Wat een kernreactor wordt genoemd. Welke brandstof wordt gebruikt voor kernreactoren en waarom precies deze chemische elementen worden geselecteerd?

Voor een gewoon persoon zijn moderne hightech-apparaten zo mysterieus en raadselachtig dat het tijd is om ze te aanbidden zoals de ouden de bliksem aanbaden. Natuurkundelessen op de middelbare school, boordevol wiskunde, lossen het probleem niet op. Maar je kunt zelfs interessant vertellen over een kernreactor, waarvan het werkingsprincipe zelfs voor een tiener duidelijk is.

Hoe werkt een kernreactor?

Het werkingsprincipe van dit hightech apparaat is als volgt:

1. Wanneer een neutron wordt geabsorbeerd, wordt kernbrandstof (meestal is dat) uranium-235 of plutonium-239) de splijting van de atoomkern vindt plaats;
2. Kinetische energie, gammastraling en vrije neutronen komen vrij;
3. Kinetische energie wordt omgezet in warmte (wanneer kernen botsen met omringende atomen), gammastraling wordt door de reactor zelf geabsorbeerd en verandert ook in warmte;
4. Een deel van de gegenereerde neutronen wordt geabsorbeerd door de brandstofatomen, wat een kettingreactie veroorzaakt. Neutronenabsorbers en moderators worden gebruikt om het te regelen;
5. Met behulp van een warmtedrager (water, gas of vloeibaar natrium) wordt warmte verwijderd van de plaats van de reactie;
6. Stoom onder druk uit het verwarmde water wordt gebruikt om stoomturbines aan te drijven;
7. Met behulp van een generator wordt de mechanische rotatie-energie van de turbines omgezet in elektrische wisselstroom.

Classificatiebenaderingen

Er zijn veel redenen voor een typologie van reactoren:

• Door het type kernreactie... Splijting (alle commerciële installaties) of fusie (thermonucleaire energie, is alleen wijdverbreid in sommige onderzoeksinstituten);
• Door koelvloeistof... In de overgrote meerderheid van de gevallen wordt hiervoor water (kokend of zwaar) gebruikt. Soms worden alternatieve oplossingen gebruikt: vloeibaar metaal (natrium, lood-bismutlegering, kwik), gas (helium, kooldioxide of stikstof), gesmolten zout (fluoridezouten);
• Per generatie. De eerste zijn vroege prototypes die commercieel niet logisch waren. De tweede is de meerderheid van de momenteel in gebruik zijnde kerncentrales, die vóór 1996 zijn gebouwd. De derde generatie verschilt van de vorige met slechts kleine verbeteringen. Aan de vierde generatie wordt nog gewerkt;
• Per staat van aggregatie brandstof (gas bestaat nog alleen op papier);
• Door gebruiksdoel(voor de productie van elektriciteit, het starten van motoren, waterstofproductie, ontzilting, transmutatie van elementen, het verkrijgen van neurale straling, theoretische en onderzoeksdoeleinden).

Atoomreactorapparaat

De belangrijkste componenten van reactoren in de meeste energiecentrales zijn:

1. Kernbrandstof - een stof die nodig is om warmte op te wekken voor krachtturbines (meestal laagverrijkt uranium);
2. De actieve zone van de kernreactor - hier vindt de kernreactie plaats;
3. Neutronenmoderator - vermindert de snelheid van snelle neutronen en zet ze om in thermische neutronen;
4. Startende neutronenbron - gebruikt voor een betrouwbare en stabiele start van een kernreactie;
5. Neutronenabsorbeerder - verkrijgbaar bij sommige energiecentrales om de hoge reactiviteit van verse brandstof te verminderen;
6. Neutronen houwitser - gebruikt om de reactie na uitschakeling opnieuw te starten;
7. Koelvloeistof (gezuiverd water);
8. Regelstaven - om de splijtingssnelheid van uranium- of plutoniumkernen te regelen;
9. Waterpomp - pompt water naar de stoomketel;
10. Stoomturbine - zet de thermische energie van stoom om in roterende mechanische energie;
11. Koeltoren - een apparaat om overtollige warmte in de atmosfeer te verwijderen;
12. Ontvangst- en opslagsysteem voor radioactief afval;
13. Veiligheidssystemen (nooddieselgeneratoren, noodkoelapparatuur).

Hoe de nieuwste modellen werken

De nieuwste reactoren van de 4e generatie zullen beschikbaar zijn voor commerciële exploitatie niet eerder dan 2030... Momenteel zijn het principe en de structuur van hun werk in ontwikkeling. Volgens de huidige gegevens zullen deze aanpassingen verschillen van bestaande modellen in dergelijke voordelen:

• Snel gaskoelsysteem. Aangenomen wordt dat helium als koelmiddel zal worden gebruikt. Volgens de ontwerpdocumentatie is het op deze manier mogelijk om reactoren te koelen met een temperatuur van 850°C. Om bij zulke hoge temperaturen te werken, heb je ook specifieke grondstoffen nodig: composietkeramische materialen en actinideverbindingen;
• Het is mogelijk om lood of een lood-bismutlegering als primaire koelvloeistof te gebruiken. Deze materialen hebben een lage neutronenabsorptiesnelheid en een relatief laag smeltpunt;
• Ook kan een mengsel van gesmolten zouten worden gebruikt als de belangrijkste warmtedrager. Zo zal het mogelijk zijn om bij hogere temperaturen te werken dan moderne tegenhangers met waterkoeling.

Natuurlijke analogen in de natuur

Een kernreactor wordt in de publieke opinie uitsluitend gezien als een product van geavanceerde technologieën. In feite is de eerste echter: het apparaat is van natuurlijke oorsprong... Het werd gevonden in de regio Oklo van de Centraal-Afrikaanse staat Gabon:

• De reactor is ontstaan ​​door de overstroming van uraniumgesteenten door grondwater. Ze fungeerden als neutronenmoderators;
• De warmte-energie die vrijkomt bij het verval van uranium verandert water in stoom en de kettingreactie stopt;
• Nadat de koelvloeistoftemperatuur is gedaald, wordt alles opnieuw herhaald;
• Als de vloeistof niet was weggekookt en het verloop van de reactie had gestopt, zou de mensheid een nieuwe natuurramp hebben ondergaan;
• De zelfvoorzienende kernsplitsing begon ongeveer anderhalf miljard jaar geleden in deze reactor. Gedurende deze tijd werd ongeveer 0,1 miljoen watt vermogen toegewezen;
• Zo'n wereldwonder op aarde is het enige dat bekend is. Het ontstaan ​​van nieuwe is onmogelijk: het aandeel uranium-235 in natuurlijke grondstoffen is veel lager dan het niveau dat nodig is om een ​​kettingreactie in stand te houden.

