Hoe de atoomreactor werkt. Nucleair reactiebeheer

We zijn zo gewend aan elektriciteit waar we niet aan denken waar het vandaan komt. Kortom, het wordt geproduceerd op elektriciteitscentrales die hiervoor verschillende bronnen gebruiken. Power-installaties zijn thermisch, wind, geothermisch, zonne-energie, hydro-elektrische elektriciteitscentrales, atomair. Het is de laatste die de meeste geschillen veroorzaakt. Aankomen op hun behoefte, betrouwbaarheid.

In termen van prestaties is atomaire energie vandaag een van de meest effectieve en zijn aandeel in de wereldwijde productie van elektrische energie is behoorlijk significant, meer dan een kwart.

Hoe regelde een kerncentrale, waardoor het energie produceert? Het hoofdelement van de kerncentrale is een nucleaire reactor. Daarin stroomt een ketencerleaire reactie, waardoor de hitte wordt onderscheiden. Deze reactie wordt gecontroleerd, daarom kunnen we geleidelijk energie gebruiken en geen nucleaire explosie krijgen.

De belangrijkste elementen van de nucleaire reactor

• Nucleaire brandstof: verrijkt uranium-, uranium- en plutonium-isotopen. Meestal gebruikte uranium 235;
• Het koelmiddel voor de uitvoer van energie die wordt gevormd tijdens de werking van de reactor: water, vloeibaar natrium, enz.;
• Regulerende staven;
• Neutronen retarder;
• Shell om te beschermen tegen straling.

Video-werking van een nucleaire reactor

Hoe werkt een nucleaire reactor?

In de actieve zone van de reactor zijn er brandstofelementen (TVEL) - nucleaire brandstof. Ze worden verzameld in cassettes, waaronder verschillende dozijn fuelles. Kanalen door elke cassette stromen het koelmiddel. Twarren reguleren het reactorvermogen. De nucleaire reactie is alleen mogelijk op een bepaalde (kritische) massa van de brandstofstang. Massa van elke staaf afzonderlijk onder cruciaal belang. De reactie begint wanneer alle staven zich in de actieve zone bevinden. Dompels en het verwijderen van brandstofstangen kan de reactie worden gecontroleerd.

Dus, als de kritische massa wordt overschreden, worden de brandstofradioactieve elementen neutronen gegooid die op atomen worden geconfronteerd. Dientengevolge wordt een onstabiele isotoop gevormd, die onmiddellijk desintegreert, de energie in de vorm van gammastraling en warmte benadrukt. Deeltjes, tegenover de kinetische energie aan elkaar, en het bedrag van verval in geometrische progressie neemt toe. Dit is een kettingreactie - het principe van de werking van de nucleaire reactor. Zonder controle gebeurt het bliksem, wat leidt tot een explosie. Maar in de nucleaire reactor is het proces onder controle.

Dus, in de actieve zone wordt thermische energie onderscheiden, die wordt overgedragen naar water dat deze zone was (eerste circuit). Hier is 250-300 graden watertemperatuur. Vervolgens geeft het water de warmte aan de tweede contour, daarna - op de bladen van turbines die energie produceren. De transformatie van kernenergie in elektrisch kan schematisch worden ingediend:

1. Interne energie van de uranium kernel,
2. Kinetische energie van fragmenten van gebroken nuclei en bevrijde neutronen,
3. Interne energie van water en stoom,
4. Kinetische energie van water en stoom,
5. Kinetische energie van turbine- en generatorrotoren,
6. Elektrische energie.

De actieve zone van de reactor bestaat uit honderden cassettes, gecombineerd met een metalen schaal. Deze schaal speelt ook de rol van neutronenreflector. Onder de cassettes worden bedieningsstangen ingevoegd om de reactiesnelheid en de reactor noodbeschermingsstaven aan te passen. Vervolgens wordt warmte-isolatie om de reflector geïnstalleerd. Op de top van thermische isolatie is er een beschermende omhulling van beton, die radioactieve stoffen vertraagt \u200b\u200ben ze niet in de omliggende ruimte missen.

Waar worden nucleaire reactoren gebruikt?

• Energie kernreactoren worden gebruikt in kerncentrales, in scheepskleurige installaties, bij kerncentrales.
• Reactorenconvectoren en drijfgassen worden gebruikt om secundaire nucleaire brandstof te produceren.
• Onderzoeksreactoren zijn nodig voor radiochemisch en biologisch onderzoek, productie van isotopen.

Ondanks alle geschillen en meningsverschillen over kernenergie blijven kerncentrales worden gebouwd en geëxploiteerd. Een van de redenen is economie. Een eenvoudig voorbeeld: 40 brandstofolie tanks of 60 kolenauto's produceren zoveel energie als 30 kilogram uranium.

Dit is een kleine grijze cilinder en is een sleutelhanger van de Russische nucleaire industrie. Het ziet er natuurlijk niet te presentabel, maar het is de moeite waard om zijn afspraak te begrijpen en de technische kenmerken te bekijken, omdat je begint te realiseren waarom het geheim van zijn creatie en apparaat staat beschermt als een Zenitsa van een oog.

Ja, ik ben vergeten het te introduceren: voor je een gascentrifuge voor de scheiding van uranium-isotopen WT-3F (N-Th Generation). Het actieprincipe is elementair, zoals een zuivelscheider, zwaar, op de impact van centrifugaalkracht, wordt gescheiden van de long. Dus wat is de betekenis en uniciteit?

Om mee te beginnen zullen ze een andere vraag beantwoorden - maar in het algemeen, waarom uranium verdelen?

Natuurlijk uranium, dat recht in de grond ligt, is een cocktail van twee isotopen: uranium-238.en uranium-235 (en 0,0054% U-234).
Uranus-238.Dit is slechts een zwaar, grijs metaal. Hieruit kun je een artillerie-projectiel maken, goed, of ... sleutelhanger voor sleutels. Maar waar kan worden gedaan uranium-235? Nou, ten eerste atoombom, tweede brandstof voor kerncentrales. En hier komen we tot een key-kwestie - hoe deze twee, bijna identieke atomen, van elkaar te verdelen? Nee, goed, echt NET ZO?!

Trouwens: Straal van de kern van het uraniumatoom -1,5 10 -8 cm.

Voor uraniumatomen is het mogelijk om in een technologische keten te rijden, het (uranium) moet worden omgezet in een gasvormige toestand. Het is niet logisch om te koken, het is genoeg om uranium met fluor te verbinden en uranium hexafluoride te krijgen HFC. De technologie van de productie is niet erg complex en kostbaar, en daarom HFC Krijg recht waar dit uranium wordt gedolven. UF6 is de enige vluchtige uraniumverbinding (wanneer verwarmd tot 53 ° C hexafluoride (op de foto) gaat rechtstreeks van een vaste toestand in een gasvormig). Dan wordt het gepompt in speciale containers en verzonden voor verrijking.

