Ano ang isang nuclear reactor at paano ito gumagana? Paano gumagana ang isang nuclear reactor? Kaligtasan sa pagpapatakbo ng NPP

Ang aparato at prinsipyo ng pagpapatakbo ay batay sa pagsisimula at kontrol ng isang self-sustaining nuclear reaction. Ito ay ginagamit bilang isang tool sa pananaliksik, upang makagawa ng mga radioactive isotopes, at bilang isang mapagkukunan ng enerhiya para sa mga nuclear power plant.

prinsipyo ng pagpapatakbo (maikli)

Gumagamit ito ng proseso kung saan ang isang mabigat na nucleus ay nahahati sa dalawang mas maliliit na fragment. Ang mga fragment na ito ay nasa sobrang excited na estado at naglalabas ng mga neutron, iba pang mga subatomic na particle at photon. Ang mga neutron ay maaaring maging sanhi ng mga bagong fission, na nagreresulta sa mas maraming mga ito ay ibinubuga, at iba pa. Ang ganitong tuloy-tuloy na serye ng mga paghahati sa sarili ay tinatawag na chain reaction. Kasabay nito, ito ay namumukod-tangi malaking bilang ng enerhiya, ang produksyon nito ay ang layunin ng paggamit ng mga nuclear power plant.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor ay tulad na ang tungkol sa 85% ng enerhiya ng fission ay inilabas sa loob ng napakaikling panahon pagkatapos ng pagsisimula ng reaksyon. Ang natitira ay ginawa ng radioactive decay ng mga produkto ng fission pagkatapos nilang maglabas ng mga neutron. Ang radioactive decay ay isang proseso kung saan ang isang atom ay umabot sa isang mas matatag na estado. Nagpapatuloy ito pagkatapos makumpleto ang paghahati.

Sa isang atomic bomb, ang chain reaction ay tumataas sa intensity hanggang sa karamihan ng mga materyal ay fissioned. Nangyayari ito nang napakabilis, na nagbubunga ng napakalakas na pagsabog na karaniwan sa mga naturang bomba. Ang disenyo at prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor ay batay sa pagpapanatili ng chain reaction sa isang kontrolado, halos pare-parehong antas. Ito ay dinisenyo sa paraang ito ay sasabog bomba atomika, hindi pwede.

Chain reaction at pagiging kritikal

Ang pisika ng isang nuclear fission reactor ay ang chain reaction ay natutukoy sa pamamagitan ng posibilidad na mahati ang nucleus pagkatapos na mailabas ang mga neutron. Kung ang populasyon ng huli ay bumaba, ang rate ng paghahati ay babagsak sa zero. Sa kasong ito, ang reactor ay nasa subcritical na estado. Kung ang populasyon ng neutron ay pinananatili sa isang pare-parehong antas, kung gayon ang rate ng fission ay mananatiling matatag. Ang reactor ay nasa kritikal na kondisyon. Sa wakas, kung ang populasyon ng mga neutron ay lumalaki sa paglipas ng panahon, ang rate ng fission at kapangyarihan ay tataas. Ang estado ng core ay magiging supercritical.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor ay ang mga sumusunod. Bago ito ilunsad, ang populasyon ng neutron ay malapit sa zero. Pagkatapos ay inaalis ng mga operator ang mga control rod mula sa core, na nagpapataas ng nuclear fission, na pansamantalang nagtutulak sa reactor sa isang supercritical na estado. Matapos maabot ang na-rate na kapangyarihan, bahagyang ibinabalik ng mga operator ang mga control rod, inaayos ang bilang ng mga neutron. Kasunod nito, ang reaktor ay pinananatili sa isang kritikal na kondisyon. Kapag kailangan itong ihinto, ipinapasok ng mga operator ang mga tungkod sa lahat ng paraan. Pinipigilan nito ang fission at inililipat ang core sa isang subcritical na estado.

Mga uri ng reaktor

Karamihan sa mga nuclear power plant sa mundo ay mga power plant, na bumubuo ng init na kailangan para paikutin ang mga turbine na nagtutulak ng mga electric power generator. Marami ring research reactor, at ang ilang bansa ay may mga submarino o surface ship na pinapagana ng atomic energy.

Mga pag-install ng enerhiya

Mayroong ilang mga uri ng mga reactor ng ganitong uri, ngunit ang disenyo ng magaan na tubig ay malawakang ginagamit. Sa turn, maaari itong gumamit ng tubig na may presyon o tubig na kumukulo. Sa unang kaso, ang high-pressure na likido ay pinainit ng init ng core at pumapasok sa generator ng singaw. Doon, ang init mula sa pangunahing circuit ay inililipat sa pangalawang circuit, na naglalaman din ng tubig. Ang pinakahuling nabuong singaw ay nagsisilbing gumaganang likido sa ikot ng steam turbine.

Ang boiling-water reactor ay gumagana sa prinsipyo ng isang direktang siklo ng enerhiya. Ang tubig na dumadaan sa core ay dinadala sa isang pigsa sa katamtamang presyon. Ang saturated steam ay dumadaan sa isang serye ng mga separator at dryer na matatagpuan sa reactor vessel, na nagiging sanhi ng sobrang init nito. Ang sobrang init na singaw ng tubig ay gagamitin bilang gumaganang likido, umiikot sa turbine.

Pinalamig ng mataas na temperatura ang gas

Ang mataas na temperatura na gas cooled reactor (HTGR) ay nuclear reactor, ang prinsipyo ng pagpapatakbo nito ay batay sa paggamit ng pinaghalong grapayt at mga microsphere ng gasolina bilang gasolina. Mayroong dalawang magkatunggaling disenyo:

• isang German "fill" system na gumagamit ng spherical fuel elements na may diameter na 60 mm, na pinaghalong grapayt at gasolina sa isang graphite shell;
• ang American version sa anyo ng graphite hexagonal prisms na magkakaugnay upang lumikha ng core.

Sa parehong mga kaso, ang coolant ay binubuo ng helium sa ilalim ng presyon ng halos 100 atmospheres. Sa sistema ng Aleman, ang helium ay dumadaan sa mga gaps sa layer ng spherical fuel elements, at sa American system, ang helium ay dumadaan sa mga butas sa graphite prisms na matatagpuan sa kahabaan ng axis ng central zone ng reactor. Ang parehong mga pagpipilian ay maaaring gumana sa napaka mataas na temperatura ah, dahil ang grapayt ay may napakataas na temperatura ng sublimation, at ang helium ay ganap na chemically inert. Ang mainit na helium ay maaaring direktang ilapat bilang isang gumaganang likido sa isang gas turbine sa mataas na temperatura, o ang init nito ay maaaring gamitin upang makabuo ng water cycle steam.

Liquid metal at prinsipyo ng pagtatrabaho

Ang mga mabilis na reactor na pinalamig ng sodium ay nakatanggap ng maraming atensyon noong 1960s at 1970s. Tila noon na ang kanilang mga kakayahan sa pag-aanak ay malapit nang kailanganin upang makagawa ng gasolina para sa mabilis na lumalawak na industriya ng nuklear. Nang maging malinaw noong dekada 1980 na hindi makatotohanan ang pag-asang ito, nawala ang sigasig. Gayunpaman, ang isang bilang ng mga reactor ng ganitong uri ay itinayo sa USA, Russia, France, Great Britain, Japan at Germany. Karamihan sa kanila ay tumatakbo sa uranium dioxide o sa pinaghalong plutonium dioxide nito. Sa Estados Unidos, gayunpaman, pinakamalaking tagumpay ay nakamit gamit ang mga metal na panggatong.

