Πυρηνικός αντιδραστήρας: αρχές λειτουργίας, και το κύκλωμα μονάδα

Σχεδιασμός και λειτουργία ενός πυρηνικού αντιδραστήρα με βάση την αρχικοποίηση και τον έλεγχο αυτοτροφοδοτούμενη πυρηνική αντίδραση. Χρησιμοποιείται ως εργαλείο έρευνας για την παραγωγή ραδιενεργών ισοτόπων και ως πηγή ενέργειας για πυρηνικούς σταθμούς.

Πυρηνικός αντιδραστήρας: Η αρχή της λειτουργίας (μμ)

Χρησιμοποιείται εδώ διεργασίας της σχάσης στην οποία ένα βαρύ πυρήνας χωρίζεται σε δύο μικρότερα θραύσματα. Αυτά τα θραύσματα βρίσκονται σε πολύ διεγερμένη κατάσταση και εκπέμπουν νετρόνια, και άλλα υποατομικά σωματίδια και τα φωτόνια. Τα νετρόνια μπορούν να προκαλέσουν νέα τμήματα, ως αποτέλεσμα των οποίων εκπέμπονται ακόμη περισσότερο, και ούτω καθεξής. Αυτή η συνεχής αυτοτροφοδοτούμενη αριθμός των διασπάσεων που ονομάζεται αλυσιδωτή αντίδραση. Ταυτόχρονα, μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας, η παραγωγή των οποίων είναι ο στόχος της χρήσης της πυρηνικής ενέργειας.

Η αρχή της λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα και ενός πυρηνικού σταθμού είναι τέτοια ώστε το 85% της ενέργειας αποικιών σχισίματος απελευθερώνεται μέσα σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα μετά την έναρξη της αντίδρασης. Το υπόλοιπο μέρος παράγεται από τη ραδιενεργό αποσύνθεση των προϊόντων σχάσης, αφού απέρριψαν νετρόνια. Ραδιενεργός διάσπαση είναι η διαδικασία κατά την οποία το άτομο φθάνει σε μια σταθερή κατάσταση. Συνέχισε και μετά την διαίρεση.

Η βόμβα αλυσιδωτή αντίδραση ατομικής αυξάνει σε ένταση, μέχρι το μεγαλύτερο μέρος του υλικού θα μοιραστεί. Αυτό συμβαίνει πολύ γρήγορα, δημιουργώντας ένα εξαιρετικά ισχυρό εκρήξεις χαρακτηριστικό αυτών των βομβών. Μηχανισμός και λειτουργία ενός πυρηνικού αντιδραστήρα βασίζεται στην αρχή της διατήρησης της αλυσιδωτής αντίδρασης σε μια ρυθμιζόμενη σχεδόν σταθερό επίπεδο. Είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε να εκραγεί η ατομική βόμβα δεν μπορεί.

Αλυσιδωτή Αντίδραση και κριτική

αντιδραστήρας Φυσικής σχάσης προσδιορίζεται ότι μια πιθανότητα αλυσιδωτή αντίδραση μετά εκπομπής νετρονίων πυρηνική σχάση. Αν πρόσφατη πληθυσμός μειώνεται, ο ρυθμός διαίρεσης στο τέλος θα πέσει στο μηδέν. Στην περίπτωση αυτή, ο αντιδραστήρας θα είναι σε υποκρίσιμη κατάσταση. Εάν ο πληθυσμός νετρονίων διατηρείται σε ένα σταθερό επίπεδο, ο ρυθμός σχάσης θα παραμείνουν σταθερές. Ο αντιδραστήρας θα είναι σε κρίσιμη κατάσταση. Και τέλος, αν την πάροδο του χρόνου ο πληθυσμός νετρονίων αυξάνεται, διαιρώντας την ταχύτητα και τη δύναμη θα αυξηθεί. πυρήνα κατάσταση καθίσταται υπερκρίσιμο.

