생산 

원자력 발전소의 분류. 화력 발전소 세계의 원자력 발전소를 분류합니다.

열중성자가 우라늄에 흡수될 확률은 다음과 같이 표시됩니다. θ. 이 값을 열중성자 이용률이라고 합니다. 그러면 우라늄에 흡수되는 열중성자의 수는 다음과 같습니다. N εφθ .

우라늄이 열중성자를 흡수할 때마다, η 새로운 고속 중성자. 결과적으로, 고려 중인 사이클이 끝날 때 핵분열로 생성된 고속 중성자의 수는 다음과 같은 것으로 나타났습니다. N εφθη .

따라서 무한 매질의 중성자 증식 인자는 다음과 같습니다.

평등(3.4)은 네 가지 요소의 공식이라고 불립니다. 이는 우라늄과 감속재의 혼합물에서 핵 연쇄 반응의 진행을 결정하는 다양한 요인에 대한 K의 의존성을 보여줍니다.

유한한 차원의 실제 번식 매체에서는 중성자 누출이 불가피하며 이는 K 의 공식을 입력할 때 고려되지 않았습니다. 유한 차원 매체에 대한 중성자 증배 인자를 유효 증배 인자 Keff라고 합니다. 더욱이 이는 여전히 특정 세대의 중성자 수와 이전 세대의 중성자 수의 비율로 정의됩니다. Рз 및 Рд를 사용하여 각각 감속 및 확산 과정에서 중성자 누출을 피할 확률을 나타내면 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

케프= K∧ Rz Rd. (3.5)

분명히, 유한 차원 매체에서 연쇄 반응을 유지하기 위한 조건은 Kef ≥ 1의 비율이 될 것입니다. 생성물 РзРд는 항상 1보다 작으므로 유한 차원 시스템에서 자체 유지 연쇄 반응을 수행하려면, K는 항상 1보다 커야 합니다.

원자로에서 중성자의 누출은 기하학적 치수에 따라 달라집니다. 중성자의 생성은 활성 영역의 전체 부피에 걸쳐 발생하고 그 누출은 원자로 표면을 통해서만 발생하므로 분명히 원자로의 선형 치수가 증가함에 따라 표면을 통해 손실되는 중성자의 상대적 비율 감소하고 누출을 피할 확률이 증가합니다.

자립적 연쇄반응이 일어날 수 있는 반응기의 최소 크기를 임계크기라고 한다.

따라서 원자로의 임계 조건은 다음과 같은 형식으로 작성됩니다.

1 = K∧RzRd.

조건(3.5)이 충족되면 우라늄 핵분열 중에 생성된 중성자의 수는 원자로를 떠나 감속 및 확산 과정에서 물질에 흡수된 중성자의 수와 같습니다. Kef>1인 경우 원자로의 중성자 수가 지속적으로 증가합니다. 아임계 원자로 Kef에서< 1.

중성자 균형 방정식(임계 원자로에 대한 형식은 다음과 같습니다.

, (3.6)

D – 중성자 확산 계수

F – 중성자 플럭스

S는 생성된 열중성자의 수입니다.

열중성자 S의 수는 다음과 같이 결정됩니다. 원자로 노심 물질에 흡수된 열중성자 1개에 대해 우라늄에 흡수된 열중성자의 수는 θ가 되고, 우라늄에 의한 열중성자 1개 흡수에 대해 빠른 중성자 θ가 생성됩니다. 이는 빠른 중성자의 수가 θθ와 동일하다는 것을 의미합니다. 이들 중성자는 곱셈 계수 ε를 사용하여 핵분열을 생성할 수 있으며, 그러면 빠른 중성자의 최종 수는 θθε와 같습니다. 속도가 느려지는 과정에서 빠른 중성자는 확률 Φ의 공명 흡수와 계수 Рз의 누출을 방지합니다. 이는 생성된 열 중성자의 수가 θetaεψРз와 동일하다는 것을 의미합니다.

따라서 ΣaF와 동일한 코어 물질에 의한 단위 부피당 열 중성자의 총 흡수로 열 중성자 ΣaФθnεψРз가 다시 형성됩니다. 열중성자의 최종 개수가 결정됩니다. 다음과 같은 방법으로:

(3.7)

공식(3.7)을 고려하여 중성자 균형 방정식(3.6)은 다음 형식으로 다시 작성됩니다.

(3.8)

(3.9)

식 (3.9)에서 재료의 특성에 따른 양을 재료 매개변수라고 하며 B2로 표시합니다.

(3.10)

그러면 종속성(3.8)은 다음과 같이 다시 작성됩니다.

(3.11)

고정된 경우에 대한 중성자 균형 방정식을 기반으로 얻은 방정식 (3.10)과 (3.11)은 모두 유효 증배 계수가 1(Kef = 1)과 동일한 임계 원자로에 해당합니다. 방정식 (3.10)을 고려하면 다음과 같습니다.

여기서 L은 확산 길이입니다.

방정식(3.12)으로부터 확산 과정 동안 중성자 누출을 피할 확률은 식 (1 + B2L2)-1에 의해 결정됩니다. 감속 과정에서 중성자 누출을 피할 확률은 감속 과정을 고려하여 계산되며 다음과 같다.

여기서 τ는 중성자 나이라고 불리는 양이며 cm2의 크기를 갖습니다.

일반적으로 반응기의 곱셈 인자가 1과 다른 경우 방정식 (3.12)은 다음과 같이 작성됩니다.

(3.14)

식(3.14)은 노심의 구성과 크기에 대한 유효 중성자 증배 인자의 의존성을 나타내는 주 원자로 방정식이다. 이 방정식은 동종 및 이종 반응기에 유효합니다. 코어의 이질성의 특성은 4가지 요소 방정식의 매개변수, 즉 수량 ε, ψ 및 θ를 계산하는 접근 방식에 반영됩니다.

고정 프로세스

(3.15)

여기서 M2 = L2 + τ는 마이그레이션 영역 cm2라는 값입니다.

방정식 (3.11)을 풀면 B2의 값을 결정할 수 있습니다. 안에 이 경우이 매개변수는 코어의 크기와 기하학적 모양의 함수입니다. 특히 원통형 반응기의 경우

(3.16)

여기서 R은 반경이고 H는 코어의 높이입니다. 이 경우 B2 값을 기하학적 매개변수라고 합니다.

방정식 (3.10)과 (3.16)에서 얻은 B2 값은 모두 임계 원자로에 해당하므로 이러한 원자로 상태의 경우 재료 매개 변수는 기하학적 매개 변수와 동일해야 합니다. 이를 바탕으로 주어진 조건에 따라 방정식 (3.15)은 두 가지 유형의 문제를 해결하는 데 사용됩니다. 즉, 코어의 구성을 결정하고, 치수와 형상이 주어진 경우, 그리고 경우에 원자로의 크기를 결정하는 것입니다. 주어진 코어 구성의.

첫 번째 유형의 문제를 풀 때 기하학적 매개변수의 값이 계산됩니다. 예를 들어 원통형 반응기의 경우 공식 (3.16)에 따릅니다. 이 경우, 핵의 구성(예: 235U 동위원소를 사용한 우라늄 농축)은 농축에 대한 예비 평가 및 각 경우에 대한 Kef 값 계산을 통해 식(3.15)에서 결정됩니다.

두 번째 유형의 문제를 풀 때 계산 절차는 다음과 같이 채택될 수 있습니다. 우라늄 농축, 감속재 유형, 구조 재료 등을 특징으로 하는 노심의 구성을 기반으로 K , τ 및 L2 값이 계산됩니다. 주어진 Kef 값에 대한 기하학적 매개변수 B2의 값은 방정식(3.15)을 그래픽적으로 풀어서 구합니다. 이 경우 B2의 여러 값이 미리 설정되어 있으며 Kef = f(B2)의 그래프가 구성됩니다.

열 에너지 "href="/text/category/teployenergetika/" rel="bookmark">열 에너지의 값을 결정한 후 L2는 열 중성자가 포획 지점까지 이동한 직선 거리를 나타냅니다. 이러한 값이 클수록 거리가 멀수록 중성자가 지연 및 확산 과정에서 누출을 피할 가능성이 줄어듭니다. 즉, 자체 유지 연쇄 반응을 보장하려면 반응기의 크기가 더 커야 합니다.

예를 들어, 일반 물을 감속재로 사용하는 원자로는 다른 모든 조건이 동일할 때 흑연 감속재를 사용하는 원자로보다 훨씬 더 작은 크기를 갖게 됩니다. 왜냐하면 물의 경우 L = 2.73cm, τ = 31cm2이고 흑연의 경우 L이기 때문입니다. = 54cm 및 τ = 364cm2.

3.2.1.3. 중성자 플럭스

방정식 (3.11)의 해법은 또한 노심 부피에 대한 중성자 플럭스 분포를 특성화하는 의존성을 유도합니다. 높이가 H이고 반경이 R인 원통형 반응기의 경우 이러한 의존성은 다음과 같은 형식을 갖습니다.

(3.17)

여기서 Фmax는 코어 중심의 중성자 플럭스 값입니다.

h, r - 활성 영역의 높이와 반경에 따른 현재 좌표입니다.

제1종 0차 베셀 함수의 현재 값입니다.

반사경이 없는 원자로에서 열 중성자 플럭스의 최대값은 활성 영역의 기하학적 중심에 설정되고 외삽된 경계에 접근함에 따라 점차 0으로 감소합니다. 원통형 원자로에서 Jo(0) = 1일 때 r = 0에서 높이의 중성자 플럭스 변화는 의존성에 따라 발생합니다.

(3.18)

코어 높이에 따른 중성자 플럭스의 불균일 계수는 다음과 같이 결정됩니다.

(3.19)

원통형 원자로의 반경을 따른 중성자 플럭스의 불균일 계수는 다음과 같습니다.

(3.20)

Kh와 Kr 계수의 곱을 코어 부피에 대한 중성자 플럭스의 불균일 계수라고 합니다.

(3.21)

중성자 플럭스 불균일 계수의 알려진 값과 주어진 평균 중성자 플럭스 값을 기반으로 원자로의 최대 중성자 플럭스 값을 결정할 수 있습니다.

Фmax = KvФср, (3.22)

여기서 Fsr은 원자로의 평균 중성자 플럭스를 노심 부피로 나눈 값입니다. 평균 중성자 플럭스는 다음을 기반으로 결정될 수 있습니다. 1초에 1cm3당 우라늄 핵분열 횟수는 ΣfФср이고, 코어 전체 부피의 총 핵분열 횟수는 ΣfФсрVаз와 같습니다. 1kW의 전력이 초당 3.1∙1013 분할에 해당하면 원자로의 전력은 다음 방정식으로 표현될 수 있습니다.

, (3.23)

(3.24)

동력로의 중성자 플럭스의 평균값은 1012 ¼ 1014 범위에 있습니다.

작동 중인 원자로에서는 중성자가 노심에서 누출됩니다. 이러한 누출을 줄이기 위해 반응기는 반사경으로 둘러싸여 있습니다. 반사경으로 들어가는 중성자는 부분적으로 코어로 다시 분산되어 중성자를 "절약"합니다.

