Үйлдвэрлэл 

Цөмийн реактор гэж юу вэ, яаж ажилладаг вэ? Цөмийн реактор хэрхэн ажилладаг вэ? АЦС-ын ашиглалтын аюулгүй байдал

Төхөөрөмж ба үйл ажиллагааны зарчим нь цөмийн урвалын бие даасан үйл ажиллагааг эхлүүлэх, хянахад суурилдаг. Судалгааны хэрэгсэл, цацраг идэвхт изотопыг үйлдвэрлэх, атомын цахилгаан станцын эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашигладаг.

үйл ажиллагааны зарчим (товчхон)

Энэ нь хүнд цөмийг хоёр жижиг хэсэг болгон задлах процессыг ашигладаг. Эдгээр хэлтэрхийнүүд нь маш их өдөөгдөх төлөвт байгаа бөгөөд нейтрон, бусад субатомын бөөмс, фотоныг ялгаруулдаг. Нейтрон нь шинэ хуваагдлыг үүсгэж, улмаар илүү их ялгарах гэх мэт. Ийм тасралтгүй бие даасан цуврал хуваагдлыг гинжин урвал гэж нэрлэдэг. Үүний зэрэгцээ энэ нь тод харагдаж байна олон тооныүйлдвэрлэл нь атомын цахилгаан станцыг ашиглах зорилготой эрчим хүч.

Цөмийн реакторын ажиллах зарчим нь урвал эхэлснээс хойш маш богино хугацаанд задралын энергийн 85 орчим хувь нь ялгардаг. Үлдсэн хэсэг нь нейтрон ялгаруулсны дараа задралын бүтээгдэхүүний цацраг идэвхт задралаас үүсдэг. Цацраг идэвхт задрал нь атом илүү тогтвортой төлөвт хүрэх үйл явц юм. Энэ нь хуваагдаж дууссаны дараа үргэлжилнэ.

Атомын бөмбөгөнд материалын ихэнх хэсэг нь хуваагдах хүртэл гинжин урвалын эрчим нэмэгддэг. Энэ нь маш хурдан явагддаг бөгөөд ийм бөмбөгний хувьд маш хүчтэй дэлбэрэлт үүсгэдэг. Цөмийн реакторын дизайн, үйл ажиллагааны зарчим нь гинжин урвалыг хяналттай, бараг тогтмол түвшинд байлгахад суурилдаг. Дэлбэрэх мэтээр бүтээгдсэн атомын бөмбөг, чадахгүй.

Гинжин урвал ба шүүмжлэл

Цөмийн задралын реакторын физик нь гинжин урвал нь нейтрон ялгарсны дараа цөм хуваагдах магадлалаар тодорхойлогддог. Хэрэв сүүлийнх нь хүн ам цөөрвөл хуваагдах хувь нь эцэстээ тэг болж буурна. Энэ тохиолдолд реактор нь эгзэгтэй байдалд байх болно. Хэрэв нейтроны популяцийг тогтмол түвшинд байлгавал задралын хурд тогтвортой байх болно. Реакторын нөхцөл байдал хүнд байх болно. Эцэст нь, хэрвээ нейтроны популяци цаг хугацааны явцад өсөх юм бол задралын хурд болон хүч нэмэгдэх болно. Цөмийн төлөв байдал хэт эгзэгтэй болно.

Цөмийн реакторын ажиллах зарчим дараах байдалтай байна. Түүнийг хөөргөхөөс өмнө нейтроны популяци тэгтэй ойролцоо байна. Дараа нь операторууд хяналтын савааг цөмөөс нь салгаж, цөмийн задралыг нэмэгдүүлж, реакторыг түр зуур хэт эгзэгтэй байдалд оруулдаг. Нэрлэсэн чадалд хүрсний дараа операторууд нейтроны тоог тохируулан хяналтын савааг хэсэгчлэн буцааж өгдөг. Үүний дараа реакторыг хүнд нөхцөлд байлгадаг. Үүнийг зогсоох шаардлагатай үед операторууд савааг бүхэлд нь оруулдаг. Энэ нь хуваагдлыг дарж, цөмийг дэд критик төлөвт шилжүүлдэг.

Реакторын төрлүүд

Дэлхийн атомын цахилгаан станцуудын дийлэнх нь цахилгаан үүсгүүрийг жолооддог турбиныг эргүүлэхэд шаардлагатай дулааныг үйлдвэрлэдэг цахилгаан станцууд юм. Мөн олон тооны судалгааны реакторууд байдаг бөгөөд зарим улс орнууд атомын эрчим хүчээр ажилладаг шумбагч эсвэл гадаргын хөлөг онгоцтой байдаг.

Эрчим хүчний суурилуулалт

Энэ төрлийн хэд хэдэн төрлийн реакторууд байдаг боловч хөнгөн усны загварыг өргөнөөр ашигладаг. Энэ нь эргээд даралттай ус эсвэл буцалсан ус хэрэглэж болно. Эхний тохиолдолд өндөр даралтын шингэн нь голын дулаанаар халааж, уурын генератор руу ордог. Тэнд анхдагч хэлхээний дулааныг хоёрдогч хэлхээнд шилжүүлдэг бөгөөд энэ нь бас ус агуулдаг. Эцсийн эцэст үүссэн уур нь уурын турбины эргэлтийн ажлын шингэний үүрэг гүйцэтгэдэг.

Буцалж буй усны реактор нь шууд эрчим хүчний эргэлтийн зарчмаар ажилладаг. Цөмөөр дамжин өнгөрөх усыг дунд даралтаар буцалгана. Ханасан уур нь реакторын саванд байрлах хэд хэдэн сепаратор, хатаагчаар дамждаг бөгөөд энэ нь түүнийг хэт халахад хүргэдэг. Дараа нь хэт халсан усны уурыг ашиглана ажлын шингэн, турбиныг эргүүлэх.

Өндөр температурт хийн хөргөлттэй

Өндөр температурт хийн хөргөлттэй реактор (HTGR) нь цөмийн реактор, үйл ажиллагааны зарчим нь бал чулуу болон түлшний микро бөмбөрцгийн холимогийг түлш болгон ашиглахад суурилдаг. Өрсөлдөгч хоёр загвар байдаг:

  • 60 мм-ийн диаметртэй бөмбөрцөг хэлбэрийн түлшний элементүүдийг ашигладаг Германы "дүүргэх" систем нь бал чулуу, графит бүрхүүлийн түлшний холимог;
  • графит зургаан өнцөгт призм хэлбэрийн америк хувилбар нь хоорондоо холбогдож цөм үүсгэдэг.

Аль ч тохиолдолд хөргөлтийн шингэн нь 100 орчим атмосферийн даралтын дор гелийээс бүрддэг. Германы системд гели нь бөмбөрцөг хэлбэрийн түлшний элементүүдийн давхаргын цоорхойгоор, Америкийн системд гели нь реакторын төвийн бүсийн тэнхлэгийн дагуу байрлах бал чулуун призмийн нүхээр дамждаг. Аль аль сонголт нь маш сайн ажиллах боломжтой өндөр температураан, бал чулуу нь маш өндөр сублимацийн температуртай, гели нь химийн хувьд бүрэн идэвхгүй байдаг. Халуун гелийг өндөр температурт хийн турбинд ажлын шингэн болгон шууд хэрэглэж болно, эсвэл түүний дулааныг усны эргэлтийн уур үүсгэхэд ашиглаж болно.

Шингэн металл ба ажиллах зарчим

Натрийн хөргөлттэй хурдан реакторууд 1960-1970-аад онд ихээхэн анхаарал хандуулж байсан. Асар хурдацтай хөгжиж буй цөмийн үйлдвэрлэлд түлш үйлдвэрлэхэд тэдний үржлийн хүчин чадал удахгүй хэрэг болох юм шиг санагдав. 1980-аад онд энэ хүлээлт бодитой бус байсан нь тодорхой болоход урам зориг буурчээ. Гэсэн хэдий ч ийм төрлийн хэд хэдэн реакторыг АНУ, Орос, Франц, Их Британи, Япон, Германд барьсан. Тэдгээрийн ихэнх нь ураны давхар исэл эсвэл түүний плутонийн давхар исэлтэй холилддог. Харин АНУ-д хамгийн том амжилтметалл түлшээр хангагдсан.

