Yadro reaktori deb ataladigan narsa. Yadro reaktorlari uchun qanday yoqilg'i ishlatiladi va nima uchun aynan shu kimyoviy elementlar tanlangan

Oddiy odam uchun zamonaviy yuqori texnologiyali qurilmalar shunchalik sirli va sirliki, ularga ilgarigidek chaqmoq kabi ibodat qilish vaqti keldi. Matematika bilan to'ldirilgan o'rta maktab fizikasi darslari muammoni hal qilmaydi. Ammo siz hatto ishlash printsipi hatto o'smirga ham tushunarli bo'lgan yadroviy reaktor haqida qiziq gapirib berishingiz mumkin.

Yadroviy reaktor qanday ishlaydi?

Ushbu yuqori texnologiyali qurilmaning ishlash printsipi quyidagicha:

1. Neytron so'rilganda, yadroviy yoqilg'i (ko'pincha shunday bo'ladi uran-235 yoki plutoniy-239) atom yadrosining bo'linishi sodir bo'ladi;
2. Kinetik energiya, gamma nurlanish va erkin neytronlar chiqariladi;
3. Kinetik energiya issiqlikka aylanadi (yadrolar atrofdagi atomlar bilan to'qnashganda), gamma nurlanish reaktorning o'zi tomonidan so'riladi va u ham issiqlikka aylanadi;
4. Ishlab chiqarilgan neytronlarning bir qismi yonilg'i atomlari tomonidan so'riladi, bu esa zanjirli reaktsiyaga sabab bo'ladi. Uni boshqarish uchun neytron absorberlar va moderatorlar ishlatiladi;
5. Issiqlik tashuvchisi (suv, gaz yoki suyuq natriy) yordamida reaksiya joyidan issiqlik chiqariladi;
6. Isitilgan suvdan bosimli bug 'bug' turbinalarini haydash uchun ishlatiladi;
7. Jenerator yordamida turbinalarning mexanik aylanish energiyasi o'zgaruvchan elektr tokiga aylanadi.

Tasniflash yondashuvlari

Reaktorlar tipologiyasi uchun ko'p sabablar bor:

• Yadro reaktsiyasi turi bo'yicha... Parchalanish (barcha tijorat qurilmalari) yoki termoyadroviy (termoyadro energiyasi, faqat ba'zi ilmiy -tadqiqot institutlarida keng tarqalgan);
• Sovutgich orqali... Ko'pgina hollarda, suv (qaynab turgan yoki og'ir) bu maqsadda ishlatiladi. Ba'zida alternativ eritmalar qo'llaniladi: suyuq metall (natriy, qo'rg'oshin-vismut qotishmasi, simob), gaz (geliy, karbonat angidrid yoki azot), eritilgan tuz (ftorli tuzlar);
• Avlodlar bo'yicha. Birinchisi, tijorat ma'nosiga ega bo'lmagan dastlabki prototiplar. Ikkinchisi - 1996 yildan oldin qurilgan, hozirda ishlatilayotgan atom elektr stantsiyalarining aksariyati. Uchinchi avlod avvalgisidan ozgina yaxshilanishlar bilan farq qiladi. To'rtinchi avlod ustida ishlash hali ham davom etmoqda;
• Yig'ilish holati bo'yicha yoqilg'i (gaz hali ham faqat qog'ozda mavjud);
• Foydalanish maqsadi bo'yicha(elektr energiyasini ishlab chiqarish, dvigatelni ishga tushirish, vodorod ishlab chiqarish, tuzsizlantirish, elementlarni almashtirish, neyron nurlanishini olish, nazariy va tergov maqsadida).

Atom reaktori qurilmasi

Ko'pgina elektr stantsiyalaridagi reaktorlarning asosiy komponentlari:

1. Yadro yoqilg'isi - energiya turbinalari uchun issiqlik hosil qilish uchun zarur bo'lgan modda (odatda kam boyitilgan uran);
2. Yadro reaktorining faol zonasi - bu erda yadroviy reaktsiya sodir bo'ladi;
3. Neytron moderatori - tez neytronlarning tezligini pasaytiradi, ularni termal neytronga aylantiradi;
4. Boshlang'ich neytron manbai - yadroviy reaktsiyaning ishonchli va barqaror boshlanishi uchun ishlatiladi;
5. Neytron absorber - yangi yoqilg'ining yuqori reaktivligini kamaytirish uchun ba'zi elektr stantsiyalarida mavjud;
6. Neytron govitzasi - yopilgandan keyin reaksiyani qayta boshlash uchun ishlatiladi;
7. Sovutish suyuqligi (tozalangan suv);
8. Nazorat tayoqchalari - uran yoki plutoniy yadrolarining parchalanish tezligini tartibga solish uchun;
9. Suv pompasi - bug 'qozoniga suv quyadi;
10. Bug 'turbinasi - bug'ning issiqlik energiyasini aylanish mexanik energiyasiga aylantiradi;
11. Sovutish minorasi - atmosferaga ortiqcha issiqlikni olib tashlash qurilmasi;
12. Radioaktiv chiqindilarni qabul qilish va saqlash tizimi;
13. Xavfsizlik tizimlari (favqulodda dizel generatorlari, favqulodda yadro sovutish moslamalari).

