Үйлдвэрлэл 

Атомын цахилгаан станцуудын ангилал. Дулааны цахилгаан станцууд Дэлхийн атомын цахилгаан станцуудын ангилалыг өг

Дулааны нейтроныг уранд шингээх магадлалыг дараах байдлаар тэмдэглэв θ. Энэ утгыг дулааны нейтроны ашиглалтын коэффициент гэж нэрлэдэг. Дараа нь уранд шингэсэн дулааны нейтроны тоо тэнцүү болно n εφθ .

Дулааны нейтроныг уранаар шингээх бүрт а η шинэ хурдан нейтронууд. Тиймээс авч үзэж буй мөчлөгийн төгсгөлд хуваагдлаас үүссэн хурдан нейтронуудын тоо тэнцүү болж хувирав. n εφθη .

Хязгааргүй орчин дахь нейтрон үржих хүчин зүйл нь тэнцүү байна

Тэгш байдлыг (3.4) дөрвөн хүчин зүйлийн томъёо гэнэ. Энэ нь уран ба зохицуулагчийн холимог дахь цөмийн гинжин урвалын хөгжлийг тодорхойлдог янз бүрийн хүчин зүйлээс K∞-ийн хамаарлыг илрүүлдэг.

Хязгаарлагдмал хэмжээтэй бодит үржүүлгийн орчинд нейтрон алдагдах нь гарцаагүй бөгөөд үүнийг K∞-ийн томъёог оруулахдаа тооцоогүй болно. Хязгаарлагдмал хэмжээстэй орчинд нейтрон үржүүлэх хүчин зүйлийг үр дүнтэй үржүүлэх коэффициент Кефф гэж нэрлэдэг; Түүнээс гадна энэ нь тухайн үеийн нейтроны тоог өмнөх үеийн харгалзах тооны нейтроны харьцаа гэж тодорхойлсон хэвээр байна. Хэрэв бид Рз ба Рд-ийг модерац болон тархалтын явцад нейтроны нэвчилтээс зайлсхийх магадлалыг тэмдэглэвэл бид бичиж болно.

Kef= K∞ Rz Rd. (3.5)

Мэдээжийн хэрэг, хязгаарлагдмал хэмжигдэхүүнтэй орчинд гинжин урвалыг хадгалах нөхцөл нь Kef ≥ 1 харьцаа байх болно. РзРд бүтээгдэхүүн нь үргэлж нэгээс бага байдаг тул хязгаарлагдмал хэмжигдэхүүнүүдийн системд өөрийгөө тэтгэх гинжин урвалыг явуулах, K∞ үргэлж нэгээс их байх шаардлагатай.

Реактороос нейтроны урсац нь түүний геометрийн хэмжээнээс хамаарна. Нейтроны үйлдвэрлэл нь идэвхтэй бүсийн бүх эзэлхүүний туршид явагддаг бөгөөд тэдгээрийн нэвчилт нь зөвхөн реакторын гадаргуугаар дамждаг тул реакторын шугаман хэмжээ ихсэх тусам нейтроны харьцангуй хувь гадаргуугаар алдагдах нь ойлгомжтой. буурч, гоожихоос зайлсхийх магадлал нэмэгддэг.

Өөрийгөө дэмжих гинжин урвал явагдах реакторын хамгийн бага хэмжээг эгзэгтэй хэмжээ гэнэ.

Тиймээс реакторын эгзэгтэй байдлын нөхцөлийг маягт дээр бичнэ

1 = K∞RzRd.

Хэрэв нөхцөл (3.5) хангагдсан бол ураны задралын үед үүссэн нейтроны тоо нь реактороос гарсан нейтроны тоотой тэнцүү байх ба зохицуулалт ба тархалтын процессын явцад материалд шингэсэн. Kef>1 тохиолдолд реактор дахь нейтроны тоо тасралтгүй нэмэгдэх болно. Критикийн дэд реакторт Kef< 1.

Нейтроны тэнцвэрийн тэгшитгэлийг (эгзэгтэй реакторын хувьд) хэлбэрээр бичнэ

, (3.6)

D – нейтроны тархалтын коэффициент

F - нейтроны урсгал

S нь үүссэн дулааны нейтроны тоо юм.

Дулааны нейтроны S тоог дараахь үндсэн дээр тодорхойлно. Реакторын үндсэн материалд шингэсэн нэг дулааны нейтроны хувьд уранд шингэсэн дулааны нейтроны тоо θ байх ба нэг дулааны нейтроныг уранаар шингээхэд η хурдан нейтрон үүсдэг. Энэ нь хурдан нейтронуудын тоо θη-тэй тэнцүү байх болно гэсэн үг юм. Эдгээр нейтронууд нь үржүүлэх хүчин зүйл ε-тэй хуваагдлыг үүсгэж чаддаг бол хурдан нейтронуудын эцсийн тоо θηε-тэй тэнцүү байх болно. Хурдан нейтронууд удаашрах явцад φ магадлал бүхий резонансын шингээлтээс, Рз коэффициенттэй нэвчилтээс зайлсхийдэг. Энэ нь үүссэн дулааны нейтроны тоо θηεφРз-тэй тэнцүү байна гэсэн үг юм.

Ийнхүү ΣaF-тэй тэнцэх үндсэн материалын нэгж эзэлхүүн дэх дулааны нейтроныг нийт шингээх үед ΣaФθηεφРз дулааны нейтронууд дахин үүсдэг. Дулааны нейтроны эцсийн тоог тодорхойлно дараах байдлаар:

(3.7)

Томъёо (3.7)-ийг харгалзан нейтроны тэнцвэрийн тэгшитгэлийг (3.6) хэлбэрээр дахин бичнэ.

(3.8)

(3.9)

Тэгшитгэл (3.9)-д материалын шинж чанараас хамаарах хэмжигдэхүүнийг материалын параметр гэж нэрлээд B2 гэж тэмдэглэнэ.

(3.10)

дараа нь хамаарлыг (3.8) дараах байдлаар дахин бичнэ

(3.11)

Хөдөлгөөнгүй тохиолдолд нейтроны тэнцвэрийн тэгшитгэл дээр үндэслэн олж авсан тэгшитгэл (3.10) ба (3.11) хоёулаа үр дүнтэй үржүүлэх хүчин зүйл нь нэгдмэл (Kef = 1) байх чухал реактортой тохирч байна. (3.10) тэгшитгэлээс дараахь зүйлийг харгалзан үзнэ

Энд L нь тархалтын урт.

(3.12) тэгшитгэлээс диффузийн процессын үед нейтрон алдагдахаас зайлсхийх магадлалыг (1 + B2L2)-1 илэрхийллээр тодорхойлно. Зохицуулах явцад нейтроны нэвчилтээс зайлсхийх магадлалыг зохицуулах үйл явцыг харгалзан үзсэний үндсэн дээр тооцоолж, тэнцүү байна.

Энд τ нь нейтроны нас гэж нэрлэгддэг хэмжигдэхүүн бөгөөд см2 хэмжээтэй байна.

Ерөнхийдөө реактор дахь үржүүлэх хүчин зүйл нь нэгдмэл байдлаас ялгаатай үед (3.12) тэгшитгэлийг дараах байдлаар бичнэ.

(3.14)

Тэгшитгэл (3.14) нь реакторын үндсэн тэгшитгэл бөгөөд нейтрон үржүүлэх үр дүнтэй хүчин зүйлийн цөмийн найрлага, хэмжээнээс хамаарах хамаарлыг илрүүлдэг. Энэ тэгшитгэл нь нэгэн төрлийн ба гетероген реакторуудад хүчинтэй. Цөмийн нэг төрлийн бус байдлын онцлог нь ε, φ, θ гэсэн дөрвөн хүчин зүйлийн тэгшитгэлийн параметрүүдийг тооцоолох аргад тусгагдсан болно.

Хөдөлгөөнгүй үйл явцтай

(3.15)

Энд M2 = L2 + τ нь шилжилтийн талбай гэж нэрлэгддэг утга, см2.

(3.11) тэгшитгэлийг шийдэх нь B2-ийн утгыг тодорхойлох боломжтой болгодог. IN энэ тохиолдолдЭнэ параметр нь цөмийн хэмжээ, геометрийн хэлбэрийн функц юм. Ялангуяа цилиндр хэлбэртэй реакторын хувьд

(3.16)

Энд R нь радиус, H нь цөмийн өндөр юм. Энэ тохиолдолд B2 утгыг геометрийн параметр гэж нэрлэдэг.

(3.10) ба (3.16) тэгшитгэлээс олж авсан B2-ийн утга хоёулаа чухал реактортой тохирч байгаа тул реакторын ийм төлөвийн хувьд материалын параметр нь геометрийн хэмжээтэй тэнцүү байх ёстой. Үүний үндсэн дээр өгөгдсөн нөхцлөөс хамааран (3.15) тэгшитгэлийг хоёр төрлийн асуудлыг шийдвэрлэхэд ашигладаг: цөмийн бүтцийг тодорхойлох, хэрэв түүний хэмжээ, геометрийг өгсөн бол реакторын хэмжээг тодорхойлох, тухайн тохиолдолд реакторын хэмжээг тодорхойлох. цөмийн өгөгдсөн найрлагын .

Эхний төрлийн асуудлыг шийдвэрлэхдээ геометрийн параметрийн утгыг тооцоолно. Жишээлбэл, цилиндр реакторын хувьд - (3.16) томъёоны дагуу. Энэ тохиолдолд цөмийн найрлага, тухайлбал, ураныг 235U изотопоор баяжуулах зэргийг (3.15) томъёогоор баяжуулалтын урьдчилсан үнэлгээ, тохиолдол тус бүрээр Kef-ийн утгыг тооцож тодорхойлно.

Хоёрдахь төрлийн асуудлыг шийдэхдээ тооцоолох журмыг дараах байдлаар ашиглаж болно. Ураны баяжуулалт, зохицуулагчийн төрөл, бүтцийн материал гэх мэтээр тодорхойлогддог цөмийн найрлагад үндэслэн K∞, τ, L2-ийн утгыг тооцоолно. Kef-ийн өгөгдсөн утгын B2 геометрийн параметрийн утгыг (3.15) тэгшитгэлийг графикаар шийдэж олно. Энэ тохиолдолд B2-ийн хэд хэдэн утгыг урьдчилан тогтоож, Kef = f(B2) графикийг байгуулна.

Дулааны энергийн "href="/text/category/teployenergetika/" rel="bookmark">дулааны энергийн утгыг тодорхойлсны дараа L2 нь дулааны нейтроны барьж авах цэг хүртэлх шулуун шугамын зайг тодорхойлно. зайтай байх тусам нейтрон нь удаашрал, тархалтын процесст алдагдахаас зайлсхийх магадлал бага байх болно, өөрөөр хэлбэл реакторын хэмжээ нь өөрөө тогтвортой гинжин урвалыг хангахын тулд том байх ёстой.

Жишээлбэл, энгийн усыг зохицуулагч болгон ашигладаг реактор нь бусад бүх зүйл тэнцүү байх үед графит зохицуулагчтай реактороос хамаагүй бага хэмжээтэй байх болно, учир нь усны хувьд L = 2.73 см ба τ = 31 см2, бал чулууны хувьд L. = 54 см ба τ = 364 см2.

3.2.1.3. НЕйтроны урсгал

(3.11) тэгшитгэлийн шийдэл нь цөмийн эзэлхүүн дэх нейтроны урсгалын тархалтыг тодорхойлдог хамааралд хүргэдэг. H өндөр ба R радиустай цилиндр хэлбэртэй реакторын хувьд энэ хамаарал нь дараах хэлбэртэй байна.

(3.17)

Энд Фmax нь цөмийн төв дэх нейтроны урсгалын утга;

h, r – идэвхтэй бүсийн өндөр ба радиусын дагуух одоогийн координат;

Эхний төрлийн 0 эрэмбийн Бесселийн функцийн одоогийн утга.

Цацруулагчгүй реактор дахь дулааны нейтроны урсгалын хамгийн их утга нь идэвхтэй бүсийн геометрийн төвд тогтоогдсон бөгөөд түүний экстраполяцлагдсан хил хязгаарт ойртох тусам аажмаар тэг болж буурдаг. Цилиндр реакторт Jo(0) = 1 байх үед r = 0 үед нейтроны урсгалын өндрийн өөрчлөлт нь хамаарлын дагуу явагдана.

(3.18)

Цөмийн өндрийн дагуух нейтроны урсгалын тэгш бус байдлын коэффициентийг дараах байдлаар тодорхойлно.

(3.19)

Цилиндр реакторын радиусын дагуух нейтроны урсгалын тэгш бус байдлын коэффициент нь тэнцүү байна.

(3.20)

Kh ба Kr коэффициентүүдийн үржвэрийг цөмийн эзэлхүүн дэх нейтроны урсгалын тэгш бус байдлын коэффициент гэж нэрлэдэг.

(3.21)

Нейтроны урсгалын жигд бус коэффициентүүдийн мэдэгдэж буй утгууд ба нейтроны дундаж урсгалын өгөгдсөн утгад үндэслэн реактор дахь нейтроны хамгийн их урсгалын утгыг тодорхойлох боломжтой.

Фmax = KvФср, (3.22)

Энд Fsr нь реактор дахь нейтроны дундаж урсгалыг цөмийн эзэлхүүнд хуваасан байна. Нейтроны дундаж урсгалыг дараах үндсэн дээр тодорхойлж болно. 1 см3 дэх ураны задралын тоо 1 секундэд ΣfФср байх ба цөмийн нийт эзэлхүүн дэх задралын нийт тоо ΣfФсрVазтай тэнцүү байна. Хэрэв 1 кВт чадал нь секундэд 3.1∙1013 хуваагдсантай тохирч байвал реакторын хүчийг тэгшитгэлээр илэрхийлж болно.

, (3.23)

(3.24)

Эрчим хүчний реактор дахь нейтроны урсгалын дундаж утга 1012 ÷ 1014 хооронд байна.

Ажиллаж байгаа реакторт нейтронууд цөмөөс урсдаг. Энэ алдагдлыг багасгахын тулд реакторыг цацруулагчаар хүрээлдэг. Цацруулагч руу орж буй нейтронууд хэсэгчлэн цөмд буцаж тархаж, улмаар нейтроныг "хадгалах" боломжийг олгодог.

Цацруулагч суурилуулсны үр дүнд үүссэн нейтроныг "хэмнэх" -ийг хоёр чиглэлд ашиглаж болно: цөмийн бүтцийг өөрчлөхгүйгээр хэмжээг багасгах, эсвэл хэмжээсийг өөрчлөхгүйгээр түлшний баяжуулалтыг багасгах. задрах изотоп. Аль ч тохиолдолд үр дүн нь ураны задралын изотопын нийт ачаалал буурах явдал юм. Эрчим хүчний реакторын тусгалын нэгэн адил чухал үүрэг бол үндсэн эзэлхүүн дэх дулааны нейтроны урсгалын тархалтыг мэдэгдэхүйц тэнцүүлэх явдал юм.