КАНДУ

Канад улс байгалийн уран ашигладаг реакторуудад хүчин чармайлтаа төвлөрүүлж байна. Энэ нь түүнийг баяжуулахын тулд бусад улсын үйлчилгээнд хандах шаардлагагүй болно. Энэхүү бодлогын үр дүн нь дейтерий-ураны реактор (CANDU) байв. Үүнийг хянаж, хүнд усаар хөргөнө. Цөмийн реакторын дизайн ба үйл ажиллагааны зарчим нь атмосферийн даралтад хүйтэн D 2 O нөөцийг ашиглах явдал юм. Цөмийг нь байгалийн ураны түлш агуулсан цирконы хайлшаар хийсэн хоолойгоор цоолж, түүнийг хөргөх хүнд ус эргэлддэг. Хүнд усан дахь хуваагдлын дулааныг уурын генератороор эргэлддэг хөргөлтийн шингэн рүү шилжүүлэх замаар цахилгааныг үйлдвэрлэдэг. Дараа нь хоёрдогч хэлхээний уур нь ердийн турбины циклээр дамждаг.

Судалгааны байгууламж

Учир нь Шинжлэх ухааны судалгааИхэнхдээ цөмийн реакторыг ашигладаг бөгөөд үйл ажиллагааны зарчим нь усан хөргөлт, хавтан хэлбэртэй ураны түлшний элементүүдийг угсралт хэлбэрээр ашиглах явдал юм. Хэдэн киловаттаас хэдэн зуун мегаватт хүртэл өргөн хүрээний эрчим хүчний түвшинд ажиллах чадвартай. Эрчим хүч үйлдвэрлэх нь судалгааны реакторуудын үндсэн зорилго биш тул тэдгээр нь үйлдвэрлэсэн дулааны энерги, үндсэн нейтроны нягт ба нэрлэсэн энергиээр тодорхойлогддог. Судалгааны реакторын тодорхой судалгаа хийх чадварыг тооцоолоход тусалдаг эдгээр үзүүлэлтүүд юм. Бага чадлын системийг ихэвчлэн их дээд сургуулиудад олдог бөгөөд багшлахад ашигладаг бол өндөр чадлын системүүд нь судалгааны лабораторид материал, гүйцэтгэлийн туршилт, ерөнхий судалгаа хийхэд шаардлагатай байдаг.

Хамгийн түгээмэл нь судалгааны цөмийн реактор бөгөөд бүтэц, үйл ажиллагааны зарчим нь дараах байдалтай байна. Түүний цөм нь том, гүн усан сангийн ёроолд байрладаг. Энэ нь нейтроны цацрагийг чиглүүлэх сувгуудын ажиглалт, байршлыг хялбаршуулдаг. Бага чадлын түвшинд хөргөлтийн шингэнийг шахах шаардлагагүй, учир нь хөргөлтийн шингэний байгалийн конвекц нь ашиглалтын аюулгүй байдлыг хангахад хангалттай дулааныг зайлуулах боломжийг олгодог. Дулаан солилцуур нь ихэвчлэн гадаргуу дээр эсвэл халуун ус хуримтлагддаг усан сангийн дээд хэсэгт байрладаг.

Усан онгоцны суурилуулалт

Цөмийн реакторын анхны бөгөөд гол хэрэглээ бол шумбагч онгоцонд ашиглах явдал юм. Тэдний гол давуу тал нь чулуужсан түлшний шаталтын системээс ялгаатай нь цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд агаар шаарддаггүй явдал юм. Иймээс цөмийн шумбагч онгоц усанд живсэн байдалтай удаан байж чаддаг бол ердийн дизель-цахилгаан шумбагч онгоц агаарт хөдөлгүүрээ асаахын тулд үе үе гадаргуу дээр гарч байх ёстой. өгдөг стратегийн давуу талТэнгисийн цэргийн хөлөг онгоцууд. Үүний ачаар гадаадын боомт эсвэл амархан эмзэг танкуудаас түлш цэнэглэх шаардлагагүй болно.

Шумбагч онгоц дээрх цөмийн реакторын ажиллах зарчмыг ангилсан. Гэсэн хэдий ч АНУ-д энэ нь өндөр баяжуулсан уран ашигладаг бөгөөд хөнгөн усаар удаашруулж, хөргөдөг нь мэдэгдэж байна. USS Nautilus хэмээх анхны цөмийн шумбагч реакторын загварт хүчирхэг судалгааны байгууламжууд ихээхэн нөлөөлсөн. Түүний өвөрмөц онцлогЭнэ нь маш том урвалын нөөц бөгөөд түлш цэнэглэхгүйгээр удаан хугацаагаар ажиллах, зогссоны дараа дахин эхлүүлэх боломжийг олгодог. Илрүүлэхгүйн тулд шумбагч онгоцны цахилгаан станц маш чимээгүй байх ёстой. Янз бүрийн ангиллын шумбагч онгоцны тодорхой хэрэгцээг хангахын тулд цахилгаан станцуудын янз бүрийн загварыг бий болгосон.

АНУ-ын Тэнгисийн цэргийн нисэх онгоц тээгч онгоцууд цөмийн реактор ашигладаг бөгөөд түүний ажиллах зарчмыг хамгийн том шумбагч онгоцноос зээлсэн гэж үздэг. Тэдний дизайны нарийн ширийнийг мөн нийтлээгүй байна.

АНУ-аас гадна Их Британи, Франц, Орос, Хятад, Энэтхэг улс цөмийн шумбагч онгоцтой. Аль ч тохиолдолд дизайныг задлаагүй боловч бүгд ижил төстэй гэж үздэг - энэ нь тэдэнд тавигдах ижил шаардлагын үр дагавар юм. техникийн үзүүлэлт. Орос улс мөн Зөвлөлтийн шумбагч онгоцтой ижил реактор ашигладаг жижиг флоттой.

Аж үйлдвэрийн суурилуулалт

Үйлдвэрлэлийн зориулалтаар цөмийн реакторыг ашигладаг бөгөөд үйл ажиллагааны зарчим нь эрчим хүчний үйлдвэрлэл багатай өндөр бүтээмжтэй байдаг. Энэ нь цөмд плутони удаан хугацаагаар байх нь хүсээгүй 240 Pu хуримтлагдахад хүргэдэгтэй холбоотой юм.

Тритиум үйлдвэрлэл

Одоогийн байдлаар ийм системээр үйлдвэрлэсэн гол материал нь тритиум (3H эсвэл T) юм - Плутони-239-ийн цэнэгийн хагас задралын хугацаа нь 24,100 жил байдаг тул энэ элементийг ашигладаг цөмийн зэвсгийн арсеналтай орнуудад илүү их байдаг. шаардлагатайгаас илүү. 239 Pu-аас ялгаатай нь тритиум нь хагас задралын хугацаа нь ойролцоогоор 12 жил байдаг. Тиймээс шаардлагатай нөөцийг хангахын тулд устөрөгчийн цацраг идэвхт изотопыг тасралтгүй үйлдвэрлэх шаардлагатай. Жишээлбэл, АНУ-д Саванна Ривер (Өмнөд Каролина) тритиум үйлдвэрлэдэг хэд хэдэн хүнд усны реакторуудыг ажиллуулдаг.

Хөвөгч эрчим хүчний нэгжүүд

Алслагдсан бүс нутгийг цахилгаан, уураар халаах боломжтой цөмийн реакторууд бий болсон. Жишээлбэл, Орос улсад Арктикт үйлчлэхээр тусгайлан бүтээсэн жижиг цахилгаан станцууд ашиглагдаж байна. суурин газрууд. Хятадад 10 МВт-ын хүчин чадалтай HTR-10 нь байрладаг судалгааны хүрээлэнгээ дулаан, эрчим хүчээр хангадаг. Швед, Канадад ижил төстэй хүчин чадалтай автомат удирдлагатай жижиг реакторуудыг хөгжүүлэх ажил хийгдэж байна. 1960-1972 оны хооронд АНУ-ын арми Гренланд болон Антарктидын алслагдсан баазуудыг эрчим хүчээр хангахын тулд авсаархан усан реакторуудыг ашигласан. Тэднийг газрын тосоор ажилладаг цахилгаан станцуудаар сольсон.