Oxirgi modellar qanday ishlaydi

Oxirgi 4 -avlod reaktorlari tijorat maqsadlarida foydalanishlari mumkin bo'ladi 2030 yildan oldin emas... Hozirgi vaqtda ularning ish printsipi va tuzilishi rivojlanish bosqichida. Hozirgi ma'lumotlarga ko'ra, bu modifikatsiyalar mavjud modellardan farq qiladi afzalliklari:

• Gazni tez sovutish tizimi. Sovutish vositasi sifatida geliy ishlatiladi deb taxmin qilinadi. Dizayn hujjatlariga ko'ra, shu tarzda 850 ° S haroratli reaktorlarni sovutish mumkin. Bunday yuqori haroratda ishlash uchun sizga ham o'ziga xos xom ashyo kerak bo'ladi: kompozitsion keramik materiallar va aktinidli birikmalar;
• Birlamchi sovutish suvi sifatida qo'rg'oshin yoki qo'rg'oshin-vismut qotishmasidan foydalanish mumkin. Bu materiallar neytronning yutilish tezligi past va erish nuqtasi nisbatan past;
• Bundan tashqari, eritilgan tuzlar aralashmasidan asosiy issiqlik tashuvchisi sifatida foydalanish mumkin. Shunday qilib, suvni sovutish bilan ishlaydigan zamonaviy analoglarga qaraganda yuqori haroratda ishlash mumkin bo'ladi.

Tabiatdagi tabiiy analoglar

Yadroviy reaktor jamoatchilik ongida faqat yuqori texnologiyalar mahsuli sifatida qabul qilinadi. Biroq, aslida, birinchisi qurilma tabiiy kelib chiqishi... U Markaziy Afrikaning Gabon shtatining Oklo hududida topilgan:

• Reaktor uran jinslarining er osti suvlari bilan to'lib toshishi natijasida paydo bo'lgan. Ular neytron moderatorlari vazifasini bajargan;
• Uranning parchalanishi paytida chiqarilgan issiqlik energiyasi suvni bug'ga aylantiradi va zanjirli reaktsiya to'xtaydi;
• Sovutish suvi harorati tushganidan keyin hamma narsa yana takrorlanadi;
• Agar suyuqlik qaynab ketmasa va reaktsiya jarayonini to'xtatmasa, insoniyat yangi tabiiy ofatga duch kelardi;
• Bu reaktorda yadrolarning o'z-o'zidan bo'linishi taxminan bir yarim milliard yil oldin boshlangan. Bu vaqt ichida taxminan 0,1 million vatt quvvat ishlab chiqarildi;
• Er yuzidagi dunyoning bunday mo''jizasi ma'lum. Yangilarining paydo bo'lishi mumkin emas: uran-235 ning tabiiy xom ashyodagi ulushi zanjirli reaktsiyani ushlab turish uchun zarur darajadan ancha past.

Janubiy Koreyada nechta yadroviy reaktor bor?

Tabiiy resurslar kambag'al, lekin sanoatlashgan va aholisi ko'p bo'lgan Koreya Respublikasi energiyaga juda muhtoj. Germaniyaning tinch atomdan voz kechishi fonida bu mamlakat yadroviy texnologiyani jilovlashga katta umid qilmoqda:

• 2035 yilga borib AESda ishlab chiqariladigan elektr energiyasining ulushi 60%ga, ishlab chiqarishning umumiy hajmi esa 40 gigavattdan oshadi;
• Mamlakatda atom qurollari yo'q, ammo yadro fizikasi bo'yicha tadqiqotlar davom etmoqda. Koreyalik olimlar zamonaviy reaktorlar uchun loyihalar ishlab chiqdilar: modulli, vodorodli, suyuq metalli va boshqalar;
• Mahalliy tadqiqotchilarning muvaffaqiyati texnologiyani chet elga sotishga imkon beradi. Mamlakat yaqin 15-20 yil ichida 80 ta bunday birlikni eksport qilishi kutilmoqda;
• Ammo bugungi kunga kelib, atom elektr stantsiyasining katta qismi amerikalik yoki frantsuz olimlari yordamida qurilgan;
• Ishlayotgan zavodlar soni nisbatan kichik (atigi to'rttasi), lekin ularning har birida ko'p sonli reaktorlar bor - jami 40 ta va bu ko'rsatkich o'sib boradi.