Een beetje geschiedenis

Aan het allereerste begin van het nucleaire ras werden de grootste wetenschappelijke geesten, zowel de USSR als de Verenigde Staten, onder de knie van het idee van diffusiescheiding - om Uranus door een zeef over te slaan. Klein 235-Y. Isotoop is volbracht, maar "vet" 238-Y. Zit vast. Maak bovendien een zeef met nano-gaten voor de Sovjet-industrie in 1946 was niet de moeilijkste taak.

Uit het verslag van Isaac Konstantinovich Kikoin over de wetenschappelijke en technische raad van de Raad van People's Commissars (gegeven in de verzameling van declassificeerde materialen op het USSR Atomic-project (ED. Ryabev)): Momenteel hebben we geleerd mazen met gaten ongeveer 5/1 000 mm, d.w.z. 50 keer grote lengte van de gratis kilometers van moleculen bij atmosferische druk. Bijgevolg moet de gasdruk waarin de scheiding van isotopen op dergelijke roosters optreden minder dan 1/50 atmosferische druk. Bijna nemen we aan om te werken bij een druk van ongeveer 0,01 atmosfeer, d.w.z. Onder de omstandigheden van een goed vacuüm. De berekening toont aan dat het verkrijgen van een product verrijkt met een concentratie in 90% lichte isotoop (een dergelijke concentratie volstaat om een \u200b\u200bexplosief te verkrijgen), het is noodzakelijk om ongeveer 2000 dergelijke stappen in de cascade aan te sluiten. In de ontworpen en gedeeltelijk gefabriceerde machine wordt de auto berekend om 75-100 g uranium-235 per dag te verkrijgen. De installatie bestaat uit ongeveer 80-100 "kolommen", in elk waarvan 20-25 stappen worden gemonteerd. "

Het volgende is een document - het verslag van Beria Stalin op de voorbereiding van de eerste Atoine-explosie. Hieronder is een klein certificaat van geaccumuleerde kernmaterialen tegen het begin van de zomer van 1949.

En stel je nu voor - 2000 hefty-installaties, omwille van ongeveer 100 gram! Nou, en waar te gaan, heb je bommen nodig. En ze begonnen planten te bouwen, en niet alleen een plant, maar hele steden. En oke alleen steden, elektriciteit Deze diffusie-installaties eisten zoveel dat ze een aantal afzonderlijke energiecentrales moesten bouwen.

In de USSR werd de eerste fase van D-1 van de installatie nr. 813 berekend op het totale vermogen van 140 gram van 92-93% uranium-235 per dag op 2 identieke cascades van 3100 scheidingsstappen. Onder de productie van een onafgewerkte luchtvaartplant in het dorp van Up-Neuvinsk, dat op 60 km van Sverdlovsk ligt. Later veranderde hij in Sverdlovsk-44 en de 813e plant (op de foto) in de elektrochemische plant van de Oeral - 's werelds grootste scheidingsproductie.

En hoewel de diffusie-scheidingsstechnologie, zelfs met grote technologische problemen, werd gedebuggeerd, ging het idee van het ontwikkelen van een meer economisch centrifugeproces niet van de agenda. Immers, als u erin slaagt om een \u200b\u200bcentrifuge te maken, wordt het energieverbruik verlaagd van 20 tot 50 keer!

Hoe is de centrifuge?

Het is meer dan elementair gerangschikt en ziet eruit als een oude wasmachine die wordt uitgevoerd in de modus "Spin / Drying". In het hermetische behuizing is er een roterende rotor. Deze rotor dient gas (UF6). Vanwege de centrifugaalkracht, honderden duizend keer groter dan het land van het land, begint het gas te worden onderverdeeld in "zwaar" en "licht" fractie. Lichtgewicht en zware moleculen beginnen te worden gegroepeerd in verschillende zones van de rotor, maar niet in het midden en rond de omtrek, maar aan de boven- en onderkant.

Dit gebeurt als gevolg van convectiebestogen - de rotorafdekking heeft verwarmd en de anti-flow treedt op. Aan de bovenkant en aan de onderkant van de cilinder zijn twee kleine buizen geïnstalleerd - een afdekbord. De onderbuis omvat een leeg mengsel, in het bovenste mengsel met een grotere concentratie van atomen 235u. Dit mengsel valt in de volgende centrifuge, enzovoort, terwijl concentratie 235 Uranus zal de gewenste waarde niet bereiken. Ketting centrifuges genaamd Cascade.

Technische kenmerken.

Nou, eerst van de eerste rotatie - de moderne generatie centrifuges die het 2000 rpm bereikt (ik weet niet eens wat te vergelijken met ... 10 keer sneller dan de turbine in de luchtprocewie)! En het werkt zonder drie decennia te stoppen! Die. Nu zijn de cascades roterende centrifuges opgenomen in Brezhnev! De USSR is daar niet meer, en ze zijn allemaal draaien en draaien. Het is niet moeilijk om te berekenen dat de rotor 2.000.000.000.000 (twee biljoen) omwentelingen voor zijn werkcyclus uitvoert. En wat draagt \u200b\u200bhet zal verdragen? Ja nee! Geen lagers daar.

De rotor zelf vertegenwoordigt een gewone bovenkant, beneden heeft het een duurzame naald, rustend op de Corundum-tip en het bovenste uiteinde hangt onder vacuüm terwijl u het elektromagnetische veld vasthoudt. De naald is ook niet eenvoudig, gemaakt van gewone draad voor piano-snaren, het is gehard met een zeer sluwe manier (wat - GT). Het is niet moeilijk om je voor te stellen dat met een dergelijke Rabid Rotation, de centrifuge zelf niet alleen duurzaam, maar super-turn.

Onthoudt Academician Joseph Friedlandder: "Dij driemaal konden worden getoond. Eens, toen we de Lenin-prijs al hebben ontvangen, gebeurde een groot ongeluk, de centrifuge vloog van het deksel. Plakjes verspreid, vernietigden andere centrifuges. Verhoogde radioactieve wolk. Ik moest de hele lijn stoppen - kilometer van installaties! In het medium beval de centrifuges algemene Zverev, hij werkte in het ministerie van Beria aan het atoomproject. De generaal bij de bijeenkomst zei: "Kritieke positie. Onder de dreiging van de verdediging van het land. Als we ons snel de positie herinneren, zal voor u het 37e jaar herhalen. " En onmiddellijk de vergadering gesloten. We kwamen met de toen volledig nieuwe technologie met een volledig isotrope uniforme structuur van de dekens, maar zeer moeilijke installaties waren vereist. Sindsdien zijn het dergelijke deksels die worden geproduceerd. Geen problemen niet meer. In Rusland, 3 verwerkingsfabrieken, centrifuges vele honderdduizenden. "
Op de foto: tests van de eerste generatie centrifuges

De rompen van de rotoren waren in het begin ook metaal, terwijl ze niet kwamen om ... koolstofvezel te vervangen. Eenvoudig en uiterst verschillend om te breken, het is een ideaal materiaal voor een roterende cilinder.