Η αρχή της λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα επόμενο. Πριν από την έναρξη του πληθυσμού νετρονίων είναι κοντά στο μηδέν. Στη συνέχεια, οι φορείς εκμετάλλευσης αφαιρέστε τις ράβδους ελέγχου από τον πυρήνα, αυξάνοντας τους πυρήνες διαίρεση που μετατρέπει προσωρινά τον αντιδραστήρα σε μία υπερκρίσιμη κατάσταση. Μετά την επίτευξη της ονομαστικής ισχύος φορείς επέστρεψε εν μέρει ράβδων ελέγχου, ρυθμίζοντας την ποσότητα των νετρονίων. Ακολούθως ο αντιδραστήρας διατηρείται σε μία κρίσιμη κατάσταση. Όταν είναι απαραίτητο να σταματήσει, ο χειριστής εισάγει τις ράβδους εντελώς. Αυτό καταστέλλει τη διαίρεση και να βάζει τον πυρήνα σε υποκρίσιμη κατάσταση.

τύποι αντιδραστήρων

Τα περισσότερα από τα υπάρχοντα ενέργειας δημιουργεί την απαραίτητη θερμότητα για να οδηγήσει τουρμπίνες, οι οποίες οδηγούν τις γεννήτριες ηλεκτρικής ενέργειας από πυρηνικές εγκαταστάσεις στον κόσμο. Επίσης, υπάρχουν πολλές ερευνητικούς αντιδραστήρες, και ορισμένες χώρες έχουν υποβρύχια και πλοία επιφανείας, οδηγείται από την ενέργεια του ατόμου.

σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας

Υπάρχουν διάφορα είδη αυτού του τύπου αντιδραστήρα, αλλά ευρέως υιοθετηθεί το σχεδιασμό του φωτός νερού. Με τη σειρά του, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε νερό υπό πίεση ή βραστό νερό. Στην πρώτη περίπτωση το υγρό υψηλής πίεσης θερμαίνεται από τη θερμότητα του πυρήνα και εισέρχεται στη γεννήτρια ατμού. Εκεί, η θερμότητα από το πρωτεύον προς το δευτερεύον κύκλωμα διοχετεύεται, που περαιτέρω περιλαμβάνει νερό. Ο παραγόμενος ατμός χρησιμεύει τελικά ως το εργαζόμενο ρευστό στον κύκλο ατμοστρόβιλο.

Ο αντιδραστήρας είναι ένας τύπος βρασμού λειτουργεί βάσει της αρχής της άμεσης ενεργειακού κύκλου. Νερό που διέρχεται διαμέσου του πυρήνα, που ασκήθηκε σε σημείο βρασμού πέρα από τη μέση στάθμη πιέσεως. Κορεσμένο ατμό περνά μέσα από μια σειρά διαχωριστών και στεγνωτήρια τοποθετημένα στο δοχείο αντιδραστήρα, με αποτέλεσμα την κατάσταση sverhperegretoe της. Υπέρθερμος ατμός στη συνέχεια χρησιμοποιείται ως το εργαζόμενο ρευστό, το περιστρεφόμενο στρόβιλο.

αερόψυκτου υψηλής θερμοκρασίας

αντιδραστήρα υψηλής θερμοκρασίας αερόψυκτου (HTGR) - ένα πυρηνικό αντιδραστήρα, η αρχή λειτουργίας βασίζεται στη χρήση του γραφίτη ως μίγμα καυσίμου καυσίμου και μικροσφαίρες. Υπάρχουν δύο ανταγωνιστικά σχέδια:

• Γερμανικό σύστημα «Loose-πλήρωσης», η οποία χρησιμοποιεί ένα σφαιρικό στοιχεία καυσίμου 60 mm σε διάμετρο, που αποτελείται από ένα μίγμα καυσίμου και γραφίτη σε ένα κέλυφος γραφίτη?
• η αμερικανική έκδοση του γραφίτη εξαγωνικό πρίσματα που αλληλοσυνδέονται για να δημιουργήσετε τον πυρήνα.

Σε αμφότερες τις περιπτώσεις, το ρευστό ψύξης αποτελείται από ήλιο υπό πίεση περίπου 100 ατμόσφαιρες. Το γερμανικό ηλίου σύστημα περνά μέσα από τα κενά στο στρώμα του σφαιρικού στοιχείων καυσίμου, και στο US - μέσω ανοιγμάτων στα πρίσματα γραφίτη διατάσσονται κατά μήκος του κεντρικού άξονα του πυρήνα του αντιδραστήρα. Αμφότερες οι επιλογές μπορεί να λειτουργεί σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, αφού το γραφίτη έχει μία εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία εξάχνωσης, και χημικώς αδρανές ηλίου εντελώς. Hot ηλίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας ως ένα ενεργό ρευστό σε μία τουρμπίνα αερίου σε υψηλή θερμοκρασία ή θερμότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή νερού κύκλο ατμού.