CANDU

Itinutuon ng Canada ang mga pagsisikap nito sa mga reaktor na gumagamit ng natural na uranium. Tinatanggal nito ang pangangailangan na gumamit ng mga serbisyo ng ibang mga bansa upang pagyamanin ito. Ang resulta ng patakarang ito ay ang deuterium-uranium reactor (CANDU). Ito ay kinokontrol at pinalamig ng mabigat na tubig. Ang disenyo at prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor ay binubuo ng paggamit ng isang reservoir ng malamig na D 2 O sa atmospheric pressure. Ang core ay tinusok ng mga tubo na gawa sa zirconium alloy na naglalaman ng natural na uranium fuel, kung saan dumadaloy ang mabigat na tubig na nagpapalamig dito. Nagagawa ang kuryente sa pamamagitan ng paglilipat ng fission heat sa mabigat na tubig sa isang coolant na umiikot sa pamamagitan ng steam generator. Ang singaw sa pangalawang circuit pagkatapos ay dumaan sa isang maginoo na ikot ng turbine.

Mga pasilidad ng pananaliksik

Para sa siyentipikong pananaliksik Kadalasan, ginagamit ang isang nuclear reactor, ang prinsipyo ng pagpapatakbo kung saan ay ang paggamit ng paglamig ng tubig at mga elemento ng uranium fuel na hugis plato sa anyo ng mga pagtitipon. May kakayahang gumana sa malawak na hanay ng mga antas ng kuryente, mula sa ilang kilowatts hanggang sa daan-daang megawatts. Dahil ang pagbuo ng kuryente ay hindi ang pangunahing layunin ng mga reactor ng pananaliksik, ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng thermal energy na ginawa, ang density, at ang nominal na enerhiya ng mga core neutron. Ang mga parameter na ito ang tumutulong sa pag-quantify ng kakayahan ng isang research reactor na magsagawa ng partikular na pananaliksik. Ang mga low-power system ay karaniwang matatagpuan sa mga unibersidad at ginagamit para sa pagtuturo, habang ang mga high-power system ay kailangan sa mga research laboratories para sa mga materyales at performance testing at pangkalahatang pananaliksik.

Ang pinakakaraniwan ay isang research nuclear reactor, ang istraktura at prinsipyo ng pagpapatakbo nito ay ang mga sumusunod. Ang core nito ay matatagpuan sa ilalim ng isang malaki at malalim na pool ng tubig. Pinapasimple nito ang pagmamasid at paglalagay ng mga channel kung saan maaaring idirekta ang mga neutron beam. Sa mababang antas ng kapangyarihan ay hindi na kailangang mag-bomba ng coolant dahil ang natural na convection ng coolant ay nagbibigay ng sapat na pag-alis ng init upang mapanatili ang ligtas na mga kondisyon sa pagpapatakbo. Ang heat exchanger ay karaniwang matatagpuan sa ibabaw o sa tuktok ng pool kung saan naiipon ang mainit na tubig.

Pag-install ng barko

Ang orihinal at pangunahing aplikasyon ng mga nuclear reactor ay ang kanilang paggamit sa mga submarino. Ang kanilang pangunahing bentahe ay na, hindi tulad ng fossil fuel combustion system, hindi sila nangangailangan ng hangin upang makabuo ng kuryente. Samakatuwid, ang isang nuclear submarine ay maaaring manatiling nakalubog sa loob ng mahabang panahon, habang ang isang conventional diesel-electric submarine ay dapat na pana-panahong tumaas sa ibabaw upang sunugin ang mga makina nito sa kalagitnaan ng hangin. nagbibigay estratehikong kalamangan Mga barko ng Navy. Salamat dito, hindi na kailangang mag-refuel sa mga dayuhang daungan o mula sa madaling masugatan na mga tanker.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor sa isang submarino ay inuri. Gayunpaman, ito ay kilala na sa USA ito ay gumagamit ng mataas na enriched uranium, at pinabagal at pinalamig ng magaan na tubig. Ang disenyo ng unang nuclear submarine reactor, USS Nautilus, ay labis na naimpluwensyahan ng makapangyarihang mga pasilidad ng pananaliksik. Ang kanyang natatanging tampok ay isang napakalaking reserba ng reaktibiti, na nagbibigay ng mahabang panahon ng operasyon nang walang paglalagay ng gasolina at kakayahang mag-restart pagkatapos ng paghinto. Ang planta ng kuryente sa mga submarino ay dapat na napakatahimik upang maiwasan ang pagtuklas. Upang matugunan ang mga partikular na pangangailangan ng iba't ibang klase ng mga submarino, iba't ibang modelo ng mga planta ng kuryente ang nilikha.

Ang mga carrier ng sasakyang panghimpapawid ng US Navy ay gumagamit ng isang nuclear reactor, ang prinsipyo ng pagpapatakbo na pinaniniwalaang hiniram mula sa pinakamalaking mga submarino. Ang mga detalye ng kanilang disenyo ay hindi rin nai-publish.

Bilang karagdagan sa Estados Unidos, ang Great Britain, France, Russia, China at India ay may mga nuclear submarines. Sa bawat kaso ang disenyo ay hindi isiniwalat, ngunit pinaniniwalaan na silang lahat ay halos magkapareho - ito ay bunga ng parehong mga kinakailangan para sa kanila teknikal na mga detalye. Ang Russia ay mayroon ding maliit na armada na gumagamit ng parehong mga reactor gaya ng mga submarino ng Sobyet.

Mga instalasyong pang-industriya

Para sa mga layunin ng produksyon, ang isang nuclear reactor ay ginagamit, ang prinsipyo ng pagpapatakbo kung saan ay mataas na produktibo na may mababang produksyon ng enerhiya. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang pangmatagalang presensya ng plutonium sa core ay humahantong sa akumulasyon ng hindi gustong 240 Pu.

Produksyon ng tritium

Sa kasalukuyan, ang pangunahing materyal na ginawa ng naturang mga sistema ay tritium (3H o T) - ang singil para sa Plutonium-239 ay may mahabang kalahating buhay na 24,100 taon, kaya ang mga bansang may mga armas nukleyar na arsenal na gumagamit ng elementong ito ay may posibilidad na magkaroon ng higit pa nito. kaysa kinakailangan. Hindi tulad ng 239 Pu, ang tritium ay may kalahating buhay na humigit-kumulang 12 taon. Kaya, upang mapanatili ang mga kinakailangang supply, ang radioactive isotope ng hydrogen na ito ay dapat na patuloy na gawin. Sa Estados Unidos, ang Savannah River (South Carolina), halimbawa, ay nagpapatakbo ng ilang heavy water reactor na gumagawa ng tritium.

Mga floating power unit

Ang mga nuclear reactor ay nilikha na maaaring magbigay ng kuryente at steam heating sa mga malalayong lugar. Sa Russia, halimbawa, ang mga maliliit na planta ng kuryente na partikular na idinisenyo upang magsilbi sa Arctic ay natagpuang nagamit. mga pamayanan. Sa China, ang 10 MW HTR-10 ay nagbibigay ng init at kapangyarihan sa instituto ng pananaliksik kung saan ito matatagpuan. Ang mga maliliit na awtomatikong kinokontrol na reactor na may katulad na kakayahan ay ginagawa sa Sweden at Canada. Sa pagitan ng 1960 at 1972, ang US Army ay gumamit ng mga compact water reactor para sa mga remote base sa Greenland at Antarctica. Pinalitan sila ng oil-fired power plants.

