Biz elektr energiyasiga shunchalik o'rganib qolganmizki, u qayerdan kelgani haqida o'ylamaymiz. Asosan, buning uchun turli manbalardan foydalanadigan elektr stantsiyalarida ishlab chiqariladi. Elektr stansiyalari issiqlik, shamol, geotermal, quyosh, gidroelektr va yadroviy bo'lishi mumkin. Bu eng ko'p tortishuvlarga sabab bo'lgan ikkinchisi. Ular o'zlarining zarurligi va ishonchliligi haqida bahslashadilar.

Hosildorlik nuqtai nazaridan, bugungi kunda atom energetikasi eng samarali hisoblanadi va uning global elektr energiyasi ishlab chiqarishdagi ulushi juda katta, chorakdan ko'proq.

Atom elektr stansiyasi qanday ishlaydi va u qanday energiya ishlab chiqaradi? Atom elektr stansiyasining asosiy elementi yadro reaktoridir. Unda yadro zanjiri reaktsiyasi yuzaga keladi, natijada issiqlik ajralib chiqadi. Bu reaktsiya nazorat qilinadi, shuning uchun biz yadroviy portlashdan ko'ra, energiyadan asta-sekin foydalanishimiz mumkin.

Yadro reaktorining asosiy elementlari

  • Yadro yoqilg'isi: boyitilgan uran, uran va plutoniyning izotoplari. Eng ko'p ishlatiladigan uran 235;
  • Reaktorning ishlashi paytida hosil bo'lgan energiyani yo'qotish uchun sovutish suvi: suv, suyuq natriy va boshqalar;
  • Boshqaruv novdalari;
  • Neytron moderatori;
  • Radiatsiyaga qarshi himoya qoplamasi.

Ishlayotgan yadro reaktori videosi

Yadro reaktori qanday ishlaydi?

Reaktor yadrosida yonilg'i elementlari (yoqilg'i elementlari) - yadro yoqilg'isi mavjud. Ular bir necha o'nlab yonilg'i tayoqlarini o'z ichiga olgan kasetlarda yig'iladi. Sovutish suyuqligi har bir kaset orqali kanallar orqali oqadi. Yoqilg'i tayoqlari reaktorning quvvatini tartibga soladi. Yadro reaktsiyasi faqat yonilg'i tayog'ining ma'lum (kritik) massasida mumkin. Har bir tayoqning massasi alohida kritikdan past. Reaksiya barcha tayoqchalar faol zonada bo'lganda boshlanadi. Yoqilg'i tayoqlarini kiritish va olib tashlash orqali reaktsiyani boshqarish mumkin.

Shunday qilib, kritik massa oshib ketganda, radioaktiv yoqilg'i elementlari atomlar bilan to'qnashadigan neytronlarni chiqaradi. Natijada gamma-nurlanish va issiqlik ko'rinishidagi energiyani chiqarib, darhol parchalanadigan beqaror izotop hosil bo'ladi. To'qnashayotgan zarralar bir-biriga kinetik energiya beradi va parchalanishlar soni eksponent ravishda oshadi. Bu zanjirli reaktsiya - yadroviy reaktorning ishlash printsipi. Nazoratsiz, u chaqmoq tezligida sodir bo'ladi, bu esa portlashga olib keladi. Ammo yadroviy reaktorda jarayon nazorat ostida.

Shunday qilib, issiqlik energiyasi yadroda chiqariladi, u bu zonani (birlamchi sxema) yuvadigan suvga o'tkaziladi. Bu erda suv harorati 250-300 daraja. Keyinchalik, suv issiqlikni ikkinchi konturga, so'ngra energiya ishlab chiqaradigan turbina pichoqlariga o'tkazadi. Yadro energiyasini elektr energiyasiga aylantirish sxematik tarzda ifodalanishi mumkin:

  1. Uran yadrosining ichki energiyasi,
  2. Parchalangan yadrolar va chiqarilgan neytronlarning kinetik energiyasi,
  3. Suv va bug'ning ichki energiyasi,
  4. Suv va bug'ning kinetik energiyasi,
  5. Turbina va generator rotorlarining kinetik energiyasi,
  6. Elektr energiyasi.

Reaktor yadrosi metall qobiq bilan birlashtirilgan yuzlab kassetalardan iborat. Bu qobiq neytron reflektor rolini ham o'ynaydi. Kassetalar orasiga reaksiya tezligini sozlash uchun boshqaruv novdalari va reaktorning avariyadan himoyalanish tayoqlari o'rnatilgan. Keyinchalik, reflektor atrofida issiqlik izolatsiyasi o'rnatiladi. Issiqlik izolyatsiyasining tepasida radioaktiv moddalarni ushlab turadigan va ularning atrofdagi bo'shliqqa o'tishiga yo'l qo'ymaydigan betondan yasalgan himoya qobig'i mavjud.

Yadro reaktorlari qayerda ishlatiladi?

  • Yadro reaktorlari atom elektr stantsiyalarida, kema elektr inshootlarida va atom issiqlik ta'minoti stantsiyalarida qo'llaniladi.
  • Ikkilamchi yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish uchun konvektor va selektsion reaktorlardan foydalaniladi.
  • Tadqiqot reaktorlari radiokimyoviy va biologik tadqiqotlar va izotoplar ishlab chiqarish uchun zarur.

Atom energetikasi bilan bog'liq barcha qarama-qarshilik va qarama-qarshiliklarga qaramay, atom elektr stantsiyalari qurilishi va foydalanishda davom etmoqda. Buning sabablaridan biri iqtisodiy samaradorlikdir. Oddiy misol: 40 tank mazut yoki 60 vagon ko‘mir 30 kilogramm uran kabi energiya ishlab chiqaradi.

Yigirmanchi asrning o'rtalarida insoniyatning diqqat-e'tibori atom va olimlarning yadro reaktsiyasini tushuntirishiga qaratildi, ular dastlab Manxetten loyihasiga muvofiq birinchi yadro bombalarini ixtiro qilib, harbiy maqsadlarda foydalanishga qaror qilishdi. Ammo 20-asrning 50-yillarida SSSRdagi yadroviy reaktor tinch maqsadlarda ishlatilgan. Ma’lumki, 1954-yil 27-iyun kuni dunyodagi birinchi 5000 kVt quvvatga ega atom elektr stansiyasi insoniyat xizmatiga kirgan. Bugungi kunda yadro reaktori 4000 MVt yoki undan ko'p, ya'ni yarim asr avvalgidan 800 barobar ko'proq elektr energiyasini ishlab chiqarish imkonini beradi.

Yadro reaktori nima: blokning asosiy ta'rifi va asosiy komponentlari

Yadro reaktori - bu boshqariladigan yadro reaktsiyasini to'g'ri saqlash natijasida energiya ishlab chiqaradigan maxsus blok. "Atom" so'zini "reaktor" so'zi bilan birgalikda ishlatishga ruxsat beriladi. Ko'pchilik "yadro" va "atom" tushunchalarini sinonim deb hisoblaydi, chunki ular o'rtasida tub farqni topmaydilar. Ammo fan vakillari yanada to'g'ri kombinatsiyaga - "yadro reaktoriga" moyil.

Qiziqarli haqiqat! Yadro reaktsiyalari energiyaning chiqishi yoki yutilishi bilan sodir bo'lishi mumkin.

Yadro reaktorini loyihalashning asosiy komponentlari quyidagi elementlardan iborat:

  • Moderator;
  • Boshqaruv novdalari;
  • Uran izotoplarining boyitilgan aralashmasini o'z ichiga olgan novdalar;
  • Radiatsiyaga qarshi maxsus himoya elementlari;
  • Sovutgich;
  • Bug 'generatori;
  • turbina;
  • generator;
  • Kondensator;
  • Yadro yoqilg'isi.

Yadro reaktori ishlashining qanday asosiy tamoyillari fiziklar tomonidan belgilanadi va nima uchun ular buzilmaydi

Yadro reaktorining asosiy ishlash printsipi yadro reaktsiyasining namoyon bo'lish xususiyatlariga asoslanadi. Oddiy jismoniy zanjirli yadro jarayoni paytida zarracha atom yadrosi bilan o'zaro ta'sir qiladi, natijada yadro ikkilamchi zarrachalarning chiqishi bilan yangisiga aylanadi, olimlar buni gamma kvantlar deb atashadi. Yadro zanjiri reaktsiyasi paytida juda katta miqdordagi issiqlik energiyasi chiqariladi. Zanjir reaktsiyasi sodir bo'ladigan bo'shliq reaktor yadrosi deb ataladi.

Qiziqarli haqiqat! Faol zona tashqi tomondan oddiy suv oqadigan qozonga o'xshaydi va sovutish suvi vazifasini bajaradi.

Neytronlarning yo'qolishini oldini olish uchun reaktor aktivlari zonasi maxsus neytron reflektori bilan o'ralgan. Uning asosiy vazifasi yadroga chiqarilgan neytronlarning ko'pini rad etishdir. Moderator sifatida xizmat qiladigan bir xil modda odatda reflektor sifatida ishlatiladi.

Yadro reaktorining asosiy boshqaruvi maxsus boshqaruv tayoqlari yordamida amalga oshiriladi. Ma'lumki, bu rodlar reaktor yadrosiga kiritiladi va blokning ishlashi uchun barcha sharoitlarni yaratadi. Odatda nazorat tayoqlari bor va kadmiy kimyoviy birikmalaridan tayyorlanadi. Nima uchun bu alohida elementlar ishlatiladi? Ha, bor yoki kadmiy termal neytronlarni samarali o'zlashtirishi mumkinligi sababli. Va ishga tushirish rejalashtirilgan zahoti, yadro reaktorining ishlash printsipiga ko'ra, boshqaruv novdalari yadroga o'rnatiladi. Ularning asosiy vazifasi neytronlarning muhim qismini o'zlashtirish va shu bilan zanjirli reaktsiyaning rivojlanishiga olib keladi. Natija kerakli darajaga yetishi kerak. Quvvat belgilangan darajadan oshib ketganda, avtomatik mashinalar yoqiladi, bu esa boshqaruv novdalarini reaktor yadrosiga chuqur botiradi.

Shunday qilib, termal yadroviy reaktorning ishlashida boshqaruv yoki nazorat tayoqlari muhim rol o'ynashi aniq bo'ladi.