반사경 설치로 인한 중성자의 "절약"은 두 가지 방향으로 사용될 수 있습니다. 즉, 구성을 변경하지 않고 코어의 크기를 줄이거나 크기를 변경하지 않고 연료 농축을 줄이는 것입니다. 핵분열성 동위원소. 두 경우 모두, 결과적으로 핵분열성 우라늄 동위원소의 총 부하가 감소합니다. 동력로에 대한 반사경의 똑같이 중요한 역할은 노심 부피 내에서 열 중성자 플럭스의 분포를 상당히 균일하게 하는 것입니다.

빠른 중성자가 원자로에서 누출되면 반사 물질의 조절로 인해 중성자가 열적 중성자로 원자로로 돌아올 수 있습니다. 이로 인해 코어 경계 근처의 열 중성자 플럭스가 증가합니다. 반사재는 감속재와 동일한 품질, 즉 우수한 지연 및 산란 특성을 가져야 합니다. 따라서 감속재와 반사재에 동일한 물질이 사용되는 경우가 많습니다.

반사경이 있는 반응기의 유효 증배계수는 반사경이 없는 반응기와 동일한 식(3.14)으로 결정됩니다. 그러나 이 경우 기하학적 매개변수 B2를 계산할 때 유효 첨가제의 양만큼 활성 영역의 실제 크기가 증가합니다. 예를 들어, 원통형 반응기의 경우

(3.25)

R" = R + Δ. (3.26)

이 계산 방법을 사용하면 반사경이 있는 반응기가 "기본" 반응기로 대체되며, 그 크기는 유효 첨가제의 양만큼 실제 반응기의 활성 영역 크기를 초과합니다.

반사경이 있는 경우 원통형 원자로 코어의 중성자 플럭스 불균일 계수는 다음 공식에 의해 결정됩니다.

원자로 높이별

원자로 반경별

(3.27)과 (3.28)에서 다음과 같이 반사경이 있는 경우 중성자 플럭스의 불균일 계수가 감소하므로 노심 전체에 걸쳐 에너지 방출이 더욱 균일해집니다.

자체 테스트 질문

1. 원자와 원자핵을 구성하는 기본 입자는 무엇입니까?

2. 양성자와 중성자의 질량은 얼마입니까?

3. 원자 질량 단위는 무엇입니까?

4. 질량결손과 핵결합에너지는 무엇인가?

5. 핵의 질량수에 따라 핵 내 핵자의 결합에너지는 어떻게 변하는가?

6. 고속 및 열중성자는 무엇입니까? 그것들은 어떻게 특징지어지나요?

7. 왜 우라늄-235는 핵분열하지만 우라늄-238은 열중성자를 포획할 때 핵분열하지 않습니까?

8. 핵의 미시적 및 거시적 유효 단면적이란 무엇을 의미합니까?

9. 우라늄-235와 우라늄-238 핵의 분열과 흡수에 대한 미세한 단면은 중성자 에너지에 따라 어떻게 변하는가?

10. 중성자속이란 무엇을 의미하나요?

11. 중성자를 포획할 때 우라늄 핵의 흡수 및 핵분열 횟수는 어떻게 결정됩니까?

12. 원자로의 출력을 중성자 선속으로 표현하십시오.

13. 열중성자 균형 방정식을 작성하고 그 구성요소를 설명하십시오.

14. 원자로에서 열중성자의 원천은 무엇입니까?

15. 중성자 누출은 조절 및 확산 중에 어떻게 결정됩니까?

16. 유효 중성자 증식 인자 Kef는 무엇을 의미합니까?

17. Kef의 방정식에 포함된 양을 설명하십시오.

18. 주어진 우라늄 농축에 대한 원자로의 Kef 방정식을 푸는 절차를 알려주십시오.

19. 주어진 Kef 원자로의 방정식을 푸는 절차는 무엇입니까? 기하학적 매개변수활성 영역?

20. 원자로 노심의 높이와 반경에 따른 중성자 플럭스의 변화를 특징짓는 종속성은 무엇입니까?

21. 원자로의 중성자 플럭스에 중성자 반사경이 미치는 영향은 무엇입니까?

3.2.2. 에너지 원자로 설계

그리고 NPP의 기술 다이어그램

3.2.2.1. 반응기 장치

균질 원자로를 만드는 것은 상당한 기술적 어려움과 관련되어 있으므로 현재 작동 중이거나 건설 중이거나 설계된 모든 전력 원자로는 이질적입니다.

원자로의 주요 부분은 코어입니다. 원자로의 핵심은 핵분열의 제어된 연쇄 반응을 시작하고 유지하기 위한 조건을 생성하는 일련의 조립 장치입니다. 노심의 크기는 원자로의 전체 작동 기간 동안 기존 우라늄 농축과의 연쇄 반응이 유지되고 주어진 원자로 출력에서 ​​안정적인 열 제거가 보장되도록 해야 합니다.

핵에는 핵연료(연료)가 들어있습니다. 우라늄과 그 합금, 플루토늄과 그 합금이 연료로 사용됩니다. 이종 원자로에서 연료는 막대, 판 등의 형태로 사용됩니다. (그림 3.2), 동종 원자로에서는 우라늄 염 용액 등의 형태로 사용됩니다. 감속재 (물, 흑연, 베릴륨 등 )은 또한 열 원자로의 핵심에도 배치됩니다. .), 이는 핵분열 중성자의 에너지를 감소시키는 역할을 합니다.

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쌀. 3.3. 연료 요소의 유형:

a – 막대; b – 층상; c – 구형; g – 관형; d – 원통형 블록; e – 튜브가 있는 연료 배열;

1 - 연료 물질; 2 – 쉘; 3 – 팁; 4 – 가장자리; 5 – 냉각수

Coll" href="/text/category/koll/" rel="bookmark">수집기 및 냉각수 흐름 분배 경로, 설치 부품 - 생크, 케이싱 또는 프레임, 보호 플러그 및 운송 및 기술적 목적을 위한 부품.

쌀. 3.5. VVER-440 반응기의 작업 카세트:

1 – 생크; 2, 3 – 하단 및 중간 스페이서 그리드; 4 – 파이프 카세트 덮개; 5 – TVEL; 6 – 상부 스페이서 그리드; 7 – 중앙 튜브; 8 – 머리; 9 – 스프링 클램프; 10 – 핀

연료 집합체 또는 카세트는 원자로의 기술 채널에 설치되며, 여기서 연료봉을 세척하는 냉각수의 방향성 흐름을 공급, 제거 및 구성하고 연료 집합체 또는 카세트를 적재 및 하역할 수 있습니다. 제공됩니다.

섕크, 헤드, 육각형 튜브 커버로 구성되며, 그 안에 126개의 연료봉이 배치되어 있으며, 12.2mm 간격의 삼각형 격자로 배열되어 있습니다. 카세트의 연료봉 고정은 스페이서 그리드(스테인레스 스틸로 만들어진 하단(운반), 상단 및 중간 가이드 그리드)에 의해 수행됩니다. 이 격자는 지르코늄 합금으로 만들어진 중앙 튜브에 의해 서로 기계적으로 연결됩니다. 연료봉의 하단은 하부 지지 그리드에 단단히 고정되어 있으며, 상단은 자유로운 열팽창을 보장하기 위해 고정하지 않고 상부 그리드의 구멍에 맞습니다. 카세트 헤드에는 6개의 스프링 클립이 있어 뜨는 것을 방지하고 열팽창을 보상합니다. 생크의 디자인은 평면도의 각도에 따른 카세트의 방향 및 고정과 바스켓 소켓에서의 배치를 보장합니다. 작업 카세트의 질량은 220kg이고 카세트의 VO2 질량은 127kg입니다.

원자로의 일부로서 노심과 내부장치를 수용하도록 설계된 용기로서 냉각재를 공급 및 배출하는 파이프와 원자로 내부 공간을 밀봉하는 장치를 갖춘 것을 원자로용기라 한다. 원자로의 용기를 덮고 원자로 내부 압력을 흡수하도록 설계된 원자로의 탈부착 가능한 부분을 원자로 덮개라고 합니다.

원자로의 주 밀봉 조립체는 원자로의 뚜껑과 용기 사이에 슬립온 플랜지와 밀봉 장치가 있는 조립 장치로, 모든 작동 모드에서 원자로의 견고성을 보장합니다.

원자로 덮개와 본체를 연결하고 내부 개스킷을 압축하는 링을 원자로 메인 씰의 압력 링이라고합니다.

6. 열로와 고속로란 무엇입니까?

7. 비등수형 원자로 원자력발전소의 장점과 단점은 무엇입니까?

8. 액체금속을 냉각재로 사용하는 원자로의 장점과 단점은 무엇입니까?

9. 원자력 발전소의 기본 기술 다이어그램 그리기: VVER를 사용한 NPP; RBMK를 사용한 NPP; ATEC; NPP 및 BN; AST; ASPT.

10. 제어봉의 목적은 무엇입니까?

11. 복합 막대의 목적은 무엇입니까?

12. 원자로가 켜져 있는 이유 빠른 중성자약속하고 있어?

13. 냉각제로 사용되는 가스는 무엇입니까?

14. 카세트 월의 목적은 무엇입니까?

15. TVEL에 있는 연료는 어떻게 위치합니까?

발전소 분류의 원리. 클래스, 하위 클래스, 그룹, 하위 그룹.

발전소의 분류

두 번째 부분

전원 설치,
를 위해 일하다
무료 에너지



수업– 주요 프로세스와 초기(소비된) 에너지 유형에 따라 결정됩니다.

아강– 특징적인 특징과 허용되는(관습적인) 이름에 따라 결정됩니다.

그룹– 생산된(생성된) 에너지의 유형에 따라 결정됩니다.

하급 집단– 설계 차이에 따라 설치 유형을 결정합니다.

특정 기능과 개발 상태에 따라 이러한 구분이 항상 엄격하게 준수되지 않을 수도 있습니다. 8개의 주요 클래스가 있습니다:

1- 열의발전소: 에너지 방출의 주요 과정은 최고 차수(PHPT)의 상전이, 즉 원자가 일렉트리노와 전자와 같은 기본 입자로 부분적으로 또는 완전히 분할되는 것입니다. 초기 에너지는 원자 내 소립자의 잠재적 결합 에너지, 즉 물질에 축적된 에너지입니다.

2- 자연스러운발전소, 즉 자연 현상의 에너지를 직접 사용하는 시설입니다.

3- 코리올리스발전소 - 에너지 생산의 주요 과정은 코리올리 힘에 의한 로터의 자체 회전과 관련됩니다. 물질의 방사형 흐름의 초기 에너지는 수력학, 화학, 자기 등 다양할 수 있습니다.

4- 전자기발전소 - 주요 공정은 일렉트리노 흐름을 다른 종류에너지: 기계, 열, 전기.