Сансрын байлдан дагуулалт

Үүнээс гадна сансар огторгуйд эрчим хүчний хангамж, хөдөлгөөн хийх реакторуудыг бүтээсэн. 1967-1988 оны хооронд ЗХУ Космос цуврал хиймэл дагуулууддаа төхөөрөмж, телеметрийг эрчим хүчээр хангах зорилгоор жижиг цөмийн нэгжүүдийг суурилуулсан боловч энэ бодлого шүүмжлэлийн бай болсон. Эдгээр хиймэл дагуулын дор хаяж нэг нь дэлхийн агаар мандалд нэвтэрч, Канадын алслагдсан бүс нутагт цацраг идэвхт бодисоор бохирдсон байна. АНУ 1965 онд цөмийн эрчим хүчээр ажилладаг ганц хиймэл дагуул хөөргөсөн. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийг холын зайн сансрын нислэгт ашиглах, бусад гаригуудыг хүнтэй судлах эсвэл сарны байнгын сууринд ашиглах төслүүдийг боловсруулсаар байна. Энэ нь хийн хөргөлттэй эсвэл шингэн металлын цөмийн реактор байх ёстой бөгөөд түүний физик зарчим нь радиаторын хэмжээг багасгахад шаардлагатай хамгийн дээд температурыг хангах болно. Түүнчлэн сансрын технологийн реактор нь хамгаалахад ашигладаг материалын хэмжээг багасгах, хөөргөх болон сансарт нисэх үед жинг багасгахын тулд аль болох авсаархан байх ёстой. Түлшний хангамж нь сансрын нислэгийн бүх хугацаанд реакторын ажиллагааг хангана.

Утга цөмийн эрчим хүчорчин үеийн ертөнцөд

Цөмийн эрчим хүч сүүлийн хэдэн арван жилийн хугацаанд асар их амжилт гаргаж, олон орны цахилгаан эрчим хүчний хамгийн чухал эх үүсвэрийн нэг болсон. Үүний зэрэгцээ, үндэсний эдийн засгийн энэ салбарыг хөгжүүлэхийн ард олон арван мянган эрдэмтэн, инженер, жирийн ажилчдын асар их хүчин чармайлт, "энх тайван атом" хувирахгүй байхын тулд бүх зүйлийг хийсэн гэдгийг санах хэрэгтэй. сая сая хүмүүст бодит аюул заналхийлж байна. Аливаа атомын цахилгаан станцын жинхэнэ цөм нь цөмийн реактор байдаг.

Цөмийн реактор бий болсон түүх

Ийм анхны төхөөрөмжийг дэлхийн хоёрдугаар дайны ид оргил үед АНУ-д нэрт эрдэмтэн, инженер Э.Ферми бүтээжээ. Энэ цөмийн реакторыг бие биен дээрээ овоолсон бал чулуун блокуудын овоолгыг санагдуулам ер бусын үзэмжээр нь Чикагогийн стек гэж нэрлэжээ. Энэ төхөөрөмж нь яг блокуудын хооронд байрлуулсан уран дээр ажилладаг байсныг тэмдэглэх нь зүйтэй.

ЗХУ-д цөмийн реактор байгуулах

Манай улсад ч цөмийн асуудалд ихээхэн анхаарал хандуулсан. Эрдэмтдийн гол хүчин чармайлт нь атомыг цэргийн зориулалтаар ашиглахад төвлөрч байсан ч олж авсан үр дүнг энхийн зорилгоор идэвхтэй ашигласан. F-1 код нэртэй анхны цөмийн реакторыг 1946 оны арванхоёрдугаар сарын сүүлчээр нэрт физикч И.Курчатов тэргүүтэй хэсэг эрдэмтэд бүтээжээ. Үүний мэдэгдэхүйц сул тал нь ямар ч хөргөлтийн системгүй байсан тул түүний гаргаж буй эрчим хүчний хүч маш бага байв. Үүний зэрэгцээ Зөвлөлтийн судлаачид эхлүүлсэн ажлаа дуусгасан бөгөөд үүний үр дүнд ердөө найман жилийн дараа Обнинск хотод дэлхийн анхны атомын цахилгаан станц нээгдэв.

Реакторын ажиллах зарчим

Цөмийн реактор бол маш нарийн төвөгтэй, аюултай техникийн төхөөрөмж юм. Түүний ажиллах зарчим нь ураны задралын явцад хэд хэдэн нейтрон ялгарч, улмаар хөрш зэргэлдээх ураны атомуудаас энгийн тоосонцорыг устгадагт суурилдаг. Энэхүү гинжин урвал нь дулаан, гамма туяа хэлбэрээр ихээхэн хэмжээний энерги ялгаруулдаг. Үүний зэрэгцээ, хэрэв энэ урвалыг ямар ч байдлаар хянахгүй бол ураны атомуудын хуваагдал нь хамгийн богино хугацаанд хүсээгүй үр дагавартай хүчтэй дэлбэрэлтэд хүргэж болзошгүйг анхаарч үзэх хэрэгтэй.

Урвалыг хатуу тогтоосон хязгаарт явуулахын тулд цөмийн реакторын дизайн маш чухал юм. Одоогийн байдлаар ийм бүтэц бүр нь хөргөлтийн шингэн урсдаг уурын зуух юм. Энэ хүчин чадлаараа усыг ихэвчлэн ашигладаг боловч шингэн бал чулуу эсвэл хүнд ус ашигладаг атомын цахилгаан станцууд байдаг. Орчин үеийн цөмийн реакторыг олон зуун тусгай зургаан өнцөгт хуурцаггүйгээр төсөөлөхийн аргагүй юм. Эдгээр нь түлш үүсгэдэг элементүүдийг агуулдаг бөгөөд тэдгээрийн сувгаар хөргөлтийн шингэн урсдаг. Энэ кассет нь нейтроныг тусгаж, улмаар гинжин урвалыг удаашруулах чадвартай тусгай давхаргаар бүрсэн байна.

Цөмийн реактор ба түүний хамгаалалт

Энэ нь хэд хэдэн түвшний хамгаалалттай. Бие махбодоос гадна дээрээс нь тусгай дулаан тусгаарлагч, биологийн хамгаалалтаар хучигдсан байдаг. Инженерийн үүднээс авч үзвэл энэ бүтэц нь хүчирхэг төмөр бетон бункер бөгөөд хаалга нь аль болох нягт хаалттай байдаг.

: ... нэлээд улиг болсон, гэхдээ би цөмийн реактор хэрхэн ажиллаж эхлэх талаар шингэцтэй хэлбэрээр мэдээлэл олж чадаагүй байна. Ажлын зарчим, бүтцийн талаар бүх зүйл аль хэдийн 300 гаруй удаа зажилсан бөгөөд ойлгомжтой боловч түлшийг хэрхэн яаж гаргаж авдаг, юунаас, яагаад реакторт байх хүртэл тийм аюултай биш, яагаад реактор руу орохоос өмнө ямар ч хариу үйлдэл үзүүлэхгүй байгааг эндээс үзнэ үү. реакторт живсэн! - Эцсийн эцэст энэ нь зөвхөн дотор нь халдаг, гэхдээ түлшийг ачаалахаас өмнө хүйтэн, бүх зүйл хэвийн байгаа тул элементүүдийг халаах шалтгаан юу болох, тэдгээрт хэрхэн нөлөөлж байгаа гэх мэт шинжлэх ухааны үндэслэлтэй биш юм).

Мэдээжийн хэрэг, ийм сэдвийг шинжлэх ухааны бус аргаар гаргахад хэцүү байдаг, гэхдээ би хичээх болно. Эхлээд эдгээр түлшний саваа гэж юу болохыг олж мэдье.

Цөмийн түлш нь 1 см орчим диаметртэй, 1.5 см өндөртэй хар шахмалууд бөгөөд тэдгээр нь 2% ураны давхар исэл 235, 98% уран 238, 236, 239. Бүх тохиолдолд ямар ч хэмжээний цөмийн түлштэй, а. Цөмийн дэлбэрэлт үүсэх боломжгүй, учир нь цөмийн дэлбэрэлтийн шинж чанартай нуранги шиг хурдан задралын урвалын хувьд уран 235-ын 60% -иас дээш концентраци шаардлагатай.