Pananakop ng espasyo

Bilang karagdagan, ang mga reactor ay binuo para sa suplay ng kuryente at paggalaw sa kalawakan. Sa pagitan ng 1967 at 1988, ang Unyong Sobyet ay nag-install ng maliliit na yunit ng nuklear sa mga serye ng Cosmos na satellite nito sa mga kagamitan at telemetry, ngunit ang patakaran ay naging target ng kritisismo. Hindi bababa sa isa sa mga satellite na ito ang pumasok sa atmospera ng Earth, na nagdulot ng radioactive contamination sa mga malalayong lugar ng Canada. Ang Estados Unidos ay naglunsad lamang ng isang nuclear-powered satellite, noong 1965. Gayunpaman, ang mga proyekto para sa kanilang paggamit sa malayuang mga paglipad sa kalawakan, paggalugad ng mga tao sa ibang mga planeta, o sa isang permanenteng base ng buwan ay patuloy na ginagawa. Ito ay kinakailangang isang gas-cooled o likidong metal na nuclear reactor, na ang mga pisikal na prinsipyo ay magbibigay ng pinakamataas na posibleng temperatura na kinakailangan upang mabawasan ang laki ng radiator. Bilang karagdagan, ang isang reactor para sa teknolohiya ng kalawakan ay dapat na kasing siksik hangga't maaari upang mabawasan ang dami ng materyal na ginagamit para sa proteksiyon at upang mabawasan ang timbang sa panahon ng paglulunsad at paglipad sa kalawakan. Titiyakin ng supply ng gasolina ang operasyon ng reaktor para sa buong panahon ng paglipad sa kalawakan.

Ibig sabihin enerhiyang nuklear sa modernong mundo

Ang enerhiyang nuklear ay gumawa ng malalaking hakbang sa nakalipas na ilang dekada, na naging isa sa pinakamahalagang pinagmumulan ng kuryente para sa maraming bansa. Kasabay nito, dapat tandaan na sa likod ng pag-unlad ng sektor na ito ng pambansang ekonomiya ay ang napakalaking pagsisikap ng sampu-sampung libong mga siyentipiko, inhinyero at ordinaryong manggagawa, na ginagawa ang lahat upang matiyak na ang "mapayapang atom" ay hindi nagiging isang tunay na banta sa milyun-milyong tao. Ang tunay na core ng anumang nuclear power plant ay ang nuclear reactor.

Kasaysayan ng paglikha ng isang nuclear reactor

Ang unang naturang aparato ay itinayo sa kasagsagan ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig sa USA ng sikat na siyentipiko at inhinyero na si E. Fermi. Dahil sa hindi pangkaraniwang hitsura nito, na kahawig ng isang stack ng mga graphite block na nakasalansan sa ibabaw ng bawat isa, ang nuclear reactor na ito ay tinawag na Chicago Stack. Kapansin-pansin na ang aparatong ito ay nagpapatakbo sa uranium, na inilagay sa pagitan lamang ng mga bloke.

Paglikha ng isang nuclear reactor sa Unyong Sobyet

Sa ating bansa, nabigyan din ng pansin ang mga isyung nukleyar. Sa kabila ng katotohanan na ang mga pangunahing pagsisikap ng mga siyentipiko ay nakatuon sa paggamit ng militar ng atom, aktibong ginamit nila ang mga resulta na nakuha para sa mapayapang layunin. Ang unang nuclear reactor, na pinangalanang F-1, ay itinayo ng isang grupo ng mga siyentipiko na pinamumunuan ng sikat na physicist na si I. Kurchatov noong katapusan ng Disyembre 1946. Ang makabuluhang disbentaha nito ay ang kawalan ng anumang uri ng sistema ng paglamig, kaya ang kapangyarihan ng enerhiya na inilabas nito ay lubhang hindi gaanong mahalaga. Kasabay nito, natapos ng mga mananaliksik ng Sobyet ang gawaing sinimulan nila, na nagresulta sa pagbubukas pagkalipas lamang ng walong taon ng unang nuclear power plant sa mundo sa lungsod ng Obninsk.

Prinsipyo ng pagpapatakbo ng reaktor

Ang nuclear reactor ay isang lubhang kumplikado at mapanganib na teknikal na aparato. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo nito ay batay sa katotohanan na sa panahon ng pagkabulok ng uranium, maraming mga neutron ang pinakawalan, na, naman, ay nagpapatumba ng mga elementarya na particle mula sa mga kalapit na atomo ng uranium. Ang chain reaction na ito ay naglalabas ng malaking halaga ng enerhiya sa anyo ng init at gamma ray. Kasabay nito, dapat isaalang-alang ng isa ang katotohanan na kung ang reaksyong ito ay hindi kontrolado sa anumang paraan, kung gayon ang fission ng mga atomo ng uranium sa pinakamaikling posibleng oras ay maaaring humantong sa isang malakas na pagsabog na may hindi kanais-nais na mga kahihinatnan.

Upang ang reaksyon ay magpatuloy sa loob ng mahigpit na tinukoy na mga limitasyon, ang disenyo ng isang nuclear reactor ay napakahalaga. Sa kasalukuyan, ang bawat naturang istraktura ay isang uri ng boiler kung saan dumadaloy ang coolant. Karaniwang ginagamit ang tubig sa kapasidad na ito, ngunit may mga nuclear power plant na gumagamit ng likidong grapayt o mabigat na tubig. Imposibleng isipin ang isang modernong nuclear reactor na walang daan-daang espesyal na hexagonal cassette. Naglalaman ang mga ito ng mga elemento na bumubuo ng gasolina, sa pamamagitan ng mga channel kung saan dumadaloy ang mga coolant. Ang cassette na ito ay pinahiran ng isang espesyal na layer na may kakayahang sumasalamin sa mga neutron at sa gayon ay nagpapabagal sa chain reaction

Nuclear reactor at proteksyon nito

Mayroon itong ilang antas ng proteksyon. Bilang karagdagan sa katawan mismo, natatakpan ito ng espesyal na thermal insulation at biological na proteksyon sa itaas. Mula sa pananaw ng engineering, ang istrakturang ito ay isang malakas na reinforced concrete bunker, ang mga pinto kung saan sarado nang mahigpit hangga't maaari.

: ... medyo banal, ngunit gayunpaman ay hindi ko pa rin nahanap ang impormasyon sa isang natutunaw na anyo - kung paano NAGSISIMULA na gumana ang isang nuclear reactor. Ang lahat ng tungkol sa prinsipyo at istraktura ng trabaho ay na-chewed nang higit sa 300 beses at malinaw, ngunit narito kung paano nakuha ang gasolina at mula sa kung ano at bakit hindi ito masyadong mapanganib hanggang sa ito ay nasa reactor at kung bakit hindi ito tumutugon bago maging. nakalubog sa reactor! - pagkatapos ng lahat, ito ay umiinit lamang sa loob, gayunpaman, bago ang pag-load ng gasolina ay malamig at lahat ay maayos, kaya kung ano ang nagiging sanhi ng pag-init ng mga elemento ay hindi lubos na malinaw, kung paano sila apektado, at iba pa, mas mabuti na hindi siyentipiko).

Mahirap, siyempre, na i-frame ang gayong paksa sa isang hindi pang-agham na paraan, ngunit susubukan ko. Alamin muna natin kung ano ang mga fuel rod na ito.

Ang nuclear fuel ay mga itim na tablet na may diameter na humigit-kumulang 1 cm at taas na humigit-kumulang 1.5 cm Naglalaman ang mga ito ng 2% uranium dioxide 235, at 98% uranium 238, 236, 239. Sa lahat ng kaso, sa anumang halaga ng nuclear fuel, isang. Ang pagsabog ng nuklear ay hindi maaaring bumuo, dahil para sa isang mala-avalanche na mabilis na reaksyon ng fission na katangian ng isang pagsabog ng nukleyar, isang konsentrasyon ng uranium 235 na higit sa 60% ay kinakailangan.

Dalawang daang nuclear fuel pellets ang inilalagay sa isang tubo na gawa sa zirconium metal. Ang haba ng tubo na ito ay 3.5m. diameter 1.35 cm Ang tubo na ito ay tinatawag na elemento ng gasolina - elemento ng gasolina. 36 fuel rods ay binuo sa isang cassette (isa pang pangalan ay "assembly").

