Pentru o persoană obișnuită, dispozitivele moderne de înaltă tehnologie sunt atât de misterioase și misterioase încât este corect să le venere, așa cum anticii se închinau fulgerelor. Lecțiile școlare de fizică, pline de calcule matematice, nu rezolvă problema. Dar este interesant de spus chiar și despre reactor atomic, al cărui principiu este clar chiar și unui adolescent.
Cum funcționează un reactor nuclear?
Principiul de funcționare al acestui dispozitiv de înaltă tehnologie este următorul:
- Când un neutron este absorbit, combustibil nuclear (cel mai adesea acesta uraniu-235 sau plutoniu-239) are loc divizarea nucleului atomic;
- Se eliberează energia cinetică, radiația gamma și neutronii liberi;
- Energia cinetică este transformată în energie termică (când nucleele se ciocnesc cu atomii din jur), radiațiile gamma sunt absorbite de reactor însuși și sunt, de asemenea, transformate în căldură;
- Unii dintre neutronii generați sunt absorbiți de atomii de combustibil, ceea ce provoacă o reacție în lanț. Pentru a-l controla se folosesc absorbante de neutroni si moderatori;
- Cu ajutorul unui lichid de răcire (apă, gaz sau sodiu lichid), căldura este îndepărtată din locul de reacție;
- Aburul sub presiune din apa încălzită este utilizat pentru a antrena turbinele cu abur;
- Cu ajutorul unui generator, energia mecanică de rotație a turbinelor este transformată în curent electric alternativ.
Abordări ale clasificării
Pot exista multe motive pentru tipologia reactoarelor:
- După tipul de reacție nucleară. Fisiunea (toate instalațiile comerciale) sau fuziunea (puterea termonucleară, este răspândită doar în unele institute de cercetare);
- Prin lichid de răcire. In marea majoritate a cazurilor se foloseste in acest scop apa (fiarta sau grea). Se folosesc uneori soluții alternative: metal lichid (sodiu, aliaj plumb-bismut, mercur), gaz (heliu, dioxid de carbon sau azot), sare topită (săruri fluorurate);
- După generație. Primul este prototipurile timpurii, care nu aveau niciun sens comercial. A doua este majoritatea centralelor nucleare utilizate în prezent, care au fost construite înainte de 1996. A treia generație diferă de cea anterioară doar prin îmbunătățiri minore. Lucrările la a patra generație sunt încă în desfășurare;
- După starea agregată combustibil (gazul mai există doar pe hârtie);
- După scopul utilizării(pentru producerea energiei electrice, pornirea motorului, producerea hidrogenului, desalinizarea, transmutarea elementelor, obținerea radiațiilor neuronale, în scopuri teoretice și de investigare).
Dispozitiv cu reactor nuclear
Principalele componente ale reactoarelor din majoritatea centralelor electrice sunt:
- Combustibil nuclear - o substanță care este necesară pentru producerea de căldură pentru turbinele de putere (de obicei uraniu slab îmbogățit);
- Zona activă a reactorului nuclear - aici are loc reacția nucleară;
- Moderator de neutroni - reduce viteza neutronilor rapizi, transformându-i în neutroni termici;
- Sursă de neutroni de pornire - utilizată pentru lansarea fiabilă și stabilă a unei reacții nucleare;
- Absorbant de neutroni - disponibil în unele centrale electrice pentru a reduce reactivitatea ridicată a combustibilului proaspăt;
- Obuzier cu neutroni - folosit pentru a reiniția o reacție după ce a fost oprit;
- Lichid de răcire (apă purificată);
- Tije de control - pentru a controla viteza de fisiune a nucleelor de uraniu sau plutoniu;
- Pompa de apa - pompeaza apa la cazanul de abur;
- Turbină cu abur - transformă energia termică a aburului în energie mecanică de rotație;
- Turn de răcire - un dispozitiv pentru îndepărtarea excesului de căldură în atmosferă;
- Sistem de recepție și depozitare a deșeurilor radioactive;
- Sisteme de siguranță (generatoare diesel de urgență, dispozitive pentru răcirea miezului de urgență).
Cum funcționează cele mai recente modele
Cea mai recentă generație de reactoare va fi disponibilă pentru funcționare comercială nu mai devreme de 2030. În prezent, principiul și aranjarea muncii lor sunt în stadiul de dezvoltare. Conform datelor actuale, aceste modificări vor diferi de modelele existente în acest sens beneficii:
- Sistem rapid de racire cu gaz. Se presupune că heliul va fi folosit ca lichid de răcire. Conform documentatia proiectului, astfel este posibilă răcirea reactoarelor cu o temperatură de 850 °C. Pentru a lucra la temperaturi atât de ridicate sunt necesare și materii prime specifice: materiale ceramice compozite și compuși actinidici;
- Este posibil să se folosească plumb sau un aliaj plumb-bismut ca agent de răcire primar. Aceste materiale au o absorbție scăzută de neutroni și un punct de topire relativ scăzut;
- De asemenea, un amestec de săruri topite poate fi folosit ca agent de răcire principal. Astfel, va fi posibil să se lucreze la temperaturi mai ridicate decât omologii moderni răciți cu apă.
Analogi naturali în natură
Reactorul nuclear este perceput în mintea publicului doar ca un produs tehnologie avansata. Cu toate acestea, de fapt primul dispozitivul este de origine naturală. A fost descoperit în regiunea Oklo, în statul Gabon central din Africa:
- Reactorul s-a format din cauza inundării rocilor de uraniu de către apele subterane. Ei au acționat ca moderatori de neutroni;
- Energia termică eliberată în timpul descompunerii uraniului transformă apa în abur, iar reacția în lanț se oprește;
- După ce temperatura lichidului de răcire scade, totul se repetă din nou;
- Dacă lichidul nu ar fi fiert și nu ar fi oprit cursul reacției, omenirea s-ar fi confruntat cu un nou dezastru natural;
- Fisiunea nucleară auto-susținută a început în acest reactor în urmă cu aproximativ un miliard și jumătate de ani. În acest timp, au fost alocați aproximativ 0,1 milioane de wați de putere de ieșire;
- O astfel de minune a lumii de pe Pământ este singura cunoscută. Apariția altora noi este imposibilă: proporția de uraniu-235 din materiile prime naturale este mult mai mică decât nivelul necesar pentru a menține o reacție în lanț.
Câte reactoare nucleare sunt în Coreea de Sud?