Hoeveel kernreactoren zijn er in Zuid-Korea?

De Republiek Korea, die arm is aan natuurlijke hulpbronnen, maar geïndustrialiseerd en overbevolkt is, heeft dringend energie nodig. Tegen de achtergrond van de weigering van Duitsland om een ​​vreedzaam atoom te gebruiken, heeft dit land hoge verwachtingen van het terugdringen van nucleaire technologie:

• Het is de bedoeling dat tegen 2035 het aandeel van elektriciteit opgewekt door kerncentrales 60% zal bereiken, en de totale productie - meer dan 40 gigawatt;
• Het land heeft geen atoomwapens, maar het onderzoek in de kernfysica is aan de gang. Koreaanse wetenschappers hebben projecten ontwikkeld voor moderne reactoren: modulair, waterstof, met vloeibaar metaal, enz.;
• Het succes van lokale onderzoekers maakt het mogelijk om technologie in het buitenland te verkopen. Het land zal naar verwachting in de komende 15-20 jaar 80 van dergelijke eenheden exporteren;
• Maar vanaf vandaag werd het grootste deel van de kerncentrale gebouwd met de hulp van Amerikaanse of Franse wetenschappers;
• Het aantal werkende fabrieken is relatief klein (slechts vier), maar elk van hen heeft een aanzienlijk aantal reactoren - 40 in totaal, en dit aantal zal groeien.

Wanneer kernbrandstof wordt gebombardeerd met neutronen, komt ze in een kettingreactie terecht die een enorme hoeveelheid warmte produceert. Het water in het systeem neemt deze warmte op en verandert in stoom, die turbines laat draaien die elektriciteit opwekken. Hier is een eenvoudig diagram van de werking van een kernreactor, de krachtigste energiebron op aarde.

Video: hoe kernreactoren werken

In deze video zal kernfysicus Vladimir Chaikin je vertellen hoe elektriciteit wordt geproduceerd in kernreactoren, hun gedetailleerde structuur:

Apparaat en werkingsprincipe

Mechanisme voor het vrijgeven van energie

De transformatie van een stof gaat alleen gepaard met het vrijkomen van vrije energie als de stof een energiereserve heeft. Dit laatste betekent dat de microdeeltjes van de stof zich in een toestand bevinden met een grotere rustenergie dan in een andere mogelijke toestand waarnaar de overgang bestaat. Een spontane overgang wordt altijd belemmerd door een energiebarrière, om te overwinnen waarvoor een microdeeltje van buitenaf een bepaalde hoeveelheid energie moet ontvangen - excitatie-energie. De exo-energetische reactie bestaat erin dat bij de transformatie die volgt op de excitatie meer energie vrijkomt dan nodig is om het proces te stimuleren. Er zijn twee manieren om de energiebarrière te overwinnen: ofwel door de kinetische energie van botsende deeltjes, ofwel door de bindingsenergie van het verbindende deeltje.

Als we rekening houden met de macroscopische schalen van het vrijkomen van energie, dan moet de kinetische energie die nodig is voor het opwekken van reacties alle of ten minste een deel van de deeltjes van de stof bevatten. Dit is alleen haalbaar wanneer de temperatuur van het medium stijgt tot een waarde waarbij de energie van de thermische beweging de waarde van de energiedrempel benadert, die het verloop van het proces beperkt. In het geval van moleculaire transformaties, dat wil zeggen chemische reacties, is een dergelijke toename meestal honderden kelvin, in het geval van kernreacties is het ten minste 107 vanwege de zeer hoge hoogte van de Coulomb-barrières van botsende kernen. Thermische excitatie van kernreacties wordt in de praktijk alleen gerealiseerd bij de synthese van de lichtste kernen, waarvoor de Coulomb-barrières minimaal zijn (thermonucleaire fusie).

Excitatie door het aanhechten van deeltjes vereist geen grote kinetische energie en is daarom niet afhankelijk van de temperatuur van het medium, omdat het optreedt als gevolg van ongebruikte bindingen die inherent zijn aan de deeltjes van aantrekkingskracht. Maar aan de andere kant zijn de deeltjes zelf nodig om de reacties op te wekken. En als we dan weer niet een aparte reactiehandeling voor ogen hebben, maar de productie van energie op macroscopische schaal, dan kan dat alleen als er een kettingreactie plaatsvindt. Dit laatste ontstaat wanneer de deeltjes die de reactie opwekken weer verschijnen als producten van een exo-energetische reactie.

Ontwerp

Elke kernreactor bestaat uit de volgende onderdelen:

• Kern met splijtstof en moderator;
• Een neutronenreflector rond de kern;
• Controlesysteem voor kettingreacties, inclusief noodbescherming;
• Stralingsbescherming;
• Afstandsbediening systeem.

Fysieke principes van werk

Zie ook de hoofdartikelen:

De huidige toestand van een kernreactor kan worden gekarakteriseerd door de effectieve nk of reactiviteit ρ , die verband houden met de volgende relatie:

Deze waarden worden gekenmerkt door de volgende waarden:

• k> 1 - de kettingreactie groeit in de tijd, de reactor is in superkritisch toestand, zijn reactiviteit ρ > 0;
• k < 1 - реакция затухает, реактор - subkritisch, ρ < 0;
• k = 1, ρ = 0 - het aantal kernsplijtingen is constant, de reactor bevindt zich in een stal kritisch voorwaarde.

De voorwaarde voor de kriticiteit van een kernreactor:

Omzetting van de vermenigvuldigingsfactor naar eenheid wordt bereikt door de vermenigvuldiging van neutronen in evenwicht te brengen met hun verliezen. Er zijn eigenlijk twee redenen voor de verliezen: vangst zonder splijting en lekkage van neutronen buiten het kweekmedium.

duidelijk, k< k 0 , поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k 0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k 0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны.

k 0 voor thermische reactoren kan worden bepaald door de zogenaamde "formule van 4 factoren":

• η is de neutronenopbrengst voor twee absorpties.

De volumes van moderne kernreactoren kunnen honderden m³ bereiken en worden voornamelijk niet bepaald door de kritische omstandigheden, maar door het vermogen om warmte af te voeren.

Kritiek volume kernreactor - het volume van de reactorkern in een kritieke toestand. Kritieke massa is de massa van het splijtbare materiaal van de reactor in een kritieke toestand.

