үшін бұғаттау бір графитті алтыбұрышты призма американдық нұсқасы.

Екі жағдайда да, салқындату сұйықтық шамамен 100 қысымына сәйкес гелий тұрады. Неміс жүйесі гелий сфералық қабаттағы бос арқылы өтеді отын элементтерін, және АҚШ-та - реактордың белсенді орталық осі бойымен ұйымдастырылған графит призма саңылаулар арқылы. Екі опциялары өте жоғары температурада, графит өте жоғары температура сублимация ие, өйткені, мен химиялық инертті гелий жұмыс істей алады. жоғары температура немесе жылу газ турбиналық жұмыс сұйықтық бу циклі су генерациялау үшін пайдаланылуы мүмкін, себебі ыстық гелий тікелей пайдалануға болады.

Сұйық металл ядролық реактор: тұйықталу және жұмыс принципі

натрий жылу тасымалдағышпен шапшаң реакторлардың 1960-1970 жылдары айтарлықтай көңіл алды. Содан кейін оны ойнату қабілеті көрінген ядролық отын жақын болашақта тез дамып атом өнеркәсібі үшін отын өндіру үшін қажет. бұл күту қисынсыз екені анық болған кезде, энтузиазм 1980 жылы тасқын. Алайда, Америка Құрама Штаттары, Ресей, Франция, Ұлыбритания, Жапония және Германия осы түріне реакторлар сериясын салынған. Олардың көпшілігі уран диоксидінен немесе плутоний газының қоспасы бойынша жұмыс істейді. Америка Құрама Штаттарында, алайда, ең табысты металл отын қол жеткізілді.

CANDU

Канада табиғи уранды қолдану реакторлар, өзінің күш-жігерін отыр. Бұл басқа да елдердің қызметтерін пайдалануға, оның байыту қажеттілігін жояды. Осы саясаттың нәтижесі дейтерий-уран реакторы (CANDU) болды. Бақылау және ол ауыр суды өндірді салқындату. ядролық реакторын жобалау және пайдалану атмосфералық қысым кезінде суық D ₂ O бар ыдысын пайдалану болып табылады. Белсенді ауданы өзінің ауыр суды салқындату айналатын арқылы табиғи уранды цирконий қорытпасынан жасалған отын түтіктер астасады. Электр бу арқылы айналатын ауыр су жылу, жылу берілудің бөлу арқылы өндіріледі. орта ілмектер бу кейін кәдімгі турбиналық цикл арқылы өтеді.

ғылыми-зерттеу нысандары

Зерттеу үшін ядролық реактор жиі пайдаланылады, принципі су салқындату пластиналар мен нысаны жиналыстар уран отын элементтерін пайдалану тұрады. бірнеше жүз мың квт бастап мегаватт қуат деңгейдегі кең ауқымды жұмыс iстейдi. электр энергиясын өндіру ғылыми-зерттеу реакторлары негізгі мақсаты емес, өйткені, олар жылу энергия және негізгі номиналды энергетикалық нейтрондардың тығыздығы сипатталады. Ол бұл көрсеткіштер нақты зерттеулер жүргізу үшін ғылыми-зерттеу реакторын қабілетін сандық көмектеседі. Төмен қуатты жүйелер университеттерінде жұмыс үрдісі мен оқыту үшін пайдаланылады, сондай-ақ жоғары қуатты тестілеу материалдар мен сипаттамалары үшін, сондай-ақ жалпы зерттеу үшін ғылыми-зерттеу зертханаларында қажет.

төмендегідей ең көп таралған зерттеу ядролық реакторы, жұмыс құрылымы мен принципі болып табылады. Оның белсенді аймағы су үлкен терең бассейнінде төменгі орналасқан. Бұл нейтронды сәулелер жіберілуі мүмкін, ол арқылы бақылау және арна бөлу жеңілдетеді. салқындату сұйықтарын табиғи конвекция қауіпсіз жұмыс істейтін мемлекет қолдау үшін жеткілікті тепловыделение қамтамасыз төмен қуат деңгейлерінде салқындату жүйесінің сорғы қажеті жоқ, бар. жылу алмастырғыш, әдетте бетінде немесе ыстық су жинақталады бассейнінің жоғарғы бөлігінде орналасқан.

кеме орнату

ядролық реакторларды түпнұсқасы және бастапқы пайдалану суасты оларды пайдалану болып табылады. Олардың басты артықшылығы олар ауаны талап етпейді электр қуатын өндіру үшін органикалық отынның жану жүйелерінде айырмашылығы, яғни. Демек, ядролық суасты ұзақ уақыт бойы тиелген қалуы мүмкін, және дәстүрлі дизель-электр суасты мезгіл өз әуе қозғалтқыштар іске қосу үшін, бетіне көтеріледі керек. Ядролық энергетика стратегиялық артықшылығы флотының кемелері қамтамасыз етеді. Оның арқасында, шетелдік порттарда немесе оңай осал танкерлер бастап құю үшін қажеті жоқ.