Săracă în resurse naturale, dar industrializată și suprapopulată, Republica Coreea are mare nevoie de energie. Pe fundalul respingerii de către Germania a atomului pașnic, această țară are mari speranțe pentru a reduce tehnologia nucleară:
- Este planificat ca până în 2035 ponderea energiei electrice generate de centralele nucleare să ajungă la 60%, iar producția totală - mai mult de 40 gigawați;
- Țara nu are arme atomice, dar cercetările în fizica nucleară sunt în desfășurare. Oamenii de știință coreeni au dezvoltat modele pentru reactoare moderne: modulare, cu hidrogen, cu metal lichid etc.;
- Succesul cercetătorilor locali vă permite să vindeți tehnologie în străinătate. Este de așteptat ca în următorii 15-20 de ani țara să exporte 80 de astfel de unități;
- Dar de astăzi, majoritatea centralelor nucleare au fost construite cu ajutorul oamenilor de știință americani sau francezi;
- Numărul de stații de operare este relativ mic (doar patru), dar fiecare dintre ele are un număr semnificativ de reactoare - 40 în total, iar această cifră va crește.
Când este bombardat cu neutroni, combustibilul nuclear intră într-o reacție în lanț, în urma căreia se generează o cantitate imensă de căldură. Apa din sistem preia această căldură și o transformă în abur, care transformă turbinele care produc energie electrică. Iată o diagramă simplă a funcționării unui reactor atomic, cea mai puternică sursă de energie de pe Pământ.
Video: cum funcționează reactoarele nucleare
În acest videoclip, fizicianul nuclear Vladimir Chaikin vă va spune cum este generată electricitatea în reactoarele nucleare, structura lor detaliată:
Reactor nuclear
Un reactor nuclear este un dispozitiv în care se realizează o reacție nucleară controlată în lanț, însoțită de eliberarea de energie. Primul reactor nuclear a fost construit și lansat în decembrie 1942 în SUA sub conducerea lui E. Fermi. Primul reactor construit în afara Statelor Unite a fost ZEEP, lansat în Canada în septembrie 1945. În Europa, primul reactor nuclear a fost instalația F-1, care a fost lansată la 25 decembrie 1946 la Moscova sub conducerea lui I. V. Kurchatov.
Până în 1978, aproximativ o sută de reactoare nucleare de diferite tipuri funcționau deja în lume. Componentele oricărui reactor nuclear sunt: un miez cu combustibil nuclear, de obicei înconjurat de un reflector de neutroni, un lichid de răcire, un sistem de control cu reacție în lanț, protecție împotriva radiațiilor, un sistem de control de la distanță. Vasul reactorului este supus uzurii (mai ales sub actiunea radiatiilor ionizante). Principala caracteristică a unui reactor nuclear este puterea sa. O putere de 1 MW corespunde unei reacții în lanț în care au loc 3·10 16 evenimente de fisiune în 1 sec.
Poveste
Grupul teoretic „Proiectul Uraniului” al Germaniei naziste, care lucra în cadrul Societății Kaiser Wilhelm, a fost condus de Weizsäcker, dar doar formal. Heisenberg, care a dezvoltat bazele teoretice ale reacției în lanț, a devenit liderul real, în timp ce Weizsacker, împreună cu un grup de participanți, sa concentrat pe crearea „mașinii cu uraniu” - primul reactor. La sfârșitul primăverii anului 1940, unul dintre oamenii de știință ai grupului - Harteck - a efectuat primul experiment cu o încercare de a crea o reacție în lanț folosind oxid de uraniu și un moderator de grafit solid. Cu toate acestea, materialul fisionabil disponibil nu a fost suficient pentru a atinge acest obiectiv. În 1941, la Universitatea din Leipzig, Döpel, membru al grupului Heisenberg, a construit un stand cu un moderator de apă grea, în experimente prin care, până în mai 1942, a fost posibil să se realizeze producția de neutroni într-o cantitate care depășește lor. absorbţie. O reacție în lanț cu drepturi depline a fost realizată de oamenii de știință germani în februarie 1945 într-un experiment efectuat într-o mină care lucra lângă Haigerloch. Cu toate acestea, câteva săptămâni mai târziu, programul nuclear al Germaniei a încetat să mai existe.
Reacția nucleară în lanț de fisiune (reacție în lanț scurt) a fost efectuată pentru prima dată în decembrie 1942. Un grup de fizicieni de la Universitatea din Chicago, condus de E. Fermi, a creat primul reactor nuclear din lume, numit Chicago Pile-1, CP-1. Era format din blocuri de grafit, între care erau amplasate bile de uraniu natural și dioxidul acestuia. Neutronii rapizi care apar după fisiunea nucleelor de 235U au fost încetiniți de grafit la energii termice și apoi au provocat noi fisiuni nucleare. Reactoarele precum SR-1, în care ponderea principală a fisiunilor au loc sub acțiunea neutronilor termici, se numesc reactoare cu neutroni termici. Conțin mult moderator în comparație cu combustibilul nuclear.
În URSS, teoretic şi studii experimentale caracteristicile de pornire, operare și control al reactoarelor au fost efectuate de un grup de fizicieni și ingineri sub conducerea academicianului I. V. Kurchatov. Primul reactor sovietic F-1 a fost construit la Laboratorul nr. 2 al Academiei de Științe a URSS (Moscova). Acest reactor a fost pus în stare critică la 25 decembrie 1946. Reactorul F-1 era asamblat din blocuri de grafit și avea forma unei bile cu diametrul de aproximativ 7,5 m. În partea centrală a bilei cu diametrul de 6 m, tije de uraniu erau plasate prin orificiile blocurilor de grafit. Reactorul F-1, ca și reactorul CP-1, nu avea sistem de răcire, așa că funcționa la niveluri de putere foarte scăzute (fracții de watt, rar câțiva wați). Rezultatele cercetării la reactorul F-1 au devenit baza proiectelor de reactoare industriale mai complexe. În 1948, reactorul I-1 (după alte surse se numea A-1) a fost dat în funcțiune pentru producerea de plutoniu, iar la 27 iunie 1954, prima centrală nucleară din lume cu o putere electrică de 5 MW. a fost pus în funcțiune în orașul Obninsk.
Dispozitiv și principiu de funcționare
Mecanism de eliberare a puterii Transformarea unei substanțe este însoțită de eliberarea de energie liberă numai dacă substanța are o rezervă de energii. Aceasta din urmă înseamnă că microparticulele substanței se află într-o stare cu o energie de repaus mai mare decât într-o altă stare posibilă, tranziția către care există. Tranziția spontană este întotdeauna împiedicată de o barieră energetică, pentru a o depăși microparticula trebuie să primească o anumită cantitate de energie din exterior - energia de excitație. Reacția exoenergetică constă în faptul că în transformarea care urmează excitației se eliberează mai multă energie decât este necesară pentru excitarea procesului. Există două moduri de a depăși bariera energetică: fie datorită energiei cinetice a particulelor care se ciocnesc, fie datorită energiei de legare a particulei care aderă.