RBMK reactor fuel element na disenyo: 1 - plug; 2 - uranium dioxide tablet; 3 - zirconium shell; 4 - tagsibol; 5 - bushing; 6 - tip.

Ang pagbabagong-anyo ng isang sangkap ay sinamahan ng paglabas ng libreng enerhiya kung ang sangkap ay may reserba ng enerhiya. Ang huli ay nangangahulugan na ang mga microparticle ng isang substansiya ay nasa isang estado na may natitirang enerhiya na mas malaki kaysa sa isa pang posibleng estado kung saan umiiral ang isang paglipat. Ang isang kusang paglipat ay palaging pinipigilan ng isang hadlang sa enerhiya, upang mapagtagumpayan kung saan ang microparticle ay dapat makatanggap ng isang tiyak na halaga ng enerhiya mula sa labas - enerhiya ng paggulo. Ang exoenergetic na reaksyon ay binubuo sa katotohanan na sa pagbabagong-anyo kasunod ng paggulo, mas maraming enerhiya ang inilabas kaysa sa kinakailangan upang pukawin ang proseso. Mayroong dalawang paraan upang malampasan ang energy barrier: alinman dahil sa kinetic energy ng nagbabanggaan na mga particle, o dahil sa nagbubuklod na enerhiya ng nagsasamang particle.

Kung isaisip natin ang macroscopic scale ng paglabas ng enerhiya, kung gayon ang lahat o sa una ay hindi bababa sa ilang bahagi ng mga particle ng substance ay dapat magkaroon ng kinetic energy na kinakailangan upang pukawin ang mga reaksyon. Ito ay makakamit lamang sa pamamagitan ng pagtaas ng temperatura ng medium sa isang halaga kung saan ang enerhiya ng thermal motion ay lumalapit sa energy threshold na naglilimita sa kurso ng proseso. Sa kaso ng mga pagbabagong molekular, iyon ay, mga reaksiyong kemikal, ang gayong pagtaas ay karaniwang daan-daang digri Kelvin, ngunit sa kaso ng mga reaksyong nuklear ito ay hindi bababa sa 107 K dahil sa mismong mataas na altitude Mga hadlang ng Coulomb ng nagbabanggaan na nuclei. Ang thermal excitation ng mga reaksyong nuklear ay isinasagawa sa pagsasanay lamang sa panahon ng synthesis ng pinakamagaan na nuclei, kung saan ang mga hadlang ng Coulomb ay minimal (thermonuclear fusion).

Ang paggulo sa pamamagitan ng pagsali sa mga particle ay hindi nangangailangan ng malaking kinetic energy, at, samakatuwid, ay hindi nakasalalay sa temperatura ng medium, dahil ito ay nangyayari dahil sa hindi nagamit na mga bono na likas sa mga kaakit-akit na pwersa ng mga particle. Ngunit upang pukawin ang mga reaksyon, ang mga particle mismo ay kinakailangan. At kung muli nating ibig sabihin ay hindi isang indibidwal na pagkilos ng reaksyon, ngunit ang produksyon ng enerhiya sa isang macroscopic scale, pagkatapos ito ay posible lamang kapag nangyari ang isang chain reaction. Ang huli ay nangyayari kapag ang mga particle na nagpapasigla sa reaksyon ay muling lumitaw bilang mga produkto ng isang exoenergetic na reaksyon.

Upang kontrolin at protektahan ang isang nuclear reactor, ginagamit ang mga control rod na maaaring ilipat sa buong taas ng core. Ang mga rod ay gawa sa mga sangkap na malakas na sumisipsip ng mga neutron - halimbawa, boron o cadmium. Kapag ang mga rod ay naipasok nang malalim, ang isang chain reaction ay nagiging imposible, dahil ang mga neutron ay malakas na hinihigop at inalis mula sa reaction zone.

Ang mga tungkod ay inilipat nang malayuan mula sa control panel. Sa isang bahagyang paggalaw ng mga rod, ang proseso ng kadena ay bubuo o mawawala. Sa ganitong paraan ang kapangyarihan ng reaktor ay kinokontrol.

Leningrad NPP, RBMK reactor

Simula ng operasyon ng reaktor:

Sa unang sandali ng oras pagkatapos ng unang pag-load ng gasolina, walang fission chain reaction sa reaktor, ang reaktor ay nasa subcritical na estado. Ang temperatura ng coolant ay makabuluhang mas mababa kaysa sa operating temperatura.

Tulad ng nabanggit na natin dito, para magsimula ang isang chain reaction, ang fissile material ay dapat bumuo ng isang kritikal na masa - isang sapat na dami ng spontaneously fissile na materyal sa isang sapat na maliit na espasyo, isang kondisyon kung saan ang bilang ng mga neutron na inilabas sa panahon ng nuclear fission ay dapat na mas malaki kaysa sa bilang ng mga hinihigop na neutron. Magagawa ito sa pamamagitan ng pagtaas ng nilalaman ng uranium-235 (ang dami ng mga fuel rod na na-load), o sa pamamagitan ng pagpapabagal sa bilis ng mga neutron upang hindi sila lumipad sa uranium-235 nuclei.

Ang reaktor ay dinala sa kapangyarihan sa maraming yugto. Sa tulong ng mga regulator ng reaktibiti, ang reaktor ay inilipat sa supercritical na estado na Kef>1 at ang kapangyarihan ng reaktor ay tumataas sa isang antas ng 1-2% ng nominal. Sa yugtong ito, ang reaktor ay pinainit sa mga operating parameter ng coolant, at ang rate ng pag-init ay limitado. Sa panahon ng proseso ng pag-init, ang mga kontrol ay nagpapanatili ng kapangyarihan sa isang pare-parehong antas. Pagkatapos ay sinimulan ang mga circulation pump at ang sistema ng pagtanggal ng init ay inilalagay sa operasyon. Pagkatapos nito, ang kapangyarihan ng reaktor ay maaaring tumaas sa anumang antas sa hanay mula 2 hanggang 100% ng na-rate na kapangyarihan.

Kapag uminit ang reactor, nagbabago ang reaktibiti dahil sa mga pagbabago sa temperatura at density ng mga pangunahing materyales. Minsan, sa panahon ng pag-init, nagbabago ang kamag-anak na posisyon ng core at ang mga elemento ng kontrol na pumapasok o umaalis sa core, na nagiging sanhi ng epekto ng reaktibiti sa kawalan ng aktibong paggalaw ng mga elemento ng kontrol.

Regulasyon ng mga solid, gumagalaw na elementong sumisipsip

Upang mabilis na baguhin ang reaktibiti, sa karamihan ng mga kaso, ginagamit ang solid movable absorbers. Sa RBMK reactor, ang mga control rod ay naglalaman ng boron carbide bushings na nakapaloob sa isang aluminum alloy tube na may diameter na 50 o 70 mm. Ang bawat control rod ay inilalagay sa isang hiwalay na channel at pinalamig ng tubig mula sa control at protection system (control and protection system) circuit sa average na temperatura na 50 ° C. Ayon sa kanilang layunin, ang mga rod ay nahahati sa AZ (proteksyon sa emergency ) rods; mayroong 24 na mga rod sa RBMK. Mga awtomatikong control rod - 12 piraso, Lokal na awtomatikong control rod - 12 piraso, manual control rod - 131, at 32 pinaikling absorber rod (USP). Mayroong 211 rods sa kabuuan. Bukod dito, ang mga pinaikling rod ay ipinasok sa core mula sa ibaba, ang natitira mula sa itaas.

VVER 1000 reactor 1 - control system drive; 2 - takip ng reaktor; 3 - katawan ng reaktor; 4 - bloke ng mga proteksiyon na tubo (BZT); 5 - baras; 6 - pangunahing enclosure; 7 - fuel assemblies (FA) at control rods;

Nasusunog na mga elementong sumisipsip.