Цөмийн түлшний хоёр зуун үрлийг циркони металлаар хийсэн хоолойд ачдаг. Энэ хоолойн урт нь 3.5 метр юм. диаметр 1.35 см Энэ хоолойг түлшний элемент гэж нэрлэдэг. 36 түлшний саваа хуурцагт угсардаг (өөр нэр нь "угсрах").

RBMK реакторын түлшний элементийн загвар: 1 - залгуур; 2 - ураны давхар ислийн шахмал; 3 - цирконы бүрхүүл; 4 - хавар; 5 - бут; 6 - зөвлөмж.

Бодисын хувиргалт нь тухайн бодис энергийн нөөцтэй тохиолдолд л чөлөөт энерги ялгардаг. Сүүлийнх нь бодисын бичил хэсгүүд нь шилжилтийн өөр боломжит төлөвөөс илүү тайван энергитэй төлөвт байна гэсэн үг юм. Аяндаа шилжих шилжилтийг үргэлж эрчим хүчний саад бэрхшээлээс сэргийлдэг бөгөөд үүнийг даван туулахын тулд микро бөөм нь гаднаас тодорхой хэмжээний энерги авах ёстой - өдөөх энерги. Экзоэнергетик урвал нь өдөөлтийн дараах хувирал нь үйл явцыг өдөөхөд шаардагдахаас илүү их энерги ялгардаг явдал юм. Энергийн саадыг даван туулах хоёр арга бий: мөргөлдөж буй бөөмсийн кинетик энерги, эсвэл нэгдэх бөөмийн холболтын энерги.

Хэрэв бид энерги ялгарах макроскопийн масштабыг санаж байвал бодисын бүх хэсгүүд эсвэл хамгийн багадаа зарим хэсэг нь урвалыг өдөөхөд шаардлагатай кинетик энергитэй байх ёстой. Энэ нь зөвхөн орчны температурыг дулааны хөдөлгөөний энерги нь үйл явцын явцыг хязгаарлах энергийн босгонд ойртуулах утгыг нэмэгдүүлэх замаар л боломжтой юм. Молекулын өөрчлөлт, өөрөөр хэлбэл химийн урвалын хувьд ийм өсөлт нь ихэвчлэн Кельвин хэдэн зуун градус байдаг, харин цөмийн урвалын хувьд хамгийн багадаа 107 К байдаг. өндөрМөргөлдөх цөмүүдийн Кулон саад. Практикт цөмийн урвалын дулааны өдөөлтийг зөвхөн Кулоны саад тотгор багатай (термоядролын нэгдэл) хамгийн хөнгөн цөмүүдийн нийлэгжилтийн үед гүйцэтгэдэг.

Бөөмүүдийг нэгтгэх замаар өдөөх нь их хэмжээний кинетик энерги шаарддаггүй тул орчны температураас хамаардаггүй, учир нь энэ нь бөөмсийн татах хүчд агуулагдах ашиглагдаагүй холбооноос болж үүсдэг. Гэхдээ урвалыг өдөөхөд бөөмс нь өөрөө шаардлагатай байдаг. Хэрэв бид дахин урвалын бие даасан үйлдэл биш, харин макроскопийн хэмжээнд эрчим хүч үйлдвэрлэхийг хэлж байгаа бол энэ нь гинжин урвал үүсэх үед л боломжтой юм. Сүүлийнх нь урвалыг өдөөдөг хэсгүүд нь экзоэнергетик урвалын бүтээгдэхүүн болж дахин гарч ирэх үед үүсдэг.

Цөмийн реакторыг хянах, хамгаалахын тулд цөмийн бүх өндрийн дагуу хөдөлж болох хяналтын саваа ашигладаг. Саваа нь нейтроныг хүчтэй шингээдэг бодисоор хийгдсэн байдаг - жишээлбэл, бор эсвэл кадми. Саваагаа гүн оруулахад нейтроныг хүчтэй шингээж, урвалын бүсээс зайлуулдаг тул гинжин урвал боломжгүй болно.

Саваа нь хяналтын самбараас алсаас хөдөлдөг. Саваагаа бага зэрэг хөдөлгөхөд гинжин хэлхээ үүсэх эсвэл бүдгэрэх болно. Ийм байдлаар реакторын хүчийг зохицуулдаг.

Ленинградын АЦС, РБМК реактор

Реакторын үйл ажиллагааны эхлэл:

Шатахууны эхний ачааллаас хойшхи эхний мөчид реакторт хуваагдлын гинжин урвал байхгүй, реактор нь эгзэгтэй байдалд байна. Хөргөлтийн температур нь үйл ажиллагааны температураас хамаагүй бага байна.

Энд дурдсанчлан, гинжин урвал эхлэхийн тулд задрах материал нь маш чухал массыг бүрдүүлэх ёстой - хангалттай бага орон зайд хангалттай хэмжээний аяндаа задрах материал байх ёстой бөгөөд энэ нь цөмийн задралын үед ялгарах нейтроны тоо байх ёстой. шингээгдсэн нейтроны тооноос их байна. Үүнийг уран-235-ын агуулгыг (ачаалагдсан түлшний савааны хэмжээ) нэмэгдүүлэх эсвэл уран-235 цөмийн хажуугаар өнгөрөхгүйн тулд нейтроны хурдыг удаашруулах замаар хийж болно.

Реакторыг хэд хэдэн үе шаттайгаар ажиллуулдаг. Реактив зохицуулагчийн тусламжтайгаар реакторыг хэт эгзэгтэй байдалд Kef>1 шилжүүлж, реакторын хүч нь нэрлэсэн хэмжээнээс 1-2% хүртэл нэмэгддэг. Энэ үе шатанд реакторыг хөргөлтийн шингэний ажлын параметр хүртэл халааж, халаалтын хурдыг хязгаарладаг. Халаалтын явцад удирдлага нь хүчийг тогтмол түвшинд байлгадаг. Дараа нь эргэлтийн насосыг ажиллуулж, дулааныг зайлуулах системийг ажиллуулна. Үүний дараа реакторын хүчийг нэрлэсэн чадлын 2-оос 100% хүртэл ямар ч түвшинд нэмэгдүүлэх боломжтой.

Реактор халах үед үндсэн материалын температур, нягтын өөрчлөлтөөс болж реактив байдал өөрчлөгддөг. Заримдаа халаах явцад голын харьцангуй байрлал ба цөмд орж эсвэл гарах хяналтын элементүүд өөрчлөгдөж, хяналтын элементүүдийн идэвхтэй хөдөлгөөн байхгүй үед реактив нөлөөлөл үүсдэг.

Хатуу, хөдөлгөөнт шингээгч элементүүдээр зохицуулдаг

Реактив байдлыг хурдан өөрчлөхийн тулд ихэнх тохиолдолд хатуу хөдөлгөөнт шингээгчийг ашигладаг. RBMK реакторт хяналтын саваа нь 50 эсвэл 70 мм диаметртэй хөнгөн цагаан хайлшаар хийсэн хоолойд бэхлэгдсэн борын карбидын бутыг агуулдаг. Хяналтын саваа бүрийг тусдаа сувагт байрлуулж, 50 ° C-ийн дундаж температурт хяналтын болон хамгаалалтын систем (хяналт ба хамгаалалтын систем) хэлхээнээс усаар хөргөнө. Зорилгуудын дагуу саваа нь AZ (яаралтай байдлын хамгаалалт) -д хуваагдана. ) саваа нь RBMK-д 24 ийм саваа байдаг. Автомат хяналтын саваа - 12 ширхэг, орон нутгийн автомат хяналтын саваа - 12 ширхэг, гарын авлагын хяналтын саваа - 131, 32 богиносгосон шингээгч саваа (USP). Нийтдээ 211 саваа байна. Түүнээс гадна, богиносгосон савааг доод талаас, үлдсэнийг нь дээд талаас нь гол руу оруулна.