Реактороос хурдан нейтронууд урсах үед тусгалын материалд бага зэрэг байдгаас болж нейтронууд реакторт дулааны хэлбэрээр буцаж ирдэг. Энэ нь цөмийн хилийн ойролцоо дулааны нейтронуудын урсгалыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Цацруулагч материал нь зохицуулагчтай ижил шинж чанартай байх ёстой, тухайлбал, сайн саатах, тараах шинж чанартай байх ёстой. Тиймээс ижил бодисыг ихэвчлэн зохицуулагч болон тусгалд ашигладаг.

Цацруулагчтай реакторын үржүүлгийн үр дүнтэй коэффициентийг тусгалгүй реактортой ижил томъёогоор (3.14) тодорхойлно. Гэхдээ энэ тохиолдолд B2 геометрийн параметрийг тооцоолохдоо идэвхтэй бүсийн бодит хэмжээсийг үр дүнтэй нэмэлтийн хэмжээгээр нэмэгдүүлнэ. Жишээлбэл, цилиндр реакторын хувьд энэ нь байх болно

(3.25)

R" = R + Δ. (3.26)

Тооцооллын энэ аргын тусламжтайгаар тусгал бүхий реакторыг "нүцгэн" реактороор сольж, хэмжээс нь бодит реакторын идэвхтэй бүсийн хэмжээнээс үр дүнтэй нэмэлтийн хэмжээгээр давсан байдаг.

Цилиндр реакторын цөм дэх нейтроны урсгалын тэгш бус байдлын коэффициентийг тусгал байгаа тохиолдолд дараахь томъёогоор тодорхойлно.

Реакторын өндрөөр

Реакторын радиусаар

Цацруулагч байгаа тохиолдолд (3.27) ба (3.28)-ын дагуу нейтроны урсгалын жигд бус байдлын коэффициентүүд буурдаг тул үндсэн эзэлхүүн дэх энерги ялгарах нь илүү жигд байх болно.

ӨӨРИЙГӨӨ ТЕСТИЙН АСУУЛТ

1. Атом ба атомын цөмийг ямар энгийн бөөмс бүрдүүлдэг вэ?

2. Протон ба нейтроны масс хэд вэ?

3. Атомын массын нэгж гэж юу вэ?

4. Массын согог ба цөмийн холболтын энерги гэж юу вэ?

5. Цөмийн массын тооноос хамаарч цөм дэх нуклонуудын холболтын энерги хэрхэн өөрчлөгдөх вэ?

6. Хурдан ба дулааны нейтрон гэж юу вэ? Тэд хэрхэн тодорхойлогддог вэ?

7. Уран-235 яагаад хуваагддаг, харин уран-238 нь дулааны нейтроныг барьж авахад яагаад хуваагддаггүй вэ?

8. Цөмийн бичил болон макроскопийн үр дүнтэй хөндлөн огтлол гэж юуг хэлэх вэ?

9. Уран-235 ба уран-238 цөмийн задрал, шингээлтийн микроскопийн хөндлөн огтлол нь нейтроны энергиэс хамаарч хэрхэн өөрчлөгддөг вэ?

10. Нейтроны урсгал гэж юуг хэлэх вэ?

11. Ураны цөмүүд нейтроныг барих үед шингээлт, задралын тоог хэрхэн тодорхойлдог вэ?

12. Реакторын хүчийг нейтроны урсгалаар илэрхийл.

13. Дулааны нейтроны тэнцвэрийн тэгшитгэлийг бичиж бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тайлбарла.

14. Реактор дахь дулааны нейтроны эх үүсвэр юу вэ?

15. Нейтроны нэвчилтийг тэдгээрийн зохицуулалт ба тархалтын үед хэрхэн тодорхойлох вэ?

16. Нейтрон үржүүлэх үр дүнтэй коэффициент Кеф гэж юуг хэлэх вэ?

17. Кефийн тэгшитгэлд орсон хэмжигдэхүүнүүдийг тайлбарла.

18. Өгөгдсөн уран баяжуулалтын реакторын Kef-ийн тэгшитгэлийг шийдэх аргыг хэлж өгнө үү?

19. Өгөгдсөн Кеф реакторын тэгшитгэлийг шийдэх журам гэж юу вэ геометрийн параметрүүдидэвхтэй бүс үү?

20. Реакторын цөмийн өндөр ба радиусын дагуу нейтроны урсгалын өөрчлөлтийг ямар хамааралууд тодорхойлдог вэ?

21. Нейтрон тусгал реактор дахь нейтроны урсгалд ямар нөлөө үзүүлэх вэ?

3.2.2. ЭРЧИМ ХҮЧНИЙ РЕАКТОРЫН ЗАГВАР

БА АЦС-ЫН ТЕХНОЛОГИЙН ДАГУРАМ

3.2.2.1. РЕАКТОРЫН ТӨХӨӨРӨМЖ

Нэг төрлийн реакторыг бий болгох нь техникийн томоохон бэрхшээлтэй холбоотой тул одоогоор ажиллаж байгаа, баригдаж байгаа болон төлөвлөгдсөн эрчим хүчний реакторууд нь нэг төрлийн бус байдаг.

Реакторын гол хэсэг нь цөм юм. Цөмийн реакторын цөм нь цөмийн задралын хяналттай гинжин урвалыг эхлүүлэх, хадгалах нөхцлийг бүрдүүлдэг угсралтын нэгжүүдийн багц юм. Цөмийн хэмжээсүүд нь одоо байгаа уран баяжуулалттай гинжин урвалыг реакторын ашиглалтын бүх хугацаанд хадгалж, тухайн реакторын хүчин чадлаар найдвартай дулааныг зайлуулах боломжтой байх ёстой.

Цөм нь цөмийн түлш (түлш) агуулдаг. Уран ба түүний хайлш, плутони ба түүний хайлшийг түлш болгон ашигладаг. Гетероген реакторуудад түлшийг саваа, хавтан гэх мэт хэлбэрээр (Зураг 3.2), нэгэн төрлийн реакторт - ураны давсны уусмал хэлбэрээр, гэх мэт зохицуулагч (ус, бал чулуу, бериллий гэх мэт) ашигладаг. ) мөн дулааны реакторуудын цөмд байрладаг .), энэ нь задралын нейтроны энергийг багасгахад үйлчилдэг.

https://pandia.ru/text/78/544/images/image051_2.jpg" өргөн "515" өндөр "254 src=">

Цагаан будаа. 3.3. Түлшний элементүүдийн төрөл:

а - саваа; б - давхарга; в - бөмбөрцөг; g - хоолой; d - цилиндр блок; e – хоолой бүхий түлшний массив;

1 - түлшний материал; 2 - бүрхүүл; 3 - үзүүр; 4 - ирмэг; 5 - хөргөлтийн шингэн

Coll" href="/text/category/koll/" rel="bookmark">коллектор ба хөргөлтийн урсгалыг хуваарилах зам, угсралтын хэсгүүд - бариул, яндан эсвэл хүрээ, хамгаалалтын залгуур, тээвэрлэлт, технологийн зориулалттай эд анги.

Цагаан будаа. 3.5. VVER-440 реакторын ажлын кассет:

1 - бариул; 2, 3 - доод ба дунд зайны тор; 4 - хоолойн хуурцагны таг; 5 - TVEL; 6 - дээд зайны тор; 7 - төв хоолой; 8 - толгой; 9 - хаврын хавчаар; 10 - зүү

Түлшний угсралт эсвэл кассетыг цөмийн реакторын технологийн сувагт суурилуулсан бөгөөд үүнд түлшний саваа угаах хөргөлтийн урсгалыг нийлүүлэх, зайлуулах, зохион байгуулах, түлшний угсралт эсвэл кассетыг ачих, буулгах боломжийг олгодог. өгсөн.

Энэ нь бариул, толгой, зургаан өнцөгт хоолойн бүрхэвчээс бүрдэх ба дотор нь 126 ширхэг түлшний саваа байрлуулсан бөгөөд тэдгээр нь 12.2 мм-ийн давирхайтай гурвалжин торонд байрладаг. Кассет дахь түлшний саваа бэхэлгээг зайны тороор гүйцэтгэдэг: доод (зөөх), зэвэрдэггүй гангаар хийсэн дээд ба дунд чиглүүлэгч торууд. Эдгээр сараалжууд нь цирконы хайлшаар хийгдсэн төв хоолойгоор бие биетэйгээ механикаар холбогддог. Түлшний савааны доод үзүүрүүд нь доод тулгуур торонд хатуу бэхлэгдсэн, дээд үзүүрүүд нь дулааны чөлөөтэй тэлэлтийг хангахын тулд бэхэлгээгүйгээр дээд торны нүхэнд ордог. Кассетны толгой нь хөвөхөөс хамгаалж, дулааны тэлэлтийг нөхөх зургаан хаврын хавчаартай. Бариулын загвар нь төлөвлөгөөний өнцгийн дагуу кассетыг чиглүүлэх, бэхлэх, сагсны үүрэнд байрлуулах боломжийг олгодог. Ажлын кассетны масс 220 кг, кассет дахь VO2 масс 127 кг байна.

Цөмийн реакторын цөм ба дотоод төхөөрөмжийг байрлуулах зориулалттай, хөргөлтийн шингэнийг нийлүүлэх, гадагшлуулах хоолой, түүнчлэн реакторын доторх орон зайг битүүмжлэх төхөөрөмжтэй савыг цөмийн реакторын сав гэж нэрлэдэг. Цөмийн реакторын савыг таглах, реактор доторх дотоод даралтыг шингээх зориулалттай зөөврийн хэсгийг цөмийн реакторын таг гэнэ.

Цөмийн реакторын битүүмжлэлийн үндсэн угсралт нь цөмийн реакторын бүх горимд битүүмжлэлийг хангадаг гулсах фланц, цөмийн реакторын таг ба савны хоорондох битүүмжлэл бүхий угсрах хэсэг юм.

Цөмийн реакторын тагийг их биетэй холбож, дотоод жийргэвчийг шахдаг цагирагыг цөмийн реакторын үндсэн лацын даралтын цагираг гэнэ.

6. Дулааны болон хурдан реактор гэж юу вэ?

7. Буцалж буй усан реакторын атомын цахилгаан станцын давуу болон сул талууд юу вэ?

8. Шингэн металлыг хөргөх бодис болгон ашигладаг реакторын давуу болон сул талууд юу вэ?

9. Атомын цахилгаан станцуудын үндсэн технологийн диаграммыг зурах: VVER бүхий АЦС; RBMK-тай АЦС; ATEC; NPP ба BN; AST; ASPT.

10. Хяналтын саваа ямар зориулалттай вэ?

11. Савхныг ямар зорилгоор цогцолбор болгох вэ?

12. Яагаад реакторууд ажиллаж байна хурдан нейтронуудтэд амлаж байна уу?

13. Хөргөлтийн бодис болгон ямар хий ашигладаг вэ?

14. Кассетны хана ямар зориулалттай вэ?

15. Түлш нь ТВЭЛ-д хэрхэн байрладаг вэ?

Цахилгаан станцын ангиллын зарчим. Анги, дэд анги, бүлэг, дэд бүлгүүд.

Цахилгаан станцуудын ангилал

ХОЁРДУГААР ХЭСЭГ

ЦАХИЛГААН СУУРИЛУУЛАЛТ,
АЖИЛЛАЖ БАЙНА
ҮНЭГҮЙ ЭРЧИМ ХҮЧ



Анги– үндсэн процесс болон анхны (хэрэглэсэн) эрчим хүчний төрлөөр тодорхойлогддог.

Дэд анги- онцлог шинж чанар, хүлээн зөвшөөрөгдсөн (заншил) нэрээр тодорхойлогддог.

Бүлэг- үйлдвэрлэсэн (үүсгэсэн) эрчим хүчний төрлөөр тодорхойлогддог.

Дэд бүлэг– дизайны ялгаан дээр үндэслэн угсралтын төрлийг тодорхойлно.

Өвөрмөц онцлог, хөгжлийн төлөв байдлаас хамааран энэ хуваагдлыг үргэлж хатуу дагаж мөрддөггүй. Найман үндсэн анги байдаг:

1- дулааныцахилгаан станцууд: тэдгээрийн энерги ялгаруулах гол үйл явц бол хамгийн дээд түвшний (PHPT) фазын шилжилт, өөрөөр хэлбэл атомуудыг элементийн тоосонцор - электрон ба электрон болгон хэсэгчлэн эсвэл бүрэн хуваах явдал юм. Анхны энерги нь атом дахь энгийн бөөмсийн боломжит холболтын энерги буюу бодист хуримтлагдсан энерги юм.

2- байгалийнцахилгаан станцууд, өөрөөр хэлбэл байгалийн үзэгдлийн энергийг шууд ашигладаг суурилуулалт.

3- Кориолисцахилгаан станцууд - эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн гол үйл явц нь Кориолисийн хүчээр роторыг өөрөө эргүүлэхтэй холбоотой юм. Бодисын радиаль урсгалын анхны энерги нь өөр өөр байж болно: гидравлик, химийн, соронзон,...

4- цахилгаан соронзонцахилгаан станцууд - гол үйл явц нь цахилгаан урсгалыг хувиргах явдал юм янз бүрийн төрөлэрчим хүч: механик, дулаан, цахилгаан.

5- чичиргээний резонансцахилгаан станцууд - гол үйл явц нь чичиргээний резонансын нөхцөлд ажлын шингэний энергийн солилцоо юм. Эхлэх цэг бол эрчим хүч юм гадаад орчин, ялангуяа, агаар мандлын агаарын молекулууд.

6- эфирийнцахилгаан станцууд - гол үйл явц нь эфирийн конденсац, ялангуяа цахилгаан хий юм. Анхны энерги нь эфир юм.

7- цэнэглэдэгцахилгаан станцууд - үндсэн процесс нь эрчим хүч (цахилгаан, хими, дулааны,...) хуримтлуулах ба зай цэнэггүй болсон үед түүнийг гаргах явдал юм.

8- нэгтгэсэнцахилгаан станцууд - тодорхой ангиллын аль нэгэнд ангилахад хэцүү хэд хэдэн төрлийн эрчим хүч ялгаруулах процесс бүхий суурилуулалт.

Энэ ангилалд бүх уламжлалт чулуужсан түлшний цахилгаан станцууд, цөмийн, устөрөгчийн болон байгалийн шинэ эрчим хүчний үйлдвэрүүд орно.

Уламжлалт нь: дотоод болон гадаад шаталтат хөдөлгүүр, хийн ба уурын турбины нэгж, түүнчлэн янз бүрийн дулааны болон бойлерийн нэгжүүд.

Цөмд орчин үеийн атомын болон дулааны цахилгаан станцууд багтдаг бөгөөд тэдгээрт энерги ялгарах үйл явц нь цацраг идэвхт бодис бүрэн задрах замаар явагддаг.

