Reactor nuclear: principii de funcționare, iar circuitul de unitate

Proiectarea și exploatarea unui reactor nuclear bazat pe inițializarea și controlul reacției nucleare autoîntreținută. Acesta este folosit ca un instrument de cercetare pentru producerea de izotopi radioactivi și ca sursă de energie pentru centralele nucleare.

reactor nuclear: principiul de funcționare (scurtă)

procesul de fisiune este utilizat aici, în care un nucleu greu se imparte in doua fragmente mai mici. Aceste fragmente sunt într-o stare foarte excitat și emit neutroni și alte particule subatomice si fotoni. Neutronii poate provoca noi diviziuni, ca urmare a care sunt emise chiar mai mult, și așa mai departe. Acest număr continuu de autosusținere a dezintegrări numit reacție în lanț. În același timp, o cantitate mare de energie, producția care este scopul utilizării energiei nucleare.

Principiul de funcționare a unui reactor nuclear și o centrală nucleară este astfel încât 85% din energia coloniilor de divizare este eliberată într-un timp foarte scurt după începerea reacției. Partea rămasă este produsă prin descompunerea radioactivă a produselor de fisiune, după ce au respins neutroni. Dezintegrarea radioactiva este procesul în care atomul ajunge la o stare de echilibru. El a continuat și după diviziune.

Reacția în lanț bombei atomice crește în intensitate, până când cea mai mare parte a materialului va fi împărțit. Acest lucru se întâmplă foarte repede, producând extrem de puternice, explozii caracteristice unor astfel de bombe. Mecanismul și funcționarea unui reactor nuclear bazat pe principiul menținerii reacției în lanț la un nivel aproape constant reglementat. Acesta este conceput astfel încât să explodeze bomba atomică ca nu se poate.

Chain Reaction și critici

reactor de fisiune Fizică se determină că o probabilitate de reacție în lanț după fisiune nucleară emisie de neutroni. În cazul în care populația recentă scade, rata de diviziune în cele din urmă va scădea la zero. În acest caz, reactorul va fi într-o stare subcritică. În cazul în care populația de neutroni este menținut la un nivel constant, rata de fisiune va rămâne stabil. Reactorul va fi într-o stare critică. Și, în sfârșit, dacă în timp, populația de neutroni crește, împărțind viteza și puterea va crește. starea de bază devine supercritic.

Principiul de funcționare a unui reactor nuclear următor. Înainte de a începe populația de neutroni este aproape de zero. Apoi, operatorii scoate tijele de control din miez, creșterea miezurile de diviziune care convertește temporar reactor într-o stare supercritică. După atingerea operatorilor de putere nominale a revenit parțial tije de control, ajustarea cantității de neutroni. Ulterior, reactorul este menținut într-o stare critică. Atunci când este necesar să se oprească, operatorul introduce tije complet. Aceasta suprimă diviziunea și pune nucleul în stare subcritică.

tipuri de reactoare

Cea mai mare parte a energiei existente generează căldura necesară pentru a conduce turbine, care actioneaza generatoare de energie electrică a instalațiilor nucleare din lume. De asemenea, există mai multe reactoare de cercetare, iar unele țări au submarine sau nave de suprafață, conduse de energia atomului.

centrale electrice

Exista mai multe specii de acest tip de reactor, dar adoptat pe scară largă de design de apă ușoară. La rândul său, acesta poate fi utilizat în apă sub presiune sau apă clocotită. În primul caz, lichidul de înaltă presiune încălzit de căldura miezului și intră în generatorul de abur. Acolo, căldura de la primar la circuitul secundar este trecut, care cuprinde în plus apă. Aburul generat servește în cele din urmă ca fluidul de lucru în ciclul turbinei cu abur.

Reactorul este un tip de fierbere funcționează pe principiul ciclului energiei directe. Apa care trece prin miezul, adus la fierbere la nivel de presiune medie. abur saturat trece printr-o serie de separatoare și uscătoare sunt dispuse în vasul reactorului, care rezultă în starea sverhperegretoe. Abur supraîncălzit este apoi utilizat ca fluid de lucru, turbina rotative.

Cu temperatură ridicată răcite cu gaz

reactor cu temperatură ridicată răcite cu gaz (HTGR) - un reactor nuclear, principiul de funcționare se bazează pe utilizarea de grafit ca amestec combustibil de combustibil și microsfere. Există două modele concurente:

• German sistem „Loose-umplere“, care utilizează un element de combustibil sferice de 60 mm în diametru, constând dintr-un amestec de combustibil și grafit într-un înveliș de grafit;
• versiunea americană a unei prisme hexagonale de grafit, care interblocare pentru a crea miezul.