Herinnert het algemeen directeur van Wehk (2009-2012) Alexander Kürkin: "Het kwam grappig. Toen ze werden getest en een nieuwe, meer "draaiende" generatie-centrifuges gecontroleerd, wachtte een van de medewerkers niet op een complete stop van de rotor, zette haar uit de cascade en besloot om het naar de stand op de stand te brengen. In plaats van vooruit te gaan, omdat ik niet rust, begon hij met deze cilinder in een omhelzing terug te gaan. Dus we waren ervan overtuigd dat de aarde roteert, maar een gyroscoop, het is een grote kracht. "

Wie bedacht?

Oh, dit is een mysterie, ondergedompeld in mysterie en gekocht door het onbekende. Hier ben jij en Duitse natuurfysici, de CIA, de speerofficieren en zelfs een gebroken spion-spionogen. Maar in het algemeen wordt het principe van de gascentrifuge om het einde van de 19e eeuw beschreven.

Bij de dageraad van het atoomproject, de ingenieur van het speciale ontwerpbureau van de KIROV-fabriek, bood Viktor Sergeev een centrifuge divisiemethode, maar eerst keurde zijn idee van collega's niet goed. Parallel aan de creatie van een scheidingscentrifuge in een speciale NII-5 werden wetenschappers van versloeg Duitsland gevochten in Sukhumi: Dr. Max Steyenbeck, die onder Hitler werkte als toonaangevende ingenieur Siemens, en de voormalige monteur "Luftwaffe", een afgestudeerde van de Universiteit van Gernot Tsippe. In totaal omvatte de groep ongeveer 300 "geëxporteerde" natuurkundigen.

Herinnert algemeen directeur van CentRoteKh-SPB CJSC GK ROSATOM ALEXEY KALIITEVSKY: "Onze specialisten concludeerden dat de Duitse centrifuge absoluut ongeschikt is voor industriële productie. In het stonebeck-apparaat was er geen transmissiesysteem van een gedeeltelijk verrijkt product in de volgende stap. Er werd voorgesteld om de uiteinden van het deksel af te koelen en het gas te bevriezen, en vervolgens om het te ontdooien, samen te stellen en in de volgende centrifuge te zetten. Dat wil zeggen, de regeling is onbruikbaar. Er waren echter verschillende zeer interessante en ongewone technische oplossingen in het project. Deze "interessante en ongewone oplossingen" waren verbonden met de resultaten verkregen door Sovjetwetenschappers, met name met de voorstellen van Viktor Sergeyev. Conditioneel gesproken is onze compacte centrifuge een derde van de vrucht van Duitse gedachten, en voor tweederde - Sovjet. "Trouwens, toen Sergeyev naar Abchazië kwam en zijn gedachten en cippes uitte op de selectie van uranium, het Stteyenbeck en Zippe ontslagen van hen, vanaf niet-gerealiseerd.

Dus wat kwam met SergeeV.

En Sergeyev's voorstel was om gas te creëren dat is geselecteerd in de vorm van pito-buizen. Maar Dr. Shteeyenbeck, die zijn tanden eet, terwijl hij geloofde, op dit onderwerp, toonde categoricaliteit: "Ze zullen de stroom vertragen, turbulentie veroorzaken, en er zal geen scheiding zijn!" Na jaren, die aan memorars werkt, zal hij er spijt van krijgen: "Het idee is waardig om van ons te komen! Maar ze kwam niet in de geest ... ".

Later, buiten de USSR, was Stteybeck centrifuges niet langer verloofd. Maar Heront Tzippe vóór het verlaten van naar Duitsland had de mogelijkheid om zich vertrouwd te raken met het prototype van de centrifuge van Sergeev en een briljant, eenvoudig principe van haar werk. Eenmaal in het Westen, de "Cunning Zippe", heb het vaak genoemd, het ontwerp van de centrifuge onder zijn naam (octrooischrift 1071597 uit 1957, werd aangegeven in 13 landen). In 1957, nadat hij naar de Verenigde Staten is verhuisd, bouwde Zippe daar een werkende installatie, het reproduceren van een ervaren monster van Sergeeva. En noemde het, laat ons eerbetoon geven, "Russische centrifugeerder" (op de foto).

Trouwens, de Russische engineering gedachte toonde zich in vele andere gevallen. Als een voorbeeld kan een elementaire noodafsluitklep worden gebracht. Er zijn geen sensoren, detectoren en elektronische circuits. Er is slechts een zelf-oproepende kraan die het petaal betreft het dorp Cascade. Als er iets mis is, en de centrifugeur zijn positie in de ruimte verandert, wordt het eenvoudigweg en sluit en sluit het de ingangsnelweg. Het is als een grap over een Amerikaanse handvat en een Russisch potlood in de ruimte.

Onze dagen

Deze week was de auteur van deze lijnen aanwezig op een belangrijke gebeurtenis - de sluiting van het Russische kantoor van waarnemers van het Amerikaanse ministerie van energie in het kader van het contract Wilg. Deze transactie (zeer verrijkt uranium - laag verrijkt uranium) was en blijft de grootste overeenkomst op het gebied van kernenergie tussen Rusland en Amerika. Onder de voorwaarden van het contract hebben Russische nucleaire wetenschappers 500 ton van onze wapens (90%) uranium aan brandstof (4%) GFC voor Amerikaans NPP's bewerkt. De inkomsten voor 1993-2009 bedroegen 8,8 miljard US dollars. Dit was het logische resultaat van de technologische doorbraak van onze nucleaire sleutels op het gebied van de scheiding van isotopen die in de naoorlogse jaren zijn gemaakt.
Op de foto: Cascades van gascentrifuges in een van de workshops van Wekhk. Hier zijn ongeveer 100.000 stuks.

Dankzij centrifuges ontvingen we duizenden tonnen relatief goedkoop, zowel militair als commercieel product. De nucleaire industrie, een van de weinige resterende (militaire luchtvaart, ruimte), waar Rusland het voortdurende kampioenschap heeft. Alleen buitenlandse bestellingen voor tien jaar vooruit (van 2013-2022), de portefeuille van Rosatom zonder rekening te houden met het contract Wilg Het is 69,3 miljard dollar. In 2011 overtrof hij 50 miljard ...
In de fotomagazijncontainers met HFC's op Weekhk.

Op 28 september 1942 werd een resolutie van het Comité van de Staat voor Defensie No. 2352SS "op de werking van het werk op uranium" aangenomen. Deze datum wordt beschouwd als de officiële start van het aftellen van de nucleaire industrie van Rusland.

De kernreactor is een inrichting waarin een nucleaire reactie van een gecontroleerde keten wordt uitgevoerd, vergezeld van energieafgifte.

Geschiedenis

Een zelf-aanhoudende gecontroleerde kettingreactie van de kerndivisie (kort - kettingreactie) werd voor het eerst uitgevoerd in december 1942. Een groep natuurkundigen Universiteit Chicagogeleid door E. Fermi, bouwde 's werelds eerste nucleaire reactor, genaamd CP-1.. Het bestond uit grafietblokken, waar tussen welke ballen van natuurlijk uranium en zijn dioxide waren gevestigd. Snelle neutronen verschijnen na de divisie van de kernen 235u, vertraagde grafiet op thermische energieën en veroorzaakte vervolgens nieuwe kerndivisies. Reactoren, vergelijkbaar met CP-1, waarin het grootste deel van de divisies optreedt onder de werking van thermische neutronen, wordt thermische neutronenreactoren genoemd. Hun compositie omvat veel retarder in vergelijking met uranium.