Va neytron oqishini kamaytirish uchun reaktor yadrosi neytron reflektori bilan o'ralgan bo'lib, u yadroga erkin qochib ketadigan neytronlarning sezilarli massasini tashlaydi. Reflektor odatda moderator bilan bir xil moddadan foydalanadi.

Standartga ko'ra, moderator moddaning atomlarining yadrosi nisbatan kichik massaga ega, shuning uchun engil yadro bilan to'qnashganda, zanjirda mavjud bo'lgan neytron og'ir bilan to'qnashgandan ko'ra ko'proq energiya yo'qotadi. Eng keng tarqalgan moderatorlar oddiy suv yoki grafitdir.

Qiziqarli haqiqat! Yadro reaktsiyasi jarayonida neytronlar juda yuqori harakat tezligi bilan ajralib turadi, shuning uchun neytronlarni energiyaning bir qismini yo'qotishga undash uchun moderator talab qilinadi.

Dunyodagi biron bir reaktor sovutish suyuqligisiz normal ishlay olmaydi, chunki uning maqsadi reaktorning yuragida hosil bo'ladigan energiyani olib tashlashdir. Suyuqlik yoki gazlarni sovutish suvi sifatida ishlatish kerak, chunki ular neytronlarni o'zlashtira olmaydi. Keling, ixcham yadroviy reaktor uchun sovutish suvi - suv, karbonat angidrid va ba'zan suyuq natriy metalliga misol keltiraylik.

Shunday qilib, yadro reaktorining ishlash tamoyillari butunlay zanjir reaktsiyasi va uning borishi qonunlariga asoslanadi. Reaktorning barcha komponentlari - moderator, rodlar, sovutish suvi, yadro yoqilg'isi - reaktorning normal ishlashini ta'minlab, o'zlariga yuklangan vazifalarni bajaradilar.

Yadro reaktorlari uchun qanday yoqilg'i ishlatiladi va nima uchun bu kimyoviy elementlar tanlanadi

Reaktorlarda asosiy yoqilg'i uran, plutoniy yoki toriyning izotoplari bo'lishi mumkin.

1934 yilda F.Jolio-Kyuri uran yadrosining boʻlinish jarayonini kuzatar ekan, kimyoviy reaksiya natijasida uran yadrosi boʻlaklarga-yadrolarga va ikki yoki uchta erkin neytronlarga boʻlinishini payqagan edi. Bu erkin neytronlarning boshqa uran yadrolariga qo'shilib, boshqa bo'linishni boshlashi ehtimoli borligini anglatadi. Shunday qilib, zanjir reaktsiyasi bashorat qilganidek: uchta uran yadrosidan oltidan to'qqizgacha neytron ajralib chiqadi va ular yana yangi hosil bo'lgan yadrolarga qo'shiladi. Va hokazolar infinitum.

Esda tutish muhim! Yadro bo'linishi paytida paydo bo'ladigan neytronlar massa soni 235 bo'lgan uran izotopi yadrolarining bo'linishini qo'zg'atishga qodir va massa soni 238 bo'lgan uran izotopining yadrolarini yo'q qilish uchun parchalanish jarayonida hosil bo'lgan energiya etarli bo'lmasligi mumkin. .

235 raqamli uran tabiatda kam uchraydi. U atigi 0,7% ni tashkil qiladi, ammo tabiiy uran-238 kattaroq joyni egallaydi va 99,3% ni tashkil qiladi.

Tabiatdagi uran-235 ning bunday kichik ulushiga qaramay, fiziklar va kimyogarlar hali ham undan voz kecha olmaydilar, chunki u yadroviy reaktorning ishlashi uchun eng samarali bo'lib, insoniyat uchun energiya ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytiradi.

Birinchi yadro reaktorlari qachon paydo bo'lgan va bugungi kunda ular qayerda keng qo'llaniladi?

1919 yilda Rezerford alfa zarrachalarining azot atomlari yadrolari bilan to'qnashuvi natijasida harakatlanuvchi protonlarning hosil bo'lish jarayonini kashf etgan va tavsiflaganida fiziklar allaqachon g'alaba qozongan edi. Bu kashfiyot azot izotopi yadrosining alfa zarrasi bilan to'qnashuvi natijasida kislorod izotopi yadrosiga aylanishini anglatardi.

Birinchi yadro reaktorlari paydo bo'lishidan oldin, dunyo yadro reaktsiyalarining barcha muhim jihatlari bilan bog'liq bo'lgan bir qancha yangi fizika qonunlarini o'rgandi. Shunday qilib, 1934 yilda F. Jolio-Kyuri, X. Xalban, L. Kovarskilar birinchi marta jamiyat va jahon olimlari doirasiga yadro reaksiyalarini amalga oshirish imkoniyati haqidagi nazariy faraz va dalillar bazasini taklif qildilar. Barcha tajribalar uran yadrosining bo'linishini kuzatish bilan bog'liq edi.

1939 yilda E. Fermi, I. Jolio-Kyuri, O. Gan, O. Frishlar neytronlar bilan bombardimon qilinganda uran yadrolarining boʻlinish reaksiyasini kuzatdilar. Tadqiqot davomida olimlar bitta tezlashtirilgan neytron uran yadrosiga tegsa, mavjud yadro ikki yoki uch qismga bo'linishini aniqladilar.

Zanjirli reaktsiya 20-asrning o'rtalarida amalda isbotlangan. Olimlar 1939 yilda bitta uran yadrosining bo'linishi 200 MeVga yaqin energiya chiqarishini isbotlashga muvaffaq bo'lishdi. Ammo fragment yadrolarining kinetik energiyasiga taxminan 165 MeV ajratiladi, qolgan qismi esa gamma kvantlar tomonidan olib tashlanadi. Bu kashfiyot kvant fizikasida yutuq yaratdi.

E.Fermi yana bir necha yil o'z ishini va izlanishlarini davom ettirdi va 1942 yilda AQShda birinchi yadro reaktorini ishga tushirdi. Amalga oshirilgan loyiha "Chicago Woodpile" deb nomlandi va relslarga qo'yildi. 1945 yil 5 sentyabrda Kanada ZEEP yadro reaktorini ishga tushirdi. Evropa qit'asi ham ortda qolmadi va ayni paytda F-1 qurilmasi qurilmoqda. Ruslar uchun esa yana bir unutilmas sana bor - 1946 yil 25 dekabrda Moskvada I.Kurchatov boshchiligida reaktor ishga tushirildi. Bular eng kuchli yadro reaktorlari emas edi, lekin bu insonning atomni egallashining boshlanishi edi.

Tinch maqsadlarda 1954 yilda SSSRda ilmiy yadroviy reaktor yaratilgan. 1959 yilda Sovet Ittifoqida atom elektr stantsiyasiga ega dunyodagi birinchi tinch kema - "Lenin" atom muzqaymoq kemasi qurilgan. Davlatimizning yana bir yutug'i - "Arktika" yadroviy muzqaymoq kemasi. Bu yer usti kemasi dunyoda birinchi bo'lib Shimoliy qutbga yetib keldi. Bu 1975 yilda sodir bo'lgan.

Birinchi portativ yadro reaktorlari sekin neytronlardan foydalangan.

Yadro reaktorlari qayerda ishlatiladi va insoniyat qanday turlardan foydalanadi?

  • Sanoat reaktorlari. Ular atom elektr stantsiyalarida energiya ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
  • Yadro reaktorlari yadroviy suv osti kemalari uchun harakatlantiruvchi birlik vazifasini bajaradi.
  • Eksperimental (ko'chma, kichik) reaktorlar. Ularsiz birorta ham zamonaviy ilmiy tajriba yoki tadqiqot amalga oshirilmaydi.

Bugungi kunda ilm-fan olami dengiz suvini tuzsizlantirish va aholini sifatli ichimlik suvi bilan ta’minlash uchun maxsus reaktorlardan foydalanishni o‘rgandi. Rossiyada juda ko'p yadroviy reaktorlar mavjud. Shunday qilib, statistik ma'lumotlarga ko'ra, 2018 yil holatiga ko'ra, shtatda 37 ga yaqin birlik ishlaydi.

Va tasnifga ko'ra ular quyidagicha bo'lishi mumkin:

  • Tadqiqot (tarixiy). Ular orasida plutoniy ishlab chiqarish bo‘yicha eksperimental maydon sifatida yaratilgan F-1 stansiyasi ham bor. I.V.Kurchatov F-1da ishlagan va birinchi jismoniy reaktorni boshqargan.
  • Tadqiqot (faol).
  • Qurol-aslaha. Reaktorga misol sifatida - A-1, sovutish bilan birinchi reaktor sifatida tarixga kirgan. Yadro reaktorining o'tmishdagi quvvati kichik, ammo funktsionaldir.
  • Energiya.
  • Kema. Ma'lumki, kemalar va suv osti kemalarida zarurat va texnik imkoniyatlardan kelib chiqib, suv bilan sovutilgan yoki suyuq metall reaktorlari qo'llaniladi.
  • Kosmos. Misol tariqasida, agar qo'shimcha energiya olish zarur bo'lsa, ishga tushadigan kosmik kemadagi Yenisey qurilmasini chaqiraylik va uni quyosh panellari va izotop manbalari yordamida olish kerak bo'ladi.

Shunday qilib, yadro reaktorlari mavzusi juda keng va shuning uchun kvant fizikasi qonunlarini chuqur o'rganish va tushunishni talab qiladi. Ammo yadroviy reaktorlarning davlat energetikasi va iqtisodiyoti uchun ahamiyati, shubhasiz, foydalilik va foyda aurasi bilan o'ralgan.

Bo'linish zanjiri reaktsiyasi doimo ulkan energiyaning chiqishi bilan birga keladi. Bu energiyadan amaliy foydalanish yadro reaktorining asosiy vazifasi hisoblanadi.

Yadro reaktori - bu boshqariladigan yoki boshqariladigan, yadro bo'linish reaktsiyasi sodir bo'ladigan qurilma.

Ishlash prinsipiga ko‘ra yadro reaktorlari ikki guruhga bo‘linadi: termal neytron reaktorlari va tez neytron reaktorlari.

Termal neytronli yadro reaktori qanday ishlaydi?