VVER 1000 реактор 1 - хяналтын системийн хөтөч; 2 - реакторын таг; 3 - реакторын бие; 4 - хамгаалалтын хоолойн блок (BZT); 5 - босоо ам; 6 - үндсэн хаалт; 7 - түлшний угсралт (FA) ба хяналтын саваа;

Шатдаг шингээгч элементүүд.

Шинэ түлшийг ачаалсны дараа илүүдэл урвалыг нөхөхийн тулд шатаах шингээгчийг ихэвчлэн ашигладаг. Үйл ажиллагааны зарчим нь тэд түлш шиг нейтроныг барьж авсны дараа нейтроныг шингээхээ больдог (шатдаг). Нэмж дурдахад шингээгч цөмд нейтроныг шингээх үр дүнд буурах хурд нь түлшний цөмийн задралын үр дүнд буурах хурдаас бага буюу тэнцүү байна. Хэрэв бид реакторын цөмд нэг жилийн турш ажиллах зориулалттай түлшийг ачаалвал ашиглалтын эхэнд хуваагддаг түлшний цөмийн тоо төгсгөлийнхөөс их байх нь ойлгомжтой бөгөөд шингээгч байрлуулах замаар илүүдэл урвалыг нөхөх ёстой. цөмд. Хэрэв энэ зорилгоор хяналтын саваа ашигладаг бол түлшний бөөмийн тоо буурах тусам бид тэдгээрийг байнга хөдөлгөх ёстой. Шатдаг шингээгчийг ашиглах нь хөдөлж буй саваагийн хэрэглээг бууруулдаг. Өнөө үед шатах шингээгчийг үйлдвэрлэх явцад түлшний үрэлд шууд нэмдэг.

Шингэний урвалын хяналт.

Ийм зохицуулалтыг ялангуяа VVER төрлийн реакторыг ажиллуулах явцад 10В нейтрон шингээгч цөм агуулсан борын хүчил H3BO3-ийг хөргөлтийн шингэнд нэвтрүүлдэг. Хөргөлтийн зам дахь борын хүчлийн концентрацийг өөрчилснөөр бид цөм дэх реактив байдлыг өөрчилдөг. IN эхний үеРеакторын үйл ажиллагааны явцад түлшний бөөм ихтэй үед хүчиллэг хамгийн их концентрацитай байдаг. Түлш шатаах тусам хүчлийн агууламж буурдаг.

Гинжин урвалын механизм

Цөмийн реактор ашиглалтын эхэнд реактивын нөөцтэй байж л өгөгдсөн хүчин чадлаар удаан ажиллах боломжтой. Үл хамаарах зүйл бол дэд критик реакторууд юм гадаад эх үүсвэрдулааны нейтронууд. Байгалийн шалтгааны улмаас багасч байгаа реактив идэвхжил ялгарах нь реакторыг ажиллуулах мөч бүрт түүний эгзэгтэй байдлыг хадгалах боломжийг олгодог. Анхны реактив нөөцийг чухал хэмжээнээс ихээхэн давсан хэмжээс бүхий цөм байгуулах замаар бий болгодог. Реакторыг хэт эгзэгтэй болгохоос сэргийлэхийн тулд үржүүлгийн орчны k0-ийг нэгэн зэрэг зохиомлоор багасгадаг. Энэ нь нейтрон шингээгч бодисыг цөмд оруулах замаар хийгддэг бөгөөд дараа нь цөмөөс зайлуулж болно. Гинжин урвалын хяналтын элементүүдийн нэгэн адил шингээгч бодисууд нь нэг юмуу өөр саваа материалд багтдаг хөндлөн огтлол, идэвхтэй бүсэд харгалзах сувгуудын дагуу хөдөлж байна. Гэхдээ хэрэв зохицуулалт хийхэд нэг эсвэл хоёр буюу хэд хэдэн саваа хангалттай байвал эхний илүүдэл урвалыг нөхөхийн тулд савааны тоо хэдэн зуун хүрч болно. Эдгээр савааг нөхөн олговор гэж нэрлэдэг. Хяналтын болон нөхөн олговорын саваа нь дизайны өөр өөр элементүүдийг илэрхийлэх албагүй. Хэд хэдэн нөхөн олговор бүхий саваа нь хяналтын саваа байж болох боловч хоёулангийнх нь үүрэг өөр өөр байдаг. Хяналтын саваа нь ямар ч үед эгзэгтэй байдлыг хадгалах, реакторыг зогсоох, эхлүүлэх, нэг эрчим хүчний түвшингээс нөгөөд шилжих зориулалттай. Эдгээр бүх үйлдлүүд нь урвалын бага зэрэг өөрчлөлтийг шаарддаг. Нөхөн олговрын саваа нь реакторын цөмөөс аажмаар салгагдаж, ашиглалтын бүх хугацаанд эгзэгтэй байдлыг хангадаг.

Заримдаа хяналтын саваа нь шингээгч материалаар биш, харин хуваагдмал материал эсвэл тараагч материалаар хийгдсэн байдаг. Дулааны реакторуудад эдгээр нь ихэвчлэн нейтрон шингээгч байдаг; Кадми, гафни болон бусад шингээгч нь дулааны бүсэд эхний резонансын ойролцоо байдгаас зөвхөн дулааны нейтроныг хүчтэй шингээдэг бөгөөд сүүлийнх нь гадна тэд шингээх шинж чанараараа бусад бодисоос ялгаатай байдаггүй. Үл хамаарах зүйл бол l / v хуулийн дагуу нейтрон шингээх хөндлөн огтлол нь заасан бодисуудаас хамаагүй удаан эрчим хүчээр буурдаг бор юм. Тиймээс бор нь хурдан нейтроныг шингээдэг боловч сул боловч бусад бодисоос арай дээр байдаг. Хурдан нейтрон реактор дахь шингээгч материал нь зөвхөн бор байж болно, хэрэв боломжтой бол 10В изотопоор баяжуулсан. Хурдан нейтрон реакторуудад бороос гадна задрах материалыг удирдах саваа хийхэд ашигладаг. Хагардаг материалаар хийсэн нөхөн олговор бүхий саваа нь нейтрон шингээгч саваатай ижил үүргийг гүйцэтгэдэг: энэ нь реакторын урвалыг нэмэгдүүлж, байгалийн жамаар буурдаг. Гэсэн хэдий ч шингээгчээс ялгаатай нь ийм саваа нь реакторын үйл ажиллагааны эхэнд цөмийн гадна байрладаг бөгөөд дараа нь цөмд оруулдаг.

Хурдан реакторт ашигладаг тараагч материалууд нь никель бөгөөд хурдан нейтроны тархалтын хөндлөн огтлол нь бусад бодисын хөндлөн огтлолоос арай том хэмжээтэй байдаг. Тарагч саваа нь цөмийн захын дагуу байрладаг бөгөөд тэдгээрийн холбогдох сувагт дүрэх нь цөмөөс нейтроны нэвчилтийг бууруулж, улмаар реактив байдлыг нэмэгдүүлдэг. Зарим онцгой тохиолдлуудад гинжин урвалын хяналтын зорилго нь нейтрон тусгалын хөдөлгөөнт хэсгүүдээр үйлчилдэг бөгөөд тэдгээр нь хөдөлж байх үед цөмөөс нейтроны нэвчилтийг өөрчилдөг. Хяналт, нөхөн олговор, ослын саваа нь тэдгээрийн хэвийн ажиллагааг хангадаг бүх тоног төхөөрөмжийн хамт реакторын удирдлага, хамгаалалтын системийг (CPS) бүрдүүлдэг.

Онцгой байдлын хамгаалалт:

Цөмийн реакторын ослын хамгаалалт гэдэг нь реакторын цөм дэх цөмийн гинжин урвалыг хурдан зогсоох зориулалттай төхөөрөмж юм.

Цөмийн реакторын параметрүүдийн аль нэг нь осолд хүргэж болзошгүй утгад хүрэх үед яаралтай тусламжийн идэвхтэй хамгаалалт автоматаар идэвхждэг. Ийм параметрүүд нь температур, даралт, хөргөлтийн урсгал, эрчим хүчний түвшин, хурдыг нэмэгдүүлэх зэрэг байж болно.