Dacă ținem cont de scalele macroscopice ale eliberării de energie, atunci energia cinetică necesară pentru excitarea reacțiilor trebuie să aibă toate, sau la început cel puțin unele dintre particulele substanței. Acest lucru se poate realiza doar prin creșterea temperaturii mediului până la o valoare la care energia mișcării termice se apropie de valoarea pragului de energie care limitează cursul procesului. În cazul transformărilor moleculare, adică al reacțiilor chimice, o astfel de creștere este de obicei de sute de kelvin, în timp ce în cazul reacțiilor nucleare este de cel puțin 107 K datorită înălțimii foarte mari a barierelor Coulomb a nucleelor care se ciocnesc. Excitarea termică a reacțiilor nucleare a fost realizată în practică numai în sinteza celor mai ușoare nuclee, în care barierele Coulomb sunt minime (fuziune termonucleară).
Excitarea de către particulele de îmbinare nu necesită o energie cinetică mare și, prin urmare, nu depinde de temperatura mediului, deoarece se produce din cauza legăturilor neutilizate inerente particulelor de forțe atractive. Dar, pe de altă parte, particulele în sine sunt necesare pentru a excita reacțiile. Și dacă din nou ținem cont nu de un act separat de reacție, ci de producția de energie la scară macroscopică, atunci acest lucru este posibil numai atunci când are loc o reacție în lanț. Acesta din urmă apare atunci când particulele care excită reacția reapar ca produse ale unei reacții exoenergetice.
Proiecta
Orice reactor nuclear este format din următoarele părți:
- Miez cu combustibil nuclear și moderator;
- Reflector de neutroni care înconjoară miezul;
- Lichid de răcire;
- Sistem de control al reacției în lanț, inclusiv protecție în caz de urgență;
- Protecție împotriva radiațiilor;
- Sistem de control de la distanță.
groapă de iod
Groapă de iod - starea unui reactor nuclear după ce acesta este oprit, caracterizată prin acumularea izotopului de xenon de scurtă durată 135Xe. Acest proces duce la apariția temporară a unei reactivități negative semnificative, care, la rândul său, face imposibilă aducerea reactorului la capacitatea de proiectare pentru o anumită perioadă (aproximativ 1-2 zile).
Clasificare
Cu programare
În funcție de natura utilizării reactoarelor nucleare, se împart în:
- Reactoarele de putere concepute pentru a produce energie electrică și termică utilizate în sectorul energetic, precum și pentru desalinizarea apei de mare (reactoarele de desalinizare sunt, de asemenea, clasificate ca fiind industriale). Astfel de reactoare sunt utilizate în principal în centralele nucleare. Puterea termică a reactoarelor de putere moderne ajunge la 5 GW. Într-un grup separat alocă:
- Reactoarele de transport concepute pentru a furniza energie motoarelor Vehicul. Cele mai largi grupuri de aplicații sunt reactoarele de transport maritim utilizate pe submarine și diferite nave de suprafață, precum și reactoarele utilizate în tehnologia spațială.
- Reactoare experimentale concepute pentru a studia diferite mărimi fizice, a căror valoare este necesară pentru proiectarea și funcționarea reactoarelor nucleare; puterea unor astfel de reactoare nu depășește câțiva kW.
- Reactoare de cercetare în care fluxurile de neutroni și raze gamma generate în miez sunt utilizate pentru cercetare în domeniul fizicii nucleare, fizicii stării solide, chimia radiațiilor, biologie, pentru testarea materialelor destinate funcționării în fluxuri intense de neutroni (inclusiv . părți ale nucleare). reactoare), pentru producerea de izotopi. Puterea reactoarelor de cercetare nu depășește 100 MW. Energia eliberată de obicei nu este utilizată.
- Reactoare industriale (arme, izotopi) utilizate pentru producerea de izotopi utilizați în diverse domenii. Cel mai utilizat pentru producerea de materiale pentru arme nucleare, cum ar fi 239Pu. De asemenea, reactoarele industriale includ reactoare utilizate pentru desalinizarea apei de mare.
Adesea, reactoarele sunt folosite pentru a rezolva două sau mai multe sarcini diferite, caz în care sunt numite multifuncționale. De exemplu, unele reactoare de putere, în special în zorii energiei nucleare, erau destinate în principal experimentelor. Reactoarele cu neutroni rapizi pot fi atât generatoare de energie, cât și izotopi în același timp. Reactoarele industriale, pe lângă sarcina lor principală, generează adesea energie electrică și termică.
Conform spectrului neutronilor
- Reactor termic (lent) cu neutroni („reactor termic”)
- Reactor rapid cu neutroni („reactor rapid”)
- Reactorul pe neutroni intermediari
- Reactor cu spectru mixt
Prin plasarea combustibilului
- Reactoare eterogene, unde combustibilul este plasat în miez discret sub formă de blocuri, între care se află un moderator;
- Reactoare omogene, în care combustibilul și moderatorul sunt un amestec omogen (sistem omogen).
Într-un reactor eterogen, combustibilul și moderatorul pot fi distanțate, în special, într-un reactor cu cavitate, moderatorul-reflector înconjoară cavitatea cu combustibil care nu conține un moderator. Din punct de vedere nuclear-fizic, criteriul de omogenitate/eterogenitate nu este proiectarea, ci amplasarea blocurilor de combustibil la o distanţă ce depăşeşte lungimea de moderare a neutronilor la un moderator dat. De exemplu, așa-numitele reactoare „în zăbrele apropiate” sunt proiectate pentru a fi omogene, deși combustibilul este de obicei separat de moderatorul din ele.
Blocurile de combustibil nuclear dintr-un reactor eterogen sunt numite ansambluri de combustibil (FA), care sunt plasate în miez la nodurile unei rețele obișnuite, formând celule.
După tipul de combustibil
- izotopi de uraniu 235, 238, 233 (235U, 238U, 233U)
- izotop de plutoniu 239 (239Pu), de asemenea izotopi 239-242Pu sub formă de amestec cu 238U (combustibil MOX)
- izotopul de toriu 232 (232Th) (prin conversie la 233U)
După gradul de îmbogățire:
- uraniu natural
- uraniu slab îmbogățit
- uraniu foarte îmbogățit
După compoziția chimică:
- metal U
- UO2 (dioxid de uraniu)
- UC (carbură de uraniu), etc.
După tipul de lichid de răcire
- H2O (reactor cu apă sub presiune)
- Gaz, (reactor de grafit-gaz)
- Reactor cu lichid de răcire organic
- Reactor cu lichid de răcire din metal
- Reactorul cu sare topită
- Reactor răcit solid
După tipul de moderator
- C (Reactor grafit-gaz, reactor grafit-apă)
- H2O (reactor cu apă ușoară, reactor cu apă sub presiune, VVER)
- D2O (reactor nuclear cu apă grea, CANDU)
- Fii, BeO
- Hidruri metalice
- Fără moderator (reactor cu neutroni rapid)
De proiectare
- Reactoarele cu rezervor
- Reactoarele cu canal
metoda de generare a aburului
- Reactor cu generator extern de abur (PWR, VVER)
- Reactorul de fierbere
clasificarea AIEA
- PWR (pressurized water reactors) - reactor cu apă presurizată (reactor cu apă presurizată);
- BWR (boiling water reactor) - reactor cu apă în fierbere;
- FBR (fast breeder reactor) - reactor de reproducere rapidă;
- GCR (gas-cooled reactor) - reactor răcit cu gaz;
- LWGR (reactor de grafit cu apă ușoară) - reactor grafit-apă
- PHWR (reactor cu apă grea sub presiune) - reactor cu apă grea
Cele mai comune din lume sunt reactoarele cu apă sub presiune (aproximativ 62%) și apă clocotită (20%).