Oddiy yadro reaktorida quyidagilar mavjud:

  • Asosiy va moderator;
  • Neytron reflektor;
  • Sovutgich;
  • Zanjir reaktsiyasini boshqarish tizimi, favqulodda vaziyatlardan himoya qilish;
  • Nazorat va radiatsiyaviy himoya tizimi;
  • Masofadan boshqarish tizimi.

1 - faol zona; 2 - reflektor; 3 - himoya qilish; 4 - boshqaruv tayoqlari; 5 - sovutish suvi; 6 - nasoslar; 7 - issiqlik almashtirgich; 8 - turbina; 9 - generator; 10 - kondansatör.

Asosiy va moderator

Aynan yadroda boshqariladigan bo'linish zanjiri reaktsiyasi sodir bo'ladi.

Ko'pgina yadro reaktorlari uran-235 ning og'ir izotoplarida ishlaydi. Ammo uran rudasining tabiiy namunalarida uning miqdori atigi 0,72% ni tashkil qiladi. Bu kontsentratsiya zanjir reaktsiyasining rivojlanishi uchun etarli emas. Shuning uchun ruda sun'iy ravishda boyitiladi, bu izotopning tarkibini 3% ga yetkazadi.

Tabletkalar ko'rinishidagi parchalanuvchi material yoki yadro yoqilg'isi, yoqilg'i tayoqchalari (yoqilg'i elementlari) deb ataladigan germetik yopilgan tayoqchalarga joylashtiriladi. Ular bilan to'ldirilgan butun faol zonaga kirib boradi moderator neytronlar.

Yadro reaktoriga neytron moderatori nima uchun kerak?

Gap shundaki, uran-235 yadrolarining parchalanishidan keyin tug'ilgan neytronlar juda yuqori tezlikka ega. Ularning boshqa uran yadrolari tomonidan tutilishi ehtimoli sekin neytronlarni tutib olish ehtimolidan yuzlab marta kamroq. Va agar ularning tezligi kamaymasa, vaqt o'tishi bilan yadro reaktsiyasi o'lishi mumkin. Moderator neytronlarning tezligini kamaytirish masalasini hal qiladi. Tez neytronlar yo'liga suv yoki grafit qo'yilsa, ularning tezligini sun'iy ravishda kamaytirish va shu bilan atomlar tomonidan tutilgan zarrachalar sonini oshirish mumkin. Shu bilan birga, reaktorda zanjirli reaktsiya kamroq yadro yoqilg'isini talab qiladi.

Sekinlashuv jarayoni natijasida, termal neytronlar, uning tezligi xona haroratida gaz molekulalarining issiqlik harakati tezligiga deyarli teng.

Yadro reaktorlarida moderator sifatida suv, ogʻir suv (deyteriy oksidi D 2 O), berilliy va grafit ishlatiladi. Lekin eng yaxshi moderator og'ir suv D2O hisoblanadi.

Neytron reflektor

Atrof-muhitga neytronlarning oqib chiqishini oldini olish uchun yadro reaktori yadrosi bilan o'ralgan. neytron reflektor. Reflektorlar uchun ishlatiladigan material ko'pincha moderatorlar bilan bir xil.

Sovutgich

Yadro reaktsiyasi paytida chiqarilgan issiqlik sovutish suvi yordamida chiqariladi. Ilgari turli aralashmalar va gazlardan tozalangan oddiy tabiiy suv ko'pincha yadroviy reaktorlarda sovutish suvi sifatida ishlatiladi. Ammo suv allaqachon 100 0 S haroratda va 1 atm bosimda qaynayotganligi sababli, qaynash nuqtasini oshirish uchun birlamchi sovutish suvi pallasida bosim oshiriladi. Reaktor yadrosi orqali aylanib yuradigan birlamchi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan suv yonilg'i novdalarini yuvadi, 320 0 S haroratgacha qizdiriladi. Keyin issiqlik almashtirgich ichida u ikkinchi darajali suvga issiqlikni beradi. Almashtirish issiqlik almashinuvi quvurlari orqali amalga oshiriladi, shuning uchun ikkilamchi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan suv bilan aloqasi yo'q. Bu radioaktiv moddalarning issiqlik almashtirgichning ikkinchi davriga kirishiga to'sqinlik qiladi.

Va keyin hamma narsa issiqlik elektr stantsiyasida bo'lgani kabi sodir bo'ladi. Ikkinchi konturdagi suv bug'ga aylanadi. Bug 'turbinani aylantiradi, u elektr generatorini boshqaradi, bu esa elektr tokini hosil qiladi.

Og'ir suv reaktorlarida sovutish suyuqligi og'ir suv D2O, suyuq metall sovutish suvi bo'lgan reaktorlarda esa eritilgan metalldir.

Zanjirli reaktsiyani boshqarish tizimi

Reaktorning hozirgi holati chaqirilgan miqdor bilan tavsiflanadi reaktivlik.

ρ = ( k -1)/ k ,

k = n i / n i -1 ,

Qayerda k - neytronlarni ko'paytirish omili;

n i - yadro bo'linish reaktsiyasida keyingi avlod neytronlari soni;

n i -1 , - xuddi shu reaksiyadagi oldingi avlod neytronlari soni.

Agar k ˃ 1 , zanjir reaktsiyasi o'sib boradi, tizim chaqiriladi o'ta tanqidiy y. Agar k< 1 , zanjir reaktsiyasi o'ladi va tizim chaqiriladi subkritik. At k = 1 reaktor mavjud barqaror kritik holat, chunki parchalanuvchi yadrolar soni o'zgarmaydi. Bu holatda reaktivlik ρ = 0 .

Reaktorning kritik holati (yadro reaktorida zarur bo'lgan neytron ko'payish omili) harakatlanish orqali saqlanadi. nazorat tayoqlari. Ular ishlab chiqarilgan materialga neytronni yutuvchi moddalar kiradi. Ushbu novdalarni yadroga cho'zish yoki surish orqali yadro bo'linish reaktsiyasi tezligi nazorat qilinadi.

Boshqaruv tizimi reaktorni ishga tushirish, rejalashtirilgan to'xtatish, quvvat bilan ishlash, shuningdek, yadroviy reaktorni favqulodda himoya qilish paytida uni boshqarishni ta'minlaydi. Bunga nazorat tayoqlarining o'rnini o'zgartirish orqali erishiladi.

Agar reaktor parametrlaridan birortasi (harorat, bosim, quvvatning ko'tarilish tezligi, yoqilg'i sarfi va boshqalar) me'yordan chetga chiqsa va bu avariyaga olib kelishi mumkin bo'lsa, maxsus favqulodda tayoqlar va yadro reaktsiyasi tezda to'xtaydi.

Reaktor parametrlari standartlarga mos kelishiga ishonch hosil qiling nazorat qilish va radiatsiyadan himoya qilish tizimlari.

Atrof-muhitni radioaktiv nurlanishdan himoya qilish uchun reaktor qalin beton korpusga joylashtiriladi.

Masofadan boshqarish tizimlari

Yadro reaktorining holati haqidagi barcha signallar (sovutish suvi harorati, reaktorning turli qismlaridagi radiatsiya darajasi va boshqalar) reaktorning boshqaruv paneliga yuboriladi va kompyuter tizimlarida qayta ishlanadi. Operator barcha kerakli ma'lumotlarni oladi va muayyan og'ishlarni bartaraf etish bo'yicha tavsiyalarni oladi.

Tez reaktorlar

Ushbu turdagi reaktorlarning termal neytron reaktorlaridan farqi shundaki, uran-235 parchalanishidan keyin paydo bo'ladigan tez neytronlar sekinlashmaydi, balki uran-238 tomonidan so'riladi va keyinchalik plutoniy-239 ga aylanadi. Shuning uchun tez neytron reaktorlari qurol darajasidagi plutoniy-239 va issiqlik energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi, atom elektr stantsiyasi generatorlari elektr energiyasiga aylantiradi.

Bunday reaktorlarda yadro yoqilg'isi uran-238, xomashyosi esa uran-235 dir.

Tabiiy uran rudasida 99,2745% uran-238 ni tashkil qiladi. Termal neytron so'rilsa, u bo'linmaydi, balki uran-239 izotopiga aylanadi.

b-parchalanishdan bir muncha vaqt o'tgach, uran-239 neptuniy-239 yadrosiga aylanadi:

239 92 U → 239 93 Np + 0 -1 e

Ikkinchi b-parchalanishdan so'ng parchalanuvchi plutoniy-239 hosil bo'ladi:

239 9 3 Np → 239 94 Pu + 0 -1 e

Va nihoyat, plutoniy-239 yadrosining alfa parchalanishidan so'ng uran-235 olinadi:

239 94 Pu → 235 92 U + 4 2 He

Xom ashyo (boyitilgan uran-235) bilan yonilg'i tayoqchalari reaktor yadrosida joylashgan. Bu zona ko'payish zonasi bilan o'ralgan bo'lib, u yoqilg'i bilan yonilg'i tayoqchalaridan iborat (tushgan uran-238). Uran-235 parchalanishidan keyin yadrodan chiqadigan tez neytronlar uran-238 yadrolari tomonidan tutiladi. Natijada plutoniy-239 hosil bo'ladi. Shunday qilib, tez neytronli reaktorlarda yangi yadro yoqilg'isi ishlab chiqariladi.

Suyuq metallar yoki ularning aralashmalari tez neytronli yadro reaktorlarida sovutish suvi sifatida ishlatiladi.

Yadro reaktorlarining tasnifi va qo'llanilishi

Yadro reaktorlari asosan atom elektr stantsiyalarida qo'llaniladi. Ularning yordami bilan sanoat miqyosida elektr va issiqlik energiyasi ishlab chiqariladi. Bunday reaktorlar deyiladi energiya .

Yadro reaktorlari zamonaviy yadroviy suv osti kemalarining harakatlanish tizimlarida, yer usti kemalarida va kosmik texnikada keng qo'llaniladi. Ular motorlarni elektr energiyasi bilan ta'minlaydi va chaqiriladi transport reaktorlari .

Yadro fizikasi va radiatsiya kimyosi sohasidagi ilmiy tadqiqotlar uchun yadroda olinadigan neytronlar va gamma-kvantalarning oqimlari qo'llaniladi. tadqiqot reaktorlari. Ular tomonidan ishlab chiqarilgan energiya 100 MVt dan oshmaydi va sanoat maqsadlarida ishlatilmaydi.