Устөрөгчийн цахилгаан станцууд хүчилтөрөгчтэй урвалд орж ус үүсгэдэг устөрөгчийг ашигладаг.



Жагсаалтад орсон цахилгаан станцууд нь нэлээд алдартай бөгөөд тэдгээрийн талаархи техникийн ном зохиолууд маш их байдаг тул тэдгээрийг нарийвчлан тайлбарлах шаардлагагүй болно.

Байгалиасаа хэрэглэж байгаа шигээ хурдан нөхөгдөөд байдаггүй нүүрс, газрын тос, байгалийн хий, уран... гэсэн хязгаарлагдмал байгалийн нөөцийг ашиглаж байгааг онцлох хэрэгтэй. Эдгээр суурилуулалт нь хүн төрөлхтөнд хор хөнөөлтэй экологийн алдаатай байдаг.

Байгалийн эрчим хүчний суурилуулалт /1/ нь эдгээр сул талуудаас ангид, учир нь тэдгээр нь бодисыг (агаар, ус) зөвхөн хэсэгчлэн, ямар ч өөрчлөлтгүйгээр зөөлөн задалдаг. химийн шинж чанарбайгалийн нөхцөлд нөхөгддөг 10 -6% -ийн жижиг массын согогийн улмаас.

Хэдэн арван жилийн турш бүтээн байгуулалт нь хийгдээгүй, үр дүнгүй байсан дулааны цөмийн цахилгаан станцууд орчин үеийн онолын дагуу /1,2/ ажиллахгүй байгаа тул ангилалд ороогүй болно.

Үндсэндээ цахилгаан станцуудыг ЦЦС, ДЦС, ЦЦС, ГЦС, АЦС, УЦС гэж хуваах аргыг одоо ашиглаж байна. Илүү бүрэн тайлбар хийхийн тулд цахилгаан станцуудыг хэд хэдэн үндсэн шинж чанараар ангилж болно.

Эрчим хүчний анхдагч нөөцийн төрлөөр;

Эрчим хүч хувиргах үйл явцын талаар;

Эрчим хүчний тээвэрлэгчдийн тоо хэмжээ, төрлөөр;

Нийлүүлсэн эрчим хүчний төрлөөр;

Хамрах хүрээний хэрэглэгчдийн дагуу;

Үйл ажиллагааны горимын дагуу.

1. Ашиглаж буй эрчим хүчний анхдагч нөөцийн төрлөөр нь цахилгаан станцууд: органик түлш (ДЦС); цөмийн түлш (АЦС); усан цахилгаан станц (усан цахилгаан станц, шахуургатай цахилгаан станц, цахилгаан станц); нарны эрчим хүч (SES); салхины эрчим хүч (WPP); газар доорх дулаан (гео дулааны газрын гүний дулааны цахилгаан станц).

2. Ашигласан эрчим хүчийг хувиргах процессын дагуу цахилгаан станцууд нь дараахь байдлаар ялгагдана: үүссэн дулааны энерги нь механик болж, дараа нь цахилгаан эрчим хүч (ДЦС, АЦС) болж хувирдаг; үүссэн дулааны энергийг шууд цахилгаан энерги болгон хувиргадаг (MHD генератор бүхий цахилгаан станцууд, MHD-ES, фотоэлелтэй SES гэх мэт); ус, агаарын энергийг механик эргэлтийн энерги, дараа нь цахилгаан эрчим хүч (усан цахилгаан станц, шахуургатай цахилгаан станц, дулааны цахилгаан станц, салхины цахилгаан салхин цахилгаан станц, агаар хуримтлуулах хийн турбин цахилгаан станц) болгон хувиргадаг.

3. Цахилгаан станцууд нь ашигласан эрчим хүчний тээвэрлэгчдийн тоо, төрлөөр ялгаатай: нэг эрчим хүчний тээвэрлэгчтэй (ЦТС ба ДЦС, цөмийн ЦЦС ба уурын ДЦС, хийн эрчим хүч бүхий атомын цахилгаан станц, ГЦС); фазын төлөв байдлаас ялгаатай хоёр эрчим хүчний тээвэрлэгчтэй (уурын хийн цахилгаан станцууд, үүнд SG-CPP ба SG-CHP); ижил фазын төлөвийн хоёр өөр эрчим хүчний тээвэрлэгчтэй (хоёртын цахилгаан станц).

4. Цахилгаан станцыг нийлүүлж буй эрчим хүчний төрлөөр нь ялгадаг: зөвхөн эсвэл голчлон цахилгаан эрчим хүчээр хангадаг (усан цахилгаан станц, шахуургатай цахилгаан станц, дулааны болон хосолсон цахилгаан станц, атомын цахилгаан станц, хийн турбин цахилгаан станц, PG-KPP гэх мэт) .); цахилгаан болон дулааны эрчим хүчээр хангах (ЦЦС, Цөмийн ДЦС, ГТ-ЦЦС гэх мэт). Сүүлийн үед IES болон цөмийн IES нь дулааны эрчим хүчний хангамжийг улам бүр нэмэгдүүлж байна. Дулаан цахилгаан станцууд (ДЦС) цахилгаанаас гадна дулаан үйлдвэрлэдэг; Уурын дулааныг хосолсон эрчим хүчний үйлдвэрлэлд ашиглах нь түлшний хэмнэлтийг ихээхэн хэмжээгээр хангадаг. Хэрэв яндангийн уур эсвэл халуун ус хэрэглэдэг бол технологийн процесс ov, аж үйлдвэрийн аж ахуйн нэгжүүдийн халаалт, агааржуулалт, дараа нь дулааны цахилгаан станцуудыг үйлдвэрийн . Хотын орон сууц, нийтийн барилга байгууламжийг халаах, халуун ус хангамжийн зориулалтаар дулааныг ашиглахдаа ДЦС-ыг нийтийн (халаалтын) үйлдвэр гэж нэрлэдэг. Үйлдвэрийн дулааны ДЦС-уудыг дулаанаар хангадаг аж үйлдвэрийн аж ахуйн нэгжүүд, мөн хүн ам. Дулааны дулааны станцуудад турбин блокуудын хамт дулааны ачаалал ихтэй үед дулааныг хангах зориулалттай халуун усны бойлерууд байдаг.

5. Хамрах хүрээний хэрэглэгчдийн хүрээг үндэслэн дараахь зүйлийг ялгана: дүүргийн цахилгаан станц (улсын цахилгаан станц - улсын цахилгаан станц); орон нутгийн цахилгаан станцуудыг цахилгаан эрчим хүчээр хангах хувь хүний суурин газрууд; хэрэглэгчдийг эрчим хүчээр хангах блок станцууд.

6. EPS-д ажиллах горимын дагуу цахилгаан станцууд нь ялгагдана: суурь; маневрлах боломжтой эсвэл хагас оргил; оргил.

Эхний бүлэгт том, хамгийн хэмнэлттэй ЦЦС, АЦС, дулаан, цахилгаан станцууд (ДЦС) болон хэсэгчилсэн усан цахилгаан станцууд, хоёрдугаар бүлэгт маневрлах боломжтой конденсацийн цахилгаан станцууд, СГ-ЦС болон ДЦС, гуравдугаар бүлэгт оргил усан цахилгаан станцууд багтана. цахилгаан станцууд, усан цахилгаан станцууд, хийн турбин цахилгаан станцууд. СӨХ болон хэмнэлт багатай ЦЦС нь оргил горимд хэсэгчлэн ажилладаг.

Дээр дурдсан цахилгаан станцуудын ангиллын ерөнхий үндсэн шинж чанаруудаас гадна төрөл бүр өөрийн гэсэн дотоод ангиллын шинж чанартай байдаг. Жишээлбэл, IES болон CHP нь анхны параметрүүдээрээ ялгаатай, технологийн схем(блок ба хөндлөн холбоос), блокуудын нэгж хүчин чадал гэх мэт. АЦС-уудыг реакторын төрлөөр (дулааны болон хурдан нейтрон), реакторын хийц гэх мэт ангилдаг.

Дээр дурдсан цахилгаан станцуудын үндсэн төрлүүдийн зэрэгцээ Орос улсад хосолсон цикл ба цэвэр хийн турбин цахилгаан станцуудыг хөгжүүлж байна. Хосолсон цахилгаан станцуудыг (ЦГЦС) хоёр хувилбараар ашигладаг: өндөр даралтын уурын үүсгүүр, яндангийн хий нь ердийн уурын зууханд хаягддаг. Эхний хувилбарт даралтын дор шаталтын камерын шаталтын бүтээгдэхүүнийг өндөр даралттай авсаархан уурын генератор руу илгээдэг бөгөөд тэнд уур үүсдэг. өндөр даралт, мөн шаталтын бүтээгдэхүүнийг 750-800ºС хүртэл хөргөж, дараа нь хийн турбин руу илгээж, өндөр даралттай уурыг уурын турбинд нийлүүлдэг.

Хоёрдахь хувилбарт нэмэлтээр шаталтын камераас шаталтын бүтээгдэхүүн шаардлагатай тоо хэмжээТемпературыг 750-800ºС хүртэл бууруулахын тулд агаарыг хийн турбин руу илгээдэг бөгөөд тэндээс хүчилтөрөгчийн агууламж өндөртэй ойролцоогоор 350-400ºС-ийн яндангийн хий нь уурын турбины дулааны цахилгаан станцын ердийн уурын зууханд ордог. исэлдүүлэгч болон тэдний дулааныг өгөх.

Эхний схемд байгалийн хий эсвэл тусгай хийн турбины шингэн түлшийг шатаах ёстой; хоёр дахь схемд ийм түлшийг зөвхөн хийн турбины шатаах камерт, бойлерийн нэгжид түлшний тос эсвэл хатуу түлш шатаах ёстой. тодорхой давуу талыг илэрхийлдэг. Хоёр циклийг нэгтгэснээр уурын турбин цахилгаан станцтай харьцуулахад уурын цахилгаан станцын нийт үр ашиг ойролцоогоор 5-6% нэмэгдэнэ. Уурын цахилгаан станцын хийн турбины хүч нь хосолсон циклийн нэгжийн чадлын ойролцоогоор 20-25% байна. Хийн турбины хэсэг дэх тодорхой хөрөнгийн хөрөнгө оруулалт нь уурын турбины хэсэгтэй харьцуулахад бага байдаг тул уурын турбин цахилгаан станцад тодорхой хөрөнгийн хөрөнгө оруулалтыг 10-12% бууруулж байна. Хосолсон циклийн нэгжүүд нь ердийн конденсацийн нэгжээс илүү маневрлах чадвартай бөгөөд маневрлах IES-ээс илүү хэмнэлттэй тул хагас оргил бүсэд ажиллахад ашиглаж болно.

Атомын цахилгаан станцуудзаасан горимыг дагаж, эрчим хүч үйлдвэрлэдэг цөмийн байгууламжийг төлөөлнө тодорхой нөхцөл. Эдгээр зорилгын үүднээс цөмийн реакторыг хослуулан ашигладаг төслөөр тодорхойлсон нутаг дэвсгэрийг ашигладаг шаардлагатай системүүд, төхөөрөмж, тоног төхөөрөмж, бүтэц. Зорилтот даалгавруудыг хэрэгжүүлэхийн тулд мэргэшсэн ажилтнуудыг татан оролцуулдаг.

Орос дахь бүх атомын цахилгаан станцууд

Манай улсын болон гадаадад цөмийн энергийн түүх

40-өөд оны хоёрдугаар хагаст цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхийн тулд энх тайвны атомыг ашиглах анхны төслийг бий болгох ажил эхэлжээ. 1948 онд I.V. Курчатов нам, Зөвлөлт засгийн газрын зааврыг удирдлага болгон атомын энергийг цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд бодитоор ашиглах ажлыг эхлүүлэх саналыг дэвшүүлэв.

Хоёр жилийн дараа буюу 1950 онд Калуга мужид байрлах Обнинское тосгоноос холгүйхэн манай гаригийн анхны атомын цахилгаан станцын барилгын ажил эхэлсэн. 1954 оны 6-р сарын 27-нд 5 МВт хүчин чадалтай дэлхийн анхны аж үйлдвэрийн атомын цахилгаан станцыг ашиглалтад оруулсан. Зөвлөлт Холбоот Улс атомыг энх тайвны зорилгоор ашигласан дэлхийн анхны гүрэн болсон. Тухайн үед хотын статустай болсон Обнинск хотод станц нээгдэв.

Гэхдээ Зөвлөлтийн эрдэмтэд үүгээр зогссонгүй, тэд энэ чиглэлээр үргэлжлүүлэн ажиллаж, ялангуяа 4 жилийн дараа 1958 онд Сибирийн АЦС-ын эхний шатыг ажиллуулж эхлэв. Түүний хүч нь Обнинск дахь станцаас хэд дахин их байсан бөгөөд 100 МВт байв. Гэхдээ дотоодын эрдэмтдийн хувьд энэ нь хязгаар биш байсан бөгөөд бүх ажил дууссаны дараа станцын дизайны хүчин чадал 600 МВт байв.

ЗХУ-ын өргөн уудам нутагт атомын цахилгаан станц барих нь тухайн үед асар том хэмжээтэй байсан. Мөн онд барилгын ажил эхэлсэн Белоярскийн АЦС, эхний шат нь 1964 оны 4-р сард анхны хэрэглэгчдэдээ нийлүүлсэн. Атомын цахилгаан станц барих газарзүй нь бүхэл бүтэн улс орныг сүлжээндээ ороосон бөгөөд тэр жилдээ Воронеж хотод атомын цахилгаан станцын анхны блок ашиглалтад орсон бөгөөд түүний хүчин чадал 210 МВт, хоёр дахь блок нь таван жилийн дараа ашиглалтад орсон. 1969 онд 365 МВт-ын хүчин чадалтай. Атомын цахилгаан станцын бүтээн байгуулалт Зөвлөлтийн үед ч намжаагүй. Шинэ станцууд эсвэл аль хэдийн баригдсан станцуудын нэмэлт нэгжүүд хэдэн жилийн зайтай нээгдэв. Тиймээс аль хэдийн 1973 онд Ленинград өөрийн атомын цахилгаан станцыг хүлээн авсан.

Гэсэн хэдий ч Зөвлөлт засгийн газар ийм төслүүдийг боловсруулж чадсан цорын ганц зүйл биш юм. Их Британид тэд бас унтаагүй бөгөөд энэ нутгийн амлалтыг ухамсарлаж, энэ асуудлыг идэвхтэй судалжээ. Хоёрхон жилийн дараа, Обнинск хотод станц нээгдсэний дараа Британичууд энх тайвны атомыг хөгжүүлэх өөрсдийн төслийг эхлүүлсэн. 1956 онд Калдер Холл хотод британичууд өөрсдийн станцыг ажиллуулж, эрчим хүч нь Зөвлөлтийн үеийнхээс давж, 46 МВт болжээ. Тэд Атлантын далайгаас хоцрогдсонгүй, жилийн дараа америкчууд Шипингпорт дахь станцаа ёслол төгөлдөр ашиглалтад оруулав. Уг байгууламжийн хүчин чадал 60 МВт байсан.