Upang mabayaran ang labis na reaktibiti pagkatapos mag-load ng sariwang gasolina, madalas na ginagamit ang mga burnable absorbers. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng kung saan ay na sila, tulad ng gasolina, pagkatapos makuha ang isang neutron, pagkatapos ay huminto sa pagsipsip ng mga neutron (nasusunog). Bukod dito, ang rate ng pagbaba bilang resulta ng pagsipsip ng mga neutron sa pamamagitan ng absorber nuclei ay mas mababa sa o katumbas ng rate ng pagbaba bilang resulta ng fission ng fuel nuclei. Kung ni-load natin ang isang reactor core na may gasolina na idinisenyo upang gumana sa loob ng isang taon, kung gayon ay malinaw na ang bilang ng fissile fuel nuclei sa simula ng operasyon ay mas malaki kaysa sa dulo, at dapat nating bayaran ang labis na reaktibiti sa pamamagitan ng paglalagay ng mga absorbers sa kaibuturan. Kung ang mga control rod ay ginagamit para sa layuning ito, dapat nating patuloy na ilipat ang mga ito habang bumababa ang bilang ng nuclei ng gasolina. Ang paggamit ng mga burnable absorbers ay binabawasan ang paggamit ng mga gumagalaw na rod. Sa kasalukuyan, ang mga nasusunog na sumisipsip ay madalas na direktang idinagdag sa mga pellet ng gasolina sa panahon ng kanilang paggawa.

Kontrol ng reaktibiti ng likido.

Ang ganitong regulasyon ay ginagamit, lalo na, sa panahon ng pagpapatakbo ng isang VVER-type na reactor, ang boric acid H3BO3 na naglalaman ng 10B neutron-absorbing nuclei ay ipinakilala sa coolant. Sa pamamagitan ng pagbabago ng konsentrasyon ng boric acid sa landas ng coolant, sa gayon ay binabago natin ang reaktibiti sa core. SA paunang panahon Sa panahon ng operasyon ng reactor, kapag maraming nuclei ng gasolina, ang konsentrasyon ng acid ay pinakamataas. Habang nasusunog ang gasolina, bumababa ang konsentrasyon ng acid.

Mekanismo ng reaksyon ng chain

Ang isang nuclear reactor ay maaaring gumana sa isang ibinigay na kapangyarihan sa loob ng mahabang panahon kung mayroon itong reserbang reaktibiti sa simula ng operasyon. Ang exception ay subcritical reactors na may panlabas na pinagmulan mga thermal neutron. Ang paglabas ng nakagapos na reaktibiti habang bumababa ito dahil sa mga natural na dahilan ay nagsisiguro sa pagpapanatili ng kritikal na estado ng reaktor sa bawat sandali ng operasyon nito. Ang paunang reserba ng reaktibiti ay nilikha sa pamamagitan ng pagbuo ng isang core na may mga sukat na higit na lumalampas sa mga kritikal. Upang maiwasang maging supercritical ang reactor, ang k0 ng breeding medium ay sabay-sabay na artipisyal na nabawasan. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pagpapasok ng mga neutron absorber substance sa core, na pagkatapos ay maaaring alisin mula sa core. Tulad ng sa mga elemento ng kontrol ng reaksyon ng kadena, ang mga sumisipsip na sangkap ay kasama sa materyal ng mga tungkod ng isa o isa pa cross section, gumagalaw kasama ang kaukulang mga channel sa aktibong zone. Ngunit kung ang isa o dalawa o ilang mga rod ay sapat na para sa regulasyon, pagkatapos ay upang mabayaran ang paunang labis na reaktibiti ang bilang ng mga rod ay maaaring umabot ng daan-daang. Ang mga rod na ito ay tinatawag na compensating rods. Ang mga control at compensating rod ay hindi kinakailangang kumakatawan sa iba't ibang mga elemento ng disenyo. Ang isang bilang ng mga compensating rod ay maaaring maging control rod, ngunit ang mga function ng pareho ay iba. Ang mga control rod ay idinisenyo upang mapanatili ang isang kritikal na estado anumang oras, upang ihinto at simulan ang reactor, at upang lumipat mula sa isang antas ng kapangyarihan patungo sa isa pa. Ang lahat ng mga operasyong ito ay nangangailangan ng maliliit na pagbabago sa reaktibiti. Ang mga compensating rod ay unti-unting inalis mula sa reactor core, na tinitiyak ang isang kritikal na estado sa buong oras ng operasyon nito.

Minsan ang mga control rod ay ginawa hindi mula sa sumisipsip na mga materyales, ngunit mula sa fissile material o scattering material. Sa mga thermal reactor, ang mga ito ay pangunahing mga neutron absorbers; Ang mga absorber tulad ng cadmium, hafnium at iba pa ay malakas na sumisipsip ng mga thermal neutron lamang dahil sa kalapitan ng unang resonance sa thermal region, at sa labas ng huli ay hindi sila naiiba sa iba pang mga sangkap sa kanilang mga katangian ng pagsipsip. Ang pagbubukod ay boron, na ang cross section ng pagsipsip ng neutron ay bumababa sa enerhiya na mas mabagal kaysa sa ipinahiwatig na mga sangkap, ayon sa l / v law. Samakatuwid, ang boron ay sumisipsip ng mabilis na mga neutron, bagaman mahina, ngunit medyo mas mahusay kaysa sa iba pang mga sangkap. Ang absorber material sa isang fast neutron reactor ay maaari lamang maging boron, kung maaari ay payamanin ng 10B isotope. Bilang karagdagan sa boron, ang mga fissile na materyales ay ginagamit din para sa mga control rod sa mabilis na neutron reactor. Ang isang compensating rod na gawa sa fissile material ay gumaganap ng parehong function bilang isang neutron absorber rod: pinapataas nito ang reaktibiti ng reactor habang natural itong bumababa. Gayunpaman, hindi tulad ng isang absorber, ang naturang baras ay matatagpuan sa labas ng core sa simula ng operasyon ng reaktor at pagkatapos ay ipinakilala sa core.

Ang mga scatterer na materyales na ginagamit sa mga fast reactor ay nickel, na may scattering cross section para sa mga fast neutron na bahagyang mas malaki kaysa sa mga cross section ng iba pang substance. Ang mga scatterer rod ay matatagpuan sa kahabaan ng periphery ng core at ang kanilang paglulubog sa kaukulang channel ay nagdudulot ng pagbaba ng neutron leakage mula sa core at, dahil dito, isang pagtaas sa reaktibiti. Sa ilang mga espesyal na kaso, ang layunin ng chain reaction control ay nagsisilbi sa pamamagitan ng paglipat ng mga bahagi ng neutron reflectors, na, kapag inilipat, binabago ang pagtagas ng mga neutron mula sa core. Ang control, compensating at emergency rods, kasama ang lahat ng kagamitan na nagsisiguro sa kanilang normal na paggana, ay bumubuo ng reactor control and protection system (CPS).

Proteksyon sa emergency:

Ang emergency na proteksyon ng isang nuclear reactor ay isang set ng mga device na idinisenyo upang mabilis na ihinto ang isang nuclear chain reaction sa reactor core.

Awtomatikong nati-trigger ang aktibong proteksyong pang-emergency kapag ang isa sa mga parameter ng isang nuclear reactor ay umabot sa isang halaga na maaaring humantong sa isang aksidente. Maaaring kabilang sa mga naturang parameter ang: temperatura, presyon at daloy ng coolant, antas at bilis ng pagtaas ng kuryente.

Ang mga ehekutibong elemento ng proteksyong pang-emerhensiya ay, sa karamihan ng mga kaso, mga tungkod na may sangkap na mahusay na sumisipsip ng mga neutron (boron o cadmium). Minsan, upang isara ang reaktor, ang isang likidong sumisipsip ay iniksyon sa coolant loop.