Quvvat eksperimental reaktorlar hatto kamroq. U faqat bir necha kVt qiymatga etadi. Ushbu reaktorlar turli xil fizik miqdorlarni o'rganadi, ularning ma'nosi yadro reaktsiyalarini loyihalashda muhimdir.

TO sanoat reaktorlari tibbiy maqsadlarda, shuningdek, sanoat va texnologiyaning turli sohalarida qo'llaniladigan radioaktiv izotoplarni ishlab chiqarish reaktorlarini o'z ichiga oladi. Dengiz suvini tuzsizlantirish reaktorlari ham sanoat reaktorlari sifatida tasniflanadi.

Yadro reaktori - bu energiya chiqishi bilan birga boshqariladigan yadroviy zanjir reaktsiyasi sodir bo'ladigan qurilma.

Hikoya

Yadro bo'linishining o'z-o'zidan boshqariladigan zanjirli reaktsiyasi (qisqacha zanjir reaktsiyasi) birinchi marta 1942 yil dekabrda amalga oshirildi. Bir guruh fiziklar Chikago universiteti, boshchiligida E. Fermi, deb nomlangan dunyodagi birinchi yadro reaktorini qurgan SR-1. U grafit bloklaridan iborat bo'lib, ular orasida tabiiy uran va uning dioksidi to'plari joylashgan edi. Tez neytronlar yadro parchalanishidan keyin paydo bo'ladi 235U, grafit tomonidan issiqlik energiyasiga qadar sekinlashtirildi va keyin yangi yadro parchalanishiga olib keldi. Ko'pchilik bo'linishlar termal neytronlar ta'sirida sodir bo'ladigan SR-1 kabi reaktorlarga termal neytron reaktorlari deyiladi. Ularda uran bilan solishtirganda juda ko'p moderator mavjud.

IN SSSR Akademik boshchiligidagi bir guruh fizik va muhandislar tomonidan reaktorlarni ishga tushirish, ishlatish va boshqarish xususiyatlarining nazariy va eksperimental tadqiqotlari olib borildi. I. V. Kurchatova. Birinchi Sovet reaktori F1 1946 yil 25 dekabrda og'ir ahvolga tushib qolgan F-1 reaktori grafit bloklardan yasalgan va diametri taxminan 7,5 m bo'lgan to'p shakliga ega, diametri 6 m bo'lgan to'pning markaziy qismida uran grafit bloklaridagi teshiklar orqali rodlar joylashtiriladi. F-1 reaktoridagi tadqiqotlar natijalari yanada murakkab sanoat reaktorlari loyihalari uchun asos bo'ldi. 1949 yilda plutoniy ishlab chiqarish reaktori ishga tushirildi va 1954 yil 27 iyunda Obninskda elektr quvvati 5 MVt bo'lgan dunyodagi birinchi atom elektr stantsiyasi ishga tushdi.

Dizayn va ishlash printsipi

Energiyani chiqarish mexanizmi

Moddaning o'zgarishi, agar moddada energiya zaxirasi bo'lsa, erkin energiyaning chiqishi bilan birga keladi. Ikkinchisi, moddaning mikrozarralari o'tish mumkin bo'lgan boshqa holatdan ko'ra ko'proq tinch energiyaga ega bo'lgan holatda ekanligini anglatadi. O'z-o'zidan o'tish har doim energiya to'sig'i bilan to'sqinlik qiladi, uni bartaraf etish uchun mikrozarracha tashqi tomondan ma'lum miqdorda energiya olishi kerak - qo'zg'alish energiyasi. Ekzoenergetik reaksiya shundan iboratki, qo'zg'alishdan keyingi o'zgarishlarda jarayonni qo'zg'atish uchun zarur bo'lganidan ko'ra ko'proq energiya ajralib chiqadi. Energiya toʻsigʻini yengib oʻtishning ikki yoʻli mavjud: yoki toʻqnashuvchi zarrachalarning kinetik energiyasi yoki birikuvchi zarrachaning bogʻlanish energiyasi hisobiga.

Agar energiya ajralib chiqishining makroskopik shkalasini yodda tutadigan bo'lsak, u holda moddaning zarrachalarining barchasi yoki birinchi navbatda, reaktsiyalarni qo'zg'atish uchun zarur bo'lgan kinetik energiyaga ega bo'lishi kerak. Bunga faqat muhit haroratini issiqlik harakati energiyasi jarayonning borishini cheklovchi energiya chegarasiga yaqinlashadigan qiymatga oshirish orqali erishish mumkin. Molekulyar transformatsiyalar, ya'ni kimyoviy reaktsiyalar bo'lsa, bunday o'sish odatda yuzlab Kelvin gradusni tashkil qiladi, ammo yadroviy reaktsiyalarda u to'qnashuvchi yadrolarning Kulon to'siqlarining juda yuqori balandligi tufayli kamida 107 ° K ni tashkil qiladi. Yadro reaksiyalarining termik qo`zg`alishi amalda faqat Kulon to`siqlari minimal bo`lgan eng yengil yadrolar sintezi vaqtida amalga oshiriladi (termoyadro sintezi). Zarrachalarni birlashtirish orqali qo'zg'alish katta kinetik energiyani talab qilmaydi va shuning uchun muhitning haroratiga bog'liq emas, chunki u zarrachalarning jozibali kuchlariga xos bo'lgan foydalanilmagan bog'lanishlar tufayli yuzaga keladi. Ammo reaktsiyalarni qo'zg'atish uchun zarralarning o'zi kerak. Va agar biz yana reaktsiyaning alohida harakatini emas, balki makroskopik miqyosda energiya ishlab chiqarishni nazarda tutsak, bu faqat zanjirli reaktsiya sodir bo'lganda mumkin. Ikkinchisi reaksiyani qo'zg'atuvchi zarralar ekzoenergetik reaksiya mahsuloti sifatida yana paydo bo'lganda sodir bo'ladi.

Geterogen termal neytron reaktorining sxematik tuzilishi1 - boshqaruv tayog'i; 2 - biologik himoya; 3 - termal himoya; 4 - moderator; 5 - yadro yoqilg'isi; 6 - sovutish suvi.

Geterogen termal neytron reaktorining sxematik konstruktsiyasi

    boshqaruv tayog'i;

    biologik himoya;

    termal himoya;

    moderator;

    yadro yoqilg'isi;

    sovutish suvi.

Dizayn

Har qanday yadroviy reaktor quyidagi qismlardan iborat:

    Yadro yoqilg'isi va moderator bilan yadro;

    Yadroni o'rab turgan neytron reflektor;

    Sovutgich;

    Zanjir reaktsiyasini boshqarish tizimi, shu jumladan favqulodda vaziyatlardan himoya qilish

    Radiatsiyaviy himoya

    Masofadan boshqarish tizimi

Reaktorning asosiy xarakteristikasi - uning chiqishi. 1 MVt quvvat 1 soniyada 3 · 1016 bo'linish sodir bo'lgan zanjirli reaktsiyaga to'g'ri keladi.

Ishlashning fizik tamoyillari

Yadro reaktorining hozirgi holatini samarali neytron ko'payish omili k yoki reaktivlik r bilan tavsiflash mumkin, ular quyidagi munosabatlar bilan bog'liq:

Ushbu miqdorlar uchun quyidagi qiymatlar xosdir:

    k > 1 - zanjir reaktsiyasi vaqt o'tishi bilan kuchayadi, reaktor o'ta kritik holatda, uning reaktivligi r > 0;

    k< 1 — реакция затухает, реактор — подкритичен, ρ < 0;

    k = 1, r = 0 - yadro parchalanish soni doimiy, reaktor barqaror kritik holatda.

Yadro reaktorining kritik sharti:

    ō - reaktor yadrosida so'rilgan reaktorda hosil bo'lgan neytronlarning umumiy sonining ulushi yoki neytronning yakuniy hajmdan sizib chiqmasligi ehtimoli.

    k 0 - cheksiz katta yadrodagi neytronlarni ko'paytirish omili.

Ko'paytirish omilini birlikka qaytarish neytronlarning ko'payishini ularning yo'qotishlari bilan muvozanatlash orqali erishiladi. Yo'qotishlarning aslida ikkita sababi bor: bo'linmasdan qo'lga olish va neytronlarning naslchilik muhitidan tashqariga oqib chiqishi.

Ko'rinib turibdiki, k< k0, поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны

Termal reaktorlar uchun k0 ni "4 ta omil formulasi" yordamida aniqlash mumkin:

    m — neytronlarning tez ko‘payish omili;

    ph - rezonansli tutilishdan qochish ehtimoli;

    th—termik neytronlardan foydalanish koeffitsienti;

    ē - har bir yutilishda neytron unumi.

Zamonaviy quvvat reaktorlarining hajmi yuzlab m3 ga etishi mumkin va asosan tanqidiy sharoitlarga qarab emas, balki issiqlikni yo'qotish qobiliyatiga qarab belgilanadi.

Yadro reaktorining kritik hajmi kritik holatdagi reaktor yadrosining hajmidir. Kritik massa - bu kritik holatda bo'lgan reaktordagi parchalanuvchi materialning massasi.

Yonilg'isi suvli neytron reflektorli sof parchalanuvchi izotoplar tuzlarining suvli eritmalari bo'lgan reaktorlar eng past kritik massaga ega. 235 U uchun bu massa 0,8 kg, 239 Pu uchun - 0,5 kg. Nazariy jihatdan, 251 Cf eng kichik kritik massaga ega, bu qiymat uchun faqat 10 g.

Neytron oqishini kamaytirish uchun yadroga sferik yoki sharsimon shaklga yaqin, masalan, qisqa silindr yoki kub beriladi, chunki bu raqamlar eng kichik sirt maydoni va hajm nisbatiga ega.

(e - 1) qiymati odatda kichik bo'lishiga qaramay, neytronlarning tez ko'payishining roli juda katta, chunki yirik yadro reaktorlari uchun (K∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Zanjirli reaktsiyani boshlash uchun odatda uran yadrolarining o'z-o'zidan bo'linishi paytida hosil bo'lgan neytronlar etarli. Shuningdek, reaktorni ishga tushirish uchun neytronlarning tashqi manbasidan, masalan, Ra va Be aralashmasi, 252 Cf yoki boshqa moddalardan foydalanish mumkin.