Υγρό-μέταλλο πυρηνικό αντιδραστήρα: κύκλωμα και αρχή λειτουργίας

Fast αντιδραστήρες με ψυκτικό νάτριο έχει λάβει σημαντική προσοχή στις 1960-1970 του. Στη συνέχεια, φάνηκε ότι η ικανότητά τους να αναπαράγουν πυρηνικού καυσίμου στο εγγύς μέλλον απαιτούνται για την παραγωγή καυσίμου για μια ταχέως εξελισσόμενη πυρηνική βιομηχανία. Όταν έγινε σαφές ότι αυτή η προσδοκία είναι ρεαλιστικό, ο ενθουσιασμός εξασθενίσει στη δεκαετία του 1980. Ωστόσο, στις Ηνωμένες Πολιτείες, η Ρωσία, η Γαλλία, η Βρετανία, η Ιαπωνία και η Γερμανία έχτισε μια σειρά αντιδραστήρες αυτού του τύπου. Οι περισσότεροι από αυτούς εργάζονται επί διοξειδίου του ουρανίου ή ένα μίγμα διοξειδίου του πλουτωνίου. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ωστόσο, η μεγαλύτερη επιτυχία επετεύχθη με μεταλλικό καύσιμο.

CANDU

Ο Καναδάς έχει επικεντρώσει τις προσπάθειές της για τους αντιδραστήρες, που χρησιμοποιούν φυσικό ουράνιο. Αυτό εξαλείφει την ανάγκη για εμπλουτισμό της να χρησιμοποιούν τις υπηρεσίες των άλλων χωρών. Το αποτέλεσμα αυτής της πολιτικής ήταν ο αντιδραστήρας δευτερίου-ουρανίου (CANDU). Ελέγχου και ψύξης παρήγαγε βαρύ ύδωρ. Σχεδιασμός και λειτουργία ενός πυρηνικού αντιδραστήρα είναι να χρησιμοποιηθεί ένα δοχείο με κρύο D ₂ O σε ατμοσφαιρική πίεση. Ενεργός περιοχή διεισδύσει σωλήνες καυσίμου κράμα ζιρκονίου φυσικού ουρανίου, μέσω του οποίου κυκλοφορεί ψυκτικό βαρέος ύδατος του. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τη διαίρεση του μεταφοράς θερμότητας σε βαρύ ψυκτικό νερό, το οποίο κυκλοφορεί μέσω της γεννήτριας ατμού. Ο ατμός στη δευτερογενή βρόχο στη συνέχεια περνά μέσα από ένα συμβατικό κύκλο τουρμπίνας.

ερευνητικές εγκαταστάσεις

Για χρησιμοποιείται συχνότερα έρευνα πυρηνικό αντιδραστήρα, η αρχή της οποίας συνίσταται στη χρήση της πλάκας ψύξεως νερού και καυσίμου ουρανίου στοιχεία στις συγκροτήματα μορφή. Είναι ικανά να λειτουργούν σε ένα ευρύ φάσμα των επιπέδων ισχύος από μερικές εκατοντάδες κιλοβάτ έως μεγαβάτ. Από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, δεν είναι ο πρωταρχικός στόχος της έρευνας αντιδραστήρες, που χαρακτηρίζονται από τη θερμική ενέργεια που παράγεται, και η πυκνότητα των βασικών ονομαστικής ενέργειας νετρόνια. Είναι αυτές οι παράμετροι θα βοηθήσει να προσδιοριστεί ποσοτικά η ικανότητα ενός αντιδραστήρα έρευνας για τη διεξαγωγή ειδικών μελετών. συστήματα χαμηλής ισχύος τείνουν να λειτουργούν σε πανεπιστήμια και χρησιμοποιούνται για την εκπαίδευση, και απαιτούν μεγάλη ισχύ σε ερευνητικά εργαστήρια για τα υλικά και τα χαρακτηριστικά ελέγχου, καθώς και για τη γενική έρευνα.