Controlul reactorului nuclear
Controlul unui reactor nuclear este posibil doar datorită faptului că în timpul fisiunii unii dintre neutroni zboară din fragmente cu o întârziere care poate varia de la câteva milisecunde la câteva minute.
Pentru controlul reactorului se folosesc tije absorbante, introduse în miez, din materiale care absorb puternic neutronii (în principal B, Cd și alții) și/sau o soluție de acid boric adăugată lichidului de răcire într-o anumită concentrație (bor). Control). Mișcarea tijelor este controlată de mecanisme speciale, acționări, care funcționează pe semnale de la operator sau echipamente pentru controlul automat al fluxului de neutroni.
În cazul diferitelor situații de urgență, în fiecare reactor este prevăzută o terminare de urgență a reacției în lanț, realizată prin aruncarea tuturor tijelor absorbante în miez - un sistem de protecție în caz de urgență.
Căldura reziduală
O problemă importantă direct legată de siguranța nucleară este căldura de descompunere. Aceasta este o caracteristică specifică a combustibilului nuclear, care constă în faptul că, după terminarea reacției în lanț de fisiune și a inerției termice, care este comună pentru orice sursă de energie, degajarea de căldură în reactor continuă pentru o lungă perioadă de timp, ceea ce creează un număr de probleme tehnic complexe.
Căldura reziduală este o consecință a dezintegrarii β și γ a produselor de fisiune care s-au acumulat în combustibil în timpul funcționării reactorului. Nucleele produselor de fisiune, ca urmare a descompunerii, trec într-o stare mai stabilă sau complet stabilă cu eliberarea de energie semnificativă.
Deși rata de degajare a căldurii reziduale scade rapid la valori care sunt mici în comparație cu valorile staționare, în reactoarele de putere mare este semnificativă în termeni absoluti. Din acest motiv, eliberarea de căldură prin dezintegrare necesită mult timp pentru a asigura îndepărtarea căldurii din miezul reactorului după ce acesta a fost oprit. Această sarcină necesită prezența unor sisteme de răcire cu alimentare fiabilă în proiectarea instalației reactorului și, de asemenea, necesită depozitarea pe termen lung (în termen de 3-4 ani) a combustibilului nuclear uzat în instalații de depozitare cu o capacitate specială. regim de temperatură- piscine de combustibil uzat, care sunt de obicei situate în imediata apropiere a reactorului.
Pentru a înțelege principiul funcționării și proiectării unui reactor nuclear, trebuie să faceți mica digresiuneîn trecut. Un reactor nuclear este un vis vechi de secole întruchipat, deși nu complet, al omenirii despre o sursă inepuizabilă de energie. Vechiul său „progenitor” este un foc format din ramuri uscate, care odinioară a luminat și a încălzit bolțile peșterii, unde strămoșii noștri îndepărtați și-au găsit mântuirea de frig. Mai târziu, oamenii au stăpânit hidrocarburile - cărbune, șist, petrol și gaze naturale.
A început o eră turbulentă, dar de scurtă durată a aburului, care a fost înlocuită cu o eră și mai fantastică a electricității. Orașele erau pline de lumină, iar atelierele cu zumzetul unor mașini necunoscute până acum, conduse de motoare electrice. Apoi părea că progresul a atins punctul culminant.
Totul s-a schimbat la sfârșitul secolului al XIX-lea, când chimistul francez Antoine Henri Becquerel a descoperit accidental că sărurile de uraniu sunt radioactive. După 2 ani, compatrioții săi Pierre Curie și soția sa Maria Sklodowska-Curie au obținut de la ei radi și poloniu, iar nivelul lor de radioactivitate a fost de milioane de ori mai mare decât cel al toriului și uraniului.
Bagheta a fost ridicată de Ernest Rutherford, care a studiat în detaliu natura razelor radioactive. Astfel a început epoca atomului, care a dat naștere copilului său iubit - reactorul nuclear.
Primul reactor nuclear
„Primul născut” este din SUA. În decembrie 1942, reactorul a dat primul curent, care a primit numele creatorului său, unul dintre cei mai mari fizicieni ai secolului, E. Fermi. Trei ani mai târziu, în Canada și-a găsit viață plantă nucleară ZEEP. „Bronzul” a revenit primului reactor sovietic F-1, lansat la sfârșitul anului 1946. I. V. Kurchatov a devenit șeful proiectului nuclear intern. Astăzi, peste 400 de unități nucleare funcționează cu succes în lume.
Tipuri de reactoare nucleare
Scopul lor principal este de a susține o reacție nucleară controlată care produce electricitate. Unele reactoare produc izotopi. Pe scurt, sunt dispozitive în adâncimea cărora unele substanțe sunt transformate în altele cu eliberarea unei cantități mari de energie termică. Acesta este un fel de „cuptor”, în care în loc de combustibili tradiționali, sunt „arse” izotopi de uraniu - U-235, U-238 și plutoniu (Pu).
Spre deosebire, de exemplu, de o mașină proiectată pentru mai multe tipuri de benzină, fiecare tip de combustibil radioactiv are propriul său tip de reactor. Există două dintre ele - pe neutroni lenți (cu U-235) și rapid (cu U-238 și Pu). Majoritatea centralelor nucleare sunt echipate cu reactoare lente cu neutroni. Pe lângă centralele nucleare, instalațiile „funcționează” în centre de cercetare, pe submarine nucleare și.
Cum este reactorul
Toate reactoarele au aproximativ aceeași schemă. „Inima” sa este zona activă. Poate fi comparat aproximativ cu cuptorul unei sobe convenționale. Numai în loc de lemn de foc există combustibil nuclear sub formă de elemente de combustibil cu un moderator - TVEL-uri. Zona activă este situată în interiorul unui fel de capsulă - un reflector de neutroni. Tijele de combustibil sunt „spălate” de lichidul de răcire - apă. Pentru că în „inima” este foarte nivel inalt radioactivitate, este înconjurat de o protecție fiabilă împotriva radiațiilor.
Operatorii controlează funcționarea centralei cu ajutorul a două sisteme critice, controlul cu reacție în lanț și sistemul de control de la distanță. Dacă apare o situație de urgență, protecția de urgență este declanșată instantaneu.