5- 진동 공명발전소 - 주요 공정은 진동 공진 조건에서 작동 유체의 에너지 교환입니다. 근원은 에너지다 외부 환경, 특히 대기 공기 분자.

6- 미묘한발전소 - 주요 공정은 에테르, 특히 전기 가스의 직접 응축입니다. 초기 에너지는 에테르이다.

7- 충전식발전소 - 주요 프로세스는 에너지(전기, 화학, 열 등)의 축적과 배터리 방전 시 에너지 방출입니다.

8- 결합된발전소 – 지정된 클래스 중 하나로 분류하기 어려운 여러 가지 유형의 에너지 방출 프로세스를 갖춘 시설입니다.

이 클래스에는 모든 전통적인 화석 연료 발전소, 원자력, 수소 및 새로운 천연 에너지 발전소가 포함됩니다.

전통적인 것에는 내부 및 외부 연소 엔진, 가스 및 증기 터빈 장치, 다양한 열 및 보일러 장치가 포함됩니다.

원자력에는 방사성 물질의 완전한 붕괴와 함께 에너지 방출 과정이 발생하는 현대 원자력 및 화력 발전소가 포함됩니다.

수소발전소는 수소를 사용하는데, 수소가 산소와 반응하여 물을 생성합니다.



나열된 발전소는 꽤 잘 알려져 있고 이에 대한 기술 문헌도 많기 때문에 자세히 설명할 필요는 없습니다.

석탄, 석유, 가스, 우라늄 등 제한된 천연 자원을 사용한다는 점이 강조되어야 하는데, 이는 소비되는 만큼 빨리 자연적으로 보충되지 않습니다. 이러한 시설은 인류에게 해로운 결함이 있는 생태계를 특징으로 합니다.

자연 에너지 시설은 /1/ 변형 없이 물질(공기, 물)의 부분적이고 완만한 분해만을 사용하기 때문에 이러한 단점이 없습니다. 화학적 특성자연 조건에서 보충되는 10-6% 정도의 작은 질량 결함으로 인해 발생합니다.

수십 년 동안 개발이 진행되어 결과가 전혀 없는 열핵 발전소는 분류에 포함되지 않았습니다. 현대 이론 /1,2/에 따르면 작동하지 않기 때문입니다.

기본적으로 발전소를 CPP, CHPP, CCGT, GTPP, 원자력발전소, 수력발전소로 구분하여 사용하고 있습니다. 보다 완전한 설명을 위해 발전소는 여러 가지 기본 특성에 따라 분류될 수 있습니다.

1차 에너지 자원 유형별

에너지 전환 과정에 관해;

에너지 운반체의 수량 및 유형별

공급되는 에너지 유형별

적용되는 소비자의 범위에 따라;

영업시간에 따라.

1. 사용되는 1차 에너지 자원의 유형에 따라 다음을 사용하는 발전소: 유기 연료(TPP); 핵연료(NPP); 수력 발전(수력 발전소, 양수 발전소 및 발전소); 태양에너지(SES); 풍력 에너지(WPP); 지하열(지열 지열 발전소).

2. 사용된 에너지 전환 과정에 따라 발전소는 다음과 같이 구분됩니다. 생성된 열에너지는 기계적 에너지로 전환된 다음 전기 에너지(CHP, NPP)로 전환됩니다. 결과적인 열 에너지는 전기 에너지로 직접 변환됩니다(MHD 발전기가 있는 발전소, MHD-ES, 광전지가 있는 SES 등). 물과 공기의 에너지는 기계적 회전 에너지로 변환된 다음 전기 에너지(수력 발전소, 양수 발전소, 화력 발전소, 풍력 풍력 발전소, 공기 저장 가스 터빈 발전소)로 변환됩니다.

3. 발전소는 사용되는 에너지 운반체의 수와 유형이 다릅니다. 하나의 에너지 운반체(CPS 및 CHP, 원자력 CPP 및 증기 CHP, 가스 에너지를 사용하는 원자력 발전소, GTPP); 위상 상태가 다른 두 개의 에너지 캐리어(SG-CPP 및 SG-CHP를 포함한 증기-가스 발전소) 동일한 위상 상태의 두 개의 서로 다른 에너지 캐리어(이진 발전소)를 사용합니다.

4. 발전소는 공급되는 에너지의 종류에 따라 구분됩니다. 전기에너지만 공급하거나 주로 전기에너지를 공급하는 발전소(수력발전소, 양수발전소, 열병합발전소, 원자력발전소, 가스터빈발전소, PG-KPP 등) .); 전기 및 열 에너지(CHP, 원자력 CHPP, GT-CHP 등)를 공급합니다. 최근 IES와 원자력 IES는 열에너지 공급을 점차 늘리고 있습니다. 열병합발전소(CHP)는 전기 외에 열도 생산합니다. 복합 에너지 생산에 배기 증기열을 사용하면 상당한 연료 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 배기 증기나 뜨거운 물을 사용하는 경우 기술적 과정 ov, 산업 기업의 난방 및 환기, 화력 발전소를 산업이라고합니다. 도시의 주거 및 공공 건물에 난방 및 온수 공급을 위해 열을 사용할 때 CHP 발전소를 공동(난방) 발전소라고 합니다. 산업용 난방 CHP 플랜트는 다음과 같이 열을 공급합니다. 산업 기업, 그리고 인구. 난방 CHP 발전소에는 난방 터빈 장치와 함께 최대 열부하 기간 동안 열을 공급하기 위한 온수 보일러가 있습니다.

5. 적용되는 소비자 범위에 따라 다음과 같이 구별됩니다: 지역 발전소(주 지역 발전소 - 주 지역 발전소); 개인에게 전기를 공급하는 지역 발전소 정착지; 개인 소비자에게 전원을 공급하는 블록 스테이션.

6. EPS의 운영 모드에 따라 발전소는 다음과 같이 구분됩니다. 기동성 또는 반 피크; 정점.

첫 번째 그룹에는 크고 가장 경제적인 CPP, 원자력 CPP, 열병합 발전소(CHP) 및 부분 수력 발전소가 포함되고, 두 번째 그룹에는 기동 가능한 응축 발전소, SG-CPP 및 CHP 발전소가 포함되며, 세 번째 그룹에는 최대 수력 발전이 포함됩니다. 발전소, 수력 발전소 및 가스 터빈 발전소. CHP 발전소와 덜 경제적인 CPP는 부분적으로 피크 모드로 작동합니다.

위에 나열된 발전소 분류의 일반적인 주요 특성 외에도 각 유형에는 자체 내부 분류 특성이 있습니다. 예를 들어 IES와 CHP는 초기 매개변수가 다릅니다. 기술 계획(블록 및 가교), 블록의 단위 용량 등 NPP는 원자로 유형(열 및 고속 중성자), 원자로 설계 등에 따라 분류됩니다.

위에서 논의한 주요 발전소 유형과 함께 복합화력 및 순수 가스터빈 발전소도 러시아에서 개발되고 있습니다. 복합화력발전소(CGPP)는 고압 증기 발생기와 기존 보일러 장치로 배출되는 배기가스의 두 가지 버전으로 사용됩니다. 첫 번째 옵션에서는 압력을 받는 연소실의 연소 생성물이 고압 소형 증기 발생기로 보내져 증기가 생성됩니다. 고압, 연소 생성물은 750-800ºC로 냉각 된 후 가스 터빈으로 보내지고 고압 증기가 증기 터빈에 공급됩니다.

두 번째 옵션에서는 연소실의 연소 생성물이 추가됩니다. 필요 수량온도를 750-800°C로 낮추기 위한 공기는 가스 터빈으로 보내지고 거기에서 산소 함량이 높은 약 350-400°C 온도의 배기 가스가 증기 터빈 화력 발전소의 기존 보일러로 들어갑니다. 산화제와 열을 포기합니다.

그리고 첫 번째 방식에서는 천연 가스 또는 특수 가스 터빈 액체 연료를 연소해야합니다. 두 번째 방식에서는 이러한 연료를 연소해야합니다. 가스 터빈의 연소실 및 보일러 장치-연료 유 또는 고체 연료 특정 이점을 나타냅니다. 두 사이클을 결합하면 증기 터빈 발전소에 비해 증기 발전소의 전체 효율이 약 5~6% 증가합니다. 증기발전소의 가스터빈 출력은 복합화력발전소 출력의 약 20~25% 수준이다. 가스 터빈 부품에 대한 특정 자본 투자가 증기 터빈 부품보다 낮기 때문에 증기 터빈 발전소에서는 특정 자본 투자가 10~12% 감소합니다. 복합 사이클 장치는 기존 응축 장치보다 기동성이 뛰어나며 기동 가능한 IES보다 경제적이므로 하프 피크 구역에서 작동하는 데 사용할 수 있습니다.

원자력 발전소특정 체제를 관찰하면서 에너지를 생산하는 원자력 시설을 나타냅니다. 특정 조건. 이러한 목적을 위해 원자로가 다음과 함께 사용되는 프로젝트에서 정의한 영역이 사용됩니다. 필요한 시스템, 장치, 장비 및 구조. 목표한 작업을 수행하기 위해 전문 인력이 참여합니다.

러시아의 모든 원자력 발전소

국내외 원자력의 역사

40년대 후반은 평화로운 원자를 사용하여 전기를 생성하는 첫 번째 프로젝트를 만드는 작업이 시작된 것으로 표시되었습니다. 1948년 I.V. 당과 소련 정부의 지시에 따라 쿠르차토프는 원자력을 이용해 전기를 생산하는 작업을 시작할 것을 제안했습니다.

2년 후인 1950년, 칼루가(Kaluga) 지역에 위치한 오브닌스코예(Obninskoye) 마을에서 멀지 않은 곳에서 지구상 최초의 원자력 발전소 건설이 시작되었습니다. 1954년 6월 27일, 출력 5MW의 세계 최초의 산업용 원자력 발전소가 가동되었습니다. 소련은 평화적 목적으로 원자를 사용하는 세계 최초의 강국이 되었습니다. 역은 당시 도시의 지위를 받은 오브닌스크(Obninsk)에 개통되었습니다.

그러나 소련 과학자들은 거기서 멈추지 않고 이 방향으로 계속 연구했으며, 특히 불과 4년 후인 1958년에 시베리아 원자력 발전소의 1단계 가동이 시작되었습니다. 그 전력은 Obninsk의 발전소보다 몇 배나 많았으며 100MW에 달했습니다. 그러나 국내 과학자들에게는 이것이 한계가 아니었습니다. 모든 작업이 완료되면 발전소의 설계 용량은 600MW였습니다.

소련의 광활한 영토에서 원자력 발전소 건설은 당시 엄청난 규모를 가정했습니다. 같은 해에 공사가 시작되었습니다. 벨로야르스크 NPP, 첫 번째 단계는 이미 1964년 4월에 첫 번째 소비자에게 공급되었습니다. 원자력 발전소 건설의 지형은 국가 전체를 네트워크로 얽혀 있었습니다. 같은 해에 첫 번째 원자력 발전소가 보로네시에서 가동되었고, 그 용량은 210MW였으며, 두 번째 발전소는 5년 후 가동되었습니다. 1969년에는 365MW의 용량을 자랑했습니다. 원자력 발전소 건설의 붐은 소련 시대 내내 수그러들지 않았습니다. 새로운 스테이션이나 이미 건설된 스테이션의 추가 장치가 몇 년 간격으로 출시되었습니다. 따라서 이미 1973년에 레닌그라드는 자체 원자력 발전소를 받았습니다.