Bilang karagdagan sa aktibong proteksyon, maraming modernong disenyo ang nagsasama rin ng mga elemento ng passive na proteksyon. Halimbawa, ang mga modernong bersyon ng VVER reactor ay may kasamang "Emergency Core Cooling System" (ECCS) - mga espesyal na tangke na may boric acid na matatagpuan sa itaas ng reaktor. Sa kaso ng maximum aksidenteng batayan ng disenyo(pagkasira ng unang cooling circuit ng reactor), ang mga nilalaman ng mga tangke na ito sa pamamagitan ng gravity ay napupunta sa loob ng reactor core at ang nuclear chain reaction ay pinapatay ng isang malaking halaga ng boron-containing substance, na sumisipsip ng mga neutron nang maayos.

Ayon sa “Nuclear Safety Rules for Reactor Facilities of Nuclear Power Plants”, hindi bababa sa isa sa mga ibinigay na reactor shutdown system ang dapat gumanap ng function ng emergency protection (EP). Ang proteksyong pang-emerhensiya ay dapat magkaroon ng hindi bababa sa dalawang independiyenteng grupo ng mga gumaganang elemento. Sa signal ng AZ, ang mga gumaganang bahagi ng AZ ay dapat na i-activate mula sa anumang gumagana o intermediate na posisyon.

Ang kagamitan ng AZ ay dapat na binubuo ng hindi bababa sa dalawang independiyenteng hanay.

Ang bawat hanay ng AZ equipment ay dapat na idinisenyo sa paraang ang proteksyon ay ibinibigay sa hanay ng mga pagbabago sa neutron flux density mula 7% hanggang 120% ng nominal:

1. Sa pamamagitan ng neutron flux density - hindi bababa sa tatlong independiyenteng mga channel;
2. Ayon sa rate ng pagtaas sa density ng neutron flux - hindi bababa sa tatlong independiyenteng mga channel.

Ang bawat hanay ng mga kagamitan sa proteksyong pang-emerhensiya ay dapat na idinisenyo sa paraang, sa buong saklaw ng mga pagbabago sa mga teknolohikal na parameter na itinatag sa disenyo ng planta ng reaktor (RP), ang proteksyong pang-emerhensiya ay ibinibigay ng hindi bababa sa tatlong independyenteng mga channel para sa bawat teknolohikal na parameter kung saan kinakailangan ang proteksyon.

Ang mga control command ng bawat set para sa AZ actuator ay dapat na maipadala sa pamamagitan ng hindi bababa sa dalawang channel. Kapag ang isang channel sa isa sa mga set ng AZ equipment ay inalis sa operasyon nang hindi inaalis ang set na ito sa pagpapatakbo, isang alarm signal ang dapat na awtomatikong mabuo para sa channel na ito.

Ang proteksyong pang-emerhensiya ay dapat na ma-trigger kahit man lang sa mga sumusunod na kaso:

1. Sa pag-abot sa AZ setting para sa neutron flux density.
2. Sa pag-abot sa setting ng AZ para sa rate ng pagtaas sa density ng neutron flux.
3. Kung ang boltahe ay nawala sa anumang hanay ng mga kagamitang pang-emerhensiyang proteksyon at ang mga bus ng suplay ng kuryente ng CPS na hindi naalis sa operasyon.
4. Sa kaso ng pagkabigo ng alinman sa dalawa sa tatlong mga channel ng proteksyon para sa density ng neutron flux o para sa rate ng pagtaas ng neutron flux sa anumang hanay ng mga kagamitan sa AZ na hindi naalis sa operasyon.
5. Kapag ang mga setting ng AZ ay naabot ng mga teknolohikal na parameter kung saan dapat isagawa ang proteksyon.
6. Kapag nagti-trigger ng AZ mula sa isang key mula sa isang block control point (BCP) o isang reserve control point (RCP).

Baka may makapagpaliwanag nang maikli sa isang hindi gaanong siyentipikong paraan kung paano nagsimulang gumana ang isang yunit ng nuclear power plant? :-)

Tandaan ang isang paksa tulad ng Ang orihinal na artikulo ay nasa website InfoGlaz.rf Link sa artikulo kung saan ginawa ang kopyang ito -

Ngayon ay magsasagawa tayo ng maikling paglalakbay sa mundo ng nuclear physics. Ang tema ng aming iskursiyon ay isang nuclear reactor. Malalaman mo kung paano ito gumagana, anong mga pisikal na prinsipyo ang sumasailalim sa pagpapatakbo nito, at kung saan ginagamit ang device na ito.

Ang Kapanganakan ng Nuclear Energy

Ang unang nuclear reactor sa mundo ay nilikha noong 1942 sa USA isang eksperimentong grupo ng mga pisiko na pinamumunuan ng Nobel laureate na si Enrico Fermi. Kasabay nito, nagsagawa sila ng self-sustaining reaction ng uranium fission. Ang atomic genie ay inilabas na.

Ang unang Soviet nuclear reactor ay inilunsad noong 1946, at 8 taon mamaya, ang unang nuclear power plant sa mundo sa lungsod ng Obninsk ay nakabuo ng kasalukuyang. Pangunahing siyentipikong superbisor Ang trabaho sa industriya ng enerhiya ng nukleyar ng USSR ay isang natatanging pisiko Igor Vasilievich Kurchatov.

Simula noon, maraming henerasyon ng mga nuclear reactor ang nagbago, ngunit ang mga pangunahing elemento ng disenyo nito ay nanatiling hindi nagbabago.

Anatomy ng isang nuclear reactor

Ang nuclear installation na ito ay isang makapal na pader na bakal na tangke na may cylindrical na kapasidad mula sa ilang cubic centimeters hanggang sa maraming cubic meters.

Sa loob ng silindro na ito ay ang banal ng mga banal - core ng reaktor. Dito nangyayari ang nuclear fission chain reaction.

Tingnan natin kung paano nangyayari ang prosesong ito.

Nuclei ng mabibigat na elemento, sa partikular Uranium-235 (U-235), sa ilalim ng impluwensya ng isang maliit na pagkabigla ng enerhiya sila ay may kakayahang bumagsak sa 2 mga fragment ng humigit-kumulang pantay na masa. Ang causative agent ng prosesong ito ay ang neutron.

Ang mga fragment ay kadalasang barium at krypton nuclei. Ang bawat isa sa kanila ay may dalang positibong singil, kaya pinipilit sila ng mga puwersa ng pagtanggi ng Coulomb na lumipad nang hiwalay magkaibang panig sa halos 1/30 ang bilis ng liwanag. Ang mga fragment na ito ay mga carrier ng napakalaking kinetic energy.

Para sa praktikal na paggamit ng enerhiya, kinakailangan na ang paglabas nito ay nakapagpapatibay sa sarili. chain reaction, Ang fission na pinag-uusapan ay lalong kawili-wili dahil ang bawat fission na kaganapan ay sinamahan ng paglabas ng mga bagong neutron. Sa karaniwan, 2-3 bagong neutron ang ginagawa sa bawat paunang neutron. Ang bilang ng fissile uranium nuclei ay tumataas tulad ng isang avalanche, nagiging sanhi ng pagpapalabas ng napakalaking enerhiya. Kung hindi makontrol ang prosesong ito, magkakaroon ng nuclear explosion. Nagaganap ito sa .

Upang ayusin ang bilang ng mga neutron Ang mga materyales na sumisipsip ng mga neutron ay ipinapasok sa system, tinitiyak ang maayos na pagpapalabas ng enerhiya. Ang cadmium o boron ay ginagamit bilang neutron absorbers.