De minst kritische massa hebben reactoren waarin waterige oplossingen van zouten van zuivere splijtbare isotopen met een waterreflector van neutronen als brandstof dienen. Voor 235 U is deze massa 0,8 kg, voor 239 Pu is dit 0,5 kg. Het is echter algemeen bekend dat de kritische massa van de LOPO-reactor ('s werelds eerste reactor met verrijkt uranium) met een reflector van berylliumoxide 0,565 kg bedroeg, ondanks dat de verrijking van 235 isotopen slechts iets meer dan 14% bedroeg. Theoretisch heeft het de kleinste kritische massa, waarvoor deze waarde slechts 10 g is.

Om neutronenlekkage te verminderen, is de kern bolvormig of bijna bolvormig, bijvoorbeeld een korte cilinder of kubus, omdat deze cijfers de kleinste oppervlakte-tot-volumeverhouding hebben.

Ondanks het feit dat de waarde (e - 1) meestal klein is, is de rol van snelle neutronenvermenigvuldiging vrij groot, aangezien voor grote kernreactoren (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Om een ​​kettingreactie op gang te brengen, worden bij de spontane splijting van uraniumkernen meestal voldoende neutronen geproduceerd. Het is ook mogelijk om een ​​externe neutronenbron te gebruiken om de reactor te starten, bijvoorbeeld een mengsel van en, of andere stoffen.

jodium pit

Jodiumput - de toestand van een kernreactor na zijn stopzetting, gekenmerkt door de accumulatie van een kortstondige isotoop van xenon. Dit proces leidt tot het tijdelijk optreden van significante negatieve reactiviteit, wat het op zijn beurt onmogelijk maakt om de reactor binnen een bepaalde periode (ongeveer 1-2 dagen) tot zijn ontwerpcapaciteit te brengen.

Classificatie

Op afspraak

Door de aard van hun gebruik zijn kernreactoren onderverdeeld in:

• Vermogensreactoren, bestemd voor de productie van elektrische en thermische energie die wordt gebruikt in de energie-industrie, evenals voor de ontzilting van zeewater (reactoren voor ontzilting worden ook geclassificeerd als industrieel). Dergelijke reactoren worden voornamelijk gebruikt in kerncentrales. Het thermisch vermogen van moderne krachtreactoren bereikt 5 GW. Er wordt een aparte groep onderscheiden:
  • Transportreactoren ontworpen om energie te leveren aan voertuigmotoren. De breedste toepassingsgroepen zijn zeetransportreactoren die worden gebruikt op onderzeeërs en verschillende oppervlakteschepen, evenals reactoren die worden gebruikt in de ruimtetechnologie.
• Experimentele reactoren ontworpen om verschillende fysieke grootheden te bestuderen, waarvan de waarde noodzakelijk is voor het ontwerp en de werking van kernreactoren; het vermogen van dergelijke reactoren is niet groter dan enkele kW.
• Onderzoeksreactoren, waarbij de in de kern gegenereerde fluxen van neutronen en gammaquanta worden gebruikt voor onderzoek op het gebied van kernfysica, vastestoffysica, stralingschemie, biologie, voor het testen van materialen bedoeld voor gebruik in intense neutronenfluxen (inclusief onderdelen kernreactoren) , voor de productie van isotopen. Het vermogen van onderzoeksreactoren is niet groter dan 100 MW. De vrijgekomen energie wordt meestal niet gebruikt.
• Industriële (wapens, isotopen) reactoren gebruikt voor de productie van isotopen die op verschillende gebieden worden gebruikt. Het meest gebruikt voor de productie van kernwapenmaterialen zoals 239 Pu. Industriële reactoren omvatten ook reactoren die worden gebruikt voor het ontzilten van zeewater.

Reactoren worden vaak gebruikt om twee of meer verschillende problemen op te lossen, in welk geval ze worden genoemd multifunctioneel... Zo waren sommige kernreactoren, vooral aan het begin van de kernenergie, vooral bedoeld voor experimenten. Snelle reactoren kunnen tegelijkertijd energiek zijn en isotopen produceren. Industriële reactoren wekken, naast hun hoofdtaak, vaak elektrische en thermische energie op.

Door neutronenspectrum

• Thermische (langzame) neutronenreactor ("thermische reactor")
• Snelle reactor ("snelle reactor")

Door brandstofplaatsing

• Heterogene reactoren, waarbij de brandstof discreet in de vorm van blokken in de kern wordt geplaatst, waartussen zich een moderator bevindt;
• Homogene reactoren, waarbij de brandstof en moderator een homogeen mengsel zijn (homogeen systeem).

In een heterogene reactor kunnen de splijtstof en de moderator ruimtelijk gescheiden zijn, in het bijzonder in een holtereactor omringt de moderator-reflector een holte met brandstof die geen moderator bevat. Vanuit nucleair-fysisch oogpunt is het criterium van homogeniteit / heterogeniteit niet het ontwerp, maar de plaatsing van brandstofblokken op een afstand die de neutronenmoderatielengte in een bepaalde moderator overschrijdt. Zo worden reactoren met een zogenaamd "strak rooster" als homogeen berekend, hoewel de brandstof erin meestal wordt gescheiden van de moderator.

Blokken splijtstof in een heterogene reactor worden splijtstofassemblages (FA) genoemd, die zich in de kern in de knooppunten van een regelmatig rooster bevinden en vormen cel.

Op type brandstof

• uraniumisotopen 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
• plutoniumisotoop 239 (239 Pu), ook isotopen 239-242 Pu in de vorm van een mengsel met 238 U (MOX-brandstof)
• thorium isotoop 232 (232 Th) (door conversie naar 233 U)

Door de mate van verrijking:

• natuurlijk uranium
• slecht verrijkt uranium
• hoogverrijkt uranium

Door chemische samenstelling:

• metalen U
• UC (uraniumcarbide) enz.

Op type koelvloeistof

• Gas, (zie Grafietgasreactor)
• D 2 O (zwaar water, zie Zwaar water kernreactor, CANDU)

Door de aard van de moderator

• C (grafiet, zie Grafiet-gasreactor, Grafiet-waterreactor)
• H 2 O (water, zie Lichtwaterreactor, Watergemodereerde reactor, VVER)
• D 2 O (zwaar water, zie Zwaar water kernreactor, CANDU)
• Metaalhydriden
• Zonder moderator (zie Fast Reactor)

Met opzet

Door stoom te genereren

• Reactor met externe stoomgenerator (Zie Drukwaterreactor, VVER)

IAEA-classificatie

• PWR (drukwaterreactoren) - drukwaterreactor;
• BWR (kookwaterreactor) - kokendwaterreactor;
• FBR (snelle kweekreactor) - snelle kweekreactor;
• GCR (gasgekoelde reactor) - gasgekoelde reactor;
• LWGR (lichtwatergrafietreactor) - grafiet-waterreactor
• PHWR (pressurized heavy water reactor) - zwaarwaterreactor

De meest verspreide ter wereld zijn onder druk staande reactoren (ongeveer 62%) en kokende (20%) reactoren.