Гэсэн хэдий ч энх тайван атомын хөгжил нь далд аюул заналхийллээр дүүрэн байсан бөгөөд үүнийг дэлхий нийт удалгүй мэдсэн. Эхний шинж тэмдэг нь 1979 онд Гурван миль аралд болсон томоохон осол байсан боловч үүний дараа бүх дэлхийг, ЗХУ-д сүйрүүлсэн. жижиг хот 1986 онд Чернобылд томоохон хэмжээний гамшиг болсон. Эмгэнэлт явдлын үр дагавар нөхөж баршгүй байсан ч үүнээс гадна энэ баримт нь цөмийн энергийг энхийн зорилгоор ашиглах боломжийн талаар дэлхий нийтийг бодоход хүргэв.

Энэ салбарын дэлхийн удирдагчид цөмийн байгууламжийн аюулгүй байдлыг сайжруулах талаар нухацтай бодож байна. Үүний үр дүнд 1989 оны 5-р сарын 15-нд Зөвлөлтийн нийслэлд зохион байгуулагдсан үүсгэн байгуулагчдын хурал болов. Ассемблей нь цөмийн цахилгаан станцын бүх операторуудыг багтаасан Дэлхийн холбоог байгуулахаар шийдсэн бөгөөд нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн товчлол нь WANO юм. Тус байгууллага хөтөлбөрөө хэрэгжүүлэх явцад дэлхийн хэмжээнд атомын цахилгаан станцуудын аюулгүй байдлын түвшинг дээшлүүлэхэд системтэй хяналт тавьдаг. Гэсэн хэдий ч бүх хүчин чармайлтыг үл харгалзан хамгийн орчин үеийн, анх харахад аюулгүй мэт санагдах объектууд ч гэсэн элементүүдийн довтолгоог тэсвэрлэж чадахгүй. 2011 онд Фукушима-1 станцад газар хөдлөлт, цунами хэлбэрээр илэрч байсан эндоген гамшгийн улмаас осол гарсан.

Атомын уналт

АЦС-ын ангилал

Атомын цахилгаан станцуудыг үйлдвэрлэх эрчим хүчний төрөл, реакторын төрөл гэсэн хоёр шалгуураар ангилдаг. Реакторын төрлөөс хамааран үйлдвэрлэсэн эрчим хүчний хэмжээ, аюулгүй байдлын түвшин, мөн станцад ямар түүхий эд ашиглаж байгааг тодорхойлдог.

Станцуудын үйлдвэрлэж буй эрчим хүчний төрлөөс хамааран тэдгээрийг хоёр төрөлд хуваадаг.

Тэдний гол үүрэг бол цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх явдал юм.

Атомын дулааны цахилгаан станцууд.Тэнд суурилуулсан халаалтын байгууламжийн ачаар станцад зайлшгүй гарах дулааны алдагдлыг ашиглан шугам сүлжээний усыг халаах боломжтой болно. Тиймээс эдгээр станцууд цахилгаанаас гадна дулааны эрчим хүч үйлдвэрлэдэг.

Эрдэмтэд олон сонголтыг судалж үзээд хамгийн оновчтой нь дэлхий даяар ашиглагдаж байгаа гурван сорт гэсэн дүгнэлтэд хүрчээ. Тэд хэд хэдэн арга замаар ялгаатай:

  1. Ашигласан түлш;
  2. Ашигласан хөргөлтийн бодис;
  3. Шаардлагатай температурыг хадгалахын тулд ажилладаг идэвхтэй бүсүүд;
  4. Гинжин урвалыг дэмжихэд зайлшгүй шаардлагатай, задралын үед ялгардаг нейтроны хурдыг бууруулдаг нэг төрлийн зохицуулагч.

Хамгийн түгээмэл төрөл бол баяжуулсан ураныг түлш болгон ашигладаг реактор юм. Энд энгийн эсвэл хөнгөн усыг хөргөгч, зохицуулагч болгон ашигладаг. Ийм реакторыг хөнгөн усны реактор гэж нэрлэдэг бөгөөд тэдгээрийн хоёр төрөл байдаг. Эхнийх нь турбиныг эргүүлэхэд ашигладаг уур нь буцалж буй усны реактор гэж нэрлэгддэг цөмд үүсдэг. Хоёрдугаарт, уурын формац нь гаднах хэлхээнд үүсдэг бөгөөд энэ нь дулаан солилцуур ба уурын генератороор дамжуулан эхний хэлхээнд холбогдсон байдаг. Энэхүү реакторыг өнгөрсөн зууны 50-аад онд боловсруулж эхэлсэн бөгөөд тэдгээрийн үндэс нь АНУ-ын армийн хөтөлбөр байв. Үүний зэрэгцээ, ойролцоогоор ижил хугацаанд Холбоо буцалж буй реакторыг бүтээсэн бөгөөд үүнд бал чулуун саваа зохицуулагчийн үүрэг гүйцэтгэсэн.

Энэ төрлийн зохицуулагчтай реактор нь практикт хэрэглэгдэх болсон. Бид хийн хөргөлттэй реакторын тухай ярьж байна. Түүний түүх 20-р зууны дөчөөд оны сүүл, тавиад оны эхэн үеэс эхэлсэн бөгөөд эхэндээ энэ төрлийн бүтээн байгуулалтыг цөмийн зэвсэг үйлдвэрлэхэд ашиглаж байжээ. Үүнтэй холбогдуулан зэвсгийн чанартай плутони ба байгалийн уран гэсэн хоёр төрлийн түлш тохиромжтой.

Арилжааны амжилтыг дагалдуулсан сүүлчийн төсөл бол хүнд усыг хөргөлтийн бодис болгон ашигладаг реактор, бидэнд аль хэдийн танил болсон байгалийн ураныг түлш болгон ашигладаг. Эхэндээ хэд хэдэн улс ийм реакторыг зохион бүтээж байсан боловч эцэст нь тэдний үйлдвэрлэл Канадад төвлөрсөн нь тус улсад ураны асар их орд газруудтай холбоотой юм.

Ториумын атомын цахилгаан станц - ирээдүйн эрчим хүч?

Цөмийн реакторын төрлийг сайжруулсан түүх

Манай гараг дээрх анхны атомын цахилгаан станцын реактор нь маш боломжийн, амьдрах чадвартай загвар байсан нь станцын олон жилийн өө сэвгүй үйл ажиллагааны явцад батлагдсан юм. Түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн дунд:

  1. хажуугийн усны хамгаалалт;
  2. өрлөгийн бүрээс;
  3. дээд давхарт;
  4. цуглуулах олон талт;
  5. түлшний суваг;
  6. дээд хавтан;
  7. бал чулуун өрлөг;
  8. доод хавтан;
  9. түгээлтийн олон талт.

Зэвэрдэггүй ган нь түлшний саваа бүрхүүл, технологийн сувгийн үндсэн бүтцийн материалаар сонгосон бөгөөд тэр үед 300 ° C-ийн температурт ажиллахад тохиромжтой цирконы хайлшийн талаар ямар ч мэдлэггүй байсан. Ийм реакторыг хөргөх ажлыг усаар хийсэн бөгөөд түүнийг нийлүүлэх даралт нь 100 хэм байв. Энэ тохиолдолд 280 градусын температуртай уурыг гаргасан бөгөөд энэ нь нэлээд дунд зэргийн үзүүлэлт юм.

Цөмийн реакторын сувгуудыг бүрэн сольж болохуйцаар зохион бүтээсэн. Энэ нь түлшний үйл ажиллагааны бүсэд үлдэх хугацаагаар тодорхойлогддог нөөцийн хязгаарлалттай холбоотой юм. Загвар зохион бүтээгчид цацрагийн дор үйл ажиллагааны бүсэд байрлах бүтцийн материал нь ашиглалтын бүхэл бүтэн хугацааг, тухайлбал 30 орчим жил дуусна гэж хүлээх үндэслэл олдсонгүй.

TVEL-ийн дизайны хувьд нэг талын хөргөлтийн механизмтай хоолойн хувилбарыг ашиглахаар шийдсэн

Энэ нь түлшний саваа гэмтсэн тохиолдолд задралын бүтээгдэхүүн хэлхээнд орох магадлалыг бууруулсан. Түлшний элементийн бүрхүүлийн температурыг зохицуулахын тулд уран-молибдений хайлшийн түлшний найрлагыг ашигласан бөгөөд энэ нь бүлээн усны матрицаар тархсан үр тариа хэлбэртэй байв. Ийм аргаар боловсруулсан цөмийн түлш нь өндөр найдвартай түлшний саваа авах боломжтой болсон. өндөр дулааны ачаалалд ажиллах чадвартай байсан.

Энхийн цөмийн технологийг хөгжүүлэх дараагийн шатны жишээ бол Чернобылийн атомын цахилгаан станц байж болно. Тухайн үед түүний бүтээн байгуулалтад ашигласан технологи нь хамгийн дэвшилтэт, реакторын төрөл нь дэлхийн хамгийн орчин үеийн гэж тооцогддог байв. Бид RBMK-1000 реакторын тухай ярьж байна.

Ийм нэг реакторын дулааны хүчин чадал 3200 МВт хүрсэн бол цахилгаан эрчим хүч нь 500 МВт хүрдэг хоёр турбогенератортой тул нэг эрчим хүчний нэгж нь 1000 МВт цахилгаантай байна. Баяжуулсан ураны давхар ислийг RBMK-ийн түлш болгон ашигласан. Процесс эхлэхээс өмнөх анхны төлөвт ийм түлшний нэг тонн нь ойролцоогоор 20 кг түлш, тухайлбал уран - 235. Ураны давхар ислийг реактор руу тогтмол ачаалахад бодисын масс 180 тонн байна.

Гэхдээ ачих үйл явц нь бөөнөөр нь биш, бидний сайн мэддэг түлшний элементүүдийг реакторт байрлуулсан байдаг. Үндсэндээ эдгээр нь цирконы хайлшаар хийгдсэн хоолой юм. Агуулга нь ураны давхар ислийн цилиндр хэлбэртэй шахмал юм. Реакторын үйл ажиллагааны бүсэд тэдгээрийг түлшний угсралтад байрлуулсан бөгөөд тус бүр нь 18 түлшний саваа нэгтгэдэг.

Ийм реакторт 1700 хүртэл ийм угсралт байдаг бөгөөд тэдгээрийг графит янданд байрлуулж, босоо технологийн суваг нь эдгээр зорилгоор тусгайлан хийгдсэн байдаг. Тэдгээрийн дотор хөргөлтийн бодис эргэлддэг бөгөөд RMBK-д ус үүрэг гүйцэтгэдэг. Усны эргүүлэг нь эргэлтийн насосны нөлөөн дор үүсдэг бөгөөд үүнээс найм байдаг. Реактор нь босоо амны дотор байрладаг бөгөөд график өрлөг нь 30 мм зузаантай цилиндр хэлбэртэй бүрхүүлд байрладаг. Бүхэл бүтэн аппаратын тулгуур нь бетонон суурь бөгөөд доор нь усан сан байдаг бөгөөд энэ нь ослыг нутагшуулах зориулалттай бөмбөлөг юм.

Гурав дахь үеийн реакторууд нь хүнд ус хэрэглэдэг

Үүний гол элемент нь дейтерий юм. Хамгийн түгээмэл загварыг CANDU гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь Канадад боловсруулагдсан бөгөөд дэлхий даяар өргөн хэрэглэгддэг. Ийм реакторын цөм нь хэвтээ байрлалд байрладаг бөгөөд халаалтын камерын үүргийг цилиндр хэлбэртэй савнууд гүйцэтгэдэг. Түлшний суваг нь халаалтын камерыг бүхэлд нь хамардаг бөгөөд эдгээр суваг тус бүр нь хоёр төвлөрсөн хоолойтой байдаг. Гаднах болон дотоод хоолой байдаг.

Дотор хоолойд түлш нь хөргөлтийн даралтын дор байдаг бөгөөд энэ нь үйл ажиллагааны явцад реакторыг нэмэлт цэнэглэх боломжийг олгодог. Д20 томьёотой хүнд усыг удаашруулагч болгон ашигладаг. Хаалттай циклийн үед түлшний багц агуулсан реакторын хоолойгоор ус шахдаг. Цөмийн хуваагдал нь дулааныг үүсгэдэг.

Хүнд ус ашиглах үед хөргөх мөчлөг нь уурын генератороор дамжин өнгөрөхөөс бүрддэг бөгөөд хүнд уснаас үүссэн дулаанаас энгийн ус буцалж, улмаар өндөр даралтын дор гарч ирдэг уур үүсдэг. Энэ нь реактор руу буцаж тархаж, хөргөлтийн хаалттай циклийг бий болгодог.

Энэ замаар төрлүүдийг алхам алхмаар сайжруулсан цөмийн реакторууд, дэлхийн янз бүрийн улс орнуудад ашиглагдаж байсан бөгөөд ашиглаж байна.

Мэдлэгийн санд сайн ажлаа илгээх нь энгийн зүйл юм. Доорх маягтыг ашиглана уу

Мэдлэгийн баазыг суралцаж, ажилдаа ашигладаг оюутнууд, аспирантууд, залуу эрдэмтэд танд маш их талархах болно.

http://www.allbest.ru/ сайтад нийтлэгдсэн.

Оршил

2. Цөмийн реактор. Цөмийн реакторын төрлүүд

Дүгнэлт

Оршил

40-өөд оны хоёрдугаар хагаст. Зөвлөлтийн эрдэмтэд атомын энергийг энхийн зорилгоор ашиглах анхны төслүүдийг боловсруулж эхэлсэн бөгөөд ерөнхий чиглэл нь шууд цахилгаан эрчим хүч болжээ.

1954 оны 6-р сарын 27-нд Калуга мужид орших Обнинск хотод ЗХУ-д 5 МВт-ын хүчин чадалтай дэлхийн анхны аж үйлдвэрийн атомын цахилгаан станц ашиглалтад орсон.

Орчин үеийн соёл иргэншлийг цахилгаан эрчим хүчгүйгээр төсөөлөхийн аргагүй юм. Цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэл, хэрэглээ жил бүр нэмэгдэж байна. Цөмийн урвалын үед ялгарах энерги нь ердийн химийн урвалаас (жишээлбэл, шаталтын урвал) үүссэнээс хэдэн сая дахин их байдаг тул цөмийн түлшний илчлэг нь ердийн түлшнийхээс хэмжээлшгүй их байдаг. Үндсэн зарчимцөмийн цахилгаан станцын үйл ажиллагаа - цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд цөмийн түлш ашиглах.