Cum funcționează reactorul
„Flacăra” atomică este invizibilă, deoarece procesele au loc la nivelul fisiunii nucleare. În cursul unei reacții în lanț, nucleele grele se rup în fragmente mai mici, care, fiind în stare excitată, devin surse de neutroni și alte particule subatomice. Dar procesul nu se termină aici. Neutronii continuă să „zdrobească”, în urma căruia se eliberează multă energie, adică ceea ce se întâmplă pentru care sunt construite centrale nucleare.
Sarcina principală a personalului este de a menține o reacție în lanț cu ajutorul tijelor de control la un nivel constant, reglabil. Aceasta este principala sa diferență față de bomba atomică, unde procesul de dezintegrare nucleară este incontrolabil și se desfășoară rapid, sub forma unei explozii puternice.
Ce s-a întâmplat la centrala nucleară de la Cernobîl
Una dintre principalele cauze ale catastrofei de la centrala nucleară de la Cernobîl din aprilie 1986 a fost încălcarea gravă a regulilor de siguranță operațională în procesul de întreținere de rutină la a 4-a unitate de putere. Apoi 203 tije de grafit au fost scoase din miez în același timp în loc de cele 15 permise de reglementări. Ca urmare, reacția necontrolată în lanț care a început s-a încheiat cu o explozie termică și distrugerea completă a unității de putere.
Reactoare de noua generatie
În ultimul deceniu, Rusia a devenit unul dintre liderii mondiali în domeniul energiei nucleare. Pe acest moment Rosatom State Corporation construiește centrale nucleare în 12 țări, unde sunt construite 34 de unități electrice. O cerere atât de mare este o dovadă a nivelului înalt al tehnologiei nucleare moderne rusești. Urmează noile reactoare de generația a 4-a.
"Brest"
Unul dintre ele este Brest, care este dezvoltat ca parte a proiectului Breakthrough. Sistemele actuale cu ciclu deschis funcționează cu uraniu slab îmbogățit, lăsând în urmă o mare cantitate de combustibil uzat care trebuie eliminat la un cost enorm. „Brest” - un reactor cu neutroni rapid este unic într-un ciclu închis.
În el, combustibilul uzat, după procesarea corespunzătoare într-un reactor cu neutroni rapid, devine din nou un combustibil cu drepturi depline care poate fi încărcat înapoi în aceeași instalație.
Brest se distinge printr-un nivel ridicat de securitate. Niciodată nu va „exploda” nici măcar în cel mai grav accident, este foarte economic și prietenos cu mediul, deoarece își reutiliza uraniul „reînnoit”. De asemenea, nu poate fi folosit pentru a produce plutoniu de calitate pentru arme, ceea ce deschide cele mai largi perspective pentru exportul său.
VVER-1200
VVER-1200 este un reactor inovator de generație 3+ cu o capacitate de 1150 MW. Datorită capacităților sale tehnice unice, are o siguranță operațională aproape absolută. Reactorul este echipat cu sisteme de siguranță pasivă din abundență, care vor funcționa chiar și în absența alimentării în regim automat.
Unul dintre ele este un sistem pasiv de îndepărtare a căldurii, care este activat automat atunci când reactorul este complet dezactivat. În acest caz, sunt prevăzute rezervoare hidraulice de urgență. Cu o scădere anormală a presiunii în circuitul primar, o cantitate mare de apă care conține bor este furnizată în reactor, care stinge reacția nucleară și absoarbe neutronii.
Un alt know-how este situat în partea inferioară a reținerii - „capcana” topiturii. În cazul în care, totuși, în urma unui accident, miezul „se scurge”, „capcana” nu va permite colapsul imobilului și va împiedica pătrunderea produselor radioactive în pământ.
Energia nucleară este o modalitate modernă și în dezvoltare rapidă de a genera energie electrică. Știți cum sunt amenajate centralele nucleare? Care este principiul de funcționare al unei centrale nucleare? Ce tipuri de reactoare nucleare există astăzi? Vom încerca să luăm în considerare în detaliu schema de funcționare a unei centrale nucleare, să ne adâncim în structura unui reactor nuclear și să aflăm cât de sigură este metoda atomică de generare a energiei electrice.
Cum este organizată o centrală nucleară?
Orice statie este o zona inchisa departe de zona rezidentiala. Pe teritoriul său există mai multe clădiri. Cea mai importantă clădire este clădirea reactorului, alături este sala turbinelor din care se controlează reactorul, și clădirea de siguranță.
Schema este imposibilă fără un reactor nuclear. Un reactor atomic (nuclear) este un dispozitiv al unei centrale nucleare, care este conceput pentru a organiza o reacție în lanț de fisiune a neutronilor cu eliberarea obligatorie de energie în acest proces. Dar care este principiul de funcționare al unei centrale nucleare?
Întreaga centrală a reactorului este amplasată în clădirea reactorului, un turn mare de beton care ascunde reactorul și, în caz de accident, va conține toți produsele unei reacții nucleare. Acest turn mare se numește reținere, înveliș ermetic sau reținere.
Zona de izolare din noile reactoare are 2 pereți groși de beton - învelișuri.
O carcasă exterioară de 80 cm grosime protejează zona de izolare de influențele externe.
Carcasa interioară cu o grosime de 1 metru 20 cm are în dispozitiv cabluri speciale din oțel, care măresc rezistența betonului de aproape trei ori și nu vor permite structurii să se prăbușească. Cu interior este căptușită cu o foaie subțire de oțel special, care este concepută pentru a servi ca protecție suplimentară a reținerii și, în caz de accident, pentru a împiedica eliberarea conținutului reactorului în afara zonei de izolare.
Un astfel de dispozitiv al unei centrale nucleare poate rezista la căderea unei aeronave cu o greutate de până la 200 de tone, la un cutremur de 8 grade, o tornadă și un tsunami.
Prima carcasă sub presiune a fost construită la centrala nucleară americană Connecticut Yankee în 1968.
Înălțimea totală a zonei de izolare este de 50-60 de metri.
Din ce este făcut un reactor nuclear?
Pentru a înțelege principiul funcționării unui reactor nuclear și, prin urmare, principiul funcționării unei centrale nucleare, trebuie să înțelegeți componentele reactorului.
- zona activă. Aceasta este zona în care sunt amplasate combustibilul nuclear (degajatorul de căldură) și moderatorul. Atomii de combustibil (cel mai adesea uraniul este combustibilul) efectuează o reacție în lanț de fisiune. Moderatorul este conceput pentru a controla procesul de fisiune și vă permite să efectuați reacția necesară în ceea ce privește viteza și puterea.
- reflector de neutroni. Reflectorul înconjoară zona activă. Constă din același material ca și moderatorul. De fapt, aceasta este o cutie, al cărei scop principal este de a împiedica neutronii să părăsească nucleul și să intre în mediu inconjurator.