Reactor materialen

De materialen die worden gebruikt om reactoren te bouwen werken bij hoge temperaturen op het gebied van neutronen, γ-quanta en splijtingsfragmenten. Daarom zijn niet alle materialen die in andere takken van technologie worden gebruikt, geschikt voor reactorbouw. Bij het kiezen van reactormaterialen wordt rekening gehouden met hun stralingsweerstand, chemische inertie, absorptiedoorsnede en andere eigenschappen.

De stralingsinstabiliteit van materialen beïnvloedt minder bij hoge temperaturen. De mobiliteit van atomen wordt zo groot dat de kans op terugkeer van uit het kristalrooster geslagen atomen naar hun plaats of de recombinatie van waterstof en zuurstof tot een watermolecuul aanzienlijk toeneemt. Zo is de radiolyse van water onbeduidend in niet-kokende kernreactoren (bijvoorbeeld VVER), terwijl in krachtige onderzoeksreactoren een aanzienlijke hoeveelheid van een explosief mengsel vrijkomt. De reactoren hebben speciale systemen om het te verbranden.

Reactormaterialen staan ​​met elkaar in contact (bekleding van splijtstofelementen met koelvloeistof en splijtstof, splijtstofassemblages - met koelvloeistof en moderator, enz.). Uiteraard moeten de contactmaterialen chemisch inert (compatibel) zijn. Een voorbeeld van onverenigbaarheid is uranium en heet water, die chemisch reageren.

Voor de meeste materialen verslechteren de sterkte-eigenschappen sterk bij toenemende temperatuur. In energiereactoren werken structurele materialen bij hoge temperaturen. Dit beperkt de keuze van de constructiematerialen, vooral voor die delen van een kernreactor die hoge drukken moeten weerstaan.

Burn-out en reproductie van nucleaire brandstof

Tijdens de werking van een kernreactor, als gevolg van de opeenhoping van splijtingsfragmenten in de brandstof, verandert de isotopische en chemische samenstelling ervan, en worden transurane elementen, voornamelijk isotopen, gevormd. Het effect van splijtingsfragmenten op de reactiviteit van een kernreactor heet vergiftiging(voor radioactief afval) en slakken(voor stabiele isotopen).

De belangrijkste reden voor de vergiftiging van de reactor is die met de grootste neutronenabsorptiedoorsnede (2,6 · 106 barn). Halfwaardetijd 135 Xe t 1/2 = 9,2 uur; het splijtingsrendement is 6-7%. Het grootste deel van 135 Xe wordt gevormd als gevolg van het verval ( t 1/2 = 6,8 uur). In geval van vergiftiging verandert Keff met 1-3%. De grote absorptiedoorsnede van 135 Xe en de aanwezigheid van de tussenisotoop 135 I leiden tot twee belangrijke fenomenen:

1. Tot een verhoging van de concentratie van 135 Xe en bijgevolg tot een vermindering van de reactiviteit van de reactor na het stilleggen ervan of een vermindering van het vermogen ("jodiumbron"), waardoor het onmogelijk wordt voor korte termijn stilstanden en fluctuaties in de output stroom. Dit effect wordt ondervangen door een reactiviteitsmarge in de regelgevers in te voeren. De diepte en duur van de jodiumput zijn afhankelijk van de neutronenflux Ф: bij Ф = 5 · 10 18 neutronen / (cm² · sec) is de duur van de jodiumput ˜30 h, en de diepte is 2 keer hoger dan de stationaire verandering in Keff veroorzaakt door 135 Xe-vergiftiging.
2. Door vergiftiging kunnen spatio-temporele fluctuaties van de neutronenflux , en daarmee het vermogen van de reactor, optreden. Deze oscillaties treden op bij Ф> 10 18 neutronen / (cm² · sec) en grote reactorgroottes. De perioden van fluctuaties zijn ˜10 uur.

Splijting van kernen produceert een groot aantal stabiele fragmenten, die verschillen in absorptiedoorsneden in vergelijking met de absorptiedoorsneden van een splijtbare isotoop. De concentratie van fragmenten met een grote absorptiedoorsnede bereikt verzadiging tijdens de eerste paar dagen van reactorbedrijf. Dit zijn voornamelijk brandstofelementen van verschillende "leeftijden".

In het geval van een volledige vervanging van brandstof heeft de reactor een overmatige reactiviteit die moet worden gecompenseerd, terwijl in het tweede geval compensatie pas nodig is bij de eerste opstart van de reactor. Continu bijtanken maakt het mogelijk om de diepte van de opbranding te vergroten, aangezien de reactiviteit van de reactor wordt bepaald door de gemiddelde concentraties van splijtbare isotopen.

De massa van de geladen brandstof is groter dan de massa van de ongeladen brandstof vanwege het "gewicht" van de vrijgekomen energie. Na het stoppen van de reactor, eerst voornamelijk door splijting door vertraagde neutronen, en daarna, na 1-2 minuten, door β- en γ-straling van splijtingsfragmenten en transuranen, komt er nog steeds energie vrij in de brandstof. Als de reactor lang genoeg heeft gewerkt tot het moment van uitschakeling, dan is de energieafgifte 2 minuten na de uitschakeling ongeveer 3%, na 1 uur - 1%, na een dag - 0,4%, na een jaar - 0,05% van de initiële stroom.

De verhouding van het aantal splijtbare Pu-isotopen gevormd in een kernreactor tot de hoeveelheid uitgebrande 235 U heet conversieratio K.K. De K K-waarde neemt toe met afnemende verrijking en burn-up. Voor een zwaarwaterreactor die gebruik maakt van natuurlijk uranium, met een burnup van 10 GW dag/t, K K = 0,55, en voor kleine burnups (in dit geval wordt K K genoemd initiële plutoniumcoëfficiënt) KK = 0,8. Als een kernreactor verbrandt en dezelfde isotopen produceert (kweekreactor), dan wordt de verhouding van de voortplantingssnelheid tot de opbrandsnelheid genoemd reproductiesnelheid K V. In thermische reactoren K B< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах К В может достигать 1,4-1,5. Рост К В для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов G groeit en een valt.

Controle kernreactor

Het besturen van een kernreactor is alleen mogelijk vanwege het feit dat een deel van de neutronen tijdens de splijting uit de fragmenten wordt geëmitteerd met een vertraging die kan variëren van enkele milliseconden tot enkele minuten.