In ambele cazuri, fluidul de răcire constă din heliu la o presiune de aproximativ 100 de atmosfere. Sistemul german heliu trece prin golurile din stratul de sferice elemente de combustibil, iar în SUA - prin deschiderile din prismele de grafit dispuse de-a lungul axei centrale a miezului reactorului. Ambele opțiuni pot funcționa la temperaturi foarte ridicate, deoarece grafit are o temperatură de sublimare extrem de ridicată și heliu chimic inert complet. heliu la cald poate fi folosit direct ca fluid de lucru într-o turbină cu gaz, la o temperatură ridicată sau căldură poate fi utilizată pentru generarea de apă ciclu de abur.

Metal lichid reactor nuclear: circuit și principiul de funcționare

reactoare rapide cu lichid de răcire de sodiu a primit o atenție considerabilă în anii 1960-1970. Apoi se părea că abilitatea lor de a reproduce combustibil nuclear în viitorul apropiat , sunt necesare pentru a produce combustibil pentru o industrie nucleară evoluție rapidă. Când a devenit clar că această așteptare este nerealist, entuziasm diminuat în anii 1980. Cu toate acestea, în Statele Unite, Rusia, Franța, Marea Britanie, Japonia și Germania a construit o serie de reactoare de acest tip. Cele mai multe dintre ele funcționează pe dioxid de uraniu sau un amestec de dioxid de plutoniu. În Statele Unite, cu toate acestea, cel mai mare succes a fost realizat cu combustibil metalic.

CANDU

Canada și-a concentrat eforturile asupra reactoarelor, care folosesc uraniu natural. Acest lucru elimină necesitatea îmbogățirii de a utiliza serviciile altor țări. Rezultatul acestei politici a fost reactorul de deuteriu-uraniu (CANDU). Controlați și răcirea produsă de apă grea. Proiectarea și exploatarea unui reactor nuclear este de a utiliza un rezervor cu D rece ₂ O la presiune atmosferică. Zona activă pătrunse tuburi de combustibil din aliaj de zirconiu de uraniu natural, prin care circulă apa de răcire ei grea. Energia electrică este produsă prin împărțirea transferului de căldură în lichidul de răcire a apei grele, care este circulat prin generatorul de abur. Aburul din bucla secundară trece apoi printr-un ciclu de turbină convențională.

facilități de cercetare

Pentru cercetare reactor nuclear este cel mai des folosit, principiul care constă în utilizarea elementelor de placă de răcire cu apă și uraniu în ansamblurile de formă. Capabile să funcționeze într-o gamă largă de niveluri de putere de la câteva sute de kilowați la megawați. Deoarece generarea de energie nu este obiectivul principal al reactoarelor de cercetare, acestea sunt caracterizate prin energia termică generată, iar densitatea neutronilor energetice nominale de bază. Este acești parametri vor ajuta pentru a cuantifica capacitatea unui reactor de cercetare pentru a efectua studii specifice. Sisteme de consum redus de energie tind să funcționeze la universități și sunt folosite pentru formare, și este nevoie de mare putere în laboratoarele de cercetare pentru materiale și caracteristici de testare, precum și pentru cercetarea generală.

Cea mai comună cercetare reactor nuclear, structura și principiul de funcționare este după cum urmează. Suprafața sa activă este situat în partea de jos piscina mare adâncime de apă. Acest lucru facilitează alocarea de observare și canal prin care fasciculele de neutroni pot fi îndreptate. La un nivel scăzut de putere nu este nevoie de a pompa lichidul de răcire, pentru a menține o stare sigură de funcționare a agentului de răcire naturală convectiei asigură suficientă de disipare a căldurii. Schimbătorul de căldură este de obicei localizată pe suprafața sau în partea superioară a piscinei, unde se acumulează apa fierbinte.

instalare navă

utilizare original și primar al reactoarelor nucleare este utilizarea lor în submarine. Principalul lor avantaj este acela că, spre deosebire de sistemele de ardere a combustibililor fosili pentru generarea de energie electrică care nu au nevoie de aer. În consecință, submarin nuclear poate rămâne scufundat pentru o lungă perioadă de timp, și submarin convențional diesel-electrice trebuie să crească în mod periodic la suprafață, pentru a rula motoarele lor aeriene. Energia nucleară oferă un avantaj strategic navele Marinei. Datorită ei, nu este nevoie să realimenteze în porturi străine sau de la tancuri ușor vulnerabile.