그러나 그러한 프로젝트를 개발할 수 있었던 것은 세계에서 소련 권력만이 아니었습니다. 영국에서도 잠을 자지 않고 이 분야의 가능성을 깨닫고 이 문제를 적극적으로 연구했습니다. 불과 2년 후, 오브닌스크에 기지가 개통된 후 영국은 평화로운 원자를 개발하기 위한 자체 프로젝트를 시작했습니다. 1956년에 영국은 칼더 홀(Calder Hall) 마을에 자체 발전소를 개설했는데, 그 전력은 소련의 전력을 능가하여 46MW에 달했습니다. 그들은 1년 후 대서양 반대편에서 뒤처지지 않았습니다. 미국인들은 엄숙하게 Shippingport에 역을 가동했습니다. 시설 용량은 60MW였다.

그러나 평화로운 원자의 발전은 숨겨진 위협으로 가득 차 있었고, 전 세계는 곧 이 사실을 알게 되었습니다. 첫 번째 징후는 1979년에 발생한 스리마일 섬의 대형 사고였지만, 그 이후에는 소련, 작은 마을 1986년 체르노빌에서 대규모 재난이 발생했다. 비극의 결과는 돌이킬 수 없었지만, 이 사실은 전 세계가 원자력을 평화적 목적으로 사용하는 타당성에 대해 생각하게 만들었습니다.

이 업계의 세계 지도자들은 원자력 시설의 안전성 향상에 대해 진지하게 생각하고 있습니다. 그 결과 1989년 5월 15일 소련 수도에서 조직된 제헌의회가 열렸습니다. 총회는 모든 원자력 발전소 운영자를 포함해야 하는 세계 협회를 창설하기로 결정했습니다. 일반적으로 알려진 약어는 WANO입니다. 프로그램을 실행하는 과정에서 조직은 전 세계 원자력 발전소의 안전 수준 향상을 체계적으로 모니터링합니다. 그러나 모든 노력에도 불구하고 가장 현대적이고 언뜻보기에는 안전 해 보이는 물체조차도 요소의 맹공격을 견딜 수 없습니다. 2011년 후쿠시마 1호기에서 사고가 발생한 것은 지진과 그에 따른 쓰나미라는 형태로 나타난 내재적 재해 때문이었다.

원자 정전

원전 분류

원자력 발전소는 생산하는 에너지 유형과 원자로 유형이라는 두 가지 기준에 따라 분류됩니다. 원자로의 종류에 따라 생성되는 에너지의 양, 안전성 수준, 발전소에서 사용되는 원자재의 종류가 결정됩니다.

스테이션에서 생산하는 에너지 유형에 따라 두 가지 유형으로 나뉩니다.

그들의 주요 기능은 전기 에너지를 생성하는 것입니다.

원자력 화력 발전소.그곳에 설치된 난방 시설로 인해 스테이션에서 불가피한 열 손실을 이용하여 네트워크 물의 가열이 가능해집니다. 따라서 전기 외에도 이러한 스테이션은 열 에너지를 생성합니다.

많은 옵션을 조사한 결과 과학자들은 가장 합리적인 것은 현재 전 세계에서 사용되는 세 가지 품종이라는 결론에 도달했습니다. 그것들은 여러 가지 면에서 다릅니다:

  1. 사용된 연료;
  2. 사용된 냉각수;
  3. 필요한 온도를 유지하기 위해 작동되는 활성 구역
  4. 붕괴 중에 방출되고 연쇄 반응을 지원하는 데 꼭 필요한 중성자의 속도를 줄이는 일종의 감속재입니다.

가장 일반적인 유형은 농축 우라늄을 연료로 사용하는 원자로입니다. 여기서는 일반 또는 경수가 냉각수 및 감속재로 사용됩니다. 이러한 원자로는 경수로라고 불리며 두 가지 유형이 있습니다. 첫 번째로, 터빈을 돌리는 데 사용되는 증기는 비등수형 원자로라고 불리는 노심에서 생성됩니다. 두 번째에서는 열 교환기와 증기 발생기를 통해 첫 번째 회로에 연결된 외부 회로에서 증기 형성이 발생합니다. 이 원자로는 지난 세기 50년대에 개발되기 시작했으며 그 기초는 미 육군 프로그램이었습니다. 동시에, 거의 같은 시기에 연합에서는 흑연 막대가 감속재 역할을 하는 끓는 원자로를 개발했습니다.

실제로 적용되는 것은 이러한 유형의 감속재를 갖춘 원자로 유형입니다. 우리는 가스 냉각 원자로에 대해 이야기하고 있습니다. 그 역사는 20세기 후반과 50년대 초반에 시작되었으며, 처음에는 이러한 유형의 개발이 핵무기 생산에 사용되었습니다. 이와 관련하여 무기급 플루토늄과 천연 우라늄이라는 두 가지 유형의 연료가 적합합니다.

상업적 성공을 동반한 마지막 프로젝트는 중수를 냉각재로 사용하고, 이미 우리에게 친숙한 천연 우라늄을 연료로 사용하는 원자로였다. 처음에는 여러 국가에서 그러한 원자로를 설계했지만 결국 캐나다에 대량의 우라늄 매장지가 존재하기 때문에 생산이 캐나다에 집중되었습니다.

토륨 원자력 발전소 - 미래의 에너지?

원자로 유형 개선의 역사

지구상 최초의 원자력 발전소의 원자로는 매우 합리적이고 실행 가능한 설계였으며 수년 동안 완벽하게 발전소를 운영하면서 입증되었습니다. 구성 요소는 다음과 같습니다.

  1. 측면 물 보호;
  2. 벽돌 케이싱;
  3. 최상층;
  4. 수집 매니폴드;
  5. 연료 채널;
  6. 상판;
  7. 흑연 벽돌;
  8. 바닥판;
  9. 유통다기관.

연료봉 껍질과 기술 채널의 주요 구조 재료로 스테인리스강이 선택되었습니다. 당시에는 300°C 온도에서 작업하기에 적합한 특성을 가질 수 있는 지르코늄 합금에 대한 지식이 없었습니다. 이러한 반응기를 물로 냉각시켰고, 공급되는 압력은 100 at. 이 경우 증기는 280°C의 온도로 방출되었으며 이는 매우 적당한 매개변수입니다.

원자로 채널은 완전히 교체될 수 있도록 설계되었습니다. 이는 연료가 활동 구역에 남아 있는 시간에 따라 결정되는 자원 제한 때문입니다. 설계자들은 방사선 조사를 받는 활동 구역에 위치한 구조 재료가 전체 사용 수명, 즉 약 30년을 소진할 수 있을 것이라고 기대할 이유를 찾지 못했습니다.

TVEL의 디자인은 단방향 냉각 메커니즘을 갖춘 관형 버전을 채택하기로 결정되었습니다.

이는 연료봉 손상 시 핵분열 생성물이 회로에 유입될 가능성을 줄였습니다. 연료 요소 쉘의 온도를 조절하기 위해 온수 매트릭스를 통해 분산된 입자 형태의 우라늄-몰리브덴 합금의 연료 구성이 사용되었습니다. 이렇게 처리된 핵연료는 신뢰성이 높은 연료봉을 얻을 수 있게 됐다. 높은 열부하에서도 작동할 수 있었습니다.

평화로운 원자력 기술 개발의 다음 단계의 예로는 악명 높은 체르노빌 원자력 발전소가 있습니다. 당시 건설에 사용된 기술은 가장 진보된 것으로 간주되었으며 원자로 유형은 세계에서 가장 현대적인 것으로 간주되었습니다. 우리는 RBMK-1000 원자로에 대해 이야기하고 있습니다.

그러한 원자로 하나의 화력은 3200MW에 이르렀고, 두 개의 터보 발전기가 있으며 그 전력은 500MW에 달하므로 하나의 동력 장치의 전력은 1000MW입니다. 농축 이산화우라늄은 RBMK의 연료로 사용되었습니다. 공정 시작 전 초기 상태에서 이러한 연료 1톤에는 약 20kg의 연료, 즉 우라늄-235가 포함되어 있습니다. 이산화우라늄을 원자로에 고정 로딩하면 물질의 질량은 180톤입니다.

그러나 로딩 프로세스는 이미 우리에게 잘 알려진 연료 요소가 원자로에 배치되는 대량을 나타내지 않습니다. 기본적으로 이 튜브는 지르코늄 합금으로 만들어진 튜브입니다. 내용물로는 원통형의 이산화우라늄 정제가 들어있습니다. 원자로 활동 구역에서는 각각 18개의 연료봉으로 구성된 연료 집합체에 배치됩니다.

이러한 원자로에는 최대 1,700개의 어셈블리가 있으며 흑연 스택에 배치되며 수직 기술 채널이 이러한 목적을 위해 특별히 설계되었습니다. RMBK에서 물이 그 역할을 수행하는 냉각수가 순환하는 곳입니다. 물 소용돌이는 순환 펌프의 영향으로 발생하며 그 중 8개가 있습니다. 반응기는 샤프트 내부에 위치하고 그래픽 벽돌은 30mm 두께의 원통형 케이스에 있습니다. 전체 장치의 지지는 사고 위치를 파악하는 역할을 하는 버블러인 수영장이 있는 콘크리트 기반입니다.

3세대 원자로는 중수를 사용한다.

주요 요소는 중수소입니다. 가장 일반적인 디자인은 CANDU라고 하며 캐나다에서 개발되었으며 전 세계적으로 널리 사용됩니다. 이러한 원자로의 핵심은 수평 위치에 위치하며 가열실의 역할은 원통형 탱크에 의해 수행됩니다. 연료 채널은 가열 챔버 전체에 걸쳐 뻗어 있으며 각 채널에는 두 개의 동심원 튜브가 있습니다. 외부 튜브와 내부 튜브가 있습니다.

내부 튜브에서 연료는 냉각수 압력을 받고 있으므로 작동 중에 원자로에 추가 연료를 공급할 수 있습니다. 공식 D20의 중수가 지연제로 사용됩니다. 폐쇄 사이클 동안 물은 연료 다발이 들어 있는 원자로의 파이프를 통해 펌핑됩니다. 핵분열은 열을 발생시킵니다.

중수를 사용할 때의 냉각 사이클은 증기 발생기를 통과하는 것으로 구성되는데, 여기서 일반 물은 중수에서 발생하는 열로 끓으면서 고압에서 나오는 증기가 형성됩니다. 이는 원자로로 다시 분배되어 폐쇄 냉각 사이클이 발생합니다.