Om de reactor te besturen, worden absorberende staven gebruikt die in de kern worden ingebracht, gemaakt van materialen die neutronen sterk absorberen (voornamelijk enkele andere) en / of een boorzuuroplossing die in een bepaalde concentratie aan het koelmiddel wordt toegevoegd (boriumregulatie). De beweging van de staven wordt geregeld door speciale mechanismen, aandrijvingen die werken op signalen van de operator of apparatuur voor automatische regeling van de neutronenflux.

In geval van verschillende noodsituaties zorgt elke reactor voor een noodstop van de kettingreactie, uitgevoerd door alle absorberende staven in de kern te laten vallen - een noodbeschermingssysteem.

Restwarmteopwekking

Een belangrijk vraagstuk dat direct verband houdt met nucleaire veiligheid is restwarmte. Dit is een specifiek kenmerk van kernbrandstof, die erin bestaat dat, na beëindiging van de kettingsplijtingsreactie en de gebruikelijke thermische traagheid voor elke energiebron, het vrijkomen van warmte in de reactor gedurende lange tijd voortduurt, wat een aantal technisch complexe problemen.

Restwarmteafgifte is een gevolg van het β- en γ-verval van splijtingsproducten die zich tijdens de werking van de reactor in de splijtstof hebben opgehoopt. Als gevolg van verval gaan de kernen van splijtingsproducten over in een meer stabiele of volledig stabiele toestand met het vrijkomen van aanzienlijke energie.

Hoewel het vermogen van restwarmteafgifte snel afneemt tot waarden die klein zijn in vergelijking met stationaire waarden, is het in krachtige vermogensreactoren in absolute zin significant. Om deze reden brengt het vrijkomen van restwarmte de noodzaak met zich mee om gedurende lange tijd te zorgen voor warmteafvoer uit de reactorkern na het stilleggen ervan. Deze taak vereist de aanwezigheid in het ontwerp van de reactorinstallatie van koelsystemen met een betrouwbare stroomvoorziening, en vereist ook een langdurige (gedurende 3-4 jaar) opslag van verbruikte splijtstof in opslagfaciliteiten met een speciaal temperatuurregime - opslag zwembaden, die zich meestal in de directe omgeving van de reactor bevinden.

zie ook

• Lijst van kernreactoren ontworpen en gebouwd in de Sovjet-Unie

Literatuur

• VE Levin Kernfysica en kernreactoren. 4e druk. - M.: Atomizdat, 1979.
• Shukolyukov A. Yu. "Uranium. Natuurlijke kernreactor". "Chemie en leven" nr. 6, 1980, p. 20-24

Notities (bewerken)

1. ZEEP - Canada's eerste kernreactor, Canada Science and Technology Museum.
2. Greshilov AA, Egupov ND, Matushchenko A.M. Nucleair schild. - M.: Logos, 2008 .-- 438 d. -

Terug vooruit

Aandacht! Diavoorbeelden zijn alleen voor informatieve doeleinden en vertegenwoordigen mogelijk niet alle presentatie-opties. Als u geïnteresseerd bent in dit werk, download dan de volledige versie.

Lesdoelen:

• Leerzaam: actualiseren van bestaande kennis; doorgaan met de vorming van concepten: splijting van uraniumkernen, nucleaire kettingreactie, omstandigheden van het beloop, kritische massa; nieuwe concepten introduceren: een kernreactor, de belangrijkste elementen van een kernreactor, het ontwerp van een kernreactor en het principe van zijn werking, controle van een kernreactie, de classificatie van kernreactoren en hun gebruik;
• Ontwikkelen: doorgaan met de vorming van vaardigheden om te observeren en conclusies te trekken, en de intellectuele vaardigheden en nieuwsgierigheid van studenten te ontwikkelen;
• Leerzaam: een houding ten opzichte van natuurkunde als experimentele wetenschap blijven koesteren; een gewetensvolle houding ten opzichte van werk, discipline, een positieve houding ten opzichte van kennis cultiveren.

Soort les: nieuwe stof leren.

Apparatuur: multimedia-installatie.

Tijdens de lessen

1. Organisatorisch moment.

Jongens! Vandaag zullen we in de les de splijting van uraniumkernen, de nucleaire kettingreactie, de voorwaarden voor zijn verloop, de kritische massa herhalen, we zullen leren wat een kernreactor is, de belangrijkste elementen van een kernreactor, het ontwerp van een kernreactor reactor en zijn werkingsprincipe, controle van een kernreactie, de classificatie van kernreactoren en hun gebruik.

2. Verificatie van het bestudeerde materiaal.

1. Splijtingsmechanisme van uraniumkernen.
2. Vertel ons over het mechanisme van de nucleaire kettingreactie.
3. Geef een voorbeeld van een kernsplijtingsreactie van een uraniumkern.
4. Wat wordt kritische massa genoemd?
5. Hoe verloopt de kettingreactie in uranium als de massa minder dan kritisch is, meer dan kritisch?
6. Wat is de kritische massa van uranium 295, is het mogelijk om de kritische massa te verminderen?
7. Op welke manieren kan het verloop van een nucleaire kettingreactie worden veranderd?
8. Wat is het doel van het vertragen van snelle neutronen?
9. Welke stoffen worden gebruikt als moderatoren?
10. Welke factoren kunnen het aantal vrije neutronen in een stuk uranium verhogen, waardoor de mogelijkheid van een reactie erin wordt gewaarborgd?

3. Uitleg van het nieuwe materiaal.

Jongens, beantwoord deze vraag: wat is het belangrijkste onderdeel van een kerncentrale? ( kernreactor)

Goed gedaan. Dus jongens, laten we nu in meer detail op deze kwestie ingaan.

Historische referentie.

Igor Vasilievich Kurchatov is een uitstekende Sovjet-fysicus, academicus, oprichter en eerste directeur van het Instituut voor Atoomenergie van 1943 tot 1960, de belangrijkste wetenschappelijke leider van het atoomprobleem in de USSR, een van de grondleggers van het gebruik van kernenergie voor vreedzame doeleinden. Academicus van de USSR Academie van Wetenschappen (1943). De tests van de eerste Sovjet-atoombom werden in 1949 uitgevoerd. Vier jaar later werd de eerste waterstofbom ter wereld met succes getest. En in 1949 begon Igor Vasilyevich Kurchatov te werken aan een project voor een kerncentrale. Kerncentrale - een bulletin van het vreedzame gebruik van atoomenergie. Het project werd succesvol afgerond: op 27 juli 1954 werd onze kerncentrale de eerste ter wereld! Kurchatov was jubelend en vrolijk als een kind!

Definitie van een kernreactor.