Энэхүү төсөл нь “Атомын цахилгаан станц” сэдэвт зориулагдсан. Энэ сэдвийн хамаарал нь сонирхол нэмэгдсэнтэй холбоотой юм орчин үеийн шинжлэх ухаанхүн төрөлхтний эрчим хүчний хэрэгцээ нэмэгдэж байгаатай холбогдуулан цөмийн эрчим хүч. Ажлын зорилго нь АЦС-ын үйл ажиллагааны зарчим, АЦС-д хэрэглэгдэх тоног төхөөрөмж, цөмийн урвалын механизм, түүнчлэн цөмийн байгууламжийн аюулгүй байдлыг хангах аргуудыг судлахад оршино. Энэхүү бүтээлд цөмийн байгууламжийн хамгийн чухал ангилал, цөмийн реакторын бүтэц, үйл ажиллагааны зарчим, термодинамикийн мөчлөгийг танилцуулж байна. уурын турбин үйлдвэртүүний үр ашгийг нэмэгдүүлэх аргууд, түүнчлэн цөмийн урвал ба термоядролын нэгдлийн урвалын жишээнүүд.

1. Атомын цахилгаан станцын ангилал

атомын цахилгаан станц цөмийн энерги

Атомын цахилгаан станцуудыг дараахь үзүүлэлтээр хуваана.

1. Хэлхээний тоо.

2. Реакторын төрөл. Реакторыг дулааны болон хурдан нейтрон реактор гэж хуваадаг.

3. Турбины төрөл: ханасан буюу хэт халсан уур.

4. Хөргөлтийн төрөл - хий, ус, шингэн металл.

5. Реакторын дизайны онцлог, тухайлбал суваг төрлийн реактор эсвэл савны төрлийн реактор.

6. Зохицуулагчийн төрөл: бал чулуу эсвэл хүнд ус.

Атомын цахилгаан станцуудын хамгийн чухал ангилал бол хэлхээний тоогоор нь ангилах явдал юм. Хэлхээний тоог бүх онцгой байдлын үед нэгжийн аюулгүй ажиллагааг хангах шаардлагыг харгалзан сонгоно. Хэлхээний тоо нэмэгдэх нь мөчлөгт нэмэлт алдагдал гарч, үүний дагуу атомын цахилгаан станцын үр ашиг буурч байгаатай холбоотой юм.

Атомын цахилгаан станцуудын үйл ажиллагаа нь цөмийн урвалын явцад олж авсан энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргахад суурилдаг. Энэ өөрчлөлт нь хэд хэдэн үе шаттайгаар явагддаг.

Аливаа атомын цахилгаан станцын системд хөргөлтийн болон ажлын шингэний хооронд ялгаа байдаг. Мэдэгдэж байгаагаар, үйл ажиллагааны станцуудад эх үүсвэрийн энергийг дулаан болгон хувиргах үйл явц тасралтгүй явагддаг бөгөөд хэрэв дулааныг зайлуулах ажлыг зогсоовол угсралт зайлшгүй хэт халах болно. Тиймээс эх үүсвэрийн хамт дулааны эрчим хүчний хэрэглэгч шаардлагатай бөгөөд энэ нь дулааныг авч, өөр төрлийн энерги болгон хувиргах эсвэл өөр системд шилжүүлэх болно. Дулаан нь хөргөлтийн бодис ашиглан эх үүсвэрээс хэрэглэгч рүү дамждаг, өөрөөр хэлбэл. Хөргөлтийн шингэний зорилго нь реакторт ялгарах дулааныг зайлуулах явдал юм. Ус нь эрчим хүчний реакторуудад өргөн тархсан бөгөөд энэ нь дулааны өндөр хүчин чадалтай тул өндөр зардал шаарддаггүй, харин даралт ихсэх шаардлагатай байдаг. Дулааны энергийг механик энерги болгон хувиргадаг орчин, i.e. ажилладаг бөгөөд ажиллах шингэн юм. Атомын цахилгаан станцын ажлын шингэн нь усны уур юм. Турбин руу орж буй ажлын шингэн ба хөргөлтийн шингэнд байнга цацраг идэвхт бодис агуулагддаг цэвэршилтэд тавигдах шаардлага маш өндөр тул хаалттай хэлхээг шаарддаг. Хэрэв хөргөлтийн болон ажлын шингэний хэлхээг тусгаарлаагүй бол атомын цахилгаан станцыг нэг хэлхээ гэж нэрлэдэг. Уур үүсэх нь реакторт явагддаг бөгөөд уурыг турбин руу илгээдэг бөгөөд энэ нь ажил үүсгэдэг бөгөөд энэ нь генератор дахь цахилгаан болж хувирдаг. Бүх уурыг конденсаторт конденсацласны дараа конденсатыг реактор руу буцааж шахдаг. Ийм реакторууд нь үндсэн эргэлтийн насос суурилуулсан хөргөлтийн албадан эргэлтээр ажилладаг. Тиймээс хөргөлтийн хэлхээ нь мөн ажлын шингэний хэлхээ юм. Нэг хэлхээний хэлхээнд бүх тоног төхөөрөмж цацраг идэвхт нөхцөлд ажилладаг бөгөөд энэ нь засварыг хүндрүүлдэг.

Цагаан будаа. 1 Атомын цахилгаан станцын дулааны диаграм: a - нэг хэлхээ; b - давхар хэлхээ; c - гурван хэлхээ; 1 - реактор; 2 - турбин; 3- турбогенератор; 4- конденсацын нэгж; 5- конденсат насос; б - тэжээлийн усны нөхөн сэргээх халаалтын систем; 7 - тэжээлийн насос; 8 - уурын генератор; 9 - реакторын хэлхээний эргэлтийн насос; 10 - завсрын хэлхээний эргэлтийн насос

Хэрэв хөргөлтийн болон ажлын шингэний хэлхээг тусгаарласан бол атомын цахилгаан станцыг давхар хэлхээ гэж нэрлэдэг. Үүний дагуу хөргөлтийн хэлхээг эхнийх, ажлын шингэний хэлхээг хоёр дахь гэж нэрлэдэг. Давхар хэлхээтэй станцад уурын генератор шаардлагатай бөгөөд энэ нь эхний болон хоёр дахь хэлхээг тусгаарладаг. Ийм схемд зөвхөн реакторын хэлхээ нь цацраг идэвхт бодис бөгөөд хөргөлтийн бодисыг уурын генератороор шахаж, дулааныг хоёрдогч хэлхээний ажлын шингэн рүү шүргэхгүйгээр дамжуулж, реактор руу буцаан нийлүүлдэг. эргэлтийн насос. Хоёр дахь хэлхээнд цацраг идэвхгүй үед ажилладаг тоног төхөөрөмж багтдаг - энэ нь тоног төхөөрөмжийн засварыг хялбаршуулдаг. Уурын генераторын уур нь турбин руу орж, дараа нь конденсатор руу орж, насосоор уурын генератор руу буцдаг. Уурын генератор дахь дулаан дамжуулалт нь хөргөлтийн болон ажлын шингэний хоорондох температурын зөрүүг шаарддаг. Усан хөргөлтийн хувьд энэ нь эхний хэлхээн дэх даралт хоёр дахь даралтаас өндөр байх ёстой гэсэн үг юм.

Хэрэв атомын цахилгаан станц нь ус биш, жишээлбэл, шингэн натри гэх мэт хөргөлтийн шингэнийг ашигладаг бол станцын хэвийн ажиллагааг хангахын тулд нэмэлт завсрын хэлхээг бий болгох шаардлагатай. Ашиглалтын явцад уурын генераторын тодорхой хэсэгт анхдагч ба хоёрдогч хэлхээний даралтын зөрүүгээс болж алдагдал үүсч болно. Тиймээс хөргөлтийн шингэн алдагдаж, хоёрдогч хэлхээний цацраг идэвхт бохирдолд хүргэдэг. Шингэн натри нь уур, устай эрчимтэй харилцан үйлчилдэг тул үйлчилгээ үзүүлж буй байранд цацраг идэвхт бодис ялгарах аюултай. Тиймээс онцгой байдлын үед ч цацраг идэвхт натри нь ус эсвэл усны ууртай харьцахаас зайлсхийхийн тулд нэмэлт завсрын хэлхээг бий болгодог. Ийм атомын цахилгаан станцыг гурван хэлхээтэй атомын цахилгаан станц гэж нэрлэдэг.

Цацраг идэвхт шингэн металлын хөргөлтийг реактор болон завсрын дулаан солилцуураар шахаж, дулааныг цацраг идэвхт бус шингэн металлын хөргөлтийн шингэн рүү шилжүүлдэг. Сүүлийнх нь завсрын хэлхээг бүрдүүлдэг системээр дамжуулан уурын генератороор шахагдана. Завсрын хэлхээний даралтыг эхнийхээс өндөр байлгадаг. Тиймээс анхдагч хэлхээнээс завсрын хэлхээ рүү цацраг идэвхт натрийн урсгал боломжгүй юм. Үүнтэй холбогдуулан завсрын болон хоёрдогч хэлхээний хооронд гоожиж байвал ус эсвэл уурын холбоо нь зөвхөн цацраг идэвхт бус натритай байх болно.

2. Цөмийн реактор, түүний төрлүүд

Атомын цахилгаан станц бүрийн зүрх нь цөмийн реактор буюу хяналттай цөмийн гинжин урвал явагддаг төхөөрөмж юм. Одоогоор ураны изотоп U235, U238, мөн Pu239-ийг цөмийн түлш болгон ашиглах боломжтой. Цөмийн хуваагдал нь тодорхой энерги бүхий нейтронуудын нөлөөн дор явагддаг (энэ энергийн үнэ цэнэ нь тодорхой хязгаарт байх ёстой: удаан эсвэл хурдан бөөмс нь цөм рүү нэвтрэхгүйгээр зүгээр л хөөгдөнө). Хоёр төрлийн нейтрон байдаг: хурдан ба удаан. Нейтрон янз бүрийн төрөлзадрах элементүүдийн цөмд өөрөөр нөлөөлдөг.

Дулааны нейтроны цөмийн реакторуудад ураны изотоп U235-ийг цөмийн түлш болгон ашигладаг бөгөөд түүний хуваагдал нь нейтроныг хурдтай харьцуулахад 3-4 дахин удаашруулсан тохиолдолд л тохиолддог. Тиймээс реактор дахь гинжин урвалыг хянахын тулд нейтронууд эрчим хүчнийхээ зарим хэсгийг алддаг материалыг ашигладаг. Нейтроны хурдыг бууруулдаг ийм материалыг цөмийн урвалын зохицуулагч гэж нэрлэдэг. Сайн нейтрон зохицуулагч нь бал чулуу, энгийн ба хүнд ус, бериллийн нэгдлүүд юм.

Цөмийн реактор нь идэвхтэй бүс ба цацруулагчаас бүрдэнэ. Цөм нь зохицуулагч ба цөмийн түлшийг агуулдаг бөгөөд энэ нь түлшний саваа гэж нэрлэгддэг түлшний элементүүдэд агуулагддаг. Хөргөлтийн шингэн нь реакторын цөмөөр урсдаг. Энэ нь ихэвчлэн энгийн ус боловч шингэн бал чулуу, хүнд усыг бас ашиглаж болно. Нейтрон шингээгч савааг цөмөөс нь салгаснаар реактор ажиллаж эхэлдэг.

Цагаан будаа. 2 Дулааны нейтрон реакторын бүдүүвч бүтэц: 1 -- удирдах саваа; 2 -- цацрагийн хамгаалалт; 3 -- дулаан тусгаарлагч; 4 - зохицуулагч; 5 - цөмийн түлш; 6 - хөргөлтийн шингэн

Одоогийн байдлаар хоёр төрлийн цөмийн реактор байдаг: VVER (усаар хөргөлттэй цахилгаан реактор) ба RBMK (өндөр чадлын сувгийн реактор). Үүний ялгаа нь RBMK нь буцалж буй реактор бөгөөд VVER нь 120 атмосферийн даралттай ус хэрэглэдэг.

TVEL - түлшний элемент. Эдгээр нь цирконы бүрхүүлтэй саваа бөгөөд дотор нь ураны давхар ислийн шахмалууд байдаг.

Хурдан нейтрон реакторууд нь уран U238 болон плутони Pu239-ийн изотопыг цөмийн түлш болгон ашигладаг. Ийм реакторууд нь бусад бүх төрлийн реакторуудаас эрс ялгаатай. Үүний гол зорилго нь байгалийн ураны бүхэлд нь буюу ихээхэн хэсгийг, түүнчлэн одоо байгаа шавхагдсан ураны нөөцийг шатаах зорилгоор U238-аас ялгардаг плутонийг өргөжүүлэх явдал юм. Хурдан нейтроны реакторын энергийг хөгжүүлснээр өөрийгөө хангах асуудлыг шийдэж болно цөмийн эрчим хүчтүлш.

Юуны өмнө, хурдан нейтрон реакторт зохицуулагч байдаггүй. Үүнтэй холбогдуулан U235-ыг түлш болгон ашигладаггүй, харин хурдан нейтроноор хуваагдах боломжтой Pu239, U238-ийг ашигладаг. U238 дангаар хангаж чадахгүй хангалттай нейтроны урсгалын нягтыг хангахын тулд плутони хэрэгтэй. Хурдан нейтрон дээрх реакторын дулаан ялгаруулалт нь удаан нейтрон дээрх реакторын дулаан ялгаруулснаас араваас арван тав дахин их байдаг тул усны оронд (ийм хэмжээний энергийг дамжуулах боломжгүй) хайлсан натри ашигладаг ( оролтонд түүний температур 370 градус, гаралтын үед - 550). Тиймээс хурдан нейтрон реактор бүхий атомын цахилгаан станцыг хэвийн ажиллуулахын тулд гурав дахь хэлхээ шаардлагатай. Ийм реактор ажиллаж байх үед нейтроны маш хүчтэй ялгаралт үүсдэг бөгөөд тэдгээр нь цөмийн эргэн тойронд байрлах U238 давхаргад шингэдэг. Энэ тохиолдолд ураныг Pu239 болгон хувиргадаг бөгөөд энэ нь эргээд реакторт хуваагддаг элемент болгон ашиглаж болно.

Одоогийн байдлаар хурдан нейтрон реакторууд өргөн хэрэглэгддэггүй бөгөөд энэ нь дизайны нарийн төвөгтэй байдал, бүтцийн хэсгүүдэд хангалттай тогтвортой материалыг олж авах асуудалтай холбоотой юм. Ирээдүйд ийм реакторууд өргөн тархах болно гэж үзэж байна.

3. Атомын цахилгаан станцын үндсэн технологийн тоног төхөөрөмжийн ашиглалт

Үндсэн мэдээлэл технологийн тоног төхөөрөмжАтомын цахилгаан станцыг 1-р зурагт үзүүлэв.