Paano pigilan at gamitin ang napakalaking kinetic energy ng mga fragment? Ang coolant ay ginagamit para sa mga layuning ito, i.e. isang espesyal na kapaligiran, na gumagalaw kung saan ang mga fragment ay pinabagal at pinainit ito sa napakataas na temperatura. Ang nasabing daluyan ay maaaring ordinaryong o mabigat na tubig, mga likidong metal (sodium), pati na rin ang ilang mga gas. Upang hindi maging sanhi ng paglipat ng coolant sa isang estado ng singaw, sa core ay suportado mataas na presyon(hanggang sa 160 atm). Para sa kadahilanang ito, ang mga pader ng reaktor ay gawa sa sampung sentimetro na bakal ng mga espesyal na grado.

Kung ang mga neutron ay tumakas sa kabila ng nuclear fuel, ang chain reaction ay maaaring maputol. Samakatuwid, mayroong isang kritikal na masa ng fissile na materyal, i.e. ang pinakamababang masa nito kung saan mananatili ang isang chain reaction. Depende ito sa iba't ibang mga parameter, kabilang ang pagkakaroon ng isang reflector na nakapalibot sa reactor core. Ito ay nagsisilbi upang maiwasan ang pagtagas ng neutron sa kapaligiran. Ang pinakakaraniwang materyal para sa elementong ito ng istruktura ay grapayt.

Ang mga prosesong nagaganap sa reaktor ay sinamahan ng paglabas ng mapanganib ang hitsura radiation – gamma radiation. Upang mabawasan ang panganib na ito, nilagyan ito ng proteksyon laban sa radiation.

Paano gumagana ang isang nuclear reactor?

Ang nuclear fuel, na tinatawag na fuel rods, ay inilalagay sa reactor core. Ang mga ito ay mga tablet na nabuo mula sa nadudurog na materyal at inilagay sa manipis na mga tubo na mga 3.5 m ang haba at 10 mm ang lapad.

Daan-daang katulad na fuel assemblies ang inilalagay sa core, at nagiging mga pinagmumulan ng thermal energy na inilabas sa panahon ng chain reaction. Ang coolant na dumadaloy sa paligid ng mga fuel rod ay bumubuo sa unang circuit ng reactor.

Pinainit sa mataas na mga parameter, ito ay pumped sa isang generator ng singaw, kung saan inililipat nito ang enerhiya nito sa pangalawang circuit na tubig, na nagiging singaw. Ang nagresultang singaw ay umiikot sa turbogenerator. Ang kuryenteng nalilikha ng yunit na ito ay ipinapadala sa mamimili. At ang singaw ng tambutso, na pinalamig ng tubig mula sa cooling pond, sa anyo ng condensate, ay bumalik sa generator ng singaw. Nakumpleto ang cycle.

Ang double-circuit na operasyon ng isang nuclear installation ay pumipigil sa pagtagos ng radiation na kasama ng mga prosesong nagaganap sa core na lampas sa mga hangganan nito.

Kaya, ang isang kadena ng mga pagbabagong-anyo ng enerhiya ay nangyayari sa reaktor: nuclear energy ng fissionable material → sa kinetic energy ng mga fragment → thermal energy ng coolant → kinetic energy ng turbine → at sa electrical energy sa generator.

Ang hindi maiiwasang pagkawala ng enerhiya ay humantong sa Ang kahusayan ng mga nuclear power plant ay medyo mababa, 33-34%.

Bilang karagdagan sa pagbuo ng elektrikal na enerhiya sa mga nuclear power plant, ang mga nuclear reactor ay ginagamit upang makabuo ng iba't ibang radioactive isotopes, para sa pananaliksik sa maraming lugar ng industriya, at upang pag-aralan ang mga pinahihintulutang parameter ng mga industrial reactor. Ang mga transport reactor, na nagbibigay ng enerhiya para sa mga makina ng sasakyan, ay lalong laganap.

Mga uri ng nuclear reactor

Karaniwan, ang mga nuclear reactor ay tumatakbo sa U-235 uranium. Gayunpaman, ang nilalaman nito sa natural na materyal ay napakababa, 0.7% lamang. Ang bulk ng natural na uranium ay ang isotope U-238. Ang mga mabagal na neutron lamang ang maaaring magdulot ng chain reaction sa U-235, at ang U-238 isotope ay nahahati lamang ng mabilis na mga neutron. Bilang resulta ng paghahati ng nucleus, ang parehong mabagal at mabilis na mga neutron ay ipinanganak. Ang mga mabilis na neutron, na nakakaranas ng pagsugpo sa coolant (tubig), ay nagiging mabagal. Ngunit ang halaga ng U-235 isotope sa natural na uranium ay napakaliit na kinakailangan na magsagawa ng pagpapayaman nito, na dinadala ang konsentrasyon nito sa 3-5%. Ang prosesong ito ay napakamahal at hindi kumikita sa ekonomiya. Bilang karagdagan, ang oras para sa pagkaubos ng mga likas na yaman ng isotope na ito ay tinatantya lamang sa 100-120 taon.

Samakatuwid, sa industriya ng nukleyar Mayroong unti-unting paglipat sa mga reactor na tumatakbo sa mga mabilis na neutron.

Ang kanilang pangunahing pagkakaiba ay ang paggamit nila ng mga likidong metal bilang isang coolant, na hindi nagpapabagal sa mga neutron, at ang U-238 ay ginagamit bilang nuclear fuel. Ang nuclei ng isotope na ito ay dumadaan sa isang chain ng nuclear transformations sa Plutonium-239, na napapailalim sa isang chain reaction sa parehong paraan tulad ng U-235. Iyon ay, ang nuclear fuel ay muling ginawa, at sa dami na lumalampas sa pagkonsumo nito.

Ayon sa mga eksperto Ang mga reserba ng isotope Uranium-238 ay dapat sapat para sa 3000 taon. Ang oras na ito ay sapat na para sa sangkatauhan na magkaroon ng sapat na oras upang bumuo ng iba pang mga teknolohiya.

Mga problema sa paggamit ng nuclear energy

Kasama ang malinaw na mga pakinabang kapangyarihang nukleyar, ang laki ng mga problemang nauugnay sa pagpapatakbo ng mga pasilidad na nuklear ay hindi maaaring maliitin.

Ang una ay pagtatapon ng radioactive na basura at mga natanggal na kagamitan enerhiyang nuklear. Ang mga elementong ito ay may aktibong background radiation na nagpapatuloy sa mahabang panahon. Upang itapon ang basurang ito, ginagamit ang mga espesyal na lalagyan ng tingga. Ang mga ito ay dapat na ilibing sa mga lugar ng permafrost sa lalim na hanggang 600 metro. Samakatuwid, ang trabaho ay patuloy na isinasagawa upang makahanap ng isang paraan upang i-recycle ang radioactive na basura, na dapat malutas ang problema sa pagtatapon at makatulong na mapanatili ang ekolohiya ng ating planeta.

Ang pangalawang hindi gaanong seryosong problema ay pagtiyak ng kaligtasan sa panahon ng operasyon ng NPP. Ang mga malalaking aksidente tulad ng Chernobyl ay maaaring mag-alis ng marami buhay ng tao at hindi na ginagamit ang malalawak na lugar.

Ang aksidente sa Japanese nuclear power plant na Fukushima-1 ay kinumpirma lamang ang potensyal na panganib na nagpapakita ng sarili kapag ang isang emergency na sitwasyon ay nangyari sa mga nuclear facility.

Gayunpaman, ang mga posibilidad ng nuclear energy ay napakahusay na mga problema sa ekolohiya kumupas sa background.

Ngayon, ang sangkatauhan ay walang ibang paraan upang matugunan ang patuloy na pagtaas ng gutom sa enerhiya. Ang batayan ng nukleyar na enerhiya ng hinaharap ay malamang na "mabilis" na mga reaktor na may tungkulin na magparami ng nuclear fuel.