Η πιο κοινή έρευνα πυρηνικό αντιδραστήρα, η δομή και η αρχή λειτουργίας είναι η εξής. ενεργή περιοχή της βρίσκεται στο κάτω μέρος της μεγάλη βαθιά πισίνα του νερού. Αυτό διευκολύνει την παρατήρηση και το κανάλι κατανομής με την οποία μπορεί να κατευθύνονται οι δέσμες νετρονίων. Σε χαμηλά επίπεδα ισχύος δεν υπάρχει καμία ανάγκη για την άντληση του ψυκτικού, ώστε να διατηρείται μία ασφαλή κατάσταση λειτουργίας του φυσική συναγωγή του ψυκτικού εξασφαλίζει επαρκή απαγωγή θερμότητας. Ο εναλλάκτης θερμότητας βρίσκεται συνήθως στην επιφάνεια ή στο άνω μέρος της πισίνας, όπου το ζεστό νερό συσσωρεύεται.

εγκατάστασης πλοίων

Πρωτότυπο και κύρια χρήση των πυρηνικών αντιδραστήρων είναι η χρήση τους σε υποβρύχια. Το κύριο πλεονέκτημά τους είναι ότι, σε αντίθεση με τα συστήματα καύσης ορυκτών καυσίμων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας που δεν απαιτούν αέρα. Κατά συνέπεια, πυρηνικό υποβρύχιο μπορεί να παραμείνει βυθισμένη για μεγάλο χρονικό διάστημα, και το συμβατικό ντίζελ-ηλεκτρικό υποβρύχιο θα πρέπει να αυξηθεί κατά διαστήματα στην επιφάνεια, να τρέξει κινητήρες αέρα τους. Η πυρηνική ενέργεια παρέχει ένα στρατηγικό πλεονέκτημα πλοία του Ναυτικού. Χάρη σε αυτήν, δεν υπάρχει καμία ανάγκη για ανεφοδιασμό σε ξένα λιμάνια ή από εύκολα ευάλωτα δεξαμενόπλοια.

Η αρχή της λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα σε ένα υποβρύχιο ταξινομηθεί. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι στις ΗΠΑ που χρησιμοποιεί εμπλουτισμένο ουράνιο, και η επιβράδυνση και η ψύξη είναι ελαφρού ύδατος. Ο σχεδιασμός του πρώτου αντιδραστήρα πυρηνικό υποβρύχιο USS Nautilus επηρεάστηκε έντονα από ισχυρές ερευνητικές εγκαταστάσεις. μοναδικό χαρακτηριστικό του είναι το πολύ υψηλό περιθώριο αντίδρασης, παρέχοντας ένα μεγάλο χρονικό διάστημα λειτουργίας χωρίς ανεφοδιασμό και την ικανότητα να κάνετε επανεκκίνηση μετά από διακοπή. σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στην υποβρύχια πρέπει να είναι πολύ ήσυχο, για να αποφύγουν τον εντοπισμό. Προκειμένου να ανταποκριθεί στις ειδικές ανάγκες των διαφόρων κατηγοριών των υποβρυχίων έχουν διαφορετικά μοντέλα των σταθμών παραγωγής ενέργειας έχουν καθιερωθεί.

Ναυτικού των ΗΠΑ στους μεταφορείς αεροσκάφη που χρησιμοποιούνται πυρηνικού αντιδραστήρα, η αρχή της οποίας πιστεύεται ότι δανειστεί από τις μεγαλύτερες υποβρύχια. Λεπτομέρειες της κατασκευής τους και δεν έχουν δημοσιευθεί.

Εκτός από τις Ηνωμένες Πολιτείες, τα πυρηνικά υποβρύχια βρίσκονται στο Ηνωμένο Βασίλειο, τη Γαλλία, τη Ρωσία, την Κίνα και την Ινδία. Σε κάθε περίπτωση, ο σχεδιασμός δεν αποκαλύφθηκε, αλλά πιστεύεται ότι είναι πολύ παρόμοια - αυτό είναι συνέπεια των ίδιων απαιτήσεων για τα τεχνικά χαρακτηριστικά τους. Η Ρωσία έχει επίσης ένα μικρό στόλο πυρηνικών παγοθραυστικών, η οποία ιδρύθηκε το ίδιο αντιδραστήρα, όπως σε σοβιετικά υποβρύχια.

βιομηχανικές εγκαταστάσεις

Για τους σκοπούς της παραγωγής του οπλικού πλουτωνίου-239 χρησιμοποιεί ένα πυρηνικό αντιδραστήρα, η αρχή της οποίας συνίσταται στην υψηλή παραγωγικότητα με ενέργεια χαμηλό επίπεδο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η μακροχρόνια παραμονή του πλουτωνίου στον πυρήνα οδηγεί στην συσσώρευση των ανεπιθύμητων ²⁴⁰ Pu.