Yod chuquri

Yod chuquri - yadro reaktorining o'chirilgandan keyingi holati bo'lib, u qisqa muddatli ksenon izotopi (135 Xe) to'planishi bilan tavsiflanadi. Bu jarayon sezilarli salbiy reaktivlikning vaqtinchalik paydo bo'lishiga olib keladi, bu esa, o'z navbatida, ma'lum vaqt ichida (taxminan 1-2 kun) reaktorni loyihaviy quvvatiga keltirishni imkonsiz qiladi.

Tasniflash

Foydalanish tabiati bo'yicha

Foydalanish xususiyatiga ko'ra yadro reaktorlari quyidagilarga bo'linadi.

    Yadro reaktorlarini loyihalash va ishlatish uchun ahamiyati zarur bo'lgan turli fizik miqdorlarni o'rganish uchun mo'ljallangan eksperimental reaktorlar; bunday reaktorlarning quvvati bir necha kVt dan oshmaydi;

    Yadroda yaratilgan neytron va g-kvanta oqimlari yadro fizikasi, qattiq jismlar fizikasi, radiatsiya kimyosi, biologiya sohasidagi tadqiqotlar uchun, intensiv neytron oqimlarida ishlashga mo'ljallangan materiallarni sinovdan o'tkazish uchun foydalaniladigan tadqiqot reaktorlari (shu jumladan .qismlar). yadroviy reaktorlar), izotoplar ishlab chiqarish uchun. Tadqiqot reaktorlarining quvvati 100 MVt dan oshmaydi; Chiqarilgan energiya, qoida tariqasida, ishlatilmaydi.

    Yadro qurollarida ishlatiladigan izotoplarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan izotop (qurol, sanoat) reaktorlari, masalan, 239Pu.

    Energetika sohasida ishlatiladigan elektr va issiqlik energiyasini ishlab chiqarish, suvni tuzsizlantirish, kema elektr stansiyalarini haydash va boshqalar uchun mo'ljallangan energiya reaktorlari; Zamonaviy quvvat reaktorining issiqlik quvvati 3-5 GVt ga etadi.

Neytron spektriga ko'ra

    Termal neytron reaktori ("termal reaktor")

    Tez neytron reaktori ("tezkor reaktor")

    Oraliq neytron reaktori

Yoqilg'i joylashtirish bo'yicha

    Heterojen reaktorlar, bu erda yoqilg'i bloklar shaklida yadroga diskret joylashtiriladi, ular orasida moderator mavjud;

    Yoqilg'i va moderator bir hil aralashma bo'lgan bir hil reaktorlar (bir hil tizim).

Geterogen reaktordagi yadroviy yoqilg'i bloklari yonilg'i elementlari (yoqilg'i elementlari) deb ataladi, ular yadroga oddiy panjara tugunlarida joylashgan bo'lib, hujayralarni hosil qiladi.

Yoqilg'i turi bo'yicha

Boyitish darajasi bo'yicha:

    Tabiiy uran

    Yengil boyitilgan uran

    Sof parchalanuvchi izotop

Kimyoviy tarkibi bo'yicha:

    metall U

    UO 2 (uran dioksidi)

    UC (uran karbid) va boshqalar.

Sovutgich turi bo'yicha

    H 2 O (suv, suv-suv reaktoriga qarang)

    Gaz, (qarang: Grafit-gaz reaktori)

    Organik sovutilgan reaktor

    Suyuq metall sovutilgan reaktor

    Eritilgan tuz reaktori

Moderator turi bo'yicha

    C (grafit, qarang: Grafit-gaz reaktori, Grafit-suv reaktori)

    H 2 O (suv, qarang: Yengil suv reaktori, Suv-suv reaktori, VVER)

    D 2 O (og'ir suv, qarang: Og'ir suvli yadro reaktori, CANDU)

    Metall gidridlar

    Retardersiz

Dizayn bo'yicha

    Kema reaktorlari

    Kanal reaktorlari

Bug 'hosil qilish usuli bilan

    Tashqi bug 'generatorli reaktor

    Qaynayotgan reaktor

21-asrning boshlarida eng keng tarqalgan bo'lib termal neytronlardan foydalanadigan H 2 O, C, D 2 O va sovutish suvi - H 2 O, gaz, D 2 O, masalan, suv-suv VVER , RBMK kanali.

Tezkor reaktorlar ham istiqbolli. Ulardagi yoqilg'i 238U ni tashkil etadi, bu termal reaktorlarga nisbatan yadro yoqilg'isidan foydalanishni o'nlab marta yaxshilash imkonini beradi, bu atom energiyasi resurslarini sezilarli darajada oshiradi.

Reaktor materiallari

Reaktorlar qurilgan materiallar neytronlar, g-kvantlar va parchalanish bo'laklari sohasida yuqori haroratlarda ishlaydi. Shuning uchun texnologiyaning boshqa sohalarida ishlatiladigan barcha materiallar reaktor qurish uchun mos emas. Reaktor materiallarini tanlashda ularning nurlanishga chidamliligi, kimyoviy inertligi, yutilish kesimi va boshqa xossalari hisobga olinadi.

Yoqilg'i elementlarining qobiqlari, kanallari, moderatorlari (reflektorlar) kichik assimilyatsiya kesimlari bo'lgan materiallardan tayyorlanadi. Neytronlarni zaif singdiruvchi materiallardan foydalanish neytronlarning isrofgarchilikni kamaytiradi, yadro yoqilg'isini yuklashni kamaytiradi va neytronlarning ko'payish koeffitsientini oshiradi. Absorber novdalar uchun, aksincha, katta assimilyatsiya kesimiga ega bo'lgan materiallar mos keladi. Bu reaktorni boshqarish uchun zarur bo'lgan novdalar sonini sezilarli darajada kamaytiradi.

Tez neytronlar, g-kvantlar va parchalanish fragmentlari materiya tuzilishiga zarar etkazadi. Shunday qilib, qattiq moddada tez neytronlar atomlarni kristall panjaradan uradi yoki ularni joyidan olib tashlaydi. Natijada, materiallarning plastik xususiyatlari va issiqlik o'tkazuvchanligi yomonlashadi. Murakkab molekulalar nurlanish ta'sirida oddiy molekulalarga yoki tarkibiy atomlarga parchalanadi. Masalan, suv kislorod va vodorodga parchalanadi. Bu hodisa suv radiolizi deb nomlanadi.

Materiallarning radiatsiyaviy beqarorligi yuqori haroratlarda kamroq ta'sir qiladi. Atomlarning harakatchanligi shunchalik katta bo'ladiki, kristall panjaradan chiqib ketgan atomlarning o'z joyiga qaytishi yoki vodorod va kislorodning suv molekulasiga rekombinatsiyasi ehtimoli sezilarli darajada oshadi. Shunday qilib, suvning radiolizi energiya qaynamaydigan reaktorlarda (masalan, VVER) ahamiyatsiz, kuchli tadqiqot reaktorlarida esa sezilarli miqdorda portlovchi aralashmalar ajralib chiqadi. Reaktorlarda uni yoqish uchun maxsus tizimlar mavjud.

Reaktor materiallari bir-biri bilan aloqada (sovutgich va yadro yoqilg'isi bilan yonilg'i qoplamasi, sovutish suvi va moderatorli yonilg'i kassetalari va boshqalar). Tabiiyki, aloqa qiluvchi materiallar kimyoviy jihatdan inert (mos keluvchi) bo'lishi kerak. Mos kelmaslik misoli - uran va issiq suvning kimyoviy reaktsiyaga kirishi.

Ko'pgina materiallar uchun kuch xususiyatlari harorat oshishi bilan keskin yomonlashadi. Quvvatli reaktorlarda strukturaviy materiallar yuqori haroratlarda ishlaydi. Bu qurilish materiallarini tanlashni cheklaydi, ayniqsa energiya reaktorining yuqori bosimga bardosh berishi kerak bo'lgan qismlari uchun.

Yadro yoqilg'isining yonishi va ko'payishi

Yadro reaktorining ishlashi jarayonida yoqilg'ida bo'linish bo'laklarining to'planishi tufayli uning izotopik va kimyoviy tarkibi o'zgaradi va transuranik elementlar, asosan Pu izotoplari hosil bo'ladi. Bo'linish bo'laklarining yadro reaktorining reaktivligiga ta'siri zaharlanish (radiaktiv parchalar uchun) va shlaklanish (barqaror izotoplar uchun) deb ataladi.

Reaktor zaharlanishining asosiy sababi 135 Xe bo'lib, u eng katta neytronni yutish kesimiga ega (2,6 106 ombor). Yarim yemirilish davri 135 Xe T½ = 9,2 soat; Bo'linish rentabelligi 6-7% ni tashkil qiladi. 135Xe ning asosiy qismi 135I ning parchalanishi natijasida hosil bo'ladi (T½ = 6,8 soat). Zaharlanishda Cef 1-3% ga o'zgaradi. Katta yutilish kesimi 135 Xe va oraliq izotop 135 I mavjudligi ikkita muhim hodisaga olib keladi:

    135 Xe kontsentratsiyasining oshishiga va natijada reaktor to'xtatilgandan yoki quvvat kamayganidan keyin reaktivligining pasayishiga ("yod chuquri"), bu qisqa muddatli to'xtashlar va chiqish quvvatining o'zgarishini imkonsiz qiladi. . Ushbu ta'sir nazorat qiluvchi organlarda reaktivlik zaxirasini joriy etish orqali bartaraf etiladi. Yod qudug'ining chuqurligi va davomiyligi F neytron oqimiga bog'liq: F = 5·1018 neytron/(sm 2 ·sek) da yod qudug'ining davomiyligi ˜ 30 soat, chuqurligi esa statsionardan 2 marta katta. 135 Xe zaharlanishidan kelib chiqqan Kefdagi o'zgarish.

    Zaharlanish tufayli neytron oqimining F va shunga mos ravishda reaktor quvvatida fazoviy-vaqt tebranishlari sodir bo'lishi mumkin. Bu tebranishlar F > 1018 neytron/(sm 2 sek) va katta reaktor o'lchamlarida sodir bo'ladi. Tebranish davrlari ˜ 10 soat.