жіктелген суасты қайықтарында ядролық реакторын жұмыс принципі. Алайда, бұл АҚШ-та ол жоғары байытылған уранды пайдаланады, және тежелу және салқындату жеңіл су екені белгілі. Бірінші реактор атом суасты қайықтарында USS Nautilus жобалау қатты қуатты зерттеу қондырғыларын әсер етті. Оның ерекшелігі өте жоғары реакциялық маржа, құю жұмыс кеңейтілген мерзімін қамтамасыз ету және тоқтату кейін қайта іске қосу үшін қабілеті болып табылады. суасты электр станциясы табуын алдын алу үшін, өте тыныш болуы керек. электр станцияларын түрлі модельдері құрылды суасты қайықтарының әртүрлі сынып нақты қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін.

ядролық реакторды пайдаланылатын Авианосецтер АҚШ әскери теңіз күштері, ірі суасты қайықтарына алынған саналады, ол принципі. олардың құрылысы деректемелері және жарияланды жоқ.

Америка Құрама Штаттары Сонымен қатар, атомдық суасты қайықтарына Ұлыбритания, Франция, Ресей, Қытай мен Үндістан бар. Әрбір жағдайда, жобалау ашып емес, бірақ олар барлық өте ұқсас деп саналады - бұл олардың техникалық сипаттамалары бірдей талаптар салдары болып табылады. Ресей, сондай-ақ шағын флотты бар ядролық ледоколов, кеңестік суасты бірдей реактор құрылды.

өнеркәсіптік қондырғылар

өндіру мақсатында қару плутоний-239 ядролық реактор пайдаланады, принципі төмен деңгейі энергиясын жоғары өнімділігін тұрады. Бұл ядросында плутоний ұзақ мерзімді болу жағымсыз ²⁴⁰ Pu жиналуына әкеледі, бұл шын мәнінде байланысты.

тритийдің өндіру

үшін төлем - Қазіргі уақытта осындай жүйелерімен алуға негізгі материал тритий ⁽³ H немесе T) болып табылады сутегі бомбасы. Плутоний-239, 24.100 жыл ұзақ жарты өмірі бар осы элементін пайдалану, ядролық қару бар, сондықтан ел, әдетте, оны қажетті артық. ²³⁹ Pu қарағанда, тритийдің жартылай ыдырау мерзімі шамамен 12 жыл. Осылайша, қажетті түгендеу қолдау үшін, сутегі осы радиоактивті изотоптар үздіксіз жүзеге асырылуы тиіс. АҚШ-та, Саванна-Ривер (Оңтүстік Каролина), мысалы, тритий өндіретін бірнеше ауыр су реакторы бар.

өзгермелі электр

ядролық реакторлар Құрылды, электр және бу жылыту қамтамасыз етуге қабілетті оқшауланған бағыттарын жойылды. Ресейде, мысалы, біз арнайы арктикалық елді мекендердің қанағаттандыру үшін арналған шағын электр жүйелерiн пайдалануға табылған. Қытайда, 10-мегаваттық зауыты HTR-10 Жабдықтарды қыздыру және ол орналасқан электр ғылыми-зерттеу институты. автоматты түрде ұқсас мүмкіндіктері бар бақыланатын шағын реакторларды әзірлеу Швецияда және Канадада жүзеге асырылады. 1960 және 1972 жылдар аралығында АҚШ әскері Гренландия және Антарктида қашықтан негіздерін қамтамасыз ету үшін жинақы су реакторлар пайдаланылған. Олар мазут электр станцияларының алмастырылды.

ғарыш

Сонымен қатар, реакторлар кеңістікте билік пен қозғалыс үшін әзірленді. 1967 жылдан 1988 жылға дейін кезеңде, Кеңес Одағы жабдықтарды және телеметрия жеткізуге «Космос» жер серігі туралы шағын ядролық қондырғыларды құрылған, бірақ бұл саясат сын үшін мақсатты айналды. Осы спутниктерді Кем дегенде бір Канаданың радиоактивті ластануы шалғай аудандарын тудыратын, Жердің атмосферасына кірді. Америка Құрама Штаттары 1965 жылы ядролық реактор тек бір спутникті іске қосты. Алайда, терең ғарыш миссияларға оларды пайдалану жөніндегі жобалар, басқарылатын зерттеу немесе басқа планета тұрақты Айдың негізінде әзірленетін жалғастыруда. Бұл, радиатор мөлшері барынша азайту үшін қажетті ең жоғары ықтимал температура қамтамасыз ететін физикалық принциптері газ-салқындатылған немесе сұйық-металл ядролық реактор болуы сенімді болып табылады. Сондай-ақ, жабдыққа арналған реактор ғарыш экрандау үшін пайдаланылатын материалдың көлемін азайту үшін, сондай-ақ іске қосу және ғарыш ұшу кезінде салмағын азайту мүмкіндігінше жинақы болуы. Отын қуаты ғарыштық ұшу ұзақтығы реактордың жұмысын қамтамасыз етеді.