IN de USSR Theoretische en experimentele studies van de kenmerken van het begin, werk en controle van reactoren werden uitgevoerd door een groep natuurkundigen en ingenieurs onder leiding van de academicus I. V. Kurchatov. Eerste Sovjetreactor F-1. Op 25 december 1946 wordt de F-1 reactor afkomstig uit grafietblokken en heeft een vorm van een bal met een diameter van ongeveer 7,5 m. Uraniumstangen worden in het centrale deel van de bal geplaatst met een diameter van 6 meter door gaten in grafietblokken. De resultaten van studies op de F-1 reactor werden de basis van projecten die complexer zijn in het ontwerp van industriële reactoren. In 1949 werd een plutoniumproductiebereactor geïntroduceerd en op 27 juni 1954 trad de eerste kerncentrale met een elektrische capaciteit van 5 MW in Obninsk in werking.

Apparaat en principe van operatie

Energie uitvoeringsmechanisme

De conversie van de substantie wordt vergezeld door de vrijgave van vrije energie alleen als de stof een reserve van energie heeft. Dit laatste betekent dat de microdeeltjes van de stof in een staat zijn met de energie van rust groter dan in een andere mogelijke, de overgang waarnaar bestaat. Een spontane overgang verhindert altijd de energiebarrière, om te overwinnen welke het microdeeltje wat energie moet krijgen - excitatie-energie. Exoenergetische reactie is dat in de volgende excitatie-transformatie, energie meer is vrijgegeven dan vereist is om het proces te prikkelen. Er zijn twee manieren om de energiebarrière te overwinnen: hetzij als gevolg van de kinetische energie van de botstige deeltjes, of als gevolg van de energie van de verbinding van het verbindende deeltje.

Als u rekening houdt met de macroscopische uitbreiding van de energie-afgifte, dan moet de kinetische energie die nodig is om de reacties te prikkelen, alle of ten minste enkele fractie van de deeltjes van de substantie. Dit is alleen haalbaar met een toename van de temperatuur van het medium tot grootte, waarbij de warmtebeweging energie de waarde van de energiedrempel nadert die de loop van het proces beperkt. In het geval van moleculaire transformaties, dwz chemische reacties, is een dergelijke toename meestal honderden graden van Kelvin, in het geval van nucleaire reacties - dit is ten minste 107 ° vanwege de zeer hoge hoogte van de Coulomb-barrières van de tegengekomen kernen. De thermische excitatie van nucleaire reacties werd in de praktijk alleen uitgevoerd in de synthese van de gemakkelijkste kernen, waarin Coulomb-barrières minimaal zijn (thermonucleaire synthese). De excitatie van de verbindingsdeeltjes vereist geen grote kinetische energie, en daarom is niet afhankelijk van de temperatuur van het medium, omdat het gebeurt als gevolg van ongebruikte verbindingen die inherent zijn aan deeltjes van aantrekkingskracht. Maar het vereist deeltjes zelf om reacties op te wekken. En als ze weer in gedachten houden, geen enkele reactie daad, maar om energie op een macroscopische schaal te verkrijgen, is dit alleen mogelijk wanneer de kettingreactie optreedt. De laatste treedt op wanneer de deeltjes-opwindende reactie opnieuw verschijnen als exo-energiereactieproducten.

Schematische inrichting van een heterogene reactor op thermische neutronen1 - bedieningsstang; 2 - Biologische bescherming; 3 - Thermische bescherming; 4 - Moderator; 5 - Nucleaire brandstof; 6 - koelmiddel.

Schematische inrichting van een heterogene reactor op thermische neutronen

stuurstang;

biologische bescherming;

thermische bescherming;

moderator;

nucleaire brandstof;

warmtedrager.

Ontwerp

Elke nucleaire reactor bestaat uit de volgende delen:

Actieve zone met nucleaire brandstof en een moderator;

Neutronen reflector rond de actieve zone;

Koelmiddel;

Kettingreactiesregelsysteem, inclusief noodbescherming

Stralingsbescherming

Afstandsbedieningssysteem

Het belangrijkste kenmerk van de reactor is de uitgangsvermogen. De kracht van 1 MW komt overeen met de kettingreactie waarbij er in 1 seconden 3 × 1016 divisies zijn.

Fysieke principes van het werk

De huidige toestand van de nucleaire reactor kan worden gekenmerkt door een effectieve reproductiecoëfficiënt van neutronen K of reactiviteit ρ, die aan de volgende verhouding zijn geassocieerd:

Deze waarden worden gekenmerkt door de volgende waarden:

k\u003e 1 - De kettingreactie neemt in de tijd toe, de reactor bevindt zich in de superkritische toestand, de reactiviteit ρ\u003e 0;

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

k \u003d 1, ρ \u003d 0 - Het aantal kerndivisies constant, de reactor bevindt zich in een stabiele kritieke toestand.

De toestand van de criticaliteit van de kernreactor:

Ω is het aandeel van het totale aantal neutronen dat wordt gegenereerd in de neutronenreactor, opgenomen in de actieve zone van de reactor, of de waarschijnlijkheid van het vermijden van het neutron van lekkage van het uiteindelijke volume.

k 0 is de neutron-reproductiecoëfficiënt in de actieve zone van oneindig grote maten.

Het beroep van de reproductiecoëfficiënt kan worden bereikt door een evenwicht van neutronenproductie met hun verliezen. De oorzaken van verliezen zijn eigenlijk twee: vastleggen zonder divisie en neutronenlekkage voorbij het tekortmedium.

Uiteraard 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

k0 voor thermische reactoren kunnen worden bepaald door de zogenaamde "formule van de 4e faciliteiten":

μ is de reproductiecoëfficiënt op snelle neutronen;

φ is de waarschijnlijkheid om resonante opname te vermijden;

θ is de gebruikscoëfficiënt van thermische neutronen;

η - neutronenuitvoer voor één absorptie.

De volumes van moderne energiereactoren kunnen honderden M3 bereiken en worden voornamelijk bepaald door niet-kritieke omstandigheden, maar de mogelijkheden van de hitte.

Het kritieke volume van de nucleaire reactor is het volume van de actieve zone van de reactor in de kritische toestand. Kritieke massa is de massa van een reactor substantie die van cruciaal belang is.

De laagste kritische massa heeft reactoren waarin de brandstof de waterige oplossingen van zouten van zuivere klep-isotopen is met een waterreflector van neutronen. Voor 235 U is deze massa 0,8 kg, voor 239 PU - 0,5 kg. Theoretisch, heeft de kleinste kritische massa 251 CF waarvoor deze waarde slechts 10 g is.