Онцгой байдлын хамгаалалтын гүйцэтгэх элементүүд нь ихэнх тохиолдолд нейтроныг сайн шингээдэг бодис (бор эсвэл кадми) агуулсан саваа юм. Заримдаа реакторыг унтраахын тулд шингэн шингээгчийг хөргөлтийн шингэний гогцоонд шахдаг.

Идэвхтэй хамгаалалтаас гадна орчин үеийн олон загвар нь идэвхгүй хамгаалалтын элементүүдийг агуулдаг. Жишээлбэл, VVER реакторуудын орчин үеийн хувилбарууд нь "Онцгой байдлын үндсэн хөргөлтийн систем" (ECCS) - реакторын дээр байрлах борын хүчил бүхий тусгай савнууд юм. Хамгийн их тохиолдолд дизайны үндсэн осол(реакторын эхний хөргөлтийн хэлхээний эвдрэл), эдгээр савны агууламж нь таталцлын нөлөөгөөр реакторын цөмд орж, цөмийн гинжин урвал нь нейтроныг сайн шингээдэг их хэмжээний бор агуулсан бодисоор унтардаг.

"Цөмийн цахилгаан станцын реакторын байгууламжийн цөмийн аюулгүй байдлын дүрэм"-ийн дагуу өгөгдсөн реакторыг унтраах системүүдийн дор хаяж нэг нь ослын хамгаалалтын (EP) үүргийг гүйцэтгэх ёстой. Онцгой байдлын хамгаалалт нь дор хаяж хоёр бие даасан ажлын хэсэгтэй байх ёстой. AZ дохиогоор AZ-ийн ажлын хэсгүүдийг ямар ч ажлын болон завсрын байрлалаас идэвхжүүлэх ёстой.

AZ төхөөрөмж нь дор хаяж хоёр бие даасан багцаас бүрдэх ёстой.

AZ тоног төхөөрөмжийн багц бүр нь нейтроны урсгалын нягтын өөрчлөлтийн хүрээнд нэрлэсэн хэмжээнээс 7% -иас 120% хүртэл хамгаалалтыг хангахаар хийгдсэн байх ёстой.

1. Нейтроны урсгалын нягтаар - гурваас багагүй бие даасан суваг;
2. Нейтроны урсгалын нягтын өсөлтийн хурдаар - гурваас багагүй бие даасан суваг.

Онцгой байдлын хамгаалалтын тоног төхөөрөмж бүрийг реакторын станцын (RP) зураг төсөлд тогтоосон технологийн параметрийн өөрчлөлтийн бүх хүрээнд технологийн параметр тус бүрээр дор хаяж гурваас доошгүй бие даасан сувгаар онцгой байдлын хамгаалалтыг хангаж байхаар төлөвлөх ёстой. үүний тулд хамгаалалт шаардлагатай.

AZ идэвхжүүлэгчийн багц тус бүрийн хяналтын командыг дор хаяж хоёр сувгаар дамжуулах ёстой. АЗ-ийн аль нэг иж бүрдэлд байгаа нэг сувгийг энэ иж бүрдлийг ашиглалтаас гаргахгүйгээр унтраах үед энэ сувагт дохиоллын дохио автоматаар үүсгэгдэнэ.

Яаралтай хамгаалалтыг дор хаяж дараах тохиолдолд эхлүүлэх ёстой.

1. Нейтроны урсгалын нягтын AZ тохиргоонд хүрэхэд.
2. Нейтроны урсгалын нягтын өсөлтийн хурдны AZ тохиргоонд хүрэхэд.
3. Ашиглалтаас хасагдаагүй ослын хамгаалалтын тоног төхөөрөмж болон ХЦС-ын цахилгаан хангамжийн автобусанд хүчдэл алга болсон тохиолдолд.
4. Ашиглалтаас хасагдаагүй АЗ-ийн аль нэг иж бүрдэл төхөөрөмжид нейтроны урсгалын нягт буюу нейтроны урсгалын өсөлтийн хурдыг хамгаалах гурван сувгийн аль нэг нь эвдэрсэн тохиолдолд.
5. Хамгаалалт хийх ёстой технологийн үзүүлэлтээр АЗ-ийн тохиргоонд хүрэх үед.
6. Блокийн хяналтын цэг (BCP) эсвэл нөөцийн хяналтын цэг (RCP) -ийн түлхүүрээс AZ-ийг асаах үед.

Магадгүй хэн нэгэн атомын цахилгаан станцын нэгж хэрхэн ажиллаж эхэлдэг талаар шинжлэх ухааны үндэслэлгүй товчхон тайлбарлаж чадах болов уу? :-)

гэх мэт сэдвийг санаарай Өгүүллийн эх хувийг вэбсайт дээр байрлуулсан InfoGlaz.rfЭнэ хуулбарыг хийсэн нийтлэлийн холбоос -

Өнөөдөр бид цөмийн физикийн ертөнцөд богино хэмжээний аялал хийх болно. Бидний аялалын сэдэв нь цөмийн реактор байх болно. Энэ нь хэрхэн ажилладаг, ямар физик зарчмууд ажилладаг, энэ төхөөрөмжийг хаана ашигладаг талаар суралцах болно.

Цөмийн энергийн төрөлт

Дэлхийн анхны цөмийн реакторыг 1942 онд АНУ-д байгуулжээНобелийн шагналт Энрико Ферми тэргүүтэй физикчдийн туршилтын бүлэг. Үүний зэрэгцээ тэд ураны задралын бие даасан урвалыг явуулсан. Атомын жин гарлаа.

Зөвлөлтийн анхны цөмийн реакторыг 1946 онд хөөргөсөн. 8 жилийн дараа Обнинск хотод дэлхийн анхны атомын цахилгаан станц гүйдэл үүсгэв. Үндсэн шинжлэх ухааны удирдагчЗХУ-ын цөмийн эрчим хүчний салбарт ажилласан шилдэг физикч Игорь Васильевич Курчатов.

Түүнээс хойш хэд хэдэн үеийн цөмийн реакторууд өөрчлөгдсөн боловч түүний дизайны гол элементүүд өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна.

Цөмийн реакторын анатоми

Энэхүү цөмийн байгууламж нь хэдэн шоо см-ээс олон шоо метр хүртэлх цилиндрийн багтаамжтай зузаан ханатай ган сав юм.

Энэ цилиндр дотор ариун нандин юм - реакторын цөм.Энд цөмийн задралын гинжин урвал явагдана.

Энэ үйл явц хэрхэн явагддагийг харцгаая.

Ялангуяа хүнд элементүүдийн цөм Уран-235 (U-235),жижиг эрчим хүчний цочролын нөлөөн дор тэд ойролцоогоор ижил масстай 2 хэсэг болгон хуваагдах чадвартай. Энэ үйл явцын үүсгэгч бодис нь нейтрон юм.

Хэтэрхийнүүд нь ихэвчлэн бари ба криптон цөмүүд байдаг. Тэд тус бүр нь эерэг цэнэгтэй байдаг тул Кулоны түлхэлтийн хүч нь тэднийг салгахад хүргэдэг өөр өөр талуудгэрлийн хурдны 1/30 орчим. Эдгээр хэсгүүд нь асар том кинетик энергийн тээвэрлэгчид юм.

Эрчим хүчийг практикт ашиглахын тулд түүний ялгаралт нь бие даасан байх шаардлагатай. Гинжин урвал,Энэ хуваагдал нь ялангуяа сонирхолтой байдаг, учир нь задралын үйл явдал бүр шинэ нейтрон ялгаруулдаг. Эхний нейтрон тутамд дунджаар 2-3 шинэ нейтрон үүсдэг. Ураны хуваагдмал цөмийн тоо нуранги шиг нэмэгдэж байна.асар их энерги ялгарахад хүргэдэг. Хэрэв энэ үйл явцыг хянахгүй бол цөмийн дэлбэрэлт болно. -д болдог.

Нейтроны тоог зохицуулах нейтроныг шингээдэг материалыг системд нэвтрүүлж,эрчим хүчний жигд ялгаралтыг хангах. Кадми эсвэл борыг нейтрон шингээгч болгон ашигладаг.