- Lichidul de răcire. Lichidul de răcire trebuie să absoarbă căldura care a fost eliberată în timpul fisiunii atomilor de combustibil și să o transfere altor substanțe. Lichidul de răcire determină în mare măsură modul în care este proiectată o centrală nucleară. Cel mai popular lichid de răcire astăzi este apa.
Sistem de control al reactorului. Senzori și mecanisme care pun în acțiune reactorul centralei nucleare.
Combustibil pentru centrale nucleare
Ce face o centrală nucleară? Combustibilul pentru centralele nucleare este elemente chimice cu proprietăți radioactive. La toate centralele nucleare, uraniul este un astfel de element.
Proiectarea stațiilor implică faptul că centralele nucleare funcționează cu combustibil compozit complex, și nu pe un element chimic pur. Și pentru a extrage combustibil de uraniu din uraniul natural, care este încărcat într-un reactor nuclear, trebuie să efectuați o mulțime de manipulări.
Uraniu îmbogățit
Uraniul este format din doi izotopi, adică conține nuclee cu mase diferite. Au fost denumiți după numărul de protoni și neutroni izotopul -235 și izotopul-238. Cercetătorii secolului al XX-lea au început să extragă uraniu 235 din minereu, deoarece. era mai ușor să se descompună și să se transforme. S-a dovedit că există doar 0,7% din un astfel de uraniu în natură (procentele rămase au mers la izotopul 238).
Ce să faci în acest caz? Au decis să îmbogăţească uraniul. Îmbogățirea uraniului este un proces în care există mulți izotopi 235x necesari și puțini izotopi 238x inutili. Sarcina îmbogățitorilor de uraniu este de a face aproape 100% uraniu-235 din 0,7%.
Uraniul poate fi îmbogățit folosind două tehnologii - difuzie de gaz sau centrifugare cu gaz. Pentru utilizarea lor, uraniul extras din minereu este transformat în stare gazoasă. Sub formă de gaz, este îmbogățit.
pulbere de uraniu
Gazul de uraniu îmbogățit este transformat într-o stare solidă - dioxid de uraniu. Acest uraniu solid pur 235 arată ca niște cristale mari albe care sunt zdrobite ulterior în pulbere de uraniu.
Tablete de uraniu
Peleții de uraniu sunt șaibe metalice solide, lungi de câțiva centimetri. Pentru a modela astfel de tablete din pulbere de uraniu, se amestecă cu o substanță - un plastifiant, îmbunătățește calitatea presării tabletelor.
Mașinile de spălat presate sunt coapte la o temperatură de 1200 de grade Celsius mai mult de o zi pentru a conferi tabletelor o rezistență deosebită și rezistență la temperaturi ridicate. Modul în care funcționează o centrală nucleară depinde direct de cât de bine este comprimat și copt combustibilul cu uraniu.
Tabletele sunt coapte în cutii de molibden, deoarece. doar acest metal este capabil să nu se topească la temperaturi „infernale” de peste o mie și jumătate de grade. După aceea, combustibilul cu uraniu pentru centralele nucleare este considerat gata.
Ce este TVEL și TVS?
Miezul reactorului arată ca un disc uriaș sau o țeavă cu găuri în pereți (în funcție de tipul de reactor), de 5 ori mai mare decât un corp uman. Aceste găuri conțin combustibil uraniu, ai cărui atomi efectuează reacția dorită.
Este imposibil să aruncați pur și simplu combustibil într-un reactor, ei bine, dacă nu doriți să obțineți o explozie a întregii stații și un accident cu consecințe pentru câteva state din apropiere. Prin urmare, combustibilul cu uraniu este plasat în bare de combustibil și apoi colectat în ansambluri de combustibil. Ce înseamnă aceste abrevieri?
- TVEL - element de combustibil (a nu se confunda cu același nume firma ruseasca care le produce). De fapt, acesta este un tub de zirconiu subțire și lung din aliaje de zirconiu, în care sunt plasate peleți de uraniu. În barele de combustibil, atomii de uraniu încep să interacționeze între ei, eliberând căldură în timpul reacției.
Zirconiul a fost ales ca material pentru producerea barelor de combustibil datorită proprietăților sale refractare și anticorozive.
Tipul elementelor combustibile depinde de tipul și structura reactorului. De regulă, structura și scopul tijelor de combustibil nu se modifică; lungimea și lățimea tubului pot fi diferite.
Mașina încarcă mai mult de 200 de pelete de uraniu într-un tub de zirconiu. În total, aproximativ 10 milioane de pelete de uraniu lucrează simultan în reactor.
FA - ansamblu combustibil. Lucrătorii CNE numesc pachete de combustibil.
De fapt, acestea sunt mai multe TVEL-uri legate între ele. Ansamblurile de combustibil sunt combustibil nuclear gata preparat, cu ce funcționează o centrală nucleară. Sunt ansambluri de combustibil care sunt încărcate într-un reactor nuclear. Într-un reactor sunt plasate aproximativ 150 - 400 de ansambluri de combustibil.
În funcție de reactorul în care va funcționa ansamblul combustibil, ele vin în forme diferite. Uneori pachetele sunt pliate într-o formă cubică, alteori într-o formă cilindrice, alteori într-o formă hexagonală.
Un ansamblu de combustibil pentru 4 ani de funcționare generează aceeași cantitate de energie ca la arderea a 670 de vagoane de cărbune, 730 de rezervoare cu gaz natural sau 900 de rezervoare încărcate cu ulei.
Astăzi, ansamblurile de combustibil sunt produse în principal în fabrici din Rusia, Franța, SUA și Japonia.
Pentru a livra combustibil pentru centralele nucleare în alte țări, ansamblurile de combustibil sunt sigilate în țevi metalice lungi și late, aerul este pompat din țevi și livrat la bordul aeronavelor de marfă cu mașini speciale.
Combustibilul nuclear pentru centralele nucleare cântărește prohibitiv de mult. uraniul este unul dintre cele mai multe metale grele pe planeta. Greutatea sa specifică este de 2,5 ori mai mare decât a oțelului.
Centrală nucleară: principiu de funcționare
Care este principiul de funcționare al unei centrale nucleare? Principiul de funcționare al centralelor nucleare se bazează pe o reacție în lanț de fisiune a atomilor unei substanțe radioactive - uraniu. Această reacție are loc în miezul unui reactor nuclear.
Dacă nu intrați în complexitățile fizicii nucleare, principiul de funcționare al unei centrale nucleare arată astfel:
După pornirea reactorului nuclear, barele absorbante sunt îndepărtate din barele de combustibil, care împiedică reacția uraniului.
De îndată ce tijele sunt îndepărtate, neutronii de uraniu încep să interacționeze între ei.
Când neutronii se ciocnesc, are loc o mini-explozie la nivel atomic, se eliberează energie și se nasc noi neutroni, începe să aibă loc o reacție în lanț. Acest proces eliberează căldură.
Căldura este transferată la lichidul de răcire. În funcție de tipul de lichid de răcire, acesta se transformă în abur sau gaz, care rotește turbina.