Реакторын цөмөөр эргэлдэж, түлшний саваа угаах замаар хөргөлтийн шингэн нь дулааныг хүлээн авдаг. Энэ эргэлтийг үндсэн эргэлтийн насосоор гүйцэтгэдэг. Хөргөлтийн нэг фазын шинж чанар нь АЦС-ын төхөөрөмжид эзэлхүүн (даралт) компенсаторыг оруулах шаардлагатай байдаг бөгөөд нэг хэлхээтэй АЦС-ын ажлыг тусгаарлагч хүрдээр гүйцэтгэдэг. Давхар хэлхээ ба гурван хэлхээтэй атомын цахилгаан станцын зайлшгүй нэгж бол уурын генератор юм. Уурын үүсгүүрийн дулаан солилцооны хоолойд орохдоо анхдагч хэлхээний хөргөлт нь хоёрдогч хэлхээний усанд дулааныг өгч, уур болж хувирдаг. Уурыг дулааны энергийг механик энерги болгон хувиргах зориулалттай төхөөрөмж болох уурын турбин руу илгээдэг. Аливаа турбины ажиллах зарчим нь салхин тээрмийн ажиллах зарчимтай төстэй. Турбин дахь уур нь ротор дээр тойрог хэлбэрээр байрлуулсан ирийг эргүүлдэг. Турбины ротор нь үйлдвэрлэдэг генераторын ротортой хатуу холбогдсон байдаг цахилгаан. Турбины параметрүүд ба дизайны хувьд ялгаатай байдаг - усан хөргөлтийн хувьд энэ нь дунд даралтын ханасан уурын турбин, шингэн металлын хөргөлтийн хувьд энэ нь өндөр даралтын хэт халсан уурын турбин юм. Турбинд адиабатаар өргөжиж буй уур ажилладаг. Тэндээс яндангийн уурыг конденсатор руу илгээдэг. Конденсатор нь угсралтын ажилд давхар үүрэг гүйцэтгэдэг: нэгдүгээрт, энэ нь уурын болон усны орон зайтай бөгөөд яндангийн уур ба хөргөлтийн усны хооронд дулаан солилцдог гадаргуугаар тусгаарлагдсан байдаг. Тиймээс уурын конденсатыг ууссан давс агуулаагүй хамгийн тохиромжтой ус болгон ашиглаж болно. Хоёрдугаарт, конденсаторт уурын тодорхой хэмжээ огцом буурч, дусал шингэний төлөвт шилжих үед вакуум орж ирдэг бөгөөд энэ нь суурилуулалтын туршид хадгалагдаж, уурыг дотор нь өргөжүүлэх боломжийг олгодог. турбиныг өөр агаар мандалд оруулж, улмаар нэмэлт ажил гүйцэтгэнэ.

Үүссэн конденсатыг конденсатороос насосоор тасралтгүй сорж, шахаж, дахин уур үүсгэгч төхөөрөмж - реактор эсвэл уурын генератор руу илгээдэг.

Тиймээс атомын цахилгаан станцад цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх технологийн процесст дараахь зүйлс орно: конденсатын температурыг ханасан температур хүртэл нэмэгдүүлэх, түүнээс уур гаргах, турбин дахь уурыг өргөтгөх, даралт, температурыг урд талын анхны утгаас бууруулах. турбины конденсатор дахь вакуумд тохирох утга хүртэл. Тиймээс реакторын суурилуулалтыг тодорхой термодинамикийн мөчлөг гүйцэтгэдэг дулааны хөдөлгүүр гэж илэрхийлж болно. Орчин үеийн уурын цахилгаан станцын онолын мөчлөг нь Рэнкин цикл юм.

Диаграм дээрх K мөр нь хуваах шугам юм: тохирох параметрүүдтэй, энэ шугамын дээрх диаграмм дээрх бүх цэгүүдэд зөвхөн уур, доор нь уур, усны холимог байна.

Конденсатор дахь нойтон уур нь изобар p2=const (мөр 2 - 3) дагуу бүрэн өтгөрдөг. Дараа нь усыг насосоор шахаж P2 даралтаас P1 даралт хүртэл шахдаг бөгөөд энэ адиабат процессыг T-S диаграммд босоо сегмент 3-4-ээр дүрсэлсэн болно.

Адиабат сегментийн 3-4-ийн бага утгыг харуулж байна жижиг ажилус шахахад насосоор зарцуулсан. 1-2-р тэлэлтийн процессын үед усны уурын үйлдвэрлэсэн ажлын хэмжээтэй харьцуулахад шахалтын ажлын хэмжээ бага байгаа нь Рэнкиний мөчлөгийн чухал давуу тал юм.

Шахуургаас Р2 даралттай ус уурын үүсгүүрт орж, дулааныг изобар хэлбэрээр өгдөг (процесс 4-5 P1=const). Эхлээд уур үүсгэгч дэх усыг буцалгатал халааж (хэсэг 4-5 изобар P1=const) дараа нь буцалгах цэгт хүрмэгц уурших процесс явагдана (хэсэг 5-6 изобар P1=const). 6-1-р хэсэгт уур нь уурын генераторт хэт халсан бөгөөд дараа нь уур нь турбин руу ордог. Турбин дахь тэлэлтийн процессыг адиабат 1-2-оор төлөөлдөг.Яасан нойтон уур нь конденсатор руу орж, цикл хаагдана.

Дулааныг урвуу мөчлөгт ажил болгон хувиргах үр ашгийг дараахь томъёогоор тодорхойлсон дулааны үр ашгаар тодорхойлно.

Энд lc нь мөчлөгийн ажил, q1 нь дулааны оролт юм.

Энэ мөчлөгт lc циклийн ажил нь турбин lt хүлээн авсан ба насос ln зарцуулсан ажлын зөрүү юм.

Тиймээс мөчлөгийн дулааны үр ашгийн илэрхийлэл нь дараах хэлбэртэй байна.

Lt - ln / q1

Уурын турбин станцын эргэлтийг бүрдүүлдэг бүх процессууд нь бодисын урсгалд явагддаг. Тиймээс тэдгээрийг шинжлэхдээ термодинамикийн эхний хуулийн тэгшитгэлийг урсгалд ашиглах хэрэгтэй.

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

Бид турбин ба насосны ажлыг гэж үздэг техникийн ажил ltech. Энэ тохиолдолд турбины оролт ба гаралтын кинетик энерги нь тэнцүү байх тохиолдолд турбин дахь уурын адиабат тэлэлтийн үйл явцын ажил:

Үүнтэй ижил нөхцөлд насос дахь ус шахах адиабат үйл явцын ажлын үнэмлэхүй утга нь:

Дараа нь Ранкайн мөчлөгийн дулааны үр ашгийг дараах байдлаар илэрхийлж болно.

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

Тусгай насосны ажил үнэмлэхүй үнэ цэнэЭнэ нь турбины ажлын 3-4% -иас бага байдаг тул заримдаа тооцоололд энэ ажлыг үл тоомсорлодог.

ii нь мөчлөгийн харгалзах цэгүүд дэх ус ба уурын энтальпийн утгууд бөгөөд тэдгээрийг харгалзах хүснэгтүүдийг ашиглан олж болно.

Уурын анхны даралтыг нэмэгдүүлэх замаар Рэнкиний мөчлөгийн дулааны үр ашгийг нэмэгдүүлэх боломж нь хязгаараас хэтрэхгүй байх шаардлагаар хязгаарлагддаг. хязгаарын утгатурбин дахь тэлэлтийн төгсгөлд түүний ажиллагааны аюулгүй байдлыг хангахын тулд уурын чийгшил. Зарим завсрын даралтаар уурын хоёрдогч хэт халалтыг нэвтрүүлэх замаар мөчлөгийн тохиргоог өөрчлөх замаар үүнээс зайлсхийх боломжтой. Энэ зорилгоор өндөр даралтын цилиндр ба хэд хэдэн нам даралтын цилиндрээс бүрдэх хоёр үе шаттай турбиныг ашигладаг. Уурын хэт халалт гэж нэрлэгддэг угсралтын тусгай элемент - хэт халаагуурт үүсдэг бөгөөд уур нь өгөгдсөн P1 даралттай ханасан температураас давсан температурт халаадаг. Энэ тохиолдолд дулаан хангамжийн дундаж температур нь хэт халалтгүй мөчлөгийн дулаан хангамжийн температуртай харьцуулахад нэмэгдэж, улмаар мөчлөгийн дулааны үр ашиг нэмэгддэг. Хэт халсан ууртай Ранкайн цикл нь орчин үеийн дулааны эрчим хүчний инженерчлэлд ашиглагддаг дулааны цахилгаан станцуудын гол цикл юм.

Цагаан будаа. 3 T-S диаграмм дахь хоёрдогч уурын хэт халалт бүхий Ранкин цикл

Уурын генераторын уурыг өндөр даралтын цилиндрт (HPC) чиглүүлж, уурын нэг хэсгийг хэт халах зорилгоор авдаг. Өндөр даралтын цилиндрт өргөсгөх (1-а диаграммын процесс) уур нь ажилладаг. HPC-ийн дараа уурыг хэт халаагуур руу илгээдэг бөгөөд эхэнд авсан уурын хэсэг нь хөргөсний улмаас хатааж, илүү өндөр температурт халаадаг (гэхдээ бага даралттай, процесс a-bдиаграммд) ба турбины (LPC) нам даралтын цилиндрт ордог. LPC-д уур өргөжиж, дахин ажиллаж (диаграммд b-2 процесс) конденсатор руу ордог. Үлдсэн процессууд нь дээр дурдсан Рэнкиний мөчлөгийн процессуудтай тохирч байна. Завсрын уурын хэт халалтын мөчлөгийн үр ашгийг дараахь томъёогоор тодорхойлно.

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

Уурын хоёрдогч хэт халалтыг хийх даралтын сонголтоос хамааран хоёрдогч хэт халалтын мөчлөгийн үр ашиг нь хоёрдогч хэт халалтгүй мөчлөгийн үр ашгаас их эсвэл бага байж болно. Үнэн хэрэгтээ уурын хоёрдогч хэт халалтын мөчлөгийг хоёр мөчлөгийн хослолоор төлөөлж болно - эхний мөчлөг 1-с-2ґ-3-1 ба нэмэлт a-b-2-c-a. Хоёр мөчлөг хоёулаа T2 дулааныг зайлуулах ижил температуртай тул нэмэлт цикл дэх дулааны оролтын дундаж температур Tav нь эхнийхээс өндөр байх тохиолдолд нийт мөчлөг нь эхнийхээс өндөр дулааны үр ашигтай байх болно. Хариуд нь нэмэлт мөчлөгийн дулаан хангамжийн дундаж температур нь хоёрдогч хэт халалт эхлэх температураас хамаардаг бөгөөд энэ нь хэт халалт үүсэх даралтаар тодорхойлогддог. Даралт, үүний дагуу температур буурах тусам нэмэлт мөчлөгт дулааны хангамжийн дундаж температур буурах боловч энэ мөчлөгт олж авсан ажил, түүний цогц мөчлөгийн нийт ажилд оруулах хувь нэмэр нэмэгддэг. Эдгээр хоёр хүчин зүйлийн эсрэг тэсрэг нөлөөгөөр хоёрдогч уурын хэт халалтыг эхлүүлэх оновчтой температур байдаг бөгөөд энэ нь завсрын уурын хэт халалтын мөчлөгийн дулааны үр ашгийн хамгийн их өсөлтийг хангадаг. Уурын хоёрдогч хэт халалтыг ашиглах нь уурын турбины нэгжийн үр ашгийг 4-5% -иар нэмэгдүүлэх боломжтой болгодог.

Тэжээлийн усыг нөхөн сэргээх халаалт

Халаалтын инженерийн хувьд "нөхөн сэргээх" гэдэг нь хаягдал дулааны нэг хэсгийг буцааж суурилуулах, цаашид ашиглахад ашиглах гэсэн үг юм. Тэжээлийн усыг нөхөн сэргээх халаалт гэдэг нь конденсатороос реактор руу (нэг хэлхээтэй атомын цахилгаан станцын хувьд) эсвэл уурын генератор (хоёр хэлхээтэй атомын цахилгаан станцын хувьд) руу урсаж буй конденсатыг халаах явдал юм. Карногийн мөчлөгтэй харьцуулахад Рэнкиний мөчлөгийн үр ашиг бага байгаа нь олон тооныУурын конденсацын үед дулааны энерги нь конденсатор дахь хөргөлтийн ус руу шилждэг.

Алдагдлыг багасгахын тулд турбинаас гарч буй уурын нэг хэсгийг сонгон, нөхөн сэргээх халаагуур руу илгээдэг бөгөөд сонгосон уурын конденсацийн үед ялгарсан дулааны энерги нь үндсэн уурын урсгалын конденсацийн дараа олж авсан усыг халаахад зарцуулдаг. Бодит уурын эрчим хүчний мөчлөгт нөхөн сэргээлтийг турбины завсрын үе шатуудаас (нөхөн сэргээх сонголт гэж нэрлэдэг) уурыг хүлээн авдаг нөхөн төлжих, гадаргуугийн эсвэл холигч, дулаан солилцуур ашиглан гүйцэтгэдэг.

4. Цөмийн урвал. Термоядролын нэгдэл

Атом бол орчлон ертөнцийн барилгын материал юм. Зөвхөн зуу орчим төрлийн атомууд байдаг. Ихэнх элементүүд тогтвортой байдаг (жишээлбэл, агаар мандалд хүчилтөрөгч, азот; нүүрстөрөгч, хүчилтөрөгч, устөрөгч нь бидний биеийн болон бусад бүх амьд организмын үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг юм). Бусад элементүүд, ихэвчлэн маш хүнд байдаг нь тогтворгүй байдаг, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь аяндаа задарч бусад элементүүдийг үүсгэдэг. Энэ өөрчлөлтийг цөмийн урвал гэж нэрлэдэг.

Цөмийн урвал гэдэг нь энгийн бөөмс, g-квант эсвэл өөр хоорондоо харилцан үйлчлэх үед атомын цөмүүдийн хувирал юм.

Цөмийн урвалыг хоёр төрөлд хуваадаг: цөмийн задрал ба термоядролын нэгдэл.

Цөмийн хуваагдлын урвал гэдэг нь атомын цөмийг хуваагдлын фрагмент гэж нэрлэгддэг ижил төстэй масстай хоёр (бага гурван) цөмд хуваах үйл явц юм. Хуваалтын үр дүнд бусад урвалын бүтээгдэхүүнүүд үүсч болно: хөнгөн цөм (ихэвчлэн альфа тоосонцор), нейтрон ба гамма туяа. Хуваалт нь аяндаа (аяндаа) болон албадан байж болно.

Аяндаа (аяндаа) гэдэг нь цөмийн хуваагдал бөгөөд энэ үед нэлээд хүнд цөмүүд ойролцоогоор ижил масстай хоёр хэсэг болж задардаг.

Байгалийн ураны хувьд аяндаа задралыг анх нээсэн. Бусад төрлийн цацраг идэвхт задралын нэгэн адил аяндаа задрах нь хагас задралын хугацаа (хуваагдах хугацаа) -аар тодорхойлогддог. Өөр өөр цөмд аяндаа хуваагдах хагас задралын хугацаа нь маш өргөн хязгаарт өөр өөр байдаг (93Np237-ийн хувьд 1018 жилээс трансуран элементүүдийн хувьд секундын аравны хэдэн хэсэг хүртэл).