Хэсэг хэсгүүдийн асар их кинетик энергийг хэрхэн хязгаарлаж, ашиглах вэ? Хөргөгчийг эдгээр зорилгоор ашигладаг, i.e. хэлтэрхий нь удааширч, маш өндөр температурт халаадаг тусгай орчин. Ийм орчин нь энгийн эсвэл хүнд ус, шингэн металл (натри), түүнчлэн зарим хий байж болно. Хөргөгчийг уурын төлөвт шилжүүлэхгүйн тулд үндсэн хэсэгт дэмжигддэг өндөр даралт(160 атм хүртэл).Ийм учраас реакторын ханыг тусгай зэрэглэлийн арван см-ийн гангаар хийсэн.

Хэрэв нейтронууд цөмийн түлшнээс цааш зугтвал гинжин урвал тасалдаж болзошгүй. Тиймээс хуваагдмал материалын чухал масс байдаг, i.e. түүний гинжин урвал явагдах хамгийн бага масс. Энэ нь реакторын цөмийг тойрсон тусгал байгаа эсэх зэрэг янз бүрийн үзүүлэлтээс хамаарна. Энэ нь нейтрон нэвчихээс сэргийлдэг орчин. Энэхүү бүтцийн элементийн хамгийн түгээмэл материал бол бал чулуу юм.

Реакторт явагдаж буй процессууд нь ялгарах дагалддаг аюултай харагдахцацраг - гамма цацраг. Энэ аюулыг багасгахын тулд цацрагийн эсрэг хамгаалалттай.

Цөмийн реактор хэрхэн ажилладаг вэ?

Түлшний саваа гэж нэрлэгддэг цөмийн түлшийг реакторын цөмд байрлуулдаг. Эдгээр нь бутлах материалаас бүрдсэн шахмал бөгөөд 3.5 м урт, 10 мм диаметртэй нимгэн хоолойд байрлуулсан.

Хэдэн зуун ижил төстэй түлшний угсралтуудыг цөмд байрлуулсан бөгөөд тэдгээр нь гинжин урвалын явцад ялгардаг дулааны энергийн эх үүсвэр болдог. Түлшний савааг тойрон урсах хөргөлтийн бодис нь реакторын эхний хэлхээг бүрдүүлдэг.

Өндөр параметрт халааж, уурын генератор руу шахаж, эрчим хүчээ хоёрдогч хэлхээний ус руу шилжүүлж, уур болгон хувиргадаг. Үүссэн уур нь турбогенераторыг эргүүлдэг. Энэ нэгжийн үйлдвэрлэсэн цахилгааныг хэрэглэгчдэд дамжуулдаг. Мөн хөргөлтийн цөөрмөөс усаар хөргөсөн яндангийн уур нь конденсат хэлбэрээр уурын генератор руу буцаж ирдэг. Цикл дууссан.

Цөмийн байгууламжийн энэхүү давхар хэлхээний ажиллагаа нь цөмд түүний хил хязгаараас гадуур явагдаж буй процессыг дагалдан цацраг туяа нэвтрэлтийг арилгадаг.

Тиймээс реакторт энергийн өөрчлөлтийн гинжин хэлхээ үүсдэг: задрах материалын цөмийн энерги → хэсгүүдийн кинетик энерги → хөргөлтийн дулааны энерги → турбины кинетик энерги → генератор дахь цахилгаан энерги.

Зайлшгүй эрчим хүчний алдагдалд хүргэдэг Атомын цахилгаан станцын үр ашиг харьцангуй бага буюу 33-34% байна.

Цөмийн реакторууд нь атомын цахилгаан станцуудад цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхээс гадна төрөл бүрийн цацраг идэвхт изотопуудыг үйлдвэрлэх, үйлдвэрлэлийн олон салбарт судалгаа хийх, үйлдвэрлэлийн реакторуудын зөвшөөрөгдөх параметрүүдийг судлахад ашиглагддаг. Тээврийн хэрэгслийн хөдөлгүүрийг эрчим хүчээр хангадаг тээврийн реакторууд улам бүр түгээмэл болж байна.

Цөмийн реакторын төрлүүд

Ер нь цөмийн реакторууд U-235 уран дээр ажилладаг. Гэсэн хэдий ч байгалийн материал дахь түүний агууламж маш бага, ердөө 0.7% байна. Байгалийн ураны дийлэнх хэсгийг U-238 изотоп эзэлдэг. Зөвхөн удаан нейтронууд U-235-д гинжин урвал үүсгэж болох ба U-238 изотоп нь зөвхөн хурдан нейтроноор хуваагддаг. Цөмийн хуваагдлын үр дүнд удаан ба хурдан нейтронууд үүсдэг. Хөргөлтийн шингэнд (ус) дарангуйлдаг хурдан нейтронууд удааширдаг. Гэхдээ байгалийн уран дахь U-235 изотопын хэмжээ маш бага тул түүнийг баяжуулах шаардлагатай болж, агууламжийг 3-5% хүртэл авчирдаг. Энэ үйл явц нь маш үнэтэй бөгөөд эдийн засгийн хувьд ашиггүй юм. Түүнчлэн энэхүү изотопын байгалийн нөөц шавхагдах хугацааг ердөө 100-120 жил гэж тооцдог.

Тиймээс цөмийн салбарт Хурдан нейтрон дээр ажилладаг реактор руу аажмаар шилжиж байна.

Тэдний гол ялгаа нь нейтроныг удаашруулдаггүй шингэн металлыг хөргөлтийн бодис болгон ашигладаг, харин U-238-ыг цөмийн түлш болгон ашигладаг. Энэхүү изотопын цөмүүд нь цөмийн хувирлын гинжин хэлхээгээр дамжин Плутони-239 болж хувирдаг бөгөөд энэ нь U-235-тай адил гинжин урвалд ордог. Өөрөөр хэлбэл, цөмийн түлшийг дахин үйлдвэрлэж, хэрэглээнээс нь давсан хэмжээгээр үйлдвэрлэдэг.

Шинжээчдийн үзэж байгаагаар Уран-238 изотопын нөөц 3000 жил хангалттай байх ёстой.Энэ хугацаа нь хүн төрөлхтөнд бусад технологийг хөгжүүлэх хангалттай цаг хугацаатай байх хангалттай хугацаа юм.

Цөмийн энергийг ашиглах асуудал

Илэрхий давуу талуудын хамт цөмийн эрчим хүч, цөмийн байгууламжийн үйл ажиллагаатай холбоотой асуудлын цар хүрээг дутуу үнэлж болохгүй.

Эхнийх нь цацраг идэвхт хаягдал, задалсан тоног төхөөрөмжийг устгахцөмийн эрчим хүч. Эдгээр элементүүд нь удаан хугацаанд хадгалагддаг идэвхтэй дэвсгэр цацрагтай байдаг. Энэ хог хаягдлыг зайлуулахын тулд тусгай хар тугалгатай савыг ашигладаг. Тэднийг мөнх цэвдэгт 600 метрийн гүнд булах ёстой. Тиймээс цацраг идэвхт хог хаягдлыг дахин боловсруулах арга замыг эрэлхийлэх ажил байнга хийгдэж байгаа бөгөөд энэ нь устгалын асуудлыг шийдэж, манай гарагийн экологийг хадгалахад туслах ёстой.

Хоёр дахь нь багагүй ноцтой асуудал юм АЦС-ын ашиглалтын үеийн аюулгүй байдлыг хангах.Чернобыль гэх мэт томоохон ослууд олон хүнийг авч одох болно хүний ​​амьдралөргөн уудам газар нутгийг ашиглалтаас гаргах.

Японы “Фукушима-1” АЦС-ын осол нь цөмийн байгууламжид онцгой байдал үүсэх үед л гарч болзошгүй аюулыг нотолсон юм.

Гэсэн хэдий ч цөмийн энергийн боломж маш их юм экологийн асуудаларын дэвсгэр рүү бүдгэрнэ.

Өнөөдөр хүн төрөлхтөнд байнга өсөн нэмэгдэж буй эрчим хүчний өлсгөлөнгөө хангах өөр арга байхгүй. Ирээдүйн цөмийн эрчим хүчний үндэс нь цөмийн түлшийг дахин үйлдвэрлэх үүрэгтэй “хурдан” реакторууд байх болов уу.