유형의 단계적 개선이 이루어진 것은 바로 이 경로를 따라 이루어졌습니다. 원자로, 이는 전 세계 다양한 국가에서 사용되어 왔으며 사용되고 있습니다.

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소개

2. 원자로. 원자로의 종류

결론

소개

40대 후반. 소련 과학자들은 원자력의 평화적 사용을 위한 최초의 프로젝트를 개발하기 시작했으며, 그 일반적인 방향은 즉시 전력이 되었습니다.

5MW 용량을 갖춘 세계 최초의 산업용 원자력 발전소는 1954년 6월 27일 소련 칼루가(Kaluga) 지역에 위치한 오브닌스크(Obninsk) 시에서 가동되었습니다.

현대 문명은 전기 에너지 없이는 상상할 수 없습니다. 전기의 생산과 사용은 매년 증가하고 있습니다. 핵반응에서 방출되는 에너지는 기존의 화학반응(예: 연소반응)에 의해 생성된 에너지보다 수백만 배 더 높기 때문에 핵연료의 발열량은 기존 연료의 발열량보다 헤아릴 수 없을 정도로 높습니다. 주요 원리원자력 발전소 운영 - 핵연료를 사용하여 전기를 생산하는 것.

이번 프로젝트는 '원자력발전소'라는 주제로 진행됩니다. 이 주제의 관련성은 관심 증가로 인해 발생합니다. 현대 과학인류의 에너지 수요 증가와 관련하여 원자력 에너지. 이 작업의 목적은 원자력 발전소의 작동 원리, 원자력 발전소에서 사용되는 장비, 핵 반응 메커니즘 및 원자력 시설의 안전을 보장하는 방법을 연구하는 것입니다. 이 작업은 원자력 시설의 가장 중요한 분류, 원자로의 작동 구조 및 원리, 열역학적 사이클을 제시합니다. 증기 터빈 플랜트효율성을 높이는 방법과 핵반응 및 열핵융합 반응의 예가 나와 있습니다.

1. 원자력발전소의 분류

원자력 발전소 원자력 에너지

원자력 발전소는 다음 매개변수에 따라 구분됩니다.

1. 회로 수.

2. 원자로의 종류. 원자로는 열 원자로와 고속 중성자 원자로로 구분됩니다.

3. 터빈 유형: 포화 증기 또는 과열 증기.

4. 냉각수 유형 - 가스, 물, 액체 금속.

5. 채널형 원자로 또는 용기형 원자로와 같은 원자로의 설계 특징.

6. 중재자 유형: 흑연 또는 중수.

원자력발전소의 가장 중요한 분류는 회로수에 따른 분류이다. 가능한 모든 비상 상황에서 장치의 안전한 작동을 보장하기 위한 요구 사항을 고려하여 회로 수를 선택합니다. 회로 수가 증가하면 사이클에 추가 손실이 발생하고 이에 따라 원자력 발전소의 효율성이 저하됩니다.

원자력 발전소의 작동은 핵 반응 중에 얻은 에너지를 전기 에너지로 변환하는 데 기반을 두고 있습니다. 이 변환은 여러 단계로 발생합니다.

모든 원자력 발전소 시스템에서는 냉각수와 작동 유체가 구별됩니다. 알려진 바와 같이, 운영 스테이션에서는 소스 에너지를 열로 변환하는 과정이 지속적으로 발생하며, 열 제거가 중단되면 설비가 필연적으로 과열됩니다. 따라서 열원과 함께 열을 흡수하여 다른 형태의 에너지로 변환하거나 다른 시스템으로 전달하는 열 에너지 소비자가 필요합니다. 열은 냉각수를 사용하여 소스에서 소비자로 전달됩니다. 냉각수의 목적은 원자로에서 방출되는 열을 제거하는 것입니다. 물은 높은 열용량으로 인해 높은 비용이 필요하지 않지만 증가된 압력이 필요한 동력로에 널리 보급되었습니다. 열에너지를 기계적 에너지로 변환하는 매체, 즉 작동하며 작동 유체입니다. 원자력 발전소의 작동유체는 수증기이다. 터빈으로 들어가는 작동 유체와 항상 방사성인 냉각수의 순도에 대한 요구 사항이 매우 높기 때문에 폐쇄 회로가 필요합니다. 냉각수 회로와 작동유체 회로가 분리되지 않은 원자력발전소를 단일회로라고 합니다. 원자로에서 증기가 생성되고, 증기는 터빈으로 보내져 일을 생산하고, 이 증기는 발전기에서 전기로 변환됩니다. 모든 증기가 응축기에서 응축된 후 응축수는 반응기로 다시 펌핑됩니다. 이러한 원자로는 주 순환 펌프가 설치된 냉각수의 강제 순환으로 작동합니다. 따라서 냉각수 회로는 작동 유체 회로이기도 합니다. 단일 회로 회로에서는 모든 장비가 방사선 활성 조건에서 작동하므로 수리가 복잡합니다.

쌀. 1 원자력 발전소의 열 다이어그램: a - 단일 회로; b - 이중 회로; c - 3회로; 1 - 원자로; 2 - 터빈; 3- 터보 발전기; 4- 응축 장치; 5- 응축수 펌프; b - 급수용 재생 난방 시스템; 7 - 공급 펌프; 8 - 증기 발생기; 9 - 반응기 회로의 순환 펌프; 10 - 중간 회로 순환 펌프

냉각수 회로와 작동유체 회로가 분리된 경우 원자력 발전소를 이중 회로라고 합니다. 따라서 냉각수 회로를 첫 번째, 작동 유체 회로를 두 번째라고합니다. 이중 회로 스테이션에는 첫 번째 회로와 두 번째 회로를 분리하는 증기 발생기가 필요합니다. 이러한 방식에서는 원자로 회로만 방사성이며, 냉각제는 증기 발생기를 통해 펌핑되고 ​​증기 발생기는 접촉하지 않고 2차 회로의 작동 유체에 열을 전달하며 다음과 같이 원자로로 다시 공급됩니다. 순환 펌프. 두 번째 회로에는 방사선 활동이 없을 때 작동하는 장비가 포함되어 있어 장비 수리가 단순화됩니다. 증기 발생기의 증기는 터빈으로 들어간 다음 응축기로 들어가고 펌프에 의해 증기 발생기로 되돌아갑니다. 증기 발생기의 열 전달에는 냉각수와 작동 유체 사이의 온도 차이가 필요합니다. 물 냉각수의 경우 이는 첫 번째 회로의 압력이 두 번째 회로의 압력보다 높아야 함을 의미합니다.

원자력 발전소에서 냉각수로 물이 아닌 액체 나트륨과 같은 냉각수를 사용하는 경우 발전소의 정상적인 작동을 위해서는 추가 중간 회로를 만들어야 합니다. 운전 중 1차 회로와 2차 회로의 압력 차이로 인해 증기발생기의 특정 부위에서 누출이 발생할 수 있습니다. 따라서 냉각수 누출이 발생하여 2차 회로의 방사능 오염이 발생할 수 있습니다. 액체 나트륨은 증기 및 물과 집중적으로 상호 작용하기 때문에 서비스 시설로 방사성 물질이 방출될 위험이 있습니다. 따라서 긴급 상황에서도 방사성 나트륨이 물이나 수증기와 접촉하는 것을 피할 수 있도록 추가적인 중간 회로가 만들어집니다. 이러한 원자력발전소를 3회로 원자력발전소라고 한다.

방사성 액체금속 냉각제는 원자로와 중간 열교환기를 통해 펌핑되어 비방사성 액체금속 냉각제로 열을 전달합니다. 후자는 중간 회로를 형성하는 시스템을 통해 증기 발생기를 통해 펌핑됩니다. 중간 회로의 압력은 첫 번째 회로보다 높게 유지됩니다. 따라서 1차 회로에서 중간 회로로 방사성 나트륨의 흐름이 불가능합니다. 이와 관련하여 중간 회로와 2차 회로 사이에 누출이 발생하면 물이나 증기는 비방사성 나트륨에만 접촉하게 됩니다.

2. 원자로 및 그 종류

모든 원자력 발전소의 핵심은 제어된 핵 연쇄 반응이 일어나는 장치인 원자로입니다. 현재 우라늄 동위원소인 U235와 U238은 물론 Pu239도 핵연료로 사용될 수 있다. 핵분열은 특정 에너지를 갖는 중성자의 영향으로 발생합니다(이 에너지의 값은 특정 범위에 있어야 합니다. 더 느리거나 더 빠른 입자는 핵에 침투하지 않고 단순히 핵에서 반발됩니다). 중성자에는 빠른 것과 느린 것의 두 가지 유형이 있습니다. 중성자 다른 유형핵분열성 원소의 핵에 다르게 영향을 미칩니다.

열중성자 원자로에서는 우라늄 동위원소 U235를 핵연료로 사용하는데, 중성자가 빠른 것보다 3~4배 느려지는 경우에만 핵분열이 일어난다. 따라서 원자로의 연쇄 반응을 제어하기 위해 중성자가 에너지의 일부를 잃는 물질이 사용됩니다. 중성자의 속도를 감소시키는 물질을 핵반응 감속재라고 합니다. 좋은 중성자 감속재는 흑연, 일반 및 중수, 베릴륨 화합물입니다.

원자로는 활성 구역과 반사경으로 구성됩니다. 노심에는 감속재와 연료봉이라고 불리는 연료 요소에 포함된 핵연료가 포함되어 있습니다. 냉각수는 원자로 노심을 통해 흐릅니다. 일반적으로 이는 일반 물이지만 액체 흑연이나 중수도 사용할 수 있습니다. 중성자 흡수 막대가 노심에서 제거되면 원자로가 가동됩니다.

쌀. 2 열중성자로의 도식적 구조: 1 - 제어봉; 2 - 방사선 보호; 3 - 단열; 4 - 중재자; 5 - 핵연료; 6 -- 냉각수

현재 원자로에는 VVER(수냉식 동력로)와 RBMK(고출력 채널 원자로)의 두 가지 유형이 있습니다. 차이점은 RBMK는 끓는 원자로인 반면 VVER는 120기압의 ​​압력에서 물을 사용한다는 점입니다.

TVEL - 연료 요소. 이것은 지르코늄 껍질에 있는 막대이며, 그 안에 이산화우라늄 정제가 들어 있습니다.

고속 중성자로는 우라늄 U238과 플루토늄 Pu239 동위원소를 핵연료로 사용합니다. 이러한 원자로는 다른 모든 유형의 원자로와 매우 다릅니다. 주요 목적은 기존의 열화 우라늄 매장량은 물론 천연 우라늄의 전부 또는 상당 부분을 연소할 목적으로 U238에서 핵분열성 플루토늄의 확장된 육종을 제공하는 것입니다. 고속 중성자로 에너지 개발로 자급자족 문제 해결 가능 원자력연료.