Turbina antrenează un generator electric. El este cel care, de fapt, generează electricitate.
Dacă nu urmați procesul, neutronii de uraniu se pot ciocni între ei până când reactorul este aruncat în aer și întreaga centrală nucleară este aruncată în bucăți. Senzorii computerului controlează procesul. Acestea detectează o creștere a temperaturii sau o schimbare a presiunii în reactor și pot opri automat reacțiile.
Care este diferența dintre principiul de funcționare al centralelor nucleare și al centralelor termice (centrale termice)?
Diferențele în muncă sunt doar în primele etape. În centralele nucleare, lichidul de răcire primește căldură din fisiunea atomilor de combustibil de uraniu, în termocentrale, lichidul de răcire primește căldură din arderea combustibilului organic (cărbune, gaz sau petrol). După ce fie atomii de uraniu, fie gazul cu cărbune au eliberat căldură, schemele de funcționare a centralelor nucleare și a centralelor termice sunt aceleași.
Tipuri de reactoare nucleare
Modul în care funcționează o centrală nucleară depinde de modul în care funcționează reactorul său nuclear. Astăzi există două tipuri principale de reactoare, care sunt clasificate în funcție de spectrul neuronilor:
Un reactor cu neutroni lent, numit și reactor termic.
Pentru funcționarea sa se folosește 235 de uraniu, care trece prin etapele de îmbogățire, de creare a tabletelor de uraniu etc. Astăzi, reactoarele cu neutroni lenți sunt în marea majoritate.
Reactor rapid cu neutroni.
Aceste reactoare sunt viitorul, pentru că ele lucrează pe uraniu-238, care este un ban pe duzină în natură și nu este necesar să se îmbogățească acest element. Dezavantajul unor astfel de reactoare este doar în costurile foarte mari pentru proiectare, construcție și lansare. Astăzi, reactoarele cu neutroni rapidi funcționează numai în Rusia.
Lichidul de răcire din reactoarele cu neutroni rapidi este mercur, gaz, sodiu sau plumb.
Reactoarele cu neutroni lenți, care sunt folosite astăzi de toate centralele nucleare din lume, vin și ele în mai multe tipuri.
Organizația AIEA (Agenția Internațională pentru Energie Atomică) și-a creat propria clasificare, care este folosită cel mai des în industria nucleară mondială. Deoarece principiul de funcționare al unei centrale nucleare depinde în mare măsură de alegerea lichidului de răcire și a moderatorului, AIEA și-a bazat clasificarea pe aceste diferențe.
Din punct de vedere chimic, oxidul de deuteriu este un moderator și lichid de răcire ideal, deoarece atomii săi interacționează cel mai eficient cu neutronii uraniului în comparație cu alte substanțe. Mai simplu spus, apa grea își îndeplinește sarcina cu pierderi minime și rezultate maxime. Cu toate acestea, producția sa costă bani, în timp ce este mult mai ușor să folosim apa obișnuită „ușoară” și familiară pentru noi.
Câteva fapte despre reactoarele nucleare...
Este interesant că un reactor de centrală nucleară este construit pentru cel puțin 3 ani!
Pentru a construi un reactor, aveți nevoie de echipamente care funcționează cu un curent electric de 210 kilo amperi, care este de un milion de ori curentul care poate ucide o persoană.
O carcasă (element structural) al unui reactor nuclear cântărește 150 de tone. Există 6 astfel de elemente într-un reactor.
Reactor cu apă sub presiune
Am aflat deja cum funcționează centrala nucleară în general, pentru a „aranja” să vedem cum funcționează cel mai popular reactor nuclear sub presiune.
În întreaga lume, astăzi, sunt utilizate reactoare cu apă sub presiune de generația 3+. Sunt considerate cele mai fiabile și sigure.
Toate reactoarele cu apă sub presiune din lume, de-a lungul tuturor anilor de funcționare, au reușit deja să câștige peste 1000 de ani de funcționare fără probleme și nu au dat niciodată abateri serioase.
Structura centralelor nucleare bazate pe reactoare cu apă sub presiune presupune că apa distilată circulă între barele de combustibil, încălzită la 320 de grade. Pentru a preveni intrarea în stare de vapori, se menține la o presiune de 160 de atmosfere. Schema CNE o numește apă primară.
Apa încălzită intră în generatorul de abur și își cedează căldura apei din circuitul secundar, după care se „întoarce” din nou în reactor. În exterior, se pare că conductele circuitului primar de apă sunt în contact cu alte conducte - apa celui de-al doilea circuit, transferă căldură între ele, dar apele nu intră în contact. Tuburile sunt în contact.
Astfel, este exclusă posibilitatea ca radiația să pătrundă în apa circuitului secundar, care va participa în continuare la procesul de generare a energiei electrice.
Siguranța centralei nucleare
După ce am învățat principiul funcționării centralelor nucleare, trebuie să înțelegem cum este aranjată siguranța. Proiectarea centralelor nucleare de astăzi necesită o atenție sporită acordată regulilor de siguranță.
Costul siguranței centralei nucleare este de aproximativ 40% din costul total al centralei în sine.
Schema NPP include 4 bariere fizice care împiedică eliberarea de substanțe radioactive. Ce ar trebui să facă aceste bariere? La momentul potrivit, puteți opri reacția nucleară, asigurați îndepărtarea constantă a căldurii din miez și din reactor în sine și preveniți eliberarea de radionuclizi din reținere (zona de reținere).
- Prima barieră este rezistența peletelor de uraniu. Este important ca acestea să nu se prăbușească sub influența temperaturilor ridicate dintr-un reactor nuclear. În multe privințe, modul în care funcționează o centrală nucleară depinde de modul în care granulele de uraniu au fost „coapte” în etapa inițială a producției. Dacă peletele de combustibil de uraniu sunt coapte incorect, reacțiile atomilor de uraniu din reactor vor fi imprevizibile.
- A doua barieră este etanșeitatea tijelor de combustibil. Tuburile de zirconiu trebuie sigilate etanș, dacă etanșeitatea este spartă, atunci în cel mai bun caz reactorul va fi deteriorat și lucrul oprit, în cel mai rău caz totul va zbura în aer.
- A treia barieră este un vas puternic din oțel al reactorului a, (același turn mare - o zonă de izolare) care „deține” toate procesele radioactive în sine. Coca este deteriorată - radiațiile vor fi eliberate în atmosferă.
- A patra barieră sunt tijele de protecție în caz de urgență. Deasupra zonei active, tijele cu moderatori sunt suspendate pe magneți, care pot absorbi toți neutronii în 2 secunde și pot opri reacția în lanț.
Dacă, în ciuda construcției unei centrale nucleare cu multe grade de protecție, nu este posibilă răcirea miezului reactorului la momentul potrivit, iar temperatura combustibilului crește la 2600 de grade, atunci intră în joc ultima speranță a sistemului de siguranță. - așa-numita capcană de topire.