Цөмийн албадан хуваагдлыг аливаа бөөмс үүсгэж болно: фотон, нейтрон, протон, дейтерон, b-бөөм гэх мэт, хэрэв тэдгээрийн цөмд оруулах энерги нь хуваагдлын саадыг даван туулахад хангалттай бол. Цөмийн энергийн хувьд нейтроноос үүссэн хуваагдал нь илүү чухал юм. Хүнд цөмийн задралын урвалыг U235 уран дээр анх удаа хийсэн. Ураны цөмийг хоёр хэсэг болгон задлахын тулд түүнд идэвхжүүлэх энерги өгдөг. Ураны цөм энэ энергийг нейтроныг барьж авснаар авдаг. Цөм нь өдөөгдсөн төлөвт орж, гажигтай болж, цөмийн хэсгүүдийн хооронд "гүүр" үүсч, Кулоны түлхэлтийн хүчний нөлөөн дор цөм нь тэгш бус масстай хоёр хуваагдана. Хоёр фрагмент хоёулаа цацраг идэвхт бөгөөд 2 эсвэл 3 хоёрдогч нейтрон ялгаруулдаг.

Цагаан будаа. 4 Ураны цөмийн задрал

Хоёрдогч нейтронууд нь хөрш зэргэлдээх ураны цөмд шингэж, хуваагдахад хүргэдэг. Тохиромжтой нөхцөлд цөмийн гинжин урвал гэж нэрлэгддэг бөөн бөөнөөр хуваагдах өөрөө хөгжих процесс үүсч болно. Энэ урвал нь асар их энерги ялгарах дагалддаг. Жишээлбэл, 1 г ураныг бүрэн шатаахад 8.28·1010 Ж энерги ялгардаг. Цөмийн урвал нь дулааны эффектээр тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь цөмийн урвалд орж буй цөмийн үлдсэн масс ба урвалын үр дүнд үүссэн масс хоорондын ялгаа юм. Цөмийн урвалын энергийн нөлөөг гол төлөв эцсийн ба анхны цөмийн массын зөрүүгээр тодорхойлдог. Энерги ба массын эквивалент дээр үндэслэн, хэрэв бид урвалд оролцож буй бүх цөм, бөөмсийн массыг яг таг мэдэж байвал цөмийн урвалын үед ялгарах эсвэл зарцуулсан энергийг тооцоолох боломжтой. Эйнштейний хуулийн дагуу:

E = (mA + mx - mB - my)c2

энд mA ба mx нь зорилтот цөм ба бөмбөгдөгчийн цөм (бөөм)-ийн масс юм;

mB ба my нь урвалын үр дүнд үүссэн бөөмийн масс юм.

Цөм үүсэх явцад илүү их энерги ялгарах тусам илүү хүчтэй байдаг. Цөмийн холболтын энерги гэдэг нь атомын цөмийг түүний бүрэлдэхүүн хэсэг болох нуклон (протон ба нейтрон) болгон задлахад шаардагдах энергийн хэмжээ юм.

Хяналтгүй хуваагдлын гинжин урвалын жишээ бол дэлбэрэлт байж болно. атомын бөмбөг, цөмийн реакторуудад хяналттай цөмийн урвал явагддаг.

Термоядролын нэгдэл гэдэг нь атомын задралаас урвуу урвал бөгөөд хөнгөн атомын цөмүүдийг илүү хүнд цөм болгон нэгтгэх урвал бөгөөд хэт өндөр температурт явагддаг ба ялгарах үйл явц юм. асар их хэмжэээрчим хүч. Хяналттай термоядролын хайлалтыг хэрэгжүүлэх нь хүн төрөлхтөнд устөрөгчийн изотопуудын цөмүүдийн мөргөлдөөнд суурилсан байгаль орчинд ээлтэй, бараг шавхагдашгүй эрчим хүчний шинэ эх үүсвэрийг өгөх бөгөөд устөрөгч нь орчлон ертөнцөд хамгийн элбэг байдаг бодис юм.

Нэгдэх үйл явц нь зөвхөн бага эерэг цэнэгтэй хөнгөн цөмүүдийн хооронд, зөвхөн өндөр температурт, мөргөлдөж буй цөмийн кинетик энерги нь Кулоны боломжит саадыг даван туулахад хангалттай байх үед мэдэгдэхүйц эрчимтэй явагддаг. Устөрөгчийн хүнд изотопууд (дейтерий 2Н ба тритий 3Н) хоорондын урвал нь гелийн хүчтэй холбоотой цөм үүсэхтэй харьцуулашгүй өндөр хурдтай явагддаг.

2D + 3T > 4He (3.5 МэВ) + 1н (14.1 МэВ)

Эдгээр урвалууд нь хяналттай термоядролын нэгдлийн асуудалд хамгийн их анхаарал хандуулдаг. Дейтериум нь далайн усанд байдаг. Түүний нөөц нь олон нийтэд нээлттэй бөгөөд маш том: дейтерий нь усыг бүрдүүлдэг нийт устөрөгчийн атомын 0.016% -ийг эзэлдэг бол дэлхийн далай нь дэлхийн гадаргуугийн 71% -ийг эзэлдэг. Тритийтэй холбоотой урвал нь их хэмжээний энерги ялгаруулж, мэдэгдэхүйц хурдтай явагддаг тул илүү сонирхолтой байдаг. Тритиум нь цацраг идэвхт (хагас задралын хугацаа 12.5 жил) бөгөөд байгальд байдаггүй. Тиймээс тритиумыг цөмийн түлш болгон ашиглахаар төлөвлөж буй термоядролын реакторын ажиллагааг хангахын тулд тритиумыг нөхөн сэргээх боломжийг бүрдүүлэх шаардлагатай.

Сарны изотоп гэж нэрлэгддэг 3He-тэй хийсэн урвал нь хуурай газрын нөхцөлд хамгийн боломжтой байдаг дейтерий-тритий урвалтай харьцуулахад хэд хэдэн давуу талтай байдаг.

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

Давуу тал:

1. 3Тэр цацраг идэвхт биш.

2. Урвалын бүсээс гарах нейтроны урсгал хэдэн арван дахин бага, энэ нь өдөөгдсөн цацраг идэвхт байдал, реакторын бүтцийн материалын доройтлыг эрс бууруулдаг;

3. Үүссэн протонууд нь нейтроноос ялгаатай нь амархан баригддаг бөгөөд нэмэлт цахилгаан үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно.

Агаар мандалд 3He-ийн байгалийн изотопын элбэг дэлбэг байдал 0.000137% байна. Дэлхий дээрх 3He-ийн ихэнх нь үүссэн цагаасаа хойш хадгалагдан үлджээ. Энэ нь мантид уусч, аажмаар агаар мандалд ордог. Дэлхий дээр үүнийг маш бага хэмжээгээр, жилд хэдэн арван граммаар олборлодог.

Гели-3 нь наранд тохиолддог урвалын дайвар бүтээгдэхүүн юм. Үүний үр дүнд агаар мандалгүй саран дээр энэ үнэ цэнэтэй бодис 10 сая тонн (хамгийн бага тооцоогоор - 500 мянган тонн) байдаг. Термоядролын хайлуулах явцад 1 тонн гелий-3 нь 0.67 тонн дейтерийтэй урвалд ороход 15 сая тонн газрын тосны шаталттай тэнцэх энерги ялгардаг (гэхдээ энэ урвалын техникийн боломж одоогоор судлагдаагүй байна). Иймээс гелий-3-ын сарны нөөц нь дор хаяж дараагийн мянган жилд манай гаригийн хүн амд хангалттай байх ёстой. Гол асуудал бол сарны хөрснөөс гели гаргаж авах бодит байдал хэвээр байна. Реголит дахь гелий-3-ын агууламж 100 тонн тутамд ~1 г байдаг.Тиймээс нэг тонн изотопыг гаргаж авахын тулд дор хаяж 100 сая тонн хөрс боловсруулах шаардлагатай. Термоядролын нэгдлийн урвал явагдах температур нь 108 - 109 К зэрэгт хүрдэг. Энэ температурт бодис бүрэн ионжсон төлөвт байгаа бөгөөд үүнийг плазм гэж нэрлэдэг. Тиймээс реакторыг барихад: хэдэн зуун сая градусын температурт халсан плазмыг олж авах; Цөмийн урвал үүсэхийн тулд цаг хугацааны явцад плазмын тохиргоог хадгалах.

Термоядролын энерги нь атомын цахилгаан станцаас чухал давуу талтай: энэ нь туйлын цацраг идэвхт бус дейтерий, гелий-3 изотоп, цацраг идэвхт тритий ашигладаг боловч цөмийн эрчим хүчнээс хэдэн мянга дахин бага хэмжээтэй байдаг. Боломжит онцгой байдлын үед дулааны атомын цахилгаан станцын ойролцоох цацраг идэвхт дэвсгэр нь байгалийн үзүүлэлтээс хэтрэхгүй байх болно. Үүний зэрэгцээ термоядролын түлшний нэгж жинд органик түлшийг шатаах үеийнхээс ойролцоогоор 10 сая дахин, ураны цөмийн задралын үеийнхээс 100 дахин их энерги авдаг. Байгалийн нөхцөлд термоядролын урвалууд нь оддын гүнд, ялангуяа нарны дотоод бүсэд явагддаг бөгөөд тэдгээрийн цацрагийг тодорхойлдог эрчим хүчний байнгын эх үүсвэр болдог. Одод дахь устөрөгчийн шаталт бага хурдтай явагддаг боловч оддын асар том хэмжээ, нягтрал нь асар их энергийн урсгалыг хэдэн тэрбум жилийн турш тасралтгүй ялгаруулдаг.

Манай гаригийн болон орчлон ертөнцийн бүх химийн элементүүд нь оддын цөмд тохиолддог термоядролын урвалын үр дүнд үүссэн. Одод дахь термоядролын урвалууд нь одны бодисын химийн найрлагад аажмаар өөрчлөлт ороход хүргэдэг бөгөөд энэ нь одны бүтцийн өөрчлөлт, хувьслын замаар урагшлахад хүргэдэг. Хувьслын эхний үе шат нь одны төв хэсгүүдийн устөрөгчийн хомсдолоор дуусдаг. Дараа нь энергийн эх үүсвэргүй болсон оддын төв давхаргын шахалтаас үүдэлтэй температур нэмэгдсэний дараа гелийн шаталтын термоядролын урвал үр дүнтэй болж, C, O, Si болон дараагийн элементүүд - Fe хүртэл шаталтаар солигдоно. болон Ни. Оддын хувьслын үе шат бүр нь тодорхой термоядролын урвалд нийцдэг. Ийм цөмийн урвалын гинжин хэлхээний эхнийх нь устөрөгчийн термоядролын урвал юм. Тэд одны төв дэх анхны температураас хамааран хоёр янзаар явагддаг. Эхний зам нь устөрөгчийн мөчлөг, хоёр дахь зам нь CNO мөчлөг юм.

Устөрөгчийн эргэлт:

1H + 1H = 2D + e+ + v +1.44 МэВ

2D + 1H = 3He + g +5.49 МэВ

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

эсвэл 3He + 4He = 7Be + g + 1.59 МэВ

7Be + e- = 7Li + v + 0.862 МэВ эсвэл 7Be + 1H = 8B + g +0.137 МэВ

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

III. 8Be* = 2 4He + 2.99 МэВ

Устөрөгчийн эргэлт нь хоёр протон (1H, эсвэл p) мөргөлдөж, дейтерийн цөм (2D) үүсгэснээр эхэлдэг. Дейтерий нь протонтой урвалд орж, гелий 3He-ийн гэрлийн (сарны) изотопыг үүсгэж, гамма фотон (g) ялгаруулдаг. Сарны изотоп 3Тэр хоёр өөр аргаар урвалд орж болно: хоёр 3He цөм мөргөлдөж, хоёр протоныг устгаснаар 4He үүсгэдэг, эсвэл 3He нь 4He-тэй нэгдэж, 7Be-ийг өгдөг. Сүүлийнх нь эргээд электрон (e-) эсвэл протоныг барьж, протон-протоны гинжин хэлхээний өөр салаалсан урвал явагдана. Үүний үр дүнд устөрөгчийн мөчлөг I, II, III гэсэн гурван янзаар дуусч болно. I салбарыг хэрэгжүүлэхийн тулд эхний хоёр урвал V. c. Хоёр удаа тохиолдох ёстой, учир нь энэ тохиолдолд хоёр 3He цөм нэг дор алга болдог. III салбарт ялангуяа эрч хүчтэй нейтрино нь 8В борын цөмийн задралын үед ялгардаг бөгөөд тогтворгүй бериллийн цөм нь өдөөгдсөн төлөвт (8Be*) үүсдэг бөгөөд энэ нь бараг тэр даруй хоёр 4He цөм болж задардаг. CNO мөчлөг нь CN, NO I, NO II гэсэн гурван холбоотой буюу илүү тодорхой, хэсэгчлэн давхцах циклийн багц юм. Энэ мөчлөгийн урвалд устөрөгчөөс гелий нийлэгжих нь катализаторын оролцоотойгоор явагддаг бөгөөд одны бодис дахь C, N, O изотопуудын жижиг хольцууд үүрэг гүйцэтгэдэг.

CN мөчлөгийн гол урвалын зам нь:

12C + p = 13N + g +1.95 МэВ

13N = 13C + e+ + n +1.37 МэВ

13C + p = 14N + g +7.54 МэВ (2.7 106 жил)

14N + p = 15O + g +7.29 МэВ (3.2 108 жил)

15O = 15N + e+ + n +2.76 МэВ (82 секунд)

15N + p = 12C + 4He +4.96 МэВ (1.12 105 жил)

Энэ мөчлөгийн мөн чанар нь 12С-ээс эхлэн цөмд дараалан баригдах явцад дөрвөн протоноос a b бөөмсийг шууд бус нийлэгжүүлэх явдал юм.

15N цөмд протоныг барьж авах урвалын үр дүнд өөр нэг үр дүн гарах боломжтой - 16O цөм үүсч, шинэ NO I мөчлөг үүсдэг.

Энэ нь CN мөчлөгтэй яг ижил бүтэцтэй:

14N + 1H = 15O + g +7.29 МэВ

15O = 15N + e+ + n +2.76 МэВ

15N + 1H = 16O + g +12.13 МэВ

16O + 1H = 17F + g +0.60 МэВ

17F = 17O + e+ + n +2.76 МэВ

17O + 1H = 14N + 4He +1.19 МэВ

NO I мөчлөг нь CN цикл дэх энерги ялгарах хурдыг нэмэгдүүлж, CN цикл дэх катализаторын цөмийн тоог нэмэгдүүлдэг.