Neytronlar bilan bombardimon qilinganida, yadro yoqilg'isi zanjirli reaktsiyaga kiradi, natijada juda katta issiqlik hosil bo'ladi. Tizimdagi suv bu issiqlikni oladi va bug'ga aylanadi, bu esa elektr energiyasini ishlab chiqaruvchi turbinalarni aylantiradi. Bu erda Yerdagi eng kuchli energiya manbai bo'lgan yadroviy reaktor ishining oddiy diagrammasi.

Video: yadroviy reaktorlar qanday ishlaydi

Bu videoda yadro fizigi Vladimir Chaykin sizga yadroviy reaktorlarda elektr energiyasi qanday ishlab chiqarilishini, ularning batafsil tuzilishini aytib beradi:

Qurilma va ishlash printsipi

Energiya chiqarish mexanizmi

Moddaning o'zgarishi, agar moddaning energiya zaxirasiga ega bo'lsa, erkin energiyaning chiqishi bilan birga keladi. Ikkinchisi, moddaning mikro zarrachalari, boshqa mumkin bo'lgan holatga qaraganda, dam olish energiyasiga ega bo'lgan holatda bo'lishini anglatadi. O'z -o'zidan o'tishga har doim energiya to'sig'i to'sqinlik qiladi, uni bartaraf etish uchun mikro zarracha tashqaridan ma'lum miqdorda energiya - qo'zg'alish energiyasini olishi kerak. Ekzoenergetik reaktsiya shundaki, qo'zg'alishdan keyingi o'zgarishlarda jarayonni qo'zg'atish uchun kerak bo'lgandan ko'ra ko'proq energiya chiqariladi. Energiya to'sig'ini yengishning ikki yo'li bor: to'qnashadigan zarrachalarning kinetik energiyasi tufayli yoki birlashtiruvchi zarrachaning bog'lanish energiyasi hisobiga.

Agar biz energiya chiqarilishining makroskopik shkalalarini yodda tutsak, u holda reaktsiyalar qo'zg'alishi uchun zarur bo'lgan kinetik energiya moddaning zarrachalarining hammasiga yoki birinchi navbatda kamida bir qismiga ega bo'lishi kerak. Bunga faqat muhit harorati issiqlik harakatining energiyasi energiya chegarasi qiymatiga yaqinlashib, jarayonning borishini cheklaydigan qiymatga ko'tarilganda erishiladi. Molekulyar transformatsiyalarda, ya'ni kimyoviy reaktsiyalarda, bunday o'sish odatda yuzlab kelvinga to'g'ri keladi, yadroviy reaktsiyalarda esa, qulon yadrolari Kulon to'siqlarining juda balandligi tufayli kamida 10 7 bo'ladi. Yadroviy reaktsiyalarning termal qo'zg'alishi amalda faqat eng engil yadrolar sintezida amalga oshiriladi, ular uchun Kulon to'siqlari minimal (termoyadroviy termoyadroviy).

Zarrachalarni biriktirish orqali qo'zg'alish katta kinetik energiyani talab qilmaydi va shuning uchun muhitning haroratiga bog'liq emas, chunki bu tortishish kuchlari zarralariga xos bo'lmagan ishlatilmagan bog'lanishlar tufayli sodir bo'ladi. Ammo boshqa tomondan, reaktsiyalarni qo'zg'atish uchun zarrachalarning o'zi kerak. Agar biz yana reaktsiyaning alohida harakatini emas, balki makroskopik miqyosda energiya ishlab chiqarishni nazarda tutsak, bu faqat zanjirli reaktsiya sodir bo'lganda mumkin bo'ladi. Ikkinchisi, reaktsiyani qo'zg'atadigan zarrachalar ekzoenergetik reaktsiya mahsuloti sifatida qayta paydo bo'lganda paydo bo'ladi.

Dizayn

Har qanday yadroviy reaktor quyidagi qismlardan iborat:

• Yadro yoqilg'isi va moderator bilan yadro;
• Yadro atrofidagi neytronli reflektor;
• Zanjirli reaktsiyalarni boshqarish tizimi, shu jumladan favqulodda vaziyatlardan himoya qilish;
• Radiatsiyadan himoya qilish;
• Masofadan boshqarish tizimi.