Kung ang mensaheng ito ay kapaki-pakinabang sa iyo, ikalulugod kong makita ka

Ang nuclear reactor ay gumagana nang maayos at mahusay. Kung hindi, tulad ng alam mo, magkakaroon ng problema. Ngunit ano ang nangyayari sa loob? Subukan nating bumalangkas ng prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear (nuclear) reactor nang maikli, malinaw, na may mga paghinto.

Sa esensya, ang parehong proseso ay nangyayari doon tulad ng sa panahon ng isang nuclear pagsabog. Ang pagsabog lamang ang nangyayari nang napakabilis, ngunit sa reaktor ang lahat ng ito ay umaabot nang mahabang panahon. Bilang resulta, nananatiling ligtas at maayos ang lahat, at nakakatanggap tayo ng enerhiya. Hindi gaanong lahat ng bagay sa paligid ay masisira nang sabay-sabay, ngunit sapat na upang magbigay ng kuryente sa lungsod.

Bago mo maunawaan kung paano nangyayari ang isang kontroladong reaksyong nuklear, kailangan mong malaman kung ano ito. reaksyong nuklear sa lahat.

Reaksyon ng nukleyar ay ang proseso ng pagbabagong-anyo (fission) ng atomic nuclei kapag nakikipag-ugnayan sila sa mga elementarya na particle at gamma ray.

Ang mga reaksyong nuklear ay maaaring mangyari sa parehong pagsipsip at pagpapalabas ng enerhiya. Ginagamit ng reaktor ang pangalawang reaksyon.

Nuclear reactor ay isang aparato na ang layunin ay mapanatili ang isang kontroladong reaksyong nuklear sa paglabas ng enerhiya.

Kadalasan ang isang nuclear reactor ay tinatawag ding atomic reactor. Tandaan natin na walang pangunahing pagkakaiba dito, ngunit mula sa pananaw ng agham ay mas tama ang paggamit ng salitang "nuklear". Marami na ngayong mga uri ng nuclear reactor. Ito ay malalaking pang-industriyang reactor na idinisenyo upang makabuo ng enerhiya sa mga planta ng kuryente, mga nuclear reactor mga submarino, maliliit na pang-eksperimentong reaktor na ginagamit sa mga siyentipikong eksperimento. Mayroon ding mga reactor na ginagamit upang mag-desalinate ng tubig-dagat.

Ang kasaysayan ng paglikha ng isang nuclear reactor

Ang unang nuclear reactor ay inilunsad noong hindi gaanong kalayuan noong 1942. Nangyari ito sa USA sa pamumuno ni Fermi. Ang reaktor na ito ay tinawag na "Chicago Woodpile".

Noong 1946, ang unang reaktor ng Sobyet, na inilunsad sa ilalim ng pamumuno ni Kurchatov, ay nagsimulang gumana. Ang katawan ng reaktor na ito ay isang bola na may diameter na pitong metro. Ang mga unang reactor ay walang sistema ng paglamig, at ang kanilang kapangyarihan ay minimal. Sa pamamagitan ng paraan, ang reaktor ng Sobyet ay may average na kapangyarihan na 20 Watts, at ang Amerikano ay 1 Watt lamang. Para sa paghahambing, ang average na kapangyarihan ng mga modernong power reactor ay 5 Gigawatts. Wala pang sampung taon matapos ilunsad ang unang reactor, ang unang industriyal sa mundo nuclear power plant sa lungsod ng Obninsk.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear (nuclear) reactor

Anumang nuclear reactor ay may ilang bahagi: core Sa panggatong At moderator , Neutron reflector , pampalamig , sistema ng kontrol at proteksyon . Ang mga isotopes ay kadalasang ginagamit bilang panggatong sa mga reaktor. uranium (235, 238, 233), plutonium (239) at thorium (232). Ang core ay isang boiler kung saan dumadaloy ang ordinaryong tubig (coolant). Sa iba pang mga coolant, ang "mabigat na tubig" at likidong grapayt ay hindi gaanong ginagamit. Kung pinag-uusapan natin ang pagpapatakbo ng mga nuclear power plant, kung gayon ang isang nuclear reactor ay ginagamit upang makagawa ng init. Ang kuryente mismo ay nabuo gamit ang parehong paraan tulad ng sa iba pang mga uri ng mga planta ng kuryente - ang singaw ay umiikot sa turbine, at ang enerhiya ng paggalaw ay na-convert sa elektrikal na enerhiya.

Nasa ibaba ang isang diagram ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor.

Tulad ng nasabi na natin, ang pagkabulok ng isang mabigat na uranium nucleus ay gumagawa ng mas magaan na elemento at ilang mga neutron. Ang mga nagresultang neutron ay bumangga sa iba pang nuclei, na nagiging sanhi din ng mga ito sa fission. Kasabay nito, ang bilang ng mga neutron ay lumalaki tulad ng isang avalanche.

Dapat itong banggitin dito salik ng pagpaparami ng neutron . Kaya, kung ang coefficient na ito ay lumampas sa isang halaga na katumbas ng isa, isang nuclear explosion ang magaganap. Kung ang halaga ay mas mababa sa isa, mayroong masyadong kaunting mga neutron at ang reaksyon ay namamatay. Ngunit kung mapanatili mo ang halaga ng koepisyent na katumbas ng isa, ang reaksyon ay magpapatuloy nang mahaba at matatag.

Ang tanong ay paano ito gagawin? Sa reactor, ang gasolina ay nasa tinatawag na mga elemento ng gasolina (TVELAkh). Ito ay mga tungkod na naglalaman, sa anyo ng maliliit na tableta, nuclear fuel . Ang mga fuel rod ay konektado sa hugis-heksagonal na mga cassette, kung saan maaaring mayroong daan-daan sa isang reaktor. Ang mga cassette na may mga fuel rod ay nakaayos nang patayo, at ang bawat fuel rod ay may isang sistema na nagbibigay-daan sa iyo upang ayusin ang lalim ng paglulubog nito sa core. Bilang karagdagan sa mga cassette mismo, kasama nila control rods At mga tungkod ng proteksyon sa emerhensiya . Ang mga rod ay gawa sa isang materyal na sumisipsip ng mga neutron nang maayos. Kaya, ang mga control rod ay maaaring ibaba sa iba't ibang kalaliman sa core, sa gayon ay inaayos ang neutron multiplication factor. Ang mga emergency rod ay idinisenyo upang isara ang reactor kung sakaling magkaroon ng emergency.

Paano nagsimula ang isang nuclear reactor?

Nalaman namin ang prinsipyo ng pagpapatakbo mismo, ngunit paano sisimulan at gawin ang paggana ng reaktor? Sa halos pagsasalita, narito ito - isang piraso ng uranium, ngunit ang chain reaction ay hindi nagsisimula dito sa sarili nitong. Ang punto ay na sa nuclear physics may konsepto kritikal na masa .

Ang kritikal na masa ay ang masa ng fissile na materyal na kinakailangan upang magsimula ng isang nuclear chain reaction.

Sa tulong ng mga fuel rod at control rod, ang isang kritikal na masa ng nuclear fuel ay unang nilikha sa reaktor, at pagkatapos ay ang reaktor ay dinadala sa pinakamainam na antas ng kapangyarihan sa ilang mga yugto.

Sa artikulong ito, sinubukan naming bigyan ka ng pangkalahatang ideya ng istraktura at prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear (nuclear) reactor. Kung mayroon kang anumang mga katanungan tungkol sa paksa o tinanong ka ng problema sa nuclear physics sa unibersidad, mangyaring makipag-ugnayan sa mga espesyalista ng aming kumpanya. Gaya ng nakagawian, handa kaming tulungan kang lutasin ang anumang mahalagang isyu tungkol sa iyong pag-aaral. At habang kami ay nasa ito, narito ang isa pang pang-edukasyon na video para sa iyong pansin!