Yadro boʻlinishi natijasida koʻp sonli barqaror boʻlaklar hosil boʻladi, ular boʻlinuvchi izotopning yutilish kesimiga nisbatan yutilish kesimlarida farqlanadi. Katta assimilyatsiya qilish kesimiga ega bo'lgan bo'laklarning konsentratsiyasi reaktor ishining dastlabki bir necha kunida to'yinganlikka etadi. Bu asosan 149Sm bo'lib, Kefni 1% ga o'zgartiradi. Kichkina yutilish kesimiga ega bo'lgan qismlarning konsentratsiyasi va ular kiritadigan salbiy reaktivlik vaqt o'tishi bilan chiziqli ravishda ortadi.

Yadro reaktorida transuranik elementlarning hosil bo'lishi quyidagi sxemalar bo'yicha sodir bo'ladi:

    235 U + n → 236 U + n → 237 U →(7 kun)→ 237 Np + n → 238 Np →(2,1 kun)→ 238 Pu

    238 U + n → 239 U →(23 min)→ 239 Np →(2,3 kun)→ 239 Pu (+parchalar) + n → 240 Pu + n → 241 Pu (+parchalar) + n → 242 Pu + n → 243 Pu →(5 soat)→ 243 am + n → 244 am →(26 min)→ 244 sm

O'qlar orasidagi vaqt yarim yemirilish davrini, "+n" neytronlarning yutilishini bildiradi.

Reaktor ishining boshida 239 Pu chiziqli to'planishi sodir bo'ladi va qanchalik tez (sobit yonish 235 U bilan) uranni boyitish shunchalik past bo'ladi. Bundan tashqari, 239 Pu kontsentratsiyasi doimiy qiymatga moyil bo'lib, u boyitish darajasiga bog'liq emas, lekin 238 U va 239 Pu neytronlarni tutib olish kesimlarining nisbati bilan belgilanadi. Muvozanat kontsentratsiyasini o'rnatish uchun xarakterli vaqt 239 Pu ˜ 3/F yil (F 1013 neytron / sm 2 × sek birliklarda). 240 Pu va 241 Pu izotoplari muvozanat konsentratsiyasiga faqat yoqilg'i yadroviy reaktorda yadro yoqilg'isini qayta tiklashdan keyin qayta yondirilganda erishadi.

Yadro yoqilg'isining yonishi reaktorda 1 yoqilg'iga to'g'ri keladigan umumiy energiya bilan tavsiflanadi. Bu qiymat:

    ˜ 10 GVt kun/t - og'ir suv reaktorlari;

    ˜ 20-30 GVt kun/t - kuchsiz boyitilgan uran (2-3% 235U) ishlatadigan reaktorlar;

    100 GVt kun / t gacha - tez neytron reaktorlari.

1 GVt kun/t yonish yadro yoqilg'isining 0,1% yonishiga to'g'ri keladi.

Yoqilg'i yonishi bilan reaktorning reaktivligi pasayadi. Kuygan yoqilg'ini almashtirish darhol butun yadrodan yoki asta-sekin amalga oshiriladi, turli "yoshlardagi" yoqilg'i tayoqchalari ishlaydi. Ushbu rejim doimiy yonilg'i quyish deb ataladi.

Yoqilg'i to'liq almashtirilganda, reaktor kompensatsiya qilinishi kerak bo'lgan ortiqcha reaktivlikka ega, ikkinchi holatda kompensatsiya faqat reaktor birinchi ishga tushirilganda talab qilinadi. Doimiy haddan tashqari yuklanish kuyish chuqurligini oshirishga imkon beradi, chunki reaktorning reaktivligi parchalanuvchi izotoplarning o'rtacha kontsentratsiyasi bilan belgilanadi.

Yuklangan yoqilg'ining massasi chiqarilgan energiyaning "og'irligi" tufayli tushirilmagan yoqilg'ining massasidan oshadi. Reaktor to'xtatilgandan so'ng, birinchi navbatda, kechiktirilgan neytronlar bilan bo'linish hisobiga, keyin esa 1-2 daqiqadan so'ng, bo'linish bo'laklari va transuran elementlarining b- va g-nurlanishi tufayli yoqilg'ida energiyaning chiqishi davom etadi. Agar reaktor o'chirilgunga qadar etarlicha uzoq ishlagan bo'lsa, yopilgandan keyin 2 daqiqadan so'ng energiya chiqishi taxminan 3%, 1 soatdan keyin - 1%, 24 soatdan keyin - 0,4%, bir yildan keyin - 0,05% ni tashkil qiladi.

Yadro reaktorida hosil boʻlgan boʻlinuvchi Pu izotoplari miqdorining yondirilgan 235 U miqdoriga nisbati KK konversiya koeffitsienti deyiladi. KK qiymati boyitish va yonishning kamayishi bilan ortadi. Tabiiy urandan foydalanadigan og'ir suv reaktori uchun 10 GVt kun/t yonishda KK = 0,55 va kichik yonishlarda (bu holda KK boshlang'ich plutoniy koeffitsienti deb ataladi) KK = 0,8. Agar yadroviy reaktor yonib, bir xil izotoplarni (selektsioner reaktor) hosil qilsa, u holda nasllanish tezligining kuyish tezligiga nisbati KB naslchilik omili deb ataladi. KV termal neytronlardan foydalangan holda yadroviy reaktorlarda< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах КВ может достигать 1,4—1,5. Рост КВ для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов g растёт, а а падает.

Yadro reaktorini boshqarish

Yadro reaktori ish boshlanishida reaktivlik zahirasiga ega bo'lsagina ma'lum quvvatda uzoq vaqt ishlashi mumkin. Reaktorda sodir bo'ladigan jarayonlar muhitning ko'payish xususiyatlarining yomonlashishiga olib keladi va reaktivlikni tiklash mexanizmi bo'lmasa, reaktor hatto qisqa vaqt ichida ham ishlay olmaydi. Dastlabki reaktivlik zahirasi o'lchamlari muhim o'lchamlardan sezilarli darajada oshib ketadigan yadroni qurish orqali yaratiladi. Reaktorning o'ta kritik bo'lishiga yo'l qo'ymaslik uchun yadroga neytronni yutuvchi moddalar kiritiladi. Absorberlar yadrodagi mos keladigan kanallar bo'ylab harakatlanadigan boshqaruv novdalari materialining bir qismidir. Bundan tashqari, agar tartibga solish uchun bir nechta novda etarli bo'lsa, unda dastlabki ortiqcha reaktivlikni qoplash uchun novdalar soni yuzlab bo'lishi mumkin. Kompensatsion novdalar reaktor yadrosidan asta-sekin olib tashlanadi va uning butun faoliyati davomida kritik holatni ta'minlaydi. Kuyish kompensatsiyasiga maxsus absorberlar yordamida ham erishish mumkin, ularning samaradorligi ular moderatorda neytronlarni (Cd, B, noyob tuproq elementlari) yoki yutuvchi moddalarning eritmalarini ushlaganda kamayadi.

Yadro reaktorini boshqarish, parchalanish paytida neytronlarning bir qismi 0,2 dan 55 sekundgacha bo'lgan kechikish bilan parchalardan uchib chiqishi bilan soddalashtirilgan. Buning yordamida neytron oqimi va shunga mos ravishda quvvat juda silliq o'zgarib, qaror qabul qilish va reaktor holatini tashqi tomondan o'zgartirish uchun vaqt beradi.

Yadro reaktorini boshqarish uchun boshqaruv va himoya tizimi (CPS) ishlatiladi. CPS organlari quyidagilarga bo'linadi:

    Favqulodda vaziyat, favqulodda signallar paydo bo'lganda reaktivlikni kamaytirish (reaktorga salbiy reaktivlikni kiritish);

    Doimiy neytron oqimi F ni saqlaydigan avtomatik regulyatorlar (ya'ni, chiqish quvvati);

    Kompensatsiya, zaharlanish, yonish, harorat ta'sirini qoplash uchun xizmat qiladi.

Ko'pgina hollarda yadroga kiritilgan va neytronlarni (Cd, B va boshqalarni) kuchli yutuvchi materiallardan yasalgan rodlar reaktorni boshqarish uchun ishlatiladi. Rodlarning harakati neytron oqimining kattaligiga sezgir bo'lgan qurilmalarning signallari asosida ishlaydigan maxsus mexanizmlar tomonidan boshqariladi.

Nazorat novdalarining ishlashi manfiy haroratli reaktivlik koeffitsienti bo'lgan reaktorlar uchun sezilarli darajada soddalashtirilgan (harorat ortishi bilan r kamayadi).

Reaktor holati haqidagi ma'lumotlarga asoslanib, maxsus kompyuter majmuasi operatorga reaktor holatini o'zgartirish bo'yicha tavsiyalar ishlab chiqaradi yoki ma'lum chegaralarda reaktor operator ishtirokisiz boshqariladi.

Zanjirli reaktsiyaning kutilmagan halokatli rivojlanishi sodir bo'lgan taqdirda, har bir reaktor zanjir reaktsiyasini favqulodda to'xtatish bilan ta'minlanadi, bu yadroga maxsus avariya tayoqchalari yoki xavfsizlik tayoqlarini tushirish orqali amalga oshiriladi - favqulodda himoya tizimi.

Yadro energiyasini ishlab chiqarish elektr energiyasini ishlab chiqarishning zamonaviy va tez rivojlanayotgan usuli hisoblanadi. Atom elektr stansiyalari qanday ishlashini bilasizmi? Atom elektr stantsiyasining ishlash printsipi qanday? Hozirgi kunda qanday turdagi yadro reaktorlari mavjud? Biz atom elektr stantsiyasining ishlash sxemasini batafsil ko'rib chiqishga, yadro reaktorining dizaynini o'rganishga va elektr energiyasini ishlab chiqarishning yadro usuli qanchalik xavfsiz ekanligini aniqlashga harakat qilamiz.

Har qanday stansiya turar-joy hududidan uzoqda joylashgan yopiq hududdir. Uning hududida bir nechta binolar mavjud. Eng muhim inshoot - reaktor binosi, uning yonida reaktor boshqariladigan turbina xonasi va xavfsizlik binosi.