Ishning jismoniy printsiplari

Shuningdek, asosiy maqolalarni ko'ring:

Yadro reaktorining hozirgi holatini neytronlarni ko'paytirishning samarali omili bilan tavsiflash mumkin k yoki reaktivlik ρ , ular quyidagi munosabatlar bilan bog'liq:

Bu qiymatlar quyidagi qiymatlar bilan tavsiflanadi:

• k> 1 - zanjirli reaktsiya vaqt o'tishi bilan o'sadi, reaktor ichkarida o'ta tanqidiy holati, uning reaktivligi ρ > 0;
• k < 1 - реакция затухает, реактор - tanqidiy, ρ < 0;
• k = 1, ρ = 0 - yadroviy chiqindilar soni doimiy, reaktor barqaror tanqidiy shart.

Yadro reaktorining kritikligi sharti:

Ko'paytirish omilining birlikka aylanishiga neytronlarning ko'payishini ularning yo'qotilishi bilan muvozanatlash orqali erishiladi. Yo'qotishning ikkita sababi bor: bo'linishsiz tutish va ko'payish muhitidan tashqarida neytronlarning oqishi.

Shubhasiz, 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.

termal reaktorlar uchun k 0 "4 omilning formulasi" bilan aniqlanishi mumkin:

• - ikkita yutilish uchun neytron rentabelligi.

Zamonaviy quvvatli reaktorlarning hajmi yuzlab m³ ga yetishi mumkin va ular asosan kritik sharoitlar bilan emas, balki issiqlik chiqarish qobiliyatlari bilan belgilanadi.

Tanqidiy hajm yadroviy reaktor - kritik holatdagi reaktor yadrosining hajmi. Muhim massa- kritik holatda bo'lgan reaktorning bo'linadigan materialining massasi.

Eng kam massa neytronlarning suv reflektorli sof bo'linadigan izotoplar tuzlarining suvli eritmalari yoqilg'i bo'lib xizmat qiladigan reaktorlarga ega. 235 U uchun bu massa 0,8 kg, 239 Pu uchun 0,5 kg. Ma'lumki, berilyum oksidi reflektorli LOPO (dunyodagi birinchi boyitilgan uran reaktori) reaktorining kritik massasi 2365 ta izotopning boyitilishi atigi 14%dan ozroq bo'lishiga qaramay, 0,565 kg ni tashkil qilgan. Nazariy jihatdan, u eng kichik tanqidiy massaga ega, buning uchun bu qiymat atigi 10 g.

Neytron oqishini kamaytirish uchun yadroga sharsimon yoki deyarli sharsimon shakl beriladi, masalan, qisqa tsilindr yoki kub, chunki bu raqamlar yuzasi va hajmiga eng kichik maydonga ega.

(E - 1) qiymati odatda kichik bo'lishiga qaramay, tez neytronlarni ko'paytirish roli juda katta, chunki yirik yadroviy reaktorlar uchun (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Zanjirli reaktsiyaning boshlanishi uchun uran yadrolarining o'z -o'zidan bo'linishi paytida odatda etarli darajada neytron ishlab chiqariladi. Reaktorni ishga tushirish uchun tashqi neytron manbasidan foydalanish mumkin, masalan, va boshqa moddalar aralashmasi.

Yod qudug'i

Yod qudug'i - yadroviy reaktorning yopilishidan keyingi holati, qisqa muddatli ksenon izotopining to'planishi bilan tavsiflanadi. Bu jarayon muhim salbiy reaktivlikning vaqtinchalik ko'rinishiga olib keladi, bu esa, o'z navbatida, reaktorni ma'lum vaqt ichida (taxminan 1-2 kun) loyihaviy quvvatiga keltirishni imkonsiz qiladi.

Tasniflash

Uchrashuv bo'yicha

Yadro reaktorlari ishlatilish tabiatiga ko'ra quyidagilarga bo'linadi.