Principiul de funcționare a unui reactor nuclear pe un submarin clasificate. Cu toate acestea, este cunoscut faptul că în SUA se folosește uraniu puternic îmbogățit, iar decelerarea și răcirea este apă ușoară. Design-ul submarin nuclear primul reactor USS Nautilus a fost puternic influențat de instalațiile de cercetare puternice. Caracteristica sa unică este marja de reactivitate foarte mare, oferind o perioadă mai lungă de funcționare, fără realimentare și capacitatea de a reporni după oprire. stație de alimentare în submarine trebuie să fie foarte liniștită, pentru a evita detectarea. Pentru a satisface nevoile specifice ale diferitelor clase de submarine au fost stabilite diferite modele de centrale electrice.

US Navy pe portavioane utilizat reactor nuclear, al cărui principiu este considerat a fi împrumutate de la cele mai mari submarine. Detalii privind construcția lor și nu au fost publicate.

În afară de Statele Unite ale Americii, submarine nucleare sunt în Marea Britanie, Franța, Rusia, China și India. În fiecare caz, proiectul nu a fost dezvăluit, dar se crede că acestea sunt foarte similare - aceasta este o consecință a acelorași cerințe privind caracteristicile tehnice ale acestora. Rusia are , de asemenea , o mică flotă de spărgătoare de gheață nucleare, care a stabilit același reactor ca în submarine sovietice.

instalații industriale

În scopul producției de grad arme de plutoniu-239 utilizează un reactor nuclear, al cărui principiu constă în productivitate ridicată cu energie de nivel scăzut. Acest lucru se datorează faptului că șederea pe termen lung a plutoniu în miez duce la acumularea de nedorit ²⁴⁰ Pu.

producția de tritiu

În prezent, materialul principal care poate fi obținut prin astfel de sisteme este tritiu ^(3H sau T) - taxa pentru bombe cu hidrogen. Plutoniu-239 are o perioadă de înjumătățire lungă de 24.100 de ani, deci o țară cu arme nucleare care folosesc acest element, de regulă, au mai mult decât este necesar. Spre deosebire de ²³⁹ Pu, timpul de înjumătățire de tritiu este de aproximativ 12 de ani. Astfel, pentru a menține inventarul necesar, acest izotop radioactiv al hidrogenului trebuie efectuată în mod continuu. In Statele Unite, râul Savannah (South Carolina), de exemplu, are mai multe reactoare cu apă grea, care produc tritiu.

putere plutitoare

Creat de reactoare nucleare, capabile să asigure încălzirea energiei electrice și a aburului elimină zonele izolate. În Rusia, de exemplu, am constatat utilizarea sistemelor de alimentare mici, special concepute pentru a satisface așezările arctice. În China, planta 10 megawați HTR-10 furnizează căldură și institut de cercetare de energie electrică, în care se află. Dezvoltarea de reactoare mici, controlate automat, cu capacități similare sunt efectuate în Suedia și Canada. Intre 1960 si 1972, armata SUA folosit reactoare cu apă compacte pentru a oferi baze de la distanță în Groenlanda și Antarctica. Au fost înlocuite de centrale electrice de combustibil lichid.

explorarea spațiului

În plus, reactoarele au fost concepute pentru putere și mișcarea în spațiu. În perioada 1967-1988, Uniunea Sovietică a stabilit un mic instalațiile nucleare pe sateliții „Kosmos“ pentru a furniza echipamente si telemetrie, dar această politică a devenit o țintă pentru critici. Cel puțin unul dintre acești sateliți au intrat în atmosfera Pământului, provocând contaminare radioactivă zone îndepărtate din Canada. Statele Unite ale Americii au lansat doar un satelit cu un reactor nuclear în 1965. Cu toate acestea, proiectele cu privire la utilizarea lor în misiuni spațiale profunde, de cercetare cu echipaj uman alte planete sau pe o bază lunară permanentă continuă să fie dezvoltate. Acest lucru este sigur pentru a fi un reactor răcit cu gaz sau metal lichid nuclear, ale cărei principii fizice furnizează cea mai înaltă temperatură posibilă necesară pentru a minimiza dimensiunea radiatorului. De asemenea, spațiul reactorului pentru echipamente să fie cât mai compact posibil, pentru a reduce cantitatea de material utilizat pentru ecranare, și pentru a reduce greutatea în timpul lansării și spațiu de zbor. Capacitatea rezervorului de combustibil se va asigura funcționarea reactorului pe durata zborului spatial.