Om neutronenlekkage te verminderen, krijgt de actieve zone een bolvormig of dicht bij bolvorm, zoals een korte cilinder of kubus, aangezien deze figuren de kleinste verhouding van het oppervlak van het volume hebben.

Ondanks het feit dat de waarde (E - 1) meestal klein is, is de rol van reproductie op snelle neutronen groot genoeg, omdat voor grote nucleaire reactoren (K∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Voor het begin van de kettingreactie is het meestal voldoende neutronen, geboren in spontane divisie van uranium-kernen. Het is ook mogelijk om een \u200b\u200bexterne neutronenbron te gebruiken om de reactor te starten, bijvoorbeeld een mengsel van RA en BE, 252 CF of andere stoffen.

JODID YAMA

De jodiumput is de toestand van de kernreactor nadat het is uitgeschakeld, gekenmerkt door de accumulatie van kortlevende Xenon-isotoop (135 xe). Dit proces leidt tot het tijdelijke uiterlijk van significante negatieve reactiviteit, die het op hun beurt onmogelijk maakt om de reactor op de ontwerpcapaciteit gedurende een bepaalde periode (ongeveer 1-2 dagen) te ontlenen.

Classificatie

Door de natuur van gebruik

Door de aard van het gebruik van nucleaire reactoren zijn onderverdeeld in:

Experimentele reactoren bedoeld voor het bestuderen van verschillende fysieke hoeveelheden, waarvan de waarde noodzakelijk is voor het ontwerp en de werking van kernreactoren; De kracht van dergelijke reactoren overschrijdt niet meerdere kW;

Onderzoeksreactoren waarin neutronen en γ-Quanta-stromen zijn gemaakt in de actieve zone worden gebruikt voor onderzoek op het gebied van nucleaire fysica, solide lichaamsfysica, stralingschemie, biologie, voor het testen van materialen die zijn ontworpen om in intensieve neutronenfluxen te werken (inclusief. Details van kernreactoren), voor de productie van isotopen. De kracht van onderzoeksreactoren is niet groter dan 100 MW; Gemakkelijke energie wordt meestal niet gebruikt.

Isotopische (wapen-, industriële) reactoren die worden gebruikt om isotopen te ontwikkelen die worden gebruikt in kernwapens, zoals 239pu.

Energiereactoren die zijn ontworpen om elektrische en thermische energie te verkrijgen die wordt gebruikt in energie, met waterontziling, om elektriciteitscentrales, enz.; De thermische kracht van de moderne energiereactor bereikt 3-5 GW.

Volgens het spectrum van neutronen

Reactor op thermische neutronen ("thermische reactor")

Snelle neutronenreactor ("Snelle reactor")

Reactor op tussenliggende neutronen

Over de plaatsing van brandstof

Heterogene reactoren, waarbij brandstof discreet in de vorm van blokken wordt geplaatst, waarvan de moderator zich bevindt;

Homogene reactoren, waar brandstof en de retarder een homogeen mengsel (homogeen systeem) vertegenwoordigen.

Nucleaire brandstofblokken in een heterogene reactor worden brandstofelementen (TVEL'Is) genoemd, die in de actieve zone in de knooppunten van het juiste grille worden geplaatst, die een cel vormen.

Op type brandstof

Volgens de mate van verrijking:

Natuurlijk uranium

Zwak verrijkt uranium

Schoon leveringisotoop

Door chemische samenstelling:

metalen u.

Uo 2 (uraniumdioxide)

Uc (uraniumcarbide), etc.

Op type warmtecarrier

H 2 O (water, zie water-waterreactor)

Gas, (zie grafietgasreactor)

Organische koelvloeistofreactor

Reactor met vloeibare metalen koelvloeistof

Zoutreactor

Door het geslacht van de moderator

C (grafiet, zie grafietgasreactor, grafiet-waterreactor)

H 2 O (water, zie een lichtgewicht reactor, water-water-reactor, vver)

D 2 O (zwaar water, zie zwaargewicht kernreactor, candu)

Metalen hydriden

Zonder achteruitganger

Door constructie

Kastreactoren

Kanaalreactoren

Volgens de generatiemethode van stoom

Buitenlandse stoomgeneratorreactor

Kokende reactor

Aan het begin van de XXI-eeuw, heterogene kernreactoren op thermische neutronen met retarders - H20, C, D 2 O en koelmiddelen - H20, GAZ, D 2 O, bijvoorbeeld waterwater VVER, kanaal RBMK meest voorkomende.

Snelle reactoren zijn ook veelbelovend. De brandstof in hen dient 238U, die tiend keren mogelijk maakt om het gebruik van nucleaire brandstof te verbeteren in vergelijking met thermische reactoren, verhoogt het de middelen van kernenergie aanzienlijk.

Materialenreactoren

Materialen waaruit reactoren worden gebouwd, worden bediend bij hoge temperaturen in het neutronenveld, γ-quanta- en divisiefragmenten. Daarom zijn niet alle materialen die in andere industrieën worden gebruikt geschikt voor reactorconstructie. Bij het kiezen van reactormaterialen, worden hun stralingsweerstand, chemische inertheid, rekening gehouden met de absorptie dwarsdoorsnede en andere eigenschappen.

Fwell-shells, kanalen, moderators (reflectoren) worden vervaardigd uit materialen met kleine absorptiesecties. Het gebruik van materialen, zwak absorberende neutronen, vermindert niet-producerend neutronverbruik, vermindert het laden van nucleaire brandstof en verhoogt de reproductiecoëfficiënt van KV. Voor het absorberen van staven zijn integendeel, materialen met een grote absorptiedoorsnede geschikt. Dit vermindert aanzienlijk het aantal hengels dat nodig is om de reactor te regelen.

Snelle neutronen, y-quanta- en divisiefragmenten beschadigen de structuur van de substantie. Dus, in een vaste stof, knappen snelle neutronen atomen uit het kristalrooster of verschoven ze vanaf de plek. Dientengevolge verslechteren plastic eigenschappen en thermische geleidbaarheid van materialen. Complexe moleculen onder de actie van straling worden gedesintegreerd in eenvoudiger moleculen of composietatomen. Water ontleedt bijvoorbeeld op zuurstof en waterstof. Dit fenomeen staat bekend als de radioolisatie van water.

Stralingsinstabiliteit van materialen wordt minder getroffen bij hoge temperaturen. De mobiliteit van atomen wordt zo groot dat de kans om terug te keren van het kristalrooster van atomen tot zijn plaats of de recombinatie van waterstof en zuurstof in het watermolecuul aanzienlijk wordt verhoogd. Aldus is de RadioLIZ van water onvolledig in niet-CipSy-reactoren (bijvoorbeeld een VVER), terwijl er in krachtige onderzoeksreactoren een aanzienlijke hoeveelheid rammelend mengsel is. Er zijn speciale systemen in reactoren om het te verbranden.