Een kernreactor is een apparaat waarin een gecontroleerde kettingreactie van splijting van enkele zware kernen wordt uitgevoerd en onderhouden.

De eerste kernreactor werd in 1942 gebouwd in de VS onder leiding van E. Fermi. In ons land werd de eerste reactor gebouwd in 1946 onder leiding van IV Kurchatov.

De belangrijkste elementen van een kernreactor zijn:

• kernbrandstof (uranium 235, uranium 238, plutonium 239);
• neutronenmoderator (zwaar water, grafiet, enz.);
• koelmiddel voor de output van energie die wordt gegenereerd tijdens de werking van de reactor (water, vloeibaar natrium, enz.);
• Regelstaven (boor, cadmium) - sterk absorberende neutronen
• Stralingsremmende beschermende schaal (ijzergevuld beton).

Operatie principe kernreactor

Kernbrandstof bevindt zich in de kern in de vorm van verticale staven die splijtstofelementen worden genoemd (brandstofstaven). Brandstofstaven zijn ontworpen om het vermogen van de reactor te regelen.

De massa van elke brandstofstaaf is veel minder dan de kritische; daarom kan er geen kettingreactie plaatsvinden in één staaf. Het begint nadat alle uraniumstaven in de kern zijn ondergedompeld.

De kern is omgeven door een materiaallaag die neutronen weerkaatst (reflector) en een beschermende schil van beton die neutronen en andere deeltjes opsluit.

Warmte verwijderen uit brandstofcellen. Warmtedrager - water wast de staaf, verwarmd tot 300 ° C onder hoge druk, komt de warmtewisselaars binnen.

De rol van de warmtewisselaar is dat water verwarmd tot 300 ° C warmte afgeeft aan gewoon water, verandert in stoom.

Beheer van kernreacties

De reactor wordt bestuurd door staven die cadmium of boor bevatten. Met de staven uitgeschoven vanaf de reactorkern K> 1, en met volledig ingetrokken - K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Langzame neutronenreactor.

De meest efficiënte splijting van uranium-235-kernen vindt plaats onder invloed van langzame neutronen. Dergelijke reactoren worden langzame neutronenreactoren genoemd. De secundaire neutronen die door de splijtingsreactie worden geproduceerd, zijn snel. Om ervoor te zorgen dat hun daaropvolgende interactie met uranium-235-kernen in een kettingreactie het meest effectief is, worden ze vertraagd door een moderator in de kern te introduceren - een stof die de kinetische energie van neutronen vermindert.

Snelle neutronenreactor.

Snelle reactoren kunnen niet draaien op natuurlijk uranium. De reactie kan alleen worden volgehouden in een verrijkt mengsel dat ten minste 15% van de uraniumisotoop bevat. Het voordeel van snelle reactoren is dat ze een aanzienlijke hoeveelheid plutonium genereren, dat vervolgens als kernbrandstof kan worden gebruikt.

Homogene en heterogene reactoren.

Kernreactoren worden, afhankelijk van de relatieve plaatsing van de brandstof en de moderator, onderverdeeld in homogeen en heterogeen. In een homogene reactor is de kern een homogene massa brandstof, moderator en koelmiddel in de vorm van een oplossing, mengsel of smelt. Een reactor wordt heterogeen genoemd, waarin brandstof in de vorm van blokken of brandstofassemblages in een moderator wordt geplaatst, waardoor er een regelmatig geometrisch rooster in wordt gevormd.

Het omzetten van de interne energie van atoomkernen in elektrische energie.

Een kernreactor is het belangrijkste onderdeel van een kerncentrale (NPP), die thermische kernenergie omzet in elektrische energie. Energieconversie vindt plaats volgens het volgende schema:

• interne energie van uraniumkernen -
• kinetische energie van neutronen en kernfragmenten -
• interne energie van water -
• interne energie van stoom -
• kinetische energie van stoom -
• kinetische energie van de turbinerotor en generatorrotor -
• Elektrische energie.

Gebruik van kernreactoren.

Afhankelijk van het doel zijn kernreactoren kracht, converters en kwekers, onderzoek en multifunctioneel, transport en industrieel.

Kerncentrales worden gebruikt om elektriciteit op te wekken in kerncentrales, scheepscentrales, kerncentrales en kernverwarmingsinstallaties.

Reactoren die zijn ontworpen om secundaire splijtstof te produceren uit natuurlijk uranium en thorium, worden converters of kwekers genoemd. In de reactor-converter wordt minder secundaire splijtstof gevormd dan de aanvankelijk verbruikte.

In de kweekreactor wordt een uitgebreide kweek van splijtstof uitgevoerd, d.w.z. het blijkt meer dan het werd uitgegeven.

Onderzoeksreactoren worden gebruikt om de interactieprocessen van neutronen met materie te bestuderen, om het gedrag van reactormaterialen te bestuderen in intense velden van neutronen- en gammastraling, radiochemisch in biologisch onderzoek, productie van isotopen, experimenteel onderzoek van de fysica van kernreactoren.

De reactoren hebben verschillende capaciteiten, stationair of gepulseerd. Multifunctionele reactoren zijn reactoren die meerdere doelen dienen, zoals energieopwekking en nucleaire brandstof.

Milieurampen bij kerncentrales

• 1957 - een ongeluk in het VK
• 1966 - gedeeltelijk smelten van de kern na falen van de reactorkoeling bij Detroit.
• 1971 - Veel verontreinigd water ging de Amerikaanse rivier in
• 1979 - het grootste ongeval in de Verenigde Staten
• 1982 - vrijkomen van radioactieve stoom in de atmosfeer
• 1983 - een vreselijk ongeval in Canada (radioactief water lekte 20 minuten - een ton per minuut)
• 1986 - een ongeluk in het VK
• 1986 - een ongeval in Duitsland
• 1986 - Kerncentrale van Tsjernobyl
• 1988 - een brand in een kerncentrale in Japan

Moderne kerncentrales zijn uitgerust met pc's en eerder, zelfs na een ongeval, bleven de reactoren werken, omdat er geen automatisch uitschakelsysteem was.

4. Vastzetten van het materiaal.

1. Wat wordt een kernreactor genoemd?
2. Wat is kernbrandstof in een reactor?
3. Welke stof dient als neutronenmoderator in een kernreactor?
4. Wat is het doel van een neutronenmoderator?
5. Waar zijn regelstaven voor? Hoe worden ze gebruikt?
6. Wat wordt gebruikt als koelmiddel in kernreactoren?
7. Waarom moet de massa van elke uraniumstaaf kleiner zijn dan de kritische massa?