παραγωγή τριτίου

Επί του παρόντος, το κύριο υλικό που λαμβάνεται με τέτοια συστήματα είναι τρίτιο ^(3Η ή Τ) - η χρέωση για βόμβες υδρογόνου. Το πλουτώνιο-239 έχει μεγάλο χρόνο ημιζωής των 24.100 χρόνια, οπότε μια χώρα με πυρηνικά όπλα που χρησιμοποιούν αυτό το στοιχείο, κατά κανόνα, έχουν περισσότερο από όσο χρειάζεται. Σε αντίθεση με την ²³⁹ Pu, ο χρόνος ημιζωής του τριτίου είναι περίπου 12 χρόνια. Έτσι, η διατήρηση της απαραίτητης απογραφή, αυτό ραδιενεργό ισότοπο του υδρογόνου πρέπει να εκτελούνται συνεχώς. Στις ΗΠΑ, τον ποταμό Savannah (Νότια Καρολίνα), για παράδειγμα, έχει πολλούς αντιδραστήρες βαρέος ύδατος, τα οποία παράγουν τριτίου.

πλωτό δύναμη

Δημιουργήθηκε από πυρηνικούς αντιδραστήρες, ικανό να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια και ατμού θέρμανσης διαγράφονται απομονωμένες περιοχές. Στη Ρωσία, για παράδειγμα, βρήκαμε τη χρήση μικρών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας, ειδικά σχεδιασμένο για να καλύψει τις Αρκτική οικισμούς. Στην Κίνα, το εργοστάσιο 10 μεγαβάτ HTR-10 παρέχει θερμότητα και την έρευνα ηλεκτρικής ενέργειας ίδρυμα, στο οποίο βρίσκεται. Ανάπτυξη των μικρών αντιδραστήρων ελέγχεται αυτόματα με παρόμοιες δυνατότητες που διεξάγονται στη Σουηδία και τον Καναδά. Κατά την περίοδο από 1960 έως 1972, ο στρατός των ΗΠΑ χρησιμοποιείται συμπαγής αντιδραστήρες ύδατος για να παρέχει απομακρυσμένη βάσεις στη Γροιλανδία και την Ανταρκτική. Είχαν αντικατασταθεί από σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας καυσίμου-ελαίου.

εξερεύνηση του διαστήματος

Επιπλέον, οι αντιδραστήρες σχεδιάστηκαν για την εξουσία και κίνηση στο χώρο. Κατά την περίοδο 1967-1988, η Σοβιετική Ένωση ιδρύθηκε ένα μικρό πυρηνικών εγκαταστάσεων για τους δορυφόρους «Κόσμος» για την προμήθεια εξοπλισμού και τηλεμετρίας, αλλά η πολιτική αυτή έχει γίνει στόχος κριτικής. Τουλάχιστον ένας από αυτούς τους δορυφόρους εισήλθε στην ατμόσφαιρα της Γης, προκαλώντας ραδιενεργό μόλυνση απομακρυσμένες περιοχές του Καναδά. Οι Ηνωμένες Πολιτείες ξεκίνησε μόνο έναν δορυφόρο με έναν πυρηνικό αντιδραστήρα το 1965. Ωστόσο, τα σχέδια για τη χρήση τους σε βαθιά διαστημικές αποστολές, επανδρωμένες έρευνας άλλους πλανήτες ή σε μόνιμη σεληνιακή βάση συνεχίσουν να αναπτύσσονται. Αυτό είναι βέβαιο ότι θα είναι ένας αντιδραστήρας αερίου ψυχόμενο ή υγρού-μετάλλου πυρηνικών, οι φυσικές αρχές των οποίων παρέχει την υψηλότερη δυνατή θερμοκρασία που είναι απαραίτητη για να ελαχιστοποιηθεί το μέγεθος του ψυγείου. Επίσης, ο χώρος του αντιδραστήρα για τον εξοπλισμό να είναι όσο το δυνατόν συμπαγής για να ελαχιστοποιηθεί η ποσότητα του υλικού που χρησιμοποιείται για την θωράκιση, και να μειώσει το βάρος κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης και διαστημική πτήση. χωρητικότητα καυσίμου θα εξασφαλίσει τη λειτουργία του αντιδραστήρα κατά τη διάρκεια της διαστημικής πτήσης.