Yadro reaktorisiz sxemani amalga oshirish mumkin emas. Atom (yadro) reaktor - bu jarayon davomida energiyaning majburiy chiqishi bilan neytron parchalanishining zanjirli reaktsiyasini tashkil qilish uchun mo'ljallangan atom elektr stantsiyasining qurilmasi. Ammo atom elektr stantsiyasining ishlash printsipi qanday?

Butun reaktor qurilmasi reaktor binosida joylashgan bo'lib, reaktorni yashiradigan va avariya sodir bo'lgan taqdirda yadro reaktsiyasining barcha mahsulotlarini o'z ichiga oladigan katta beton minora. Bu katta minora saqlovchi, germetik qobiq yoki himoya zonasi deb ataladi.

Yangi reaktorlardagi germetik zonada 2 ta qalin beton devor - qobiqlar mavjud.
80 sm qalinlikdagi tashqi qobiq himoya zonasini tashqi ta'sirlardan himoya qiladi.

1 metr 20 sm qalinlikdagi ichki qobiq betonning mustahkamligini deyarli uch baravar oshiradigan va strukturaning parchalanishiga yo'l qo'ymaydigan maxsus po'lat kabellarga ega. Ichkarida u maxsus po'latdan yasalgan yupqa qatlam bilan qoplangan bo'lib, u saqlash uchun qo'shimcha himoya vazifasini o'taydi va avariya sodir bo'lgan taqdirda reaktor tarkibini saqlash zonasidan tashqariga chiqarmaslik uchun mo'ljallangan.

AESning bunday konstruksiyasi unga og‘irligi 200 tonnagacha bo‘lgan samolyot qulashi, 8 balli zilzila, tornado va tsunamiga bardosh berishga imkon beradi.

Birinchi bosimli qobiq 1968 yilda Amerikaning Konnektikut Yanki atom elektr stantsiyasida qurilgan.

Himoya zonasining umumiy balandligi 50-60 metrni tashkil qiladi.

Yadro reaktori nimadan iborat?

Yadro reaktorining ishlash printsipini va shuning uchun atom elektr stantsiyasining ishlash printsipini tushunish uchun siz reaktorning tarkibiy qismlarini tushunishingiz kerak.

  • Faol zona. Bu yadro yoqilg'isi (yoqilg'i generatori) va moderator joylashtirilgan maydon. Yoqilg'i atomlari (ko'pincha uran yoqilg'i hisoblanadi) zanjirli bo'linish reaktsiyasidan o'tadi. Moderator bo'linish jarayonini boshqarish uchun mo'ljallangan va tezlik va kuch jihatidan kerakli reaktsiyaga imkon beradi.
  • Neytron reflektor. Reflektor yadroni o'rab oladi. U moderator bilan bir xil materialdan iborat. Aslini olganda, bu quti bo'lib, uning asosiy maqsadi neytronlarning yadrodan chiqib, atrof-muhitga kirishiga yo'l qo'ymaslikdir.
  • Sovutgich. Sovutish suyuqligi yoqilg'i atomlarining bo'linishi paytida chiqarilgan issiqlikni o'zlashtirishi va uni boshqa moddalarga o'tkazishi kerak. Sovutish suyuqligi ko'p jihatdan atom elektr stantsiyasi qanday loyihalashtirilganligini aniqlaydi. Bugungi kunda eng mashhur sovutish suvi suvdir.
    Reaktorni boshqarish tizimi. Atom elektr stansiyasi reaktorini quvvatlaydigan sensorlar va mexanizmlar.

Atom elektr stansiyalari uchun yoqilg'i

Atom elektr stansiyasi nimada ishlaydi? Atom elektr stantsiyalari uchun yoqilg'i radioaktiv xususiyatlarga ega kimyoviy elementlardir. Barcha atom elektr stantsiyalarida bu element urandir.

Stansiyalarning dizayni atom elektr stantsiyalarining sof kimyoviy elementda emas, balki murakkab kompozit yoqilg'ida ishlashini nazarda tutadi. Va yadroviy reaktorga yuklangan tabiiy urandan uran yoqilg'isini olish uchun ko'plab manipulyatsiyalarni amalga oshirish kerak.

Boyitilgan uran

Uran ikkita izotopdan iborat, ya'ni u turli massali yadrolarni o'z ichiga oladi. Ular proton va neytronlar soni bo'yicha nomlandi - izotop -235 va izotop-238. 20-asr tadqiqotchilari rudadan uran 235 ni olishni boshladilar, chunki... parchalanish va o'zgartirish osonroq edi. Ma'lum bo'lishicha, bunday uran tabiatda atigi 0,7% (qolgan foiz 238-izotopga to'g'ri keladi).

Bu holatda nima qilish kerak? Ular uranni boyitishga qaror qilishdi. Uranni boyitish - bu juda ko'p zarur 235x izotoplari va bir nechta keraksiz 238x izotoplari qoladigan jarayon. Uran boyituvchilarning vazifasi 0,7% ni deyarli 100% uran-235 ga aylantirishdir.

Uranni ikki texnologiya yordamida boyitish mumkin: gaz diffuziyasi yoki gaz sentrifugasi. Ulardan foydalanish uchun rudadan olingan uran gazsimon holatga aylanadi. U gaz shaklida boyitiladi.

Uran kukuni

Boyitilgan uran gazi qattiq holatga - uran dioksidiga aylanadi. Bu sof qattiq uran 235 katta oq kristallar ko'rinishida bo'lib, keyinchalik uran kukuniga aylantiriladi.

Uran tabletkalari

Uran tabletkalari bir necha santimetr uzunlikdagi qattiq metall disklardir. Uran kukunidan bunday tabletkalarni hosil qilish uchun u modda bilan aralashtiriladi - plastifikator tabletkalarni bosish sifatini yaxshilaydi;

Tabletkalarga maxsus kuch va yuqori haroratga qarshilik ko'rsatish uchun presslangan shaybalar 1200 daraja Selsiy bo'yicha bir kundan ortiq vaqt davomida pishiriladi. Atom elektr stantsiyasining qanday ishlashi to'g'ridan-to'g'ri uran yoqilg'isi qanchalik yaxshi siqilgan va pishirilganiga bog'liq.

Tabletkalar molibden qutilarda pishiriladi, chunki faqat bu metall bir yarim ming darajadan yuqori bo'lgan "jahannam" haroratlarda erimaslikka qodir. Shundan so'ng atom elektr stantsiyalari uchun uran yoqilg'isi tayyor deb hisoblanadi.

TVEL va FA nima?

Reaktor yadrosi inson tanasidan 5 baravar kattaroq, devorlari (reaktor turiga qarab) teshiklari bo'lgan ulkan disk yoki quvurga o'xshaydi. Bu teshiklarda uran yoqilg'isi mavjud bo'lib, ularning atomlari kerakli reaktsiyani amalga oshiradi.

Agar siz butun stansiyaning portlashiga va yaqin atrofdagi bir nechta shtatlarga oqibatlarga olib keladigan avariyaga sabab bo'lmasangiz, shunchaki reaktorga yoqilg'ini tashlashning iloji yo'q. Shuning uchun uran yoqilg'isi yonilg'i tayoqchalariga joylashtiriladi va keyin yonilg'i agregatlarida yig'iladi. Ushbu qisqartmalar nimani anglatadi?

  • TVEL - yonilg'i elementi (ularni ishlab chiqaradigan rus kompaniyasining bir xil nomi bilan aralashmaslik kerak). Bu, asosan, uran tabletkalari joylashtiriladigan tsirkonyum qotishmalaridan yasalgan ingichka va uzun tsirkonyum naychasidir. Aynan yonilg'i tayoqlarida uran atomlari bir-biri bilan o'zaro ta'sir qila boshlaydi va reaktsiya paytida issiqlikni chiqaradi.

Yonilg'i tayoqlarini ishlab chiqarish uchun material sifatida zirkonyum o'zining refrakterligi va korroziyaga qarshi xususiyatlari tufayli tanlangan.

Yoqilg'i tayoqlarining turi reaktorning turi va tuzilishiga bog'liq. Qoida tariqasida, yonilg'i tayoqlarining tuzilishi va maqsadi o'zgarmaydi, trubaning uzunligi va kengligi boshqacha bo'lishi mumkin;

Mashina bitta tsirkonyum naychasiga 200 dan ortiq uran granulalarini yuklaydi. Umuman olganda, reaktorda bir vaqtning o'zida 10 millionga yaqin uran pelletlari ishlaydi.
FA - yoqilg'i yig'ish. AES ishchilari yonilg'i yig'ish to'plamlarini chaqirishadi.

Asosan, bu bir-biriga mahkamlangan bir nechta yoqilg'i tayoqlari. FA tayyor yadro yoqilg'isi bo'lib, atom elektr stansiyasi nimada ishlaydi. Bu yadroviy reaktorga yuklangan yoqilg'i agregatlari. Bitta reaktorga 150-400 ga yaqin yoqilg'i agregatlari joylashtirilgan.
Yoqilg'i agregatlari ishlaydigan reaktorga qarab, ular turli shakllarda bo'ladi. Ba'zan to'plamlar kub shaklida, ba'zan silindrsimon, ba'zan olti burchakli shaklga o'raladi.

4 yillik ekspluatatsiya davrida bitta yoqilg'i yig'indisi 670 vagon ko'mir, 730 ta tabiiy gaz yoki 900 ta neft sisternasini yoqish bilan bir xil miqdorda energiya ishlab chiqaradi.
Bugungi kunda yoqilg'i komplektlari asosan Rossiya, Frantsiya, AQSh va Yaponiyadagi zavodlarda ishlab chiqariladi.

Atom elektr stantsiyalari uchun yoqilg'ini boshqa mamlakatlarga etkazib berish uchun yonilg'i agregatlari uzun va keng metall quvurlarga muhrlanadi, havo quvurlardan chiqariladi va yuk samolyotlari bortida maxsus mashinalar orqali etkazib beriladi.

Atom elektr stantsiyalari uchun yadro yoqilg'isi juda og'ir, chunki ... uran sayyoradagi eng og'ir metallardan biridir. Uning solishtirma og'irligi po'latdan 2,5 baravar katta.

Atom elektr stantsiyasi: ishlash printsipi

Atom elektr stantsiyasining ishlash printsipi qanday? Atom elektr stantsiyalarining ishlash printsipi radioaktiv modda - uran atomlarining bo'linish zanjirli reaktsiyasiga asoslanadi. Bu reaktsiya yadro reaktorining yadrosida sodir bo'ladi.