5. Uitvoering van de test.

1. Welke deeltjes zijn betrokken bij de splijting van uraniumkernen?
   A. protonen;
   B. neutronen;
   V. elektronen;
   G. heliumkern.
2. Wat is de kritische massa van uranium?
   A. de hoogste, waarbij een kettingreactie mogelijk is;
   B. elke massa;
   V. is de kleinste, waarbij een kettingreactie mogelijk is;
   G. de massa waarbij de reactie stopt.
3. Wat is ongeveer de kritische massa van uranium 235?
   A. 9 kg;
   B. 20 kg;
   H. 50 kg;
   G. 90 kg.
4. Welke stoffen uit onderstaande kunnen in kernreactoren worden gebruikt als neutronenmoderator?
   A. grafiet;
   B. cadmium;
   B. zwaar water;
   G. bor.
5. Om een ​​nucleaire kettingreactie in een kerncentrale te laten plaatsvinden, moet de nzijn:
   A. is gelijk aan 1;
   B. is groter dan 1;
   V. minder dan 1.
6. Regulering van de splijtingssnelheid van kernen van zware atomen in kernreactoren wordt uitgevoerd:
   A. door de absorptie van neutronen bij het neerlaten van staven met een absorber;
   B. door een toename van de warmteafvoer met een toename van de snelheid van het koelmiddel;
   B. door het aanbod van elektriciteit aan consumenten te vergroten;
   G. door de massa splijtstof in de kern te verminderen bij het verwijderen van de splijtstofstaven.
7. Welke energietransformaties vinden plaats in een kernreactor?
   A. de interne energie van atoomkernen wordt omgezet in lichtenergie;
   B. de interne energie van atoomkernen wordt omgezet in mechanische energie;
   C. de interne energie van atoomkernen wordt omgezet in elektrische energie;
   G. Onder de antwoorden is er geen juiste.
8. In 1946 werd de eerste kernreactor gebouwd in de Sovjet-Unie. Wie was de leider van dit project?
   A.S. Korolev;
   B.I. Kurchatov;
   V.D. Sacharov;
   G.A. Prokhorov.
9. Welke manier acht u het meest acceptabel om de betrouwbaarheid van kerncentrales te vergroten en verontreiniging van de externe omgeving te voorkomen?
   A. ontwikkeling van reactoren die de reactorkern automatisch kunnen koelen, ongeacht de wil van de exploitant;
   B. het vergroten van de geletterdheid van de exploitatie van kerncentrales, het niveau van professionele paraatheid van kerncentrale-exploitanten;
   B. ontwikkeling van zeer efficiënte technologieën voor de ontmanteling van kerncentrales en de verwerking van radioactief afval;
   D. locatie van reactoren diep onder de grond;
   D. weigering om een ​​kerncentrale te bouwen en te exploiteren.
10. Welke bronnen van milieuvervuiling zijn verbonden aan de exploitatie van een kerncentrale?
    A. uraniumindustrie;
    B. kernreactoren van verschillende typen;
    B. radiochemische industrie;
    D. plaatsen van verwerking en berging van radioactief afval;
    E. gebruik van radionucliden in de nationale economie;
    E. nucleaire explosies.

antwoorden: 1B; 2B; 3V; 4A,B; 5A; 6A; 7B;. 8B; 9 B.V; 10 A, B, C, D, E.

6. Samenvatting van de les.

Wat voor nieuws heb je geleerd in de les van vandaag?

Wat vond je leuk in de les?

Welke vragen heb je?

BEDANKT VOOR HET WERKEN IN DE LES!

Om het principe van de werking en het ontwerp van een kernreactor te begrijpen, moet je een korte excursie naar het verleden maken. Een kernreactor is een eeuwenoude belichaamde, zij het niet volledig, de droom van de mensheid over een onuitputtelijke bron van energie. Zijn oude "voorouder" is een vuur gemaakt van droge takken dat ooit de gewelven van de grot verlichtte en verwarmde, waar onze verre voorouders verlossing van de kou vonden. Later beheersten mensen koolwaterstoffen - steenkool, schalie, olie en aardgas.

Een stormachtig, maar kortstondig tijdperk van stoom volgde, gevolgd door een nog fantastischer tijdperk van elektriciteit. Steden waren gevuld met licht en werkplaatsen waren gevuld met het gebrul van tot nu toe onzichtbare machines, aangedreven door elektromotoren. Toen leek het erop dat de vooruitgang zijn hoogtepunt had bereikt.

Alles veranderde aan het einde van de 19e eeuw, toen de Franse chemicus Antoine Henri Becquerel bij toeval ontdekte dat uraniumzouten radioactief zijn. Twee jaar later verkregen zijn landgenoten Pierre Curie en zijn vrouw Maria Sklodowska-Curie radium en polonium van hen, en het niveau van hun radioactiviteit was miljoenen keren hoger dan dat van thorium en uranium.

Het stokje werd opgepikt door Ernest Rutherford, die de aard van radioactieve straling in detail bestudeerde. Zo begon het tijdperk van het atoom, dat zijn geliefde kind baarde - de atoomreactor.

Eerste kernreactor

"Firstborn" komt uit de VS. In december 1942 gaf de reactor de eerste stroom, die de naam kreeg van zijn maker - een van de grootste natuurkundigen van de eeuw, E. Fermi. Drie jaar later kwam de kerncentrale ZEEP tot leven in Canada. "Bronze" ging naar de eerste Sovjet F-1-reactor, die eind 1946 werd gelanceerd. IV Kurchatov werd het hoofd van het binnenlandse nucleaire project. Meer dan 400 kerncentrales zijn momenteel met succes actief in de wereld.

Soorten kernreactoren

Hun belangrijkste doel is het ondersteunen van een gecontroleerde kernreactie die elektriciteit produceert. Sommige reactoren produceren isotopen. Kortom, het zijn apparaten in de diepte waarvan sommige stoffen worden omgezet in andere met het vrijkomen van een grote hoeveelheid thermische energie. Dit is een soort "oven", waar in plaats van traditionele soorten brandstof, uraniumisotopen - U-235, U-238 en plutonium (Pu) - worden "verbrand".

In tegenstelling tot bijvoorbeeld een auto die is ontworpen voor verschillende soorten benzine, komt elk type radioactieve brandstof overeen met zijn eigen type reactor. Er zijn er twee - op langzame (met U-235) en snelle (met U-238 en Pu) neutronen. De meeste kerncentrales hebben langzame neutronenreactoren. Naast kerncentrales "werken" installaties in onderzoekscentra, op kernonderzeeërs, enz.