De reactormaterialen zijn in contact met elkaar (een koelvloeistofschaal met een koelmiddel en nucleaire brandstof, tankende cassettes - met een koelvloeistof en een retarder, enz.). Natuurlijk moeten contact met materialen chemisch inert zijn (compatibel). Een voorbeeld van incompatibiliteit is uranium en warm water, met de chemische reactie.

In de meeste materialen verslechteren sterkteigenschappen sterk met toenemende temperatuur. In energiereactoren werken structurele materialen bij hoge temperaturen. Het beperkt de keuze van structurele materialen, vooral voor die delen van de energiereactor die bestand is tegen hoge druk.

Branden en reproductie van nucleaire brandstof

Tijdens het werken van een nucleaire reactor als gevolg van accumulatie in de brandstof, verandert de fragmenten van de divisie de isotopische en chemische samenstelling, de vorming van transurese elementen, voornamelijk PU-isotopen. De invloed van fragmenten van splijting op de reactiviteit van een nucleaire reactor wordt vergiftiging (voor radioactieve fragmenten) genoemd en het uitkomen (voor stabiele isotopen).

De belangrijkste oorzaak van reactorvergiftiging is 135 xe, die de hoogste neutronenabsorptie doorsnede heeft (2,6 · 106 schuur). Halfwaardetijd van 135 xe T1 \u003d 9,2 uur; De divisie is 6-7%. Het hoofddeel 135xE wordt gevormd als gevolg van verval 135 I (T1 \u003d 6,8 uur). In het geval van vergiftiging varieert de CEF met 1-3%. Een grote dwarsdoorsnede van 135 XE-absorptie en de aanwezigheid van intermediaire isotoop 135 Ik leid tot twee belangrijke verschijnselen:

Tot een toename van de concentratie van 135 xe en daarom, tot een afname van de reactiviteit van de reactor na de stop of vermindering van vermogen ("jodine-put"), waardoor het onmogelijk is voor kortlopende stops en fluctuaties in de uitgangsvermogen . Dit effect wordt overwonnen door de introductie van reactiviteit in de regelgevende instanties. De diepte en duur van de jodiumputten zijn afhankelijk van de stroom van neutronen F: bij φ \u003d 5 · 1018 neutronen / (cm2 · s) de duur van de jood-put is ~ 30 uur, en de diepte is 2 keer hoger dan de Stationaire CEF-verandering veroorzaakt door de 135 XE-vergiftiging.

Vanwege de vergiftiging, spatiale-temporele oscillaties van de neutronenflux f, en daarom kan de reactorkracht optreden. Deze oscillaties treden op bij φ\u003e 1018 neutronen / (cm2 · s) en grote maten van de reactor. Perioden van oscillaties ~ 10 uur.

Bij het delen van kernen is er een groot aantal stabiele fragmenten, die verschillen in de absorptie-dwarsdoorsnede in vergelijking met het absorptiesectie van een verdeelde isotoop. De concentratie van fragmenten met een grote waarde van de absorptiesectie bereikt de verzadiging gedurende de eerste nacht van de reactorbewerking. Vooral deze 149SM, het veranderen van de CEF met 1%). De concentratie van fragmenten met een kleine waarde van de absorptie dwarsdoorsnede en de negatieve reactiviteit draagt \u200b\u200blineair bij op tijd.

De vorming van transuranelementen in een nucleaire reactor treedt op in de volgende schema's:

235 U + N → 236 U + N → 237 U → (7 dagen) → 237 NP + N → 238 NP → (2,1 dagen) → 238 PU

238 U + N → 239 U → (23 min) → 239 NP → (2,3 dagen) → 239 PU (+ fragmenten) + n → 240 PU + N → 241 PU (+ fragmenten) + n → 242 PU + N → 243 PU → (5 uur) → 243 AM + N → 244 AM → (26 min) → 244 cm

De tijd tussen de pijlen duidt de halfwaardetijd aan, "+ n" geeft de absorptie van het neutron aan.

Aan het begin van de reactor treedt een lineaire accumulatie van 239 PU op, en hoe sneller (met een vaste burn-out van 235 u), de minder uraniumverrijking. Vervolgens neigt de concentratie van 239 PU tot een constante waarde die niet afhangt van de mate van verrijking, maar wordt bepaald door de verhouding van de dwarsdoorsneden van de neutronencapture van 238 U en 239 PU. De karakteristieke tijd van het vaststellen van een evenwichtsconcentratie van 239 PU ~ 3 / F-jaren (F in eenheden. 1013 neutronen / cm2 × S). 240 PU, 241 PU-isotopen bereiken alleen een evenwichtsconcentratie wanneer de brandstof opnieuw wordt verbrand in een nucleaire reactor na regeneratie van nucleaire brandstof.

De burn-out van nucleaire brandstof wordt gekenmerkt door de totale energie die is gekozen in een reactor van 1 brandstof. Deze waarde is:

~ 10 GW · Dag / T - Reactoren op zwaar water;

~ 20-30 GW · SUT / T - reactoren bij een zwak verrijkt uranium (2-3% 235U);

tot 100 GW · dag / t - reactoren op snelle neutronen.

De burn-out van 1 GW · dag / t komt overeen met de verbranding van 0,1% nucleaire brandstof.

Naarmate de brandstof uitkomt, neemt de reactieve reactor af. Het vervangen van de verbrande brandstof wordt onmiddellijk van de gehele actieve zone of geleidelijk gemaakt, waardoor de twee leeftijden in het werk van verschillende "leeftijden" achterblijven. Deze modus wordt continue brandstofoverbelasting genoemd.

In het geval van een volledige brandstofvervanging heeft de reactor overmatige reactiviteit die moet worden gecompenseerd, terwijl in het tweede geval compensatie alleen vereist is wanneer de reactor voor het eerst wordt gestart. Met Continue Overbelasting kunt u de diepte van burn-out vergroten, aangezien de reactiviteit van de reactor wordt bepaald door de gemiddelde concentraties van de scheidings-isotopen.

De massa van de geladen brandstof overschrijdt de massa die is gelost vanwege het "gewicht" van de gescheiden energie. Na het stoppen van de reactor, eerst voornamelijk als gevolg van de divisie door vertraagde neutronen, en vervolgens na 1-2 minuten, als gevolg van de β- en γ-straling van de scheiding van de divisie en transuranelementen, gaat de energieafgifte verder in de brandstof . Als de reactor nogal lang werkte tot de halte van de halte, dan 2 minuten na de stop, is de uitscheiding van energie ongeveer 3%, na 1 uur - 1%, na een dag - 0,4%, in een jaar - 0,05 %.

De verhouding van het aantal PU-isotopen van de delende isotopen gevormd in een kernreactor op de hoeveelheid verbrand 235 u wordt de KK-conversiecoëfficiënt genoemd. De waarde van KK neemt toe met een afname van verrijking en burn-out. Voor een zwaargewicht reactor in een natuurlijk uranium, met een burn-out van 10 gw · dag / t kk \u003d 0,55, en met kleine burn-outs (in dit geval wordt KK een eerste plutoniumcoëfficiënt genoemd) kK \u003d 0,8. Als de nucleaire reactor brandt en dezelfde isotopen (reactor-multiplier) produceert, wordt de verhouding van de reproductiesnelheid tot de burn-outsnelheid een reproductiecoëfficiënt van een SQ genoemd. In nucleaire reactoren op thermisch neutron kv< 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.