BILISH MUHIM:

Yadro fizikasining nozik jihatlariga kirmasdan, atom elektr stantsiyasining ishlash printsipi quyidagicha ko'rinadi:
Yadro reaktorini ishga tushirgandan so'ng, uranning reaksiyaga kirishiga to'sqinlik qiluvchi yonilg'i tayoqchalaridan absorber tayoqchalari chiqariladi.

Rodlar olib tashlanganidan keyin uran neytronlari bir-biri bilan o'zaro ta'sir qila boshlaydi.

Neytronlar to'qnashganda, atom darajasida mini-portlash sodir bo'ladi, energiya chiqariladi va yangi neytronlar tug'iladi, zanjir reaktsiyasi boshlanadi. Bu jarayon issiqlik hosil qiladi.

Issiqlik sovutgichga o'tkaziladi. Sovutish suyuqligining turiga qarab, u turbinani aylantiradigan bug 'yoki gazga aylanadi.

Turbina elektr generatorini boshqaradi. Aynan u elektr tokini ishlab chiqaradi.

Agar siz jarayonni kuzatmasangiz, uran neytronlari bir-biri bilan to'qnashib, reaktorni portlatib, butun atom elektr stantsiyasini sindirib tashlashi mumkin. Jarayon kompyuter sensorlari tomonidan boshqariladi. Ular reaktorda haroratning oshishi yoki bosimning o'zgarishini aniqlaydi va avtomatik ravishda reaktsiyalarni to'xtata oladi.

Atom elektr stansiyalarining ishlash printsipi issiqlik elektr stansiyalaridan (issiqlik elektr stansiyalari) qanday farq qiladi?

Ishda faqat birinchi bosqichlarda farqlar mavjud. Atom elektr stantsiyasida sovutish suvi uran yoqilg'isi atomlarining bo'linishidan issiqlikni oladi, sovutish suvi organik yoqilg'ining (ko'mir, gaz yoki neft) yonishidan issiqlik oladi. Uran atomlari yoki gaz va ko'mir issiqlikni chiqargandan so'ng, atom elektr stantsiyalari va issiqlik elektr stantsiyalarining ishlash sxemalari bir xil bo'ladi.

Yadro reaktorlarining turlari

Atom elektr stantsiyasining qanday ishlashi uning yadro reaktorining qanday ishlashiga bog'liq. Bugungi kunda reaktorlarning ikkita asosiy turi mavjud bo'lib, ular neyronlar spektriga ko'ra tasniflanadi:
Sekin neytronli reaktor, termal reaktor deb ham ataladi.

Uning ishlashi uchun uran 235 ishlatiladi, u boyitish, uran granulalarini yaratish va hokazo bosqichlaridan o'tadi. Bugungi kunda reaktorlarning katta qismi sekin neytronlardan foydalanadi.
Tez neytron reaktori.

Bu reaktorlar kelajakdir, chunki... Ular tabiatda bir tiyin bo'lgan uran-238 ustida ishlaydi va bu elementni boyitishning hojati yo'q. Bunday reaktorlarning yagona salbiy tomoni loyihalash, qurish va ishga tushirish uchun juda yuqori xarajatlardir. Bugungi kunda tez neytron reaktorlari faqat Rossiyada ishlaydi.

Tez neytron reaktorlaridagi sovutish suvi simob, gaz, natriy yoki qo'rg'oshindir.

Bugungi kunda dunyodagi barcha atom elektr stansiyalari foydalanadigan sekin neytron reaktorlari ham bir necha turdagi bo'ladi.

MAGATE tashkiloti (Xalqaro atom energiyasi agentligi) jahon atom energiyasi sanoatida ko'pincha qo'llaniladigan o'z tasnifini yaratdi. Atom elektr stantsiyasining ishlash printsipi ko'p jihatdan sovutish suvi va moderatorni tanlashga bog'liq bo'lganligi sababli, MAGATE o'z tasnifini ushbu farqlarga asosladi.


Kimyoviy nuqtai nazardan, deyteriy oksidi ideal moderator va sovutish suvi hisoblanadi, chunki uning atomlari boshqa moddalarga nisbatan uran neytronlari bilan eng samarali ta'sir o'tkazadi. Oddiy qilib aytganda, og'ir suv o'z vazifasini minimal yo'qotishlar va maksimal natijalar bilan bajaradi. Biroq, uni ishlab chiqarish pul talab qiladi, oddiy "yorug'lik" va tanish suvdan foydalanish ancha oson.

Yadro reaktorlari haqida bir necha faktlar...

Qizig'i shundaki, bitta atom elektr stansiyasi reaktorini qurish uchun kamida 3 yil kerak bo'ladi!
Reaktorni qurish uchun 210 kiloamperlik elektr tokida ishlaydigan asbob-uskunalar kerak bo'ladi, bu esa odamni o'ldirishi mumkin bo'lgan oqimdan million marta yuqori.

Yadro reaktorining bitta qobig'i (tuzilish elementi) 150 tonnani tashkil qiladi. Bitta reaktorda 6 ta shunday element mavjud.

Bosimli suv reaktori

Biz allaqachon atom elektr stantsiyasining qanday ishlashini bilib oldik, keling, eng mashhur bosimli suv yadroviy reaktorining qanday ishlashini ko'rib chiqaylik;
Bugungi kunda butun dunyoda 3+ avlod bosimli suv reaktorlari qo'llanilmoqda. Ular eng ishonchli va xavfsiz deb hisoblanadi.

Dunyodagi barcha bosimli suv reaktorlari ishlagan yillar davomida 1000 yildan ortiq muammosiz ishlagan va hech qachon jiddiy og'ishlarga yo'l qo'ymagan.

Bosimli suv reaktorlaridan foydalanadigan atom elektr stantsiyalarining tuzilishi 320 gradusgacha qizdirilgan distillangan suvning yonilg'i tayoqlari orasida aylanishini nazarda tutadi. Bug 'holatiga o'tishining oldini olish uchun u 160 atmosfera bosimi ostida saqlanadi. Atom elektr stantsiyasining diagrammasi uni birlamchi aylanma suv deb ataydi.

Isitilgan suv bug 'generatoriga kiradi va issiqligini ikkilamchi suvga beradi, shundan so'ng u yana reaktorga "qaytadi". Tashqi tomondan, birinchi konturning suv quvurlari boshqa quvurlar bilan aloqa qilganga o'xshaydi - ikkinchi konturning suvi, ular issiqlikni bir-biriga o'tkazadi, lekin suvlar aloqa qilmaydi. Quvurlar aloqada.

Shunday qilib, elektr energiyasini ishlab chiqarish jarayonida keyingi ishtirok etadigan ikkilamchi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan suvga radiatsiya tushishi ehtimoli istisno qilinadi.

AESning ish xavfsizligi

Atom elektr stantsiyalarining ishlash printsipini o'rganganimizdan so'ng, biz xavfsizlik qanday ishlashini tushunishimiz kerak. Bugungi kunda atom elektr stansiyalarini qurish xavfsizlik qoidalariga e'tiborni kuchaytirishni talab qiladi.
AES xavfsizligi xarajatlari stansiyaning umumiy qiymatining taxminan 40% ni tashkil qiladi.

Atom elektr stantsiyasining dizayni radioaktiv moddalarning tarqalishiga to'sqinlik qiluvchi 4 ta jismoniy to'siqni o'z ichiga oladi. Bu to'siqlar nima qilishi kerak? Kerakli vaqtda yadro reaktsiyasini to'xtata olish, yadrodan va reaktorning o'zidan issiqlikning doimiy ravishda olib tashlanishini ta'minlash va radionuklidlarning himoya zonasidan tashqariga chiqishini oldini olish (germetik zona).

  • Birinchi to'siq - uran pelletlarining kuchi. Ular yadroviy reaktorda yuqori harorat ta'sirida yo'q qilinmasligi muhim. Atom elektr stantsiyasining qanday ishlashi ko'p jihatdan uran granulalarining dastlabki ishlab chiqarish bosqichida qanday "pishirilganiga" bog'liq. Agar uran yoqilg'isi granulalari to'g'ri pishirilmasa, uran atomlarining reaktordagi reaktsiyalarini oldindan aytib bo'lmaydi.
  • Ikkinchi to'siq - yonilg'i tayoqlarining mahkamligi. Zirkonyum quvurlari mahkam yopishtirilgan bo'lishi kerak, agar muhr buzilgan bo'lsa, unda eng yaxshi holatda reaktor buziladi va ish to'xtaydi, eng yomoni, hamma narsa havoga uchadi.
  • Uchinchi to'siq - bardoshli po'lat reaktorli idish a, (o'sha katta minora - germetik zona) barcha radioaktiv jarayonlarni "o'z ichiga oladi". Agar korpus shikastlangan bo'lsa, radiatsiya atmosferaga chiqadi.
  • To'rtinchi to'siq - favqulodda himoya tayoqlari. Moderatorlari bo'lgan novdalar magnitlar tomonidan yadro ustida osilgan bo'lib, ular barcha neytronlarni 2 soniya ichida o'zlashtira oladi va zanjir reaktsiyasini to'xtatadi.

Agar ko'p darajadagi himoyaga ega bo'lgan atom elektr stantsiyasining dizayniga qaramay, reaktor yadrosini o'z vaqtida sovutish mumkin bo'lmasa va yoqilg'i harorati 2600 darajaga ko'tarilsa, xavfsizlik tizimining so'nggi umidi kuchga kiradi. - eritma tuzog'i deb ataladigan narsa.

Gap shundaki, bu haroratda reaktor idishining pastki qismi eriydi va yadro yoqilg'isi va eritilgan tuzilmalarning barcha qoldiqlari reaktor yadrosi ustida osilgan maxsus "shisha" ga oqib tushadi.

Eritma tuzog'i sovutgichda saqlanadi va yong'inga chidamli. U bo'linish zanjiri reaktsiyasini asta-sekin to'xtatadigan "qurbonlik materiali" bilan to'ldiriladi.

Shunday qilib, atom elektr stantsiyasining dizayni har qanday avariya ehtimolini deyarli butunlay yo'q qiladigan bir nechta himoya darajasini nazarda tutadi.