Hoe de reactor werkt

Alle reactoren hebben ongeveer hetzelfde schema. Zijn "hart" is een actieve zone. Het kan grofweg worden vergeleken met de vuurhaard van een gewone kachel. Alleen in plaats van brandhout is er nucleaire brandstof in de vorm van brandstofelementen met een moderator - TVEL's. De actieve zone bevindt zich in een soort capsule - een neutronenreflector. Brandstofstaven worden "gewassen" door een koelvloeistof - water. Omdat het "hart" een zeer hoge radioactiviteit heeft, is het omgeven door betrouwbare stralingsbescherming.

Operators besturen de werking van de fabriek met behulp van twee kritische systemen: kettingreactiecontrole en een afstandsbedieningssysteem. Als zich een abnormale situatie voordoet, wordt de noodbeveiliging onmiddellijk geactiveerd.

Hoe de reactor werkt

De atomaire "vlam" is onzichtbaar, omdat de processen plaatsvinden op het niveau van kernsplijting. Tijdens een kettingreactie vallen zware kernen uiteen in kleinere fragmenten, die, wanneer ze worden geëxciteerd, bronnen van neutronen en andere subatomaire deeltjes worden. Maar daar stopt het proces niet. Neutronen blijven "splitsen", waardoor veel energie vrijkomt, dat wil zeggen wat er gebeurt waarvoor kerncentrales worden gebouwd.

De belangrijkste taak van het personeel is om de kettingreactie met behulp van regelstaven op een constant, instelbaar niveau te houden. Dit is het belangrijkste verschil met de atoombom, waar het proces van nucleair verval oncontroleerbaar is en snel verloopt, in de vorm van een krachtige explosie.

Wat gebeurde er in de kerncentrale van Tsjernobyl

Een van de belangrijkste redenen voor de ramp in de kerncentrale van Tsjernobyl in april 1986 was een grove schending van de operationele veiligheidsregels tijdens routine-onderhoud aan eenheid 4. Vervolgens werden 203 grafietstaven tegelijk uit de kern verwijderd in plaats van 15 volgens de voorschriften. Als gevolg hiervan eindigde de ongecontroleerde kettingreactie die begon in een thermische explosie en volledige vernietiging van de krachtbron.

Nieuwe generatie reactoren

In het afgelopen decennium is Rusland een van de leiders geworden in de wereldwijde kernenergie-industrie. Op dit moment bouwt het staatsbedrijf "Rosatom" kerncentrales in 12 landen, waar 34 elektriciteitscentrales worden gebouwd. Zo'n grote vraag is het bewijs van het hoge niveau van moderne Russische nucleaire technologie. De volgende in de rij zijn de reactoren van de nieuwe 4e generatie.

"Brest"

Een daarvan is Brest, dat in het kader van het Breakthrough-project wordt ontwikkeld. Momenteel draaiende open-cyclussystemen op laagverrijkt uranium, waardoor een grote hoeveelheid verbruikte splijtstof moet worden verwijderd, wat kostbaar is. "Brest" is een snelle neutronenreactor, een unieke gesloten cyclus.

Daarin wordt de verbruikte splijtstof, na gepaste verwerking in een snelle neutronenreactor, weer een volwaardige splijtstof die weer in dezelfde installatie kan worden geladen.

Brest onderscheidt zich door een hoog beveiligingsniveau. Het zal zelfs bij het meest ernstige ongeval nooit "ontploffen", het is zeer economisch en milieuvriendelijk, omdat het zijn "vernieuwde" uranium hergebruikt. Het kan ook niet worden gebruikt om plutonium van wapenkwaliteit te produceren, wat de breedste perspectieven voor zijn export opent.

VVER-1200

VVER-1200 is een innovatieve 3+ generatie reactor met een vermogen van 1150 MW. Dankzij zijn unieke technische mogelijkheden heeft hij bijna absolute operationele veiligheid. De reactor is rijkelijk uitgerust met passieve veiligheidssystemen die zelfs bij afwezigheid van stroomvoorziening in automatische modus werken.

Een daarvan is een passief warmteafvoersysteem, dat automatisch wordt geactiveerd wanneer de reactor volledig spanningsloos is. In dit geval zijn hydraulische noodtanks voorzien. Bij een abnormale drukval in het primaire circuit wordt een grote hoeveelheid boriumhoudend water in de reactor gevoerd, waardoor de kernreactie wordt afgeschrikt en neutronen worden geabsorbeerd.

Een andere knowhow is te vinden op de bodem van de insluiting - de smeltval. Als als gevolg van het ongeval de kern niettemin "vloeit", zal de "val" niet toelaten dat de insluiting instort en het binnendringen van radioactieve producten in de grond voorkomen.

Chicago Pile-1 (CP-1), gebouwd onder de westelijke tribunes van het voetbalveld van de Universiteit van Chicago en in gebruik genomen op 2 december 1942, was 's werelds eerste kernreactor. Het bestond uit grafiet- en uraniumblokken, evenals cadmium-, indium- en zilvercontrolestaven, maar had geen stralingsbescherming en koelsysteem. De wetenschappelijk directeur van het project, natuurkundige Enrico Fermi, beschreef de CP-1 als "een vochtige stapel zwarte bakstenen en houten blokken."

Het werk aan de reactor begon op 16 november 1942. Er is hard gewerkt. Natuurkundigen en universiteitsmedewerkers werkten de klok rond. Ze bouwden een raster van 57 lagen uraniumoxide en uraniumstaven ingebed in grafietblokken. Een houten frame ondersteunde de constructie. Fermi's beschermeling, Leona Woods - de enige vrouw op het project - nam zorgvuldige metingen terwijl de hoop groeide.

Op 2 december 1942 was de reactor klaar om getest te worden. Het bevatte 22.000 uraniumstaven en verbruikte 380 ton grafiet, evenals 40 ton uraniumoxide en zes ton uraniummetaal. Het kostte 2,7 miljoen dollar om de reactor te bouwen. Het experiment begon om 09-45. Het werd bijgewoond door 49 mensen: Fermi, Compton, Szilard, Zinn, Heberry, Woods, een jonge timmerman die grafietblokken en cadmiumstaven maakte, artsen, gewone studenten en andere wetenschappers.

Drie mensen vormden de "zelfmoordploeg" - ze maakten deel uit van het beveiligingssysteem. Het was hun taak om de brand te blussen als er iets mis zou gaan. Er was ook controle: bedieningsstangen, die handmatig werden bediend, en een noodstang, die aan de reling van het balkon boven de reactor werd vastgemaakt. In geval van nood moest een dienstdoende persoon op het balkon het touw doorknippen en de stang zou de reactie doven.

In 15-53 begon voor het eerst in de geschiedenis een zichzelf in stand houdende nucleaire kettingreactie. Het experiment was succesvol. De reactor werkte 28 minuten.