우선, 고속 중성자로에는 감속재가 없습니다. 이와 관련하여 U235가 아닌 빠른 중성자에 의해 핵분열될 수 있는 Pu239 및 U238이 연료로 사용됩니다. U238만으로는 제공할 수 없는 충분한 중성자 자속 밀도를 제공하려면 플루토늄이 필요합니다. 빠른 중성자에 대한 원자로의 열 방출은 느린 중성자에 대한 원자로의 열 방출보다 10~15배 높으므로 물(이러한 양의 전달 에너지를 단순히 처리할 수 없음) 대신 용융 나트륨이 사용됩니다( 입구 온도는 370도, 출구 온도는 550도입니다. 따라서 고속중성자로를 갖춘 원자력발전소의 정상적인 운전을 위해서는 제3의 회로가 필요하다. 이러한 원자로가 작동하면 노심 주위에 위치한 U238 층에 흡수되는 중성자가 매우 강하게 방출됩니다. 이 경우 우라늄은 Pu239로 변환되어 원자로에서 핵분열성 원소로 사용될 수 있습니다.

현재 고속 중성자로는 주로 설계의 복잡성과 구조 부품의 충분히 안정적인 재료를 얻는 문제로 인해 널리 사용되지 않습니다. 그러한 원자로는 미래에 널리 보급될 것으로 믿어진다.

3. 원자력발전소의 주요기술설비의 운영

기초 기술 장비원자력 발전소는 그림 1에 나와 있습니다.

원자로 노심을 순환하고 연료봉을 세척함으로써 냉각수는 열을 받습니다. 이 순환은 주 순환 펌프에 의해 수행됩니다. 냉각수의 단상 특성으로 인해 NPP 장비에 부피(압력) 보상기가 포함되어야 하며, 단일 회로 NPP에서 이 작업은 분리기 드럼에 의해 수행됩니다. 이중 회로 및 3회로 원자력 발전소의 필수 장치는 증기 발생기입니다. 증기 발생기의 열 교환관 내부를 통과하는 1차 회로의 냉각수는 2차 회로의 물에 열을 방출하여 증기로 변합니다. 증기는 열 에너지를 기계 에너지로 변환하도록 설계된 장치인 증기 터빈으로 보내집니다. 모든 터빈의 작동 원리는 풍차 작동 원리와 유사합니다. 터빈의 증기는 로터에 원형으로 배열된 블레이드를 회전시킵니다. 터빈 로터는 발전기 로터에 단단히 연결되어 있습니다. 전기. 터빈의 매개변수와 설계는 다릅니다. 물 냉각수의 경우 중압 포화 증기 터빈이고, 액체 금속 냉각수의 경우 고압 과열 증기 터빈입니다. 터빈에서는 단열 팽창하는 증기가 작동합니다. 거기에서 배기 증기가 응축기로 보내집니다. 응축기는 설치에서 두 가지 역할을 합니다. 첫째, 응축기는 배기 증기와 냉각수 사이에서 열이 교환되는 표면으로 분리된 증기와 물 공간을 갖습니다. 따라서 증기 응축수는 용해된 염분을 포함하지 않는 이상적인 물로 사용될 수 있습니다. 둘째, 응축기에서는 증기가 액적 액체 상태로 전환될 때 증기의 비량이 급격히 감소하기 때문에 진공이 설정되어 설치 작업 전반에 걸쳐 유지되면서 증기가 팽창할 수 있습니다. 다른 대기에 의해 터빈이 작동하여 추가 작업을 수행합니다.

생성된 응축수는 펌프에 의해 응축기에서 지속적으로 흡입되고 압축된 후 다시 증기 발생 장치(반응기 또는 증기 발생기)로 보내집니다.

따라서 원자력 발전소에서 전기를 생산하는 기술 과정에는 응축수의 온도를 포화 온도까지 높이고 그로부터 증기를 생산하는 것, 초기 값에서 압력과 온도를 감소시켜 터빈에서 증기를 팽창시키는 것 등이 포함됩니다. 응축기의 진공에 해당하는 값으로 터빈을 작동시킵니다. 따라서 원자로 설치는 특정 열역학적 사이클이 수행되는 열 엔진으로 나타낼 수 있습니다. 현대 증기발전소의 이론적인 주기는 랭킨주기이다.

다이어그램의 선 K는 구분선입니다. 적절한 매개변수를 사용하면 이 선 위의 다이어그램에 있는 모든 지점에 대해 증기만 있고 아래에는 증기-물 혼합물이 있습니다.

응축기의 습증기는 등압선 p2=const(라인 2 - 3)를 따라 완전히 응축됩니다. 그런 다음 물은 펌프에 의해 압력 P2에서 압력 P1로 압축됩니다. 이 단열 과정은 T-S 다이어그램에서 수직 세그먼트 3-4로 표시됩니다.

단열 세그먼트 3-4의 작은 값은 다음을 나타냅니다. 작은 일물을 압축하는 데 펌프가 소비합니다. 팽창과정 1-2에서 수증기가 발생하는 일량에 비해 압축일량이 적다는 것이 랭킨사이클의 중요한 장점이다.

펌프에서 압력 P2의 물이 증기 발생기로 들어가고, 여기서 등압 방식으로 열이 공급됩니다(공정 4-5 P1=const). 먼저 증기발생기 내의 물이 가열되어 끓게 되고(4-5구간 P1=const), 끓는점에 도달하면 기화과정이 일어난다(5-6구간 P1=const). 6-1 구간에서는 증기발생기에서 증기가 과열된 후 증기가 터빈으로 유입됩니다. 터빈의 팽창 과정은 단열 1-2로 표시됩니다. 배기된 습증기가 응축기로 들어가고 사이클이 닫힙니다.

가역 사이클에서 열을 일로 변환하는 효율은 다음 공식에 의해 결정되는 열 효율로 특징 지어집니다.

여기서 lc는 사이클 작업이고, q1은 열 입력입니다.

이 사이클에서 사이클 lc의 일은 터빈 lt에서 받은 일과 펌프 ln에서 소비된 일의 차이입니다.

따라서 사이클의 열효율 표현은 다음과 같은 형식을 취합니다.

Lt - ln / q1

증기 터빈 플랜트의 사이클을 구성하는 모든 프로세스는 물질의 흐름에서 발생합니다. 따라서 이를 분석할 때 흐름에 대한 열역학 제1법칙 방정식을 적용해야 합니다.

q1 = i2 - i1 + w22 / 2 - w12/2 + ltech

우리는 터빈과 펌프의 작업을 다음과 같이 간주합니다. 기술적인 작업 ltech. 이 경우 터빈 입구와 출구의 운동 에너지가 동일하다면 터빈에서 증기의 단열 팽창 과정의 작업은 다음과 같습니다.

동일한 조건에서 펌프의 물 압축 단열 과정 작업의 절대값은 다음과 같습니다.

그러면 랭킨 사이클의 열효율은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

? =[(i2 - i1) - (i3 - i2)]/(i1 - i3)

특정 펌프 작업 절대값일반적으로 터빈 작업의 3~4% 미만이므로 계산에서 이 작업이 무시되는 경우도 있습니다.

ii는 사이클의 해당 지점에서 물과 증기의 엔탈피 값이며 해당 표를 사용하여 찾을 수 있습니다.

초기 증기 압력을 증가시켜 랭킨 사이클의 열 효율을 증가시킬 수 있는 가능성은 초과하지 않아야 한다는 요구 사항에 의해 제한됩니다. 한계값작동의 안전을 보장하기 위해 터빈의 팽창이 끝날 때 증기 습도. 이는 일부 중간 압력에서 증기의 2차 과열을 도입하여 사이클 구성을 변경함으로써 피할 수 있습니다. 이를 위해 고압 실린더와 여러 개의 저압 실린더로 구성된 2단 터빈이 사용됩니다. 소위 증기 과열은 설비의 특수 요소, 즉 증기가 주어진 압력 P1에서 포화 온도를 초과하는 온도로 가열되는 과열기에서 발생합니다. 이 경우, 과열이 발생하지 않은 사이클의 열공급온도에 비해 평균 공급열온도가 높아지므로 사이클의 열효율이 높아지게 된다. 과열 증기를 이용한 랭킨 사이클은 현대 화력 공학에 사용되는 화력 발전소의 주요 사이클입니다.

쌀. 3 T-S 다이어그램에서 2차 증기 과열이 있는 랭킨 사이클

증기 발생기의 증기는 고압 실린더(HPC)로 향하고 증기의 일부는 과열을 위해 사용됩니다. 고압 실린더에서 팽창하면(그림 1-a의 과정) 증기가 작동합니다. HPC 후 증기는 과열기로 보내지며 처음에 취한 증기 부분의 냉각으로 인해 건조되고 더 높은 온도로 가열됩니다 (그러나 더 낮은 압력에서는 프로세스 a-b다이어그램에서) 터빈(LPC)의 저압 실린더로 들어갑니다. LPC에서 증기는 팽창하여 다시 작업을 수행하고(다이어그램의 공정 b-2) 응축기로 들어갑니다. 나머지 과정은 위에서 논의한 랭킨 사이클의 과정에 해당합니다. 중간 증기 과열이 있는 사이클의 효율은 다음 공식에 의해 결정됩니다.

? = (lChVD + lChND - lN) / ​​​q1 = ((i1 - ia) + (ib - i2) - (i3 - i2)) / ((i1 - i3) + (ib - ia)

증기의 2차 과열이 수행되는 압력 선택에 따라 2차 과열을 포함하는 사이클의 효율은 2차 과열이 없는 사이클의 효율보다 높거나 낮을 수 있습니다. 실제로 증기의 2차 과열 사이클은 초기 사이클 1-с-2ґ-3-1과 추가 a-b-2-c-a의 두 사이클의 조합으로 표현될 수 있습니다. 두 사이클 모두 동일한 열 제거 온도 T2를 가지므로, 추가 사이클의 평균 입열 온도 Tav가 초기 사이클보다 높을 경우 전체 사이클은 초기 사이클보다 열효율이 더 높습니다. 결과적으로, 추가 사이클에서 열 공급의 평균 온도는 2차 과열이 시작되는 온도에 따라 달라지며, 이는 과열이 발생하는 압력에 의해 결정됩니다. 압력과 그에 따른 온도가 감소하면 추가 사이클에서 열 공급의 평균 온도가 감소하지만 이 사이클에서 얻은 작업과 복잡한 사이클의 전체 작업에 대한 기여도는 증가합니다. 이 두 요소의 반대 영향으로 인해 2차 증기 과열 시작을 위한 최적의 온도가 있으며, 이 온도에서 중간 증기 과열을 통해 사이클의 열 효율이 최대로 증가합니다. 증기의 2차 과열을 사용하면 증기 터빈 장치의 효율을 4~5% 높일 수 있습니다.

재생급수 가열

난방 엔지니어링에서 "재생"이라는 단어는 설치 시 추가 사용을 위해 폐열의 일부를 반환하는 것을 의미합니다. 급수 재생 가열은 응축기에서 원자로(단일 회로 원자력 발전소의 경우) 또는 증기 발생기(이중 회로 원자력 발전소의 경우)로 흐르는 응축수를 가열하는 것입니다. 카르노 사이클에 비해 랭킨 사이클의 효율 값이 낮은 이유는 다음과 같습니다. 많은 수의증기 응축 중 열에너지는 응축기의 냉각수로 전달됩니다.