Nucleair Reactor Management

Een nucleaire reactor kan voor een lange tijd met een gegeven kracht werken als reactiviteit een voorraad heeft aan het begin van het werk. De processen die zich in de reactor voorkomen, veroorzaken verslechtering van de fokeigenschappen van het medium, en zonder een mechanisme voor het herstellen van reactiviteit, zou de reactor zelfs niet werken. De aanvankelijke reactiviteitstoevoer wordt gecreëerd door de constructie van de actieve zone met afmetingen, aanzienlijk superieur cruciaal. Want de reactor wordt niet superkritisch, neutronenabsorbers worden in de actieve zone geïntroduceerd. De absorbers maken deel uit van het materiaal van de besturingsstangen die langs de overeenkomstige kanalen in de actieve zone bewegen. Bovendien, als slechts een paar hengels voldoende zijn om te reguleren, kan het aantal hengels het aantal hengels dansen honderden bereiken. Compensatiestangen worden geleidelijk weergegeven uit de actieve zone van de reactor, waardoor een kritische toestand de gehele tijd van de werking is. Compensatie van burn-out kan ook worden bereikt door het gebruik van speciale absorberen, waarvan de effectiviteit afneemt met de greep van neutronen (CD, B, zeldzame aardelementen) of oplossingen van absorberende stoffen in de retarder.

Het kernreactorbeheer vereenvoudigt het feit dat een deel van neutronen tijdens de divisie uit fragmenten met vertraging vliegt, die van 0,2 tot 55 seconden kan zijn. Hierdoor verandert de neutronenflux en, dienovereenkomstig, machtsveranderingen vrij soepel, waardoor de tijd een oplossing maakt en de toestand van de reactor van buitenaf verandert.

Om de nucleaire reactor te regelen, wordt het besturingssysteem en de bescherming (SOZ) geserveerd. SOZ-lichamen zijn onderverdeeld in:

Noodsituatie, reducerende reactiviteit (introductie van negatieve reactiviteit) wanneer alarmen verschijnen;

Automatische regelaars die een constante neutronstroom f (d.w.z. vermogen) ondersteunen;

Compenseren, dienen om vergiftiging, burn-out, temperatuureffecten te compenseren.

In de meeste gevallen worden de roddelen toegediend aan de actieve zone gebruikt om de reactor te regelen, gemaakt van materialen die neutronen (CD, B, etc.) absorberen. De staafbeweging wordt gecontroleerd door speciale mechanismen die werken op het instrumentsignalen dat gevoelig is voor de neutronenstroom.

De werking van de SOZ-organen is merkbaar vereenvoudigd voor reactoren met een negatieve reactiviteit van de temperatuurcoëfficiënt (met toenemende temperatuur R-afneemt).

Op basis van informatie over de staat van de reactor wordt het speciale computercomplex gevormd door de aanbevelingen aan de exploitant om de status van de reactor te wijzigen, of op bepaalde limieten, wordt de reactorregeling uitgevoerd zonder de participatie van de exploitant.

In het geval van een onverwachte catastrofale ontwikkeling van de kettingreactie, verschaft elke reactor een noodverwerking van een kettingreactie die wordt uitgevoerd door opnieuw in te stellen in de actieve zone van speciale noodstaven of beveiligingsstangen - een noodbeveiligingssysteem.

I. Nucleaire reactor

De nucleaire reactor bestaat uit de volgende vijf hoofdelementen:

1) Nucleaire brandstof;

2) neutronenvertrager;

3) Regulatorische systemen;

4) Koelkoelingssystemen;

5) Beschermend scherm.

1. Nucleaire brandstof.

Nucleaire brandstof is een energiebron. Momenteel zijn er drie soorten splitsingsmaterialen bekend:

a) uranium 235, dat zich in natuurlijk uranium 0,7% of 1/140 deel bevindt;

6) Plutonium 239, dat is gevormd in sommige uraniumbasisreactoren, die bijna de gehele massa van natuurlijk uranium (99,3% of 139/140 delen) vormt.

Capturing, NEUTRONS, Uranium Kernels 238 worden omgezet in de nepturale kern - het 93e-element van het periodieke Mendeleev-systeem; De laatste draaien op zijn beurt in de plutoniumkern - het 94e element van het periodieke systeem. Plutonium wordt gemakkelijk geëxtraheerd door bestraald uranium per chemische route en kan worden gebruikt als een nucleaire brandstof;

c) Uranus 233, een kunstmatige isotoop van uranium, verkregen uit Thoria.

In tegenstelling tot uranium 235, die zich in natuurlijk uranium bevindt, worden plutonium 239 en uranium 233 alleen verkregen door kunstmatig. Daarom worden ze secundaire nucleaire ontvlambaar genoemd; De bron van het verkrijgen van een dergelijke brandstof is uranium 238 en thorium 232.

Onder alle soorten nucleaire brandstof die hierboven vermeld, is uranium eenvoudig. Dit verklaart dat enorme reikwijdte, die in alle landen wordt geaccepteerd, zoekt en verkenning van uraniumdeposito's.

De energie die wordt uitgezonden in een nucleaire reactor wordt soms vergeleken met degene die wordt vrijgegeven tijdens de chemische verbrandingsreactie. Er is echter tussen hen een fundamenteel verschil.

De hoeveelheid warmte die tijdens de divisie van uranium wordt verkregen, is onmetelijk groter dan de hoeveelheid warmte die wordt verkregen tijdens de verbranding, bijvoorbeeld stenen steenkool: 1 kg uranium 235, gelijk aan het volume van sigarettenpakket, kan theoretisch zoveel energie geven als 2600 tonnen steenkool.

Deze energiemogelijkheden worden echter niet volledig gebruikt, omdat niet alle uranium 235 kan worden gescheiden van natuurlijk uranium. Dientengevolge is 1 kg uranium, afhankelijk van de mate van zijn verrijking van uranium, 235 gelijk aan ongeveer 10 ton stenen steenkool. Maar er moet worden opgemerkt dat het gebruik van nucleaire brandstof vervoer vergemakkelijkt en daarom aanzienlijk de kosten van brandstof vermindert. Britse specialisten berekenden dat door het verrijken van uranium dat ze 10 keer de warmte-reactoren in warmte-reactoren kunnen verhogen, die 1 ton uranium gelijk aan 100 duizend ton steenkool.

Het tweede verschil tussen het proces van het delen van de kernen van de warmteafgifte, van chemische verbranding is dat zuurstof vereist is voor de verbrandingsreactie, terwijl slechts een paar neutronen en een bepaalde massa van nucleaire brandstof nodig zijn om de kettingreactie te prikkelen, gelijk aan De kritische massa, die we al in het gedeelte over een atoombom definiëren.