Faptul este că la o astfel de temperatură fundul vasului reactorului se va topi și toate rămășițele de combustibil nuclear și structurile topite vor curge într-o „sticlă” specială suspendată deasupra miezului reactorului.
Sifonul de topire este refrigerat și refractar. Este umplut cu așa-numitul „material de sacrificiu”, care oprește treptat reacția în lanț de fisiune.
Astfel, schema CNE presupune mai multe grade de protecție, care exclud aproape complet orice posibilitate de accident.
Reactorul nuclear funcționează fără probleme și cu precizie. Altfel, după cum știți, vor fi probleme. Dar ce se întâmplă înăuntru? Să încercăm să formulăm principiul de funcționare a unui reactor nuclear (atomic) pe scurt, clar, cu opriri.
De fapt, acolo are loc același proces ca într-o explozie nucleară. Abia acum explozia are loc foarte repede, iar în reactor toate acestea se întind mult timp. În cele din urmă, totul rămâne în siguranță și primim energie. Nu atât de mult încât totul în jur s-a spulberat imediat, dar destul de mult pentru a furniza energie electrică orașului.
cum funcționează un reactor Turnuri de răcire NPP
Înainte de a înțelege cum funcționează o reacție nucleară controlată, trebuie să știți ce este o reacție nucleară în general.
O reacție nucleară este un proces de transformare (fisiune) a nucleelor atomice în timpul interacțiunii lor cu particulele elementare și cuante gamma.
Reacțiile nucleare pot avea loc atât cu absorbție, cât și cu eliberare de energie. În reactor se utilizează a doua reacție.
Un reactor nuclear este un dispozitiv al cărui scop este menținerea unei reacții nucleare controlate cu eliberare de energie.
Adesea, un reactor nuclear este numit și reactor nuclear. Rețineți că aici nu există nicio diferență fundamentală, dar din punct de vedere al științei, este mai corect să folosiți cuvântul „nuclear”. Acum există multe tipuri de reactoare nucleare. Acestea sunt reactoare industriale uriașe menite să genereze energie la centralele electrice, reactoare submarine nucleare, reactoare experimentale mici folosite în experimente științifice. Există chiar reactoare folosite pentru desalinizarea apei de mare.
Istoria creării unui reactor nuclear
Primul reactor nuclear a fost lansat în 1942, nu atât de îndepărtat. S-a întâmplat în SUA sub conducerea lui Fermi. Acest reactor s-a numit „morda de lemne din Chicago”.
În 1946, primul reactor sovietic a pornit sub conducerea lui Kurchatov. Corpul acestui reactor era o minge de șapte metri în diametru. Primele reactoare nu aveau sistem de răcire, iar puterea lor era minimă. Apropo, reactorul sovietic avea o putere medie de 20 de wați, în timp ce cel american avea doar 1 watt. Pentru comparație: puterea medie a reactoarelor de putere moderne este de 5 gigawați. La mai puțin de zece ani de la lansarea primului reactor, în orașul Obninsk a fost deschisă prima centrală nucleară industrială din lume.
Principiul de funcționare al unui reactor nuclear (atomic).
Orice reactor nuclear are mai multe părți: miez cu combustibil și moderator, reflector de neutroni, lichid de răcire, sistem de control și protecție. Izotopii de uraniu (235, 238, 233), plutoniu (239) și toriu (232) sunt cel mai des utilizați ca combustibil în reactoare. Zona activă este un cazan prin care curge apa obișnuită (lichid de răcire). Printre alți agenți de răcire, „apa grea” și grafitul lichid sunt mai puțin utilizate. Dacă vorbim despre funcționarea unei centrale nucleare, atunci un reactor nuclear este folosit pentru a genera căldură. Electricitatea în sine este generată prin aceeași metodă ca și în alte tipuri de centrale electrice - aburul rotește o turbină, iar energia mișcării este convertită în energie electrică.
Mai jos este o diagramă a funcționării unui reactor nuclear.
schema de funcționare a unui reactor nuclearSchema unui reactor nuclear la o centrală nucleară
După cum am spus deja, degradarea unui nucleu greu de uraniu produce elemente mai ușoare și câțiva neutroni. Neutronii rezultați se ciocnesc cu alte nuclee, provocându-le și fisiunea. În acest caz, numărul de neutroni crește ca o avalanșă.
Aici este necesar să menționăm factorul de multiplicare a neutronilor. Deci, dacă acest coeficient depășește o valoare egală cu unu, are loc o explozie nucleară. Dacă valoarea este mai mică de unu, sunt prea puțini neutroni și reacția se stinge. Dar dacă mențineți valoarea coeficientului egală cu unu, reacția va decurge mult timp și stabil.
Întrebarea este cum se face? În reactor, combustibilul se află în așa-numitele elemente de combustibil (TVEL). Acestea sunt tije care conțin combustibil nuclear sub formă de pelete mici. Barele de combustibil sunt conectate în casete hexagonale, dintre care pot fi sute în reactor. Casetele cu tije de combustibil sunt amplasate vertical, în timp ce fiecare tijă de combustibil are un sistem care vă permite să reglați adâncimea imersiei sale în miez. Pe lângă casetele în sine, există și tije de control și tije de protecție în caz de urgență. Tijele sunt realizate dintr-un material care absoarbe bine neutronii. Astfel, tijele de control pot fi coborâte la diferite adâncimi în miez, ajustând astfel factorul de multiplicare a neutronilor. Tijele de urgență sunt proiectate pentru a opri reactorul în caz de urgență.
Cum pornește un reactor nuclear?
Ne-am dat seama chiar principiul de funcționare, dar cum să pornim și să facem funcționarea reactorului? În linii mari, aici este o bucată de uraniu, dar la urma urmei, o reacție în lanț nu începe în ea de la sine. Cert este că în fizica nucleară există conceptul de masă critică.
Combustibil nuclearCombustibil nuclear
Masa critică este masa de material fisionabil necesară pentru a începe o reacție nucleară în lanț.
Cu ajutorul elementelor de combustibil și a tijelor de control, se creează mai întâi o masă critică de combustibil nuclear în reactor, iar apoi reactorul este adus la nivelul optim de putere în mai multe etape.
Îți va plăcea: Trucuri de matematică pentru studenți umaniști și non-umani (Partea 1)
În acest articol, am încercat să vă oferim o idee generală a structurii și principiului de funcționare a unui reactor nuclear (atomic). Dacă mai aveți întrebări pe această temă sau universitatea a pus o problemă în fizica nucleară - vă rugăm să contactați specialiștii companiei noastre. Noi, ca de obicei, suntem gata să vă ajutăm să rezolvați orice problemă presantă a studiilor dumneavoastră. Între timp, facem asta, atenția voastră este un alt videoclip educațional!
blog/kak-rabotaet-yadernyj-reaktor/