손실을 줄이기 위해 터빈에서 나오는 증기의 일부가 선택되어 재생 히터로 보내집니다. 여기서 선택된 증기의 응축 ​​중에 방출된 열 에너지는 주 증기 흐름의 응축 후 얻은 물을 가열하는 데 사용됩니다. 실제 증기 발전 사이클에서 재생은 재생, 표면 또는 혼합 열 교환기를 사용하여 수행되며, 각 열 교환기는 터빈의 중간 단계에서 증기를 받습니다(소위 재생 선택).

4. 핵반응. 열핵융합

원자는 우주를 구성하는 블록이다. 원자의 종류는 약 100여 가지에 불과합니다. 대부분의 원소는 안정적입니다(예: 대기 중의 산소와 질소, 탄소, 산소, 수소는 우리 몸과 다른 모든 생명체의 주요 구성 요소입니다). 대부분 매우 무거운 다른 원소들은 불안정합니다. 즉, 자발적으로 붕괴하여 다른 원소를 형성합니다. 이러한 변화를 핵반응이라고 합니다.

핵 반응은 기본 입자, g-양자 또는 서로 상호 작용할 때 원자핵의 변형입니다.

핵반응은 핵분열과 열핵융합의 두 가지 유형으로 나뉜다.

핵분열 반응은 원자핵을 핵분열 파편이라고 하는 유사한 질량을 가진 두 개(덜 자주는 세 개)의 핵으로 분할하는 과정입니다. 핵분열의 결과로 경핵(주로 알파 입자), 중성자 및 감마선과 같은 다른 반응 생성물도 발생할 수 있습니다. 분할은 자발적(자발적)일 수도 있고 강제될 수도 있습니다.

자발적인 (자발적)은 핵분열이며, 그 동안 상당히 무거운 핵이 대략 같은 질량을 가진 두 개의 조각으로 붕괴됩니다.

자연적인 핵분열은 천연 우라늄에서 처음으로 발견되었습니다. 다른 유형의 방사성 붕괴와 마찬가지로 자연 핵분열도 반감기(분열 기간)가 있는 것이 특징입니다. 자연 핵분열의 반감기는 매우 넓은 범위 내에서 핵마다 다릅니다(93Np237의 경우 1018년부터 초우라늄 원소의 경우 수십 분의 1초까지).

핵의 강제 핵분열은 핵에 기여하는 에너지가 핵분열 장벽을 극복하기에 충분하다면 광자, 중성자, 양성자, 중수자, b 입자 등 모든 입자에 의해 발생할 수 있습니다. 원자력 에너지의 경우 중성자에 의한 핵분열이 더 중요합니다. 중핵의 핵분열 반응은 우라늄 U235에서 처음으로 수행되었습니다. 우라늄 핵이 두 조각으로 붕괴되기 위해서는 활성화 에너지가 주어집니다. 우라늄 핵은 중성자를 포획함으로써 이 에너지를 받습니다. 핵은 여기 상태가 되어 변형되고, 핵 부분 사이에 "다리"가 나타나고, 쿨롱 반발력의 영향으로 핵은 질량이 다른 두 조각으로 나뉩니다. 두 조각 모두 방사성이며 2~3개의 2차 중성자를 방출합니다.

쌀. 4 우라늄 핵의 분열

2차 중성자는 인접한 우라늄 핵에 흡수되어 핵분열을 일으킵니다. 적절한 조건에서 핵 연쇄 반응이라고 불리는 대량 핵분열의 자체 발전 과정이 발생할 수 있습니다. 이 반응은 엄청난 에너지의 방출을 동반합니다. 예를 들어, 우라늄 1g이 완전 연소되면 8.28·1010J의 에너지가 방출됩니다. 핵반응은 핵반응에 들어가는 핵의 나머지 질량과 반응의 결과로 형성된 질량 사이의 차이인 열 효과를 특징으로 합니다. 핵반응의 에너지 효과는 주로 최종 핵과 초기 핵의 질량 차이에 의해 결정됩니다. 에너지와 질량의 등가성을 바탕으로 반응에 참여하는 모든 핵과 입자의 질량을 정확히 알면 핵반응 중에 방출되거나 소비되는 에너지를 계산할 수 있습니다. 아인슈타인의 법칙에 따르면:

E = (mA + mx - mB - 나의)c2

여기서 mA와 mx는 각각 목표 핵과 충격 핵(입자)의 질량입니다.

mB와 my는 반응의 결과로 형성된 핵의 질량입니다.

핵이 형성될 때 방출되는 에너지가 많을수록 핵은 더 강해집니다. 핵 결합 에너지는 원자의 핵을 구성 요소인 핵자(양성자와 중성자)로 분해하는 데 필요한 에너지의 양입니다.

통제되지 않는 핵분열 연쇄 반응의 예로는 폭발이 있습니다. 원자 폭탄, 통제된 핵반응은 원자로에서 수행됩니다.

열핵융합은 원자분열의 역반응으로, 가벼운 원자핵이 더 무거운 핵으로 융합하는 반응으로, 초고온에서 발생하며 방출을 동반합니다. 엄청난 양에너지. 제어된 열핵융합의 구현은 인류에게 수소 동위원소 핵의 충돌을 기반으로 하는 환경 친화적이고 실질적으로 무궁무진한 새로운 에너지원을 제공할 것이며, 수소는 우주에서 가장 풍부한 물질입니다.

융합 과정은 충돌하는 핵의 운동 에너지가 쿨롱 전위 장벽을 극복하기에 충분할 때 작은 양전하를 갖는 가벼운 핵 사이에서만 그리고 고온에서만 눈에 띄는 강도로 발생합니다. 무거운 수소 동위원소(중수소 2H와 삼중수소 3H) 사이의 반응은 강하게 결합된 헬륨 핵의 형성과 비교할 수 없을 정도로 빠른 속도로 발생합니다.

2D + 3T > 4He(3.5MeV) + 1n(14.1MeV)

이러한 반응은 제어된 열핵융합 문제에서 가장 큰 관심을 끌고 있습니다. 중수소는 바닷물에서 발견됩니다. 그 매장량은 공개적으로 이용 가능하며 매우 큽니다. 중수소는 물을 구성하는 총 수소 원자 수의 약 0.016%를 차지하고, 세계 해양은 지구 표면적의 71%를 차지합니다. 삼중수소를 포함하는 반응은 큰 에너지 방출을 동반하고 상당한 속도로 진행되기 때문에 더욱 매력적입니다. 삼중수소는 방사성(반감기 12.5년)이며 자연에서는 발생하지 않습니다. 결과적으로, 삼중수소를 핵연료로 사용하는 제안된 열핵 원자로의 작동을 보장하려면 삼중수소 재생 가능성이 제공되어야 합니다.

소위 달 동위원소인 3He와의 반응은 지상 조건에서 가장 달성 가능한 중수소-삼중수소 반응에 비해 여러 가지 장점이 있습니다.

2D + 3He > 4He(3.7MeV) + 1p(14.7MeV)

장점:

1. 3 그는 방사성이 없습니다.

2. 반응 구역의 중성자 플럭스를 수십 배 낮춰 유도 방사능과 원자로 구조 재료의 열화를 크게 줄입니다.

3. 생성된 양성자는 중성자와 달리 쉽게 포획되어 추가 전기 생산에 사용될 수 있습니다.

대기 중 3He의 자연 동위원소 존재비는 0.000137%입니다. 지구상의 3He의 대부분은 형성 이후 보존되어 왔습니다. 맨틀에 용해되어 점차 대기로 유입됩니다. 지구상에서는 연간 수십 그램에 달하는 매우 적은 양으로 채굴됩니다.

헬륨-3은 태양에서 일어나는 반응의 부산물입니다. 결과적으로 대기가 없는 달에는 이 귀중한 물질이 최대 1천만 톤에 달합니다(최소 추정치에 따르면 50만 톤). 열핵융합 과정에서 헬륨-3 1톤이 중수소 0.67톤과 반응하면 석유 1,500만톤이 연소되는 것과 같은 에너지가 방출됩니다(그러나 현재 이 반응의 기술적 타당성은 연구되지 않았습니다). 결과적으로, 헬륨-3의 달 자원은 적어도 다음 천년 동안 우리 행성의 인구에 충분해야 합니다. 가장 큰 문제는 달 토양에서 헬륨을 추출하는 현실이다. 레골리스의 헬륨-3 함량은 100톤당 약 1g입니다. 따라서 이 동위원소 1톤을 추출하려면 최소 1억톤의 토양을 처리해야 합니다. 열핵융합 반응이 일어날 수 있는 온도는 108~109K 정도에 이릅니다. 이 온도에서 물질은 플라즈마라고 불리는 완전히 이온화된 상태에 있습니다. 따라서 원자로 건설에는 수억 도의 온도로 가열된 플라즈마를 얻는 것; 핵반응이 일어나도록 시간이 지남에 따라 플라즈마 구성을 유지합니다.

열핵에너지는 원자력 발전소에 비해 중요한 장점이 있습니다. 완전 비방사성 중수소, 헬륨-3 동위원소 및 방사성 삼중수소를 사용하지만 그 양은 원자력보다 수천 배 더 작습니다. 그리고 가능한 비상 상황에서 열핵 발전소 근처의 방사능 배경은 자연 지표를 초과하지 않습니다. 동시에, 열핵연료의 단위 중량당, 유기 연료의 연소보다 약 1천만 배, 우라늄 핵분열보다 약 100배 더 많은 에너지를 얻습니다. 자연 조건에서 열핵반응은 별의 깊은 곳, 특히 태양의 내부 영역에서 발생하며 별의 방사선을 결정하는 지속적인 에너지원 역할을 합니다. 별에서 수소 연소는 낮은 속도로 발생하지만 별의 거대한 크기와 밀도로 인해 수십억 년 동안 거대한 에너지 흐름이 지속적으로 방출됩니다.

우리 행성과 우주 전체의 모든 화학 원소는 별의 핵심에서 발생하는 열핵 반응의 결과로 형성되었습니다. 별의 열핵 반응은 별의 구조 조정과 진화 경로를 따라 발전하는 별의 화학적 구성에 점진적인 변화를 가져옵니다. 진화의 첫 번째 단계는 별의 중앙 영역에서 수소가 고갈되면서 끝납니다. 그런 다음 에너지 원이 부족한 별의 중심층 압축으로 인한 온도 상승 후 헬륨 연소의 열핵 반응이 효과적이며 C, O, Si 및 후속 원소 (최대 Fe까지)의 연소로 대체됩니다. 그리고 니. 별 진화의 각 단계는 특정 열핵 반응에 해당합니다. 이러한 핵반응 사슬의 첫 번째 반응은 수소열핵반응입니다. 그들은 별 중심의 초기 온도에 따라 두 가지 방식으로 진행됩니다. 첫 번째 경로는 수소 순환이고, 두 번째 경로는 CNO 순환입니다.