En ten slotte wordt het onzichtbare proces van het delen van de kernen vergezeld door de uitstoot van extreem schadelijke emissies, die moeten worden beschermd.

2. Neutron Moderator.

Om distributie in de reactor van de vervalproducten te voorkomen, moet de nucleaire brandstof in speciale schalen worden geplaatst. Voor de vervaardiging van dergelijke schelpen kan aluminium worden gebruikt (de temperatuur van de koeler mag niet groter zijn dan 200 °), en zelfs betere beryllium of zirkonium - nieuwe metalen, de ontvangst ervan in zijn zuivere vorm, is geassocieerd met grote moeilijkheden.

Neutron-nuclei van neutronen gevormd tijdens de divisie (gemiddeld 2-3 neutronen tijdens de divisie van een zware elementkern) hebben een bepaalde energie. Om de waarschijnlijkheid van het splitsen door neutronen van andere kernen, is het het grootst, zonder welke de reactie niet zelfbewust zal zijn, het is noodzakelijk dat deze neutronen een deel van hun snelheid verliezen. Dit wordt bereikt door een retarder in de reactor te plaatsen, waarbij snelle neutronen als gevolg van talrijke opeenvolgende botsingen in traag worden. Aangezien de substantie die wordt gebruikt als een moderator een kernen moet hebben met een massa van ongeveer gelijk aan de massa van neutronen, dwz zwaar water (D 2 0 0, waarbij D - Deuterium wordt geïnjecteerd door licht waterstof in het gewone water, werd gebruikt als een moderator vanaf het begin. H 2 0). Probeer echter steeds meer en meer om grafiet te gebruiken - het is goedkoper en geeft bijna hetzelfde effect.

Ton zwaar water dat in Zweden is gekocht, kost 70-80 miljoen francs. Op de Conferentie van Genève over het vredige gebruik van atomaire energie, zeiden de Amerikanen dat ze binnenkort zwaar water zouden kunnen verkopen tegen een prijs van 22 miljoen francs per ton.

Ton Graphite kost 400 duizend frank en ton oxide beryllium - 20 miljoen francs.

De substantie die als moderator wordt gebruikt, moet puur zijn om neutronenverliezen te voorkomen wanneer ze door een moderator passeren. Aan het einde van de kilometers hebben neutronen een gemiddelde snelheid van ongeveer 2.200 m / s, terwijl hun initiële snelheid ongeveer 20 duizend km / s was. In reactoren gebeurt de warmteafgifte geleidelijk en kan in tegenstelling tot een atoombom worden gecontroleerd, waar het onmiddellijk voorkomt en de aard van de explosie neemt.

In sommige typen reactoren op snelle neutronen is de moderator niet vereist.

3. Regelsysteem.

Een persoon moet in staat zijn om een \u200b\u200bnucleaire reactie te bellen, te reguleren en te stoppen. Dit wordt bereikt met de hulp van het regelen van hengels van borvormig staal of van cadmium - materialen met het vermogen om neutronen te absorberen. Afhankelijk van de diepte, welke stangen worden neergelaten in de reactor, neemt het aantal neutronen in de actieve zone toe of neemt af, wat uiteindelijk het mogelijk maakt om het proces aan te passen. De controle over regulerende staven wordt automatisch uitgevoerd met behulp van servomechanismen; Sommige van deze hengels in geval van gevaar kunnen onmiddellijk in de actieve zone vallen.

In eerste instantie werden angsten uitgedrukt dat de explosie van de reactor dezelfde schade veroorzaakt als de explosie van de atoombom. Om te bewijzen dat de reactor-explosie alleen optreedt in omstandigheden die verschillen van gewone, en geen ernstig gevaar voor de levende wijk weergeeft met de kerninstallatie van de bevolking, bliezen de Amerikanen opzettelijk één zogenaamde "kokende" reactor. Inderdaad, er is een explosie opgetreden, die we kunnen karakteriseren als "klassiek", dat is niet-nucleair; Dit bewijst opnieuw dat nucleaire reactoren in de buurt van nederzettingen kunnen worden gebouwd zonder veel gevaar voor de laatste.

4. Koelsysteem.

In het proces van het verdelen van de kernen wordt een bepaalde energie onderscheiden, die wordt overgedragen door de vervalproducten en het gegenereerde neutron. Deze energie als gevolg van talrijke neutronenbotsingen verandert daarom in thermisch om te voorkomen dat de snelle uitvoer van de reactor wordt verwijderd, de warmte moet worden verwijderd. In reactoren die zijn ontworpen om radioactieve isotopen te verkrijgen, wordt deze warmte niet gebruikt, in de reactoren die bedoeld zijn voor de productie van energie, het wordt integendeel het belangrijkste product. Koeling kan worden uitgevoerd met gas of water, die in een drukreactor wordt gecirculeerd met behulp van speciale buizen en vervolgens wordt afgekoeld in de warmtewisselaar. Profielwarmte kan worden gebruikt om de stoom te verwarmen die de turbine roteert met de generator; Een dergelijk apparaat zal een kerncentrale zijn.

5. Beschermend scherm.

Om te voorkomen dat de schadelijke effecten van neutronen buiten de reactor kunnen vliegen en zichzelf kunnen beschermen tegen de gammastraling die tijdens het reactieproces wordt uitgezonden, is betrouwbare bescherming noodzakelijk. Wetenschappers berekenden dat de reactor met een capaciteit van 100 duizend kW zo'n aantal radioactieve emissies toewijst dat een persoon ergens op een afstand van 100 m binnen 2 minuten zal ontvangen. Brief dosis. Om ervoor te zorgen dat het personeel dat de reactor dient, worden twee meter muren gebouwd van een speciaal beton met loodplaten.

De eerste reactor werd in december 1942 gebouwd door het Italiaanse Fermi. Tegen het einde van 1955 waren er ongeveer 50 nucleaire reactoren in de wereld (VS -2 1, Engeland - 4, Canada - 2, Frankrijk - 2). Hieraan moet worden toegevoegd dat er aan het begin van 1956 ongeveer 50 reactoren waren voor onderzoek en industriële doeleinden (VS - 23, Frankrijk - 4, Engeland - 3, Canada - 1).

Typen van deze reactoren zijn zeer divers, variërend van reactoren op langzame neutronen met grafietvertragers en natuurlijk uranium als brandstof tot reactoren die opereren op snelle neutronen en het gebruik van uranium-verrijkt met plutonium of uranium 233, verkregen door kunstmatig uit thorium.

Naast deze twee tegenovergestelde typen zijn er nog steeds een aantal reactoren die verschillen van elkaar of de samenstelling van de nucleaire brandstof of het type moderator of het koelmiddel.

Het is erg belangrijk om op te merken dat, hoewel de theoretische kant van het probleem momenteel goed wordt bestudeerd door specialisten in alle landen, in de praktijk gebied, verschillende landen nog niet hetzelfde niveau hebben bereikt. Voorafgaand aan andere landen zijn VS en Rusland. Er kan worden betoogd dat de toekomst van atomaire energie voornamelijk afhangt van de voortgang van de technologie.