Энэ мөчлөгийн сүүлчийн хариу үйлдэл нь өөр үр дагавартай байж болох бөгөөд энэ нь өөр NO II мөчлөгийг үүсгэдэг:

15N + 1H = 16O + g +12.13 МэВ

16O + 1H = 17F + g +0.60 МэВ

17F = 17O + e+ + n +2.76 МэВ

17O + 1H = 18F + g +5.61 МэВ

18O + 1H = 15N + 4He +3.98 МэВ

Тиймээс CN, NO I, NO II мөчлөгүүд нь гурвалсан CNO циклийг үүсгэдэг.

Өөр нэг маш удаан дөрөв дэх мөчлөг болох OF мөчлөг байдаг ч эрчим хүчний үйлдвэрлэлд түүний үүрэг маш бага байдаг. Гэсэн хэдий ч энэ мөчлөг нь 19F-ийн гарал үүслийг тайлбарлахад маш чухал юм.

17O + 1H = 18F + g + 5.61 МэВ

18F = 18O + e+ + n + 1.656 МэВ

18O + 1H = 19F + g + 7.994 МэВ

19F + 1H = 16O + 4He + 8.114 МэВ

16O + 1H = 17F + g + 0.60 МэВ

17F = 17O + e+ + n + 2.76 МэВ

Оддын гадаргуугийн давхаргад устөрөгч тэсрэх үед, жишээлбэл, суперновагийн дэлбэрэлтийн үед маш их өндөр температур, мөн CNO мөчлөгийн шинж чанар эрс өөрчлөгддөг. Энэ нь халуун CNO мөчлөг гэж нэрлэгддэг бөгөөд урвал нь маш хурдан бөгөөд төөрөгдөлд ордог.

4-ээс илүү хүнд химийн элементүүд нь одны төв хэсэгт устөрөгчийг бүрэн шатаасны дараа л нийлэгжиж эхэлдэг.

4He + 4He + 4He > 12C + g + 7.367 МэВ

Нүүрстөрөгчийн шаталтын урвал:

12C + 12C = 20Ne + 4He +4.617 МэВ

12C + 12C = 23Na + 1H -2.241 МэВ

12C + 12C = 23Mg + 1n +2.599 МэВ

23Mg = 23Na + e+ + n + 8.51 МэВ

12C + 12C = 24Mg + g +13.933 МэВ

12C + 12C = 16O + 24He -0.113 МэВ

24Mg + 1H = 25Al + г

Одод термодинамик тэнцвэрийн нөхцөлд температур 5·109 К хүрэхэд олон тооны янз бүрийн урвал явагдах ба үүний үр дүнд Fe, Ni хүртэл атомын цөм үүсдэг.

5. Цөмийн эрчим хүчболон хүрээлэн буй орчин

Атомын цахилгаан станцуудыг барьж ашиглалтад оруулах боломжийн эсэх нь цацраг идэвхт бодисыг агаар мандалд гаргахад хүргэж болзошгүй ослын аюулаас үүдэн байнга эргэлздэг. Цацраг идэвхит бодисууд (радионуклидүүд) байдаг гэдгийг сайн мэддэг хортой нөлөөдээр орчинмөн хүн. Радионуклидууд нь амьсгалах, хоол хүнстэй хамт уушигаар дамжин биед нэвтэрч, арьсанд үйлчилдэг. Цацрагийн үр дагавар нь олон янз бөгөөд маш аюултай. Цацрагийн хамгийн хүнд гэмтэл нь цацрагийн өвчний улмаас хүний ​​үхэлд хүргэдэг. Энэ өвчин маш хурдан илэрдэг - хэдэн минутаас нэг өдөр хүртэл. Хүн төрөлхтөн цацраг идэвхт бодис ялгаруулснаар гамшгийн үр дагаварт хүрдэг гашуун туршлага хэдийнэ бий. Үүний нэг жишээ бол 1986 онд Чернобылийн атомын цахилгаан станцад гарсан осол юм. Станцад болсон дэлбэрэлтийн үр дүнд асар их хэмжээний цацраг идэвхт бодис хүрээлэн буй орон зайд цацагджээ. Агаар мандалд цацраг идэвхт үүлний хөдөлгөөн, тоос шороо, бороотой цацраг идэвхт бодисууд хуримтлагдах, цацраг идэвхт изотопоор бохирдсон хөрс, гадаргын усны тархалт - энэ бүхэн олон зуун мянган хүнийг цацраг туяанд өртөхөд хүргэсэн. 23 мянган км2.

Цөмийн энергийг бүрмөсөн орхивол хүн төрөлхтөнд өртөх аюул, цөмийн ослын аюул бүрэн арилна. Харин дараа нь эрчим хүчний хэрэгцээг хангахын тулд дулааны цахилгаан станц, усан цахилгаан станц барих ажлыг нэмэгдүүлэх шаардлагатай болно. Энэ нь агаар мандлыг хортой бодисоор их хэмжээгээр бохирдуулах, агаар мандалд нүүрстөрөгчийн давхар ислийн илүүдэл хуримтлагдах, гаригийн хэмжээнд дулааны тэнцвэрт байдлыг алдагдуулах нь гарцаагүй. Цацраг бол аймшигтай бөгөөд аюултай хүч боловч зөв хандлагатай бол түүнтэй ажиллах бүрэн боломжтой. Цацрагаас хамгийн бага айдаг хүмүүс бол үүнтэй байнга харьцдаг, үүнтэй холбоотой бүх аюулыг сайн мэддэг хүмүүс байдаг нь ердийн зүйл юм. Одоогийн байдлаар реакторын аюулгүй байдалд ихээхэн анхаарал хандуулж байна. Энэ нь ялангуяа дараахь үзүүлэлтээр нотлогддог: реакторын нийт зардлын 70 орчим хувь нь АЦС-ын нутаг дэвсгэр болон түүнээс гадна хүмүүсийг хамгаалахтай холбоотой байдаг. Цөмийн реакторуудын ашиглалтын аюулгүй байдлын асуудлыг нарийвчлан, үндэслэлтэй хэлэлцэж, атомын цахилгаан станцын ойролцоох хүн амын аюулгүй байдлын баталгааг дорвитойгоор хэлэлцдэг.

Байгаль орчныг хамгаалахад тавигдах хатуу шаардлагууд нь хэд хэдэн өндөр хүчин чадалтай реакторуудыг төвлөрүүлж болохуйц тохиромжтой газар, мөн түлш боловсруулах үйлдвэр, агуулах зэрэгт цөмийн төвүүдийг барих саналыг мэргэжилтнүүдэд хүргэж байна. цацраг идэвхт хог хаягдал. Ийм атомын төвүүдийн эргэн тойронд үйлдвэрлэсэн эрчим хүчийг (устөрөгч, цэвэр ус гэх мэт) ашигладаг аж үйлдвэр, хөдөө аж ахуйн цогцолборууд байх болно. Ийм цогцолбор нь хувь хүн, тархсан цахилгаан станц, аж ахуйн нэгжүүдээс илүү үр ашигтай, хэмнэлттэй төдийгүй болзошгүй ослоос (эсвэл хорлон сүйтгэх ажиллагаа) илүү сайн хамгаалагдсан байх болно.

Гурав дахь үеийн атомын цахилгаан станцууд нь хамгаалалтын олон системтэй тул илүү аюулгүй байдаг. Атомын цахилгаан станцын ашиглалтын явцад аюулгүй байдлын баталгаа нь юуны түрүүнд илрүүлэх, хянах зохих аргад суурилдаг бөгөөд энэ нь аюултай нөхцөл байдлаас цаг тухайд нь урьдчилан сэргийлэх боломжийг баталгаажуулдаг. Осол гарсан тохиолдолд аюулгүй байдлын систем нь задралын бүтээгдэхүүн алдагдах хугацааг хязгаарлаж, хурдан сэргээхэд туслах ёстой. хэвийн нөхцөлнэвчилтээс урьдчилан сэргийлэх, хязгаарлах зориулалттай хаалт гэж нэрлэгддэг тоног төхөөрөмжийн үйлдэл.

Дүгнэлт

Атомын цахилгаан станцуудын үйл ажиллагааг судалж үзээд бид хамгийн найдвартай, найдвартай гэж дүгнэж болно. үр дүнтэй аргацахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэл. Атомын цахилгаан станц нь шаталтын явцад үүссэн нүүрстөрөгчийн давхар исэл болон бусад хортой хольцыг ялгаруулдаггүй бөгөөд энэ нь үндсэндээ нүүрс, газрын тосноос олддог, ялангуяа эдгээр нөөц нь шавхагдах боломжтой бөгөөд ойрын ирээдүйд дуусна. Салхи, нарны гэрэл, түрлэгийн эрчим хүч гэх мэт өөр эрчим хүчний эх үүсвэрүүд хүн төрөлхтнийг эрчим хүчээр бүрэн хангаж чадахгүй тул найдах боломжгүй юм. Цөмийн эрчим хүч бол салбар юм эхний шаттүүний хөгжлийн тухай.

Одоогийн байдлаар хамгийн түгээмэл нь хоёр хэлхээтэй атомын цахилгаан станцууд юм, учир нь тэдгээр нь нэг хэлхээтэй харьцуулахад аюулгүй, гурван хэлхээтэй харьцуулахад илүү хэмнэлттэй байдаг. Уурын турбины үйлдвэрийн гол цикл нь тэжээлийн усны нөхөн сэргээгдэх халаалтын системээр хангагдсан хоёрдогч уурын хэт халалт бүхий Рэнкин цикл юм.

Төрөл бүрийн цөмийн технологийн хүртээмж, эдийн засгийн өрсөлдөх чадвар, техникийн аюулгүй байдал, дулааны нейтрон ашиглан цөмийн реакторуудыг хөгжүүлэх хэтийн төлөв, түүнчлэн хяналттай термоядролыг нэгтгэх урвал явуулдаг реакторууд нь миний бодлоор цөмийн энергийг цөмийн эрчим хүчний томоохон хувийг хангахад дуртай болгож байна. одоогийн болон ирээдүйн эрчим хүчний үйлдвэрлэл.

Ном зүй

1. Т.Х. Маргулов "Атомын цахилгаан станцууд". 1978 он

2. А.А. Александров "Дулааны цахилгаан станцын циклийн термодинамикийн үндэс" М.: MPEI хэвлэлийн газар, 2004 он.

Allbest.ru дээр нийтлэгдсэн

...

Үүнтэй төстэй баримт бичиг

    Аж үйлдвэрийн атомын цахилгаан станцууд үүссэн түүх. Давхар хэлхээтэй усан хөргөлттэй даралтат цахилгаан реактор бүхий атомын цахилгаан станцын ажиллах зарчим. Дэлхийн хамгийн том цахилгаан станцуудын онцлог. Атомын цахилгаан станцын байгаль орчинд үзүүлэх нөлөө. Цөмийн энергийг ашиглах хэтийн төлөв.

    хураангуй, 2015/03/27 нэмэгдсэн

    Цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх. Цахилгаан станцын үндсэн төрлүүд. Дулааны болон атомын цахилгаан станцын байгаль орчинд үзүүлэх нөлөө. Орчин үеийн усан цахилгаан станц барих. Далайн түрлэгийн станцуудын давуу тал. Цахилгаан станцын төрлүүдийн хувь.

    танилцуулга, 2015 оны 03-р сарын 23-нд нэмэгдсэн

    Атомын цахилгаан станцуудын ашиглалтын схем. Реакторын төрөл ба загвар. Цөмийн хаягдал булшлах асуудал. Термоядролын байгууламжийн ажиллах зарчим. Далайн анхны цахилгаан станц барих төслийн бүтээн байгуулалт, хөгжлийн түүх, хэрэглээний хэтийн төлөв.

    хураангуй, 2011-01-22 нэмэгдсэн

    Цөмийн энергийн физик үндэс. Цөмийн реакторын онолын үндэс - цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх зарчим. Реакторын дизайны диаграммууд. Атомын цахилгаан станцын (АЦС) тоног төхөөрөмжийн зураг төсөл. Атомын цахилгаан станцын аюулгүй байдлын асуудал. Зөөврийн атомын цахилгаан станцууд.

    хураангуй, 2008 оны 4-р сарын 16-нд нэмэгдсэн

    Атомын цахилгаан станцууд (АЦС) нь цөмийн урвалын дулааны энергийг ашигладаг дулааны цахилгаан станцууд юм. ОХУ-ын атомын цахилгаан станцуудад ашигладаг цөмийн реакторууд: RBMK, VVER, BN. Тэдний ажлын зарчим. ОХУ-д цөмийн эрчим хүчийг хөгжүүлэх хэтийн төлөв.

    номын шинжилгээ, 2007 оны 12-р сарын 23-нд нэмэгдсэн

    Цөмийн эрчим хүчний салбарын хөгжлийн түүх, хэтийн төлөв. Атомын цахилгаан станцын үндсэн төрлүүд (АЦС), тэдгээрийн давуу болон сул талуудын дүн шинжилгээ, түүнчлэн тэдгээрийн реакторыг сонгох онцлогууд. ОХУ-ын цөмийн цогцолбор, ялангуяа ажиллаж байгаа атомын цахилгаан станцуудын онцлог шинж чанарууд.

    курсын ажил, 2009 оны 11-р сарын 02-нд нэмэгдсэн

    Цахилгаан станцын төрөл, тэдгээрийн онцлог, давуу болон сул талууд, байгаль орчинд үзүүлэх нөлөө. Тэдний үйл ажиллагааны эрчим хүчний эх үүсвэр. Цөмийн энергийн хөгжил ба асуудал. Атомын цахилгаан станцын аюулгүй байдлын үзэл баримтлалын зарчим. Цацрагийн зөвшөөрөгдөх ба аюултай тун.

    танилцуулга, 03/06/2015 нэмэгдсэн

    АНУ-д баригдсан цөмийн реакторын прототип. ЗХУ-д цөмийн энергийн чиглэлээр хийсэн судалгаа, атомын цахилгаан станц барих. Үйл ажиллагааны зарчим цөмийн реактор. Цөмийн реакторын төрөл ба тэдгээрийн загвар. Атомын цахилгаан станцын ашиглалт.

    танилцуулга, 2015/05/17 нэмэгдсэн

    Атомын цахилгаан станцын атомын цахилгаан станцын зураг төсөл, үндсэн нэгжүүд янз бүрийн төрөл. Хийн хөргөлттэй, усан хөргөлттэй, усан бал чулуун эрчим хүчний реактортой, хурдан мэдрэлийн эсүүд дээр суурилсан реактор бүхий атомын цахилгаан станцуудын дизайны онцлог.

    хураангуй, 2012 оны 10-р сарын 19-нд нэмэгдсэн

    Цөмийн эрчим хүч үйлдвэрлэх дэлхийн тэргүүлэгчид. Атомын цахилгаан станцуудын ангилал. Тэдний үйл ажиллагааны зарчим. Төрөл ба химийн найрлагацөмийн түлш, түүнээс эрчим хүч авах мөн чанар. Гинжин урвалын механизм. Байгальд уран олох.