수소주기:

1H + 1H = 2D + e+ + v +1.44MeV

2D + 1H = 3He + g +5.49 MeV

I: 3He + 3He = 4He + 21H + 12.86MeV

또는 3He + 4He = 7Be + g + 1.59 MeV

7Be + e- = 7Li + v + 0.862 MeV 또는 7Be + 1H = 8B + g +0.137 MeV

II: 7Li + 1H = 2 4He + 17.348 MeV 8B = 8Be* + e+ + v + 15.08 MeV

III. 8Be* = 2 4He + 2.99MeV

수소 순환은 두 양성자(1H 또는 p)가 충돌하여 중수소 핵(2D)을 형성하면서 시작됩니다. 중수소는 양성자와 반응하여 헬륨 3He의 빛(달) 동위원소를 형성하고 감마 광자(g)를 방출합니다. 달의 동위원소 3He는 두 가지 다른 방식으로 반응할 수 있습니다. 두 개의 3He 핵이 충돌하여 두 개의 양성자를 제거하여 4He를 형성하거나, 3He가 4He와 결합하여 7Be를 생성합니다. 후자는 차례로 전자(e-) 또는 양성자를 포착하고 양성자-양성자 사슬 반응의 또 다른 분기가 발생합니다. 결과적으로, 수소 순환은 세 가지 다른 방식 I, II, III으로 끝날 수 있습니다. 분기 I을 구현하기 위해 V의 처음 두 반응 c. 이 경우 두 개의 3He 핵이 동시에 사라지기 때문에 두 번 발생해야 합니다. 가지 III에서는 흥분 상태(8Be*)에서 불안정한 베릴륨 핵이 형성되면서 8B 붕소 핵이 붕괴되는 동안 특히 에너지가 풍부한 중성미자가 방출되며, 이는 거의 즉시 두 개의 4He 핵으로 붕괴됩니다. CNO 사이클은 CN, NO I, NO II의 세 가지 연결된 사이클, 더 정확하게는 부분적으로 겹치는 사이클 세트입니다. 이 사이클의 반응에서 수소로부터 헬륨의 합성은 촉매의 참여로 발생하며, 그 역할은 항성 물질의 C, N 및 O 동위원소의 작은 혼합물에 의해 수행됩니다.

CN 회로의 주요 반응 경로는 다음과 같습니다.

12C + p = 13N + g +1.95MeV

13N = 13C + e+ + n +1.37MeV

13C + p = 14N + g +7.54 MeV (2.7·106년)

14N + p = 15O + g +7.29 MeV (3.2 108년)

15O = 15N + e+ + n +2.76 MeV(82초)

15N + p = 12C + 4He +4.96 MeV (1.12 105년)

이 주기의 본질은 12C에서 시작하여 핵에 의해 연속적으로 포획되는 동안 4개의 양성자로부터 b 입자가 간접적으로 합성되는 것입니다.

15N 핵이 양성자를 포획하는 반응에서 또 다른 결과가 가능합니다. 즉, 16O 핵이 형성되고 새로운 NO I 순환이 탄생하는 것입니다.

이는 CN 사이클과 정확히 동일한 구조를 가지고 있습니다.

14N + 1H = 15O + g +7.29MeV

15O = 15N + e+ + n +2.76MeV

15N + 1H = 16O + g +12.13MeV

16O + 1H = 17F + g +0.60MeV

17F = 17O + e+ + n +2.76MeV

17O + 1H = 14N + 4He +1.19MeV

NO I 사이클은 CN 사이클의 에너지 방출 속도를 증가시켜 CN 사이클의 촉매 핵 수를 증가시킵니다.

이 주기의 마지막 반응은 다른 결과를 가져오며 또 다른 NO II 주기를 생성할 수도 있습니다.

15N + 1H = 16O + g +12.13MeV

16O + 1H = 17F + g +0.60MeV

17F = 17O + e+ + n +2.76MeV

17O + 1H = 18F + g +5.61MeV

18O + 1H = 15N + 4He +3.98 MeV

따라서 CN, NO I 및 NO II 순환은 삼원 CNO 순환을 형성합니다.

또 다른 매우 느린 네 번째 주기인 OF 주기가 있지만 에너지 생산에서의 역할은 무시할 수 있습니다. 그러나 이 주기는 19F의 기원을 설명하는 데 매우 중요합니다.

17O + 1H = 18F + g + 5.61MeV

18F = 18O + e+ + n + 1.656MeV

18O + 1H = 19F + g + 7.994MeV

19F + 1H = 16O + 4He + 8.114MeV

16O + 1H = 17F + g + 0.60MeV

17F = 17O + e+ + n + 2.76MeV

예를 들어 초신성 폭발과 같이 별 표면층에서 수소가 폭발적으로 연소되는 동안 고온, CNO주기의 성격이 극적으로 변합니다. 이는 반응이 매우 빠르고 복잡하게 발생하는 소위 핫 CNO 사이클로 전환됩니다.

4He보다 무거운 화학 원소는 별의 중심 영역에서 수소가 완전히 연소된 후에만 합성되기 시작합니다.

4He + 4He + 4He > 12C + g + 7.367 MeV

탄소 연소 반응:

12C + 12C = 20Ne + 4He +4.617 MeV

12C + 12C = 23Na + 1H -2.241MeV

12C + 12C = 23Mg + 1n +2.599MeV

23Mg = 23Na + e+ + n + 8.51 MeV

12C + 12C = 24Mg + g +13.933MeV

12C + 12C = 16O + 24He -0.113MeV

24Mg + 1H = 25Al + g

별의 온도가 5·109K에 도달하면 열역학적 평형 조건에서 수많은 다양한 반응이 일어나 Fe와 Ni까지 원자핵이 형성된다.

5. 원자력그리고 환경

원자력 발전소 건설 및 운영의 타당성은 방사성 물질이 대기 중으로 방출되는 사고의 위험 때문에 종종 의문을 제기합니다. 방사성 물질(방사성 핵종)이 있다는 것은 잘 알려져 있습니다. 유해한 영향~에 환경그리고 남자. 방사성 핵종은 호흡 중에 음식과 함께 폐를 통해 몸에 들어가거나 피부에 작용할 수 있습니다. 방사선의 결과는 다양하고 매우 위험합니다. 가장 심각한 방사선 피해는 방사선병으로 인해 발생하며 이로 인해 사망할 수도 있습니다. 이 질병은 몇 분에서 하루까지 매우 빠르게 나타납니다. 인류는 이미 방사성 물질 방출로 인한 재앙적인 결과에 대한 쓰라린 경험을 갖고 있습니다. 대표적인 사례가 1986년 체르노빌 원자력발전소 사고다. 역 폭발로 인해 엄청난 양의 방사성 물질이 주변 공간으로 방출되었습니다. 대기 중 방사성 구름의 이동, 먼지와 비로 인한 방사성 핵종 퇴적, 방사성 동위원소로 오염된 토양 및 지표수의 확산 등으로 인해 23,000km2.

원자력 에너지를 완전히 폐기하면 인체 노출 위험과 원자력 사고 위험이 완전히 제거됩니다. 그러나 에너지 수요를 충족시키기 위해서는 화력발전소와 수력발전소 건설을 늘려야 할 것이다. 그리고 이것은 필연적으로 유해 물질로 인한 대기의 대규모 오염, 대기 중 과도한 양의 이산화탄소 축적, 행성 규모의 열 균형 붕괴로 이어질 것입니다. 방사선은 강력하고 위험한 힘이지만 올바른 태도로 작업하는 것이 가능합니다. 방사선을 가장 덜 두려워하는 사람은 방사선을 지속적으로 다루고 방사선과 관련된 모든 위험을 잘 알고 있는 사람들인 것이 일반적입니다. 현재 원자로 안전에 많은 관심이 집중되고 있습니다. 이는 특히 다음 수치를 통해 입증됩니다. 모든 원자로 비용의 약 70%가 원자력 발전소 영토 및 그 너머에 있는 사람들을 보호하는 데 관련됩니다. 원자로 운영의 안전 문제가 상세하고 합리적으로 논의되고, 원전 주변 주민의 안전 보장도 이에 못지않게 열정적으로 논의됩니다.

환경 보호에 대한 엄격한 요구 사항으로 인해 전문가들은 여러 대의 고출력 원자로가 집중될 수 있는 적절한 위치에 핵 센터와 연료 재처리 공장 및 저장 시설을 건설할 것을 제안했습니다. 방사성 폐기물. 이러한 원자 중심지 주변에는 생성된 에너지(수소 및 담수의 형태 포함)를 사용하는 산업 및 농업 단지가 있을 것입니다. 이러한 단지는 개별 분산 발전소 및 기업보다 더 효율적이고 경제적일 뿐만 아니라 사고(또는 방해 행위)로부터 더 잘 보호됩니다.

3세대 원전은 보호시스템이 많아 훨씬 안전하다. 원자력 발전소를 운영하는 동안 안전 보장은 주로 위험한 상황을 적시에 예방할 수 있는 가능성을 보장하는 적절한 감지 및 제어 방법을 기반으로 합니다. 사고 발생 시 안전 시스템은 핵분열 생성물의 누출 시간을 제한하고 신속한 복구를 촉진해야 합니다. 정상적인 조건누출을 방지하거나 제한하는 것으로 예상되는 장비의 작용, 주로 소위 장벽입니다.

결론

원자력 발전소의 운영을 연구한 결과, 우리는 그것이 가장 신뢰할 수 있고 신뢰할 수 있다는 결론에 도달할 수 있습니다. 효과적인 방법전기 생산. 원자력 발전소는 연소 중에 형성되는 이산화탄소와 기타 유해한 불순물을 생성하지 않습니다. 이러한 불순물은 주로 석탄과 석유에서 얻을 수 있습니다. 특히 이러한 자원은 고갈되고 가까운 미래에 고갈될 것이기 때문입니다. 풍력, 햇빛, 조력에너지와 같은 대체 에너지원은 인류에게 에너지를 충분히 제공할 수 없기 때문에 믿을 수 없습니다. 원자력에너지는 다음과 같은 산업이다. 첫 단계개발의.

현재 가장 널리 사용되는 것은 이중 회로 원자력 발전소입니다. 단일 회로보다 안전하고 3회로 원자력 발전소보다 경제적이기 때문입니다. 증기 터빈 발전소의 주요 사이클은 재생 급수 가열 시스템으로 보완된 2차 증기 과열을 갖춘 랭킨 사이클입니다.

다양한 원자력 기술의 가용성, 검증된 경제적 경쟁력 및 기술 안전성, 열 중성자를 사용하는 원자로 개발 전망, 제어된 열핵융합 반응을 수행하는 원자로 등으로 인해 원자력은 원자력 에너지의 상당 부분을 선호하게 되었습니다. 현재와 ​​미래의 에너지 생산.

서지

1. T.H. Margulov "원자력 발전소". 1978년

2. A.A. Alexandrov "화력 발전소주기의 열역학적 기초"M .: MPEI Publishing House, 2004.

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