Хэрэв энэ мессеж танд хэрэгтэй байсан бол би тантай уулзахдаа баяртай байх болно

Цөмийн реактор саадгүй, үр ашигтай ажилладаг. Үгүй бол таны мэдэж байгаагаар асуудал гарах болно. Гэхдээ дотор нь юу болж байна вэ? Цөмийн (цөмийн) реакторын ажиллах зарчмыг товч, тодорхой, зогсолттойгоор томъёолохыг хичээцгээе.

Үндсэндээ цөмийн дэлбэрэлтийн үеийнхтэй ижил үйл явц тэнд өрнөж байна. Зөвхөн дэлбэрэлт маш хурдан болдог, гэхдээ реакторт энэ бүхэн удаан хугацаанд үргэлжилдэг. Үүний үр дүнд бүх зүйл аюулгүй, эрүүл хэвээр үлдэж, бид эрчим хүчийг хүлээн авдаг. Эргэн тойрон дахь бүх зүйл нэг дор сүйрэх нь тийм ч их биш, харин хотыг цахилгаан эрчим хүчээр хангахад хангалттай юм.

Хяналттай цөмийн урвал хэрхэн явагддагийг ойлгохын өмнө энэ нь юу болохыг мэдэх хэрэгтэй. цөмийн урвал бүх.

Цөмийн урвал гэдэг нь атомын цөмийг энгийн бөөмс ба гамма туяатай харилцан үйлчлэх үед хувиргах (хуваах) үйл явц юм.

Цөмийн урвал нь энергийг шингээх, суллах үед хоёуланд нь тохиолдож болно. Реактор нь хоёр дахь урвалыг ашигладаг.

Цөмийн реактор нь энерги ялгаруулж, хяналттай цөмийн урвалыг хадгалах зорилготой төхөөрөмж юм.

Ихэнхдээ цөмийн реакторыг атомын реактор гэж нэрлэдэг. Энд зарчмын ялгаа байхгүй, гэхдээ шинжлэх ухааны үүднээс "цөм" гэдэг үгийг ашиглах нь илүү зөв болохыг анхаарна уу. Одоо олон төрлийн цөмийн реакторууд байдаг. Эдгээр нь цахилгаан станц, цөмийн реакторуудад эрчим хүч үйлдвэрлэх зориулалттай асар том үйлдвэрлэлийн реакторууд юм шумбагч онгоцууд, шинжлэх ухааны туршилтанд ашигласан жижиг туршилтын реакторууд. Далайн усыг давсгүйжүүлэх реактор хүртэл байдаг.

Цөмийн реактор бий болсон түүх

Анхны цөмийн реакторыг 1942 онд холгүйхэн ажиллуулж байжээ. Энэ нь Фермигийн удирдлаган дор АНУ-д болсон. Энэ реакторыг "Чикагогийн ой мод" гэж нэрлэдэг байв.

1946 онд Курчатовын удирдлаган дор Зөвлөлтийн анхны реактор ажиллаж эхэлсэн. Энэхүү реакторын бие нь долоон метрийн диаметртэй бөмбөг байв. Эхний реакторууд хөргөлтийн системгүй байсан бөгөөд тэдний хүч хамгийн бага байв. Дашрамд дурдахад, Зөвлөлтийн реактор дунджаар 20 ватт, Америкийн реактор ердөө 1 ватт чадалтай байв. Харьцуулбал: орчин үеийн эрчим хүчний реакторуудын дундаж хүч нь 5 гигаватт юм. Анхны реактор ашиглалтад орсноос хойш арав хүрэхгүй жилийн дараа дэлхийн анхны аж үйлдвэрийн цөмийн цахилгаан станцОбнинск хотод.

Цөмийн (цөмийн) реакторын ажиллах зарчим

Аливаа цөмийн реактор хэд хэдэн хэсгээс бүрдэнэ. гол -тай түлш Тэгээд зохицуулагч , нейтрон тусгал , хөргөлтийн шингэн , хяналт, хамгаалалтын систем . Изотопуудыг ихэвчлэн реакторуудад түлш болгон ашигладаг. уран (235, 238, 233), плутони (239) ба торий (232). Гол нь ердийн ус (хөргөлтийн) урсдаг бойлер юм. Бусад хөргөлтийн бодисуудын дунд "хүнд ус" ба шингэн бал чулууг бага ашигладаг. Хэрэв бид атомын цахилгаан станцуудын үйл ажиллагааны талаар ярих юм бол цөмийн реакторыг дулаан үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Цахилгаан эрчим хүчийг бусад төрлийн цахилгаан станцуудтай ижил аргаар үйлдвэрлэдэг - уур нь турбиныг эргүүлж, хөдөлгөөний энерги нь цахилгаан энерги болж хувирдаг.

Цөмийн реакторын үйл ажиллагааны диаграммыг доор харуулав.

Ураны хүнд цөмийн задрал нь хөнгөн элементүүд болон хэд хэдэн нейтрон үүсгэдэг. Үүссэн нейтронууд нь бусад цөмтэй мөргөлдөж, улмаар хуваагдахад хүргэдэг. Үүний зэрэгцээ нейтроны тоо нуранги шиг өсдөг.

Үүнийг энд дурдах хэрэгтэй нейтрон үржүүлэх хүчин зүйл . Тэгэхээр энэ коэффициент нэгтэй тэнцэх утгаас хэтэрвэл цөмийн дэлбэрэлт болно. Хэрэв утга нь нэгээс бага бол нейтрон хэт цөөхөн байх ба хариу урвал зогсдог. Гэхдээ хэрэв та коэффициентийн утгыг нэгтэй тэнцүү байлгах юм бол урвал удаан бөгөөд тогтвортой үргэлжлэх болно.

Асуулт бол үүнийг яаж хийх вэ? Реакторт түлш гэж нэрлэгддэг зүйлд байдаг түлшний элементүүд (TVELakh). Эдгээр нь жижиг шахмал хэлбэрээр агуулагдах саваа юм. цөмийн түлш . Түлшний саваа нь зургаан өнцөгт хэлбэртэй хуурцагт холбогдсон бөгөөд реакторт хэдэн зуун байж болно. Түлшний саваа бүхий кассетууд нь босоо байрлалтай бөгөөд түлшний саваа бүр нь цөмд дүрэх гүнийг тохируулах системтэй байдаг. Өөрсдөө хуурцагнаас гадна тэдгээр нь орно хяналтын саваа Тэгээд яаралтай хамгаалах саваа . Саваа нь нейтроныг сайн шингээдэг материалаар хийгдсэн байдаг. Тиймээс хяналтын савааг цөмд өөр өөр гүнд буулгаж, улмаар нейтрон үржүүлэх коэффициентийг тохируулж болно. Аваарийн саваа нь яаралтай үед реакторыг унтраах зориулалттай.

Цөмийн реактор хэрхэн эхэлсэн бэ?

Бид үйл ажиллагааны зарчмыг өөрөө олж мэдсэн, гэхдээ реакторыг хэрхэн эхлүүлэх, ажиллуулах вэ? Товчоор хэлбэл, энэ бол ураны хэсэг боловч гинжин урвал нь өөрөө эхэлдэггүй. Гол нь дотор нь байгаа юм цөмийн физикгэсэн ойлголт байдаг чухал масс .

Критик масс гэдэг нь цөмийн гинжин урвалыг эхлүүлэхэд шаардагдах задрах материалын масс юм.

Түлшний саваа ба хяналтын савны тусламжтайгаар эхлээд реакторт цөмийн түлшний эгзэгтэй масс үүсч, дараа нь хэд хэдэн үе шаттайгаар реакторыг оновчтой чадлын түвшинд хүргэдэг.

Энэ нийтлэлд бид цөмийн (цөмийн) реакторын бүтэц, үйл ажиллагааны зарчмын ерөнхий ойлголтыг өгөхийг хичээсэн. Хэрэв танд энэ сэдвээр асуух зүйл байвал, эсвэл их сургуулийн цөмийн физикийн талаар асуусан асуулт байвал холбогдоно уу. манай компанийн мэргэжилтнүүдэд. Бид таны суралцахтай холбоотой тулгамдсан асуудлыг шийдвэрлэхэд тань туслахад бэлэн байна. Бид үүнийг хийж байх хооронд өөр нэг боловсролын видеог танд зориулж байна!