• Quvvat reaktorlari, elektr energetikasida ishlatiladigan elektr va issiqlik energiyasini ishlab chiqarish uchun, shuningdek dengiz suvini tuzsizlantirish uchun mo'ljallangan (tuzsizlantirish reaktorlari ham sanoat deb tasniflanadi). Bunday reaktorlar asosan atom elektr stantsiyalarida ishlatiladi. Zamonaviy quvvatli reaktorlarning issiqlik quvvati 5 GVtga etadi. Alohida guruh ajratiladi:
  • Transport reaktorlari avtomobil dvigatellarini energiya bilan ta'minlash uchun mo'ljallangan. Qo'llaniladigan eng keng guruhlar - suv osti kemalarida va turli sirt kemalarida ishlatiladigan dengiz transporti reaktorlari, shuningdek, kosmik texnologiyalarda ishlatiladigan reaktorlar.
• Tajribali reaktorlar har xil fizik miqdorlarni o'rganish uchun mo'ljallangan, ularning qiymati yadroviy reaktorlarni loyihalash va ishlatish uchun zarur; bunday reaktorlarning quvvati bir necha kVt dan oshmaydi.
• Tadqiqot reaktorlari yadroda hosil bo'lgan neytronlar va gamma -kvantlar oqimi yadro fizikasi, qattiq jismlar fizikasi, radiatsion kimyo, biologiya sohasidagi tadqiqotlar uchun, neytron oqimlarida (shu jumladan yadro reaktorlari qismlarida) ishlash uchun mo'ljallangan materiallarni sinash uchun ishlatiladi. , izotoplar ishlab chiqarish uchun. Tadqiqot reaktorlarining quvvati 100 MVt dan oshmaydi. Chiqarilgan energiya odatda ishlatilmaydi.
• Sanoat (qurol, izotop) reaktorlari turli sohalarda ishlatiladigan izotoplarni ishlab chiqarishda ishlatiladi. 239 Pu kabi yadroviy qurol ishlab chiqarish uchun eng ko'p ishlatiladi. Sanoat reaktorlariga dengiz suvini tuzsizlantirish uchun ishlatiladigan reaktorlar ham kiradi.

Reaktorlar ko'pincha ikki yoki undan ortiq turli muammolarni hal qilish uchun ishlatiladi, bu holda ular deyiladi ko'p maqsadli... Misol uchun, ba'zi energiya reaktorlari, ayniqsa, atom energiyasining boshlanishida, asosan tajribalar uchun mo'ljallangan edi. Tez reaktorlar ham energetik, ham izotoplarni ishlab chiqarishi mumkin. Sanoat reaktorlari, asosiy vazifalaridan tashqari, ko'pincha elektr va issiqlik energiyasini ishlab chiqaradi.

Neytron spektri bo'yicha

• Termal (sekin) neytronli reaktor ("termal reaktor")
• Tez reaktor ("tez reaktor")

Yoqilg'i joylashtirish orqali

• Geterogen reaktorlar, bu erda yoqilg'i yadroga bloklar shaklida diskret joylashtiriladi, ular orasida moderator bor;
• Yoqilg'i va moderator bir hil aralashma bo'lgan bir hil reaktorlar (bir hil tizim).

Geterogen reaktorda yonilg'i va moderatorni fazoviy ajratish mumkin, xususan, kavitli reaktorda, moderator-reflektor moderator bo'lmagan yonilg'i bilan bo'shliqni o'rab oladi. Yadro-fizik nuqtai nazardan, bir xillik / heterojenlik mezoni dizayn emas, balki yonilg'i bloklarini neytron moderatsiyasining uzunligidan oshgan masofada joylashgan moderatorda joylashtirishdir. Shunday qilib, "qattiq tarmoq" deb nomlangan reaktorlar bir hil hisoblanadi, garchi ulardagi yoqilg'i odatda moderatordan ajratiladi.

Bir xil bo'lmagan reaktordagi yadroviy yoqilg'i bloklari yonilg'i yig'indilari (FA) deb ataladi, ular yadroda oddiy panjara tugunlarida joylashgan. hujayra.

Yoqilg'i turi bo'yicha

• uran izotoplari 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
• 239 (239 Pu) plutoniy izotopi, shuningdek 238-242 Pu izotoplari 238 U (MOX yoqilg'isi) aralashmasi ko'rinishida
• toriy izotopi 232 (232 Th) (233 U ga aylantirish orqali)

Boyitish darajasi bo'yicha:

• tabiiy uran
• yomon boyitilgan uran
• yuqori darajada boyitilgan uran

Kimyoviy tarkibi bo'yicha:

• metall U
• UC (uran karbid) va boshqalar.

Sovutgich turi bo'yicha

• Gaz, (Qarang: Grafit-gaz reaktori)
• D 2 O (og'ir suv, qarang: og'ir suv yadro reaktori, CANDU)

Moderatorning tabiati bo'yicha

• C (grafit, qarang: Grafit-gaz reaktori, Grafit-suv reaktori)
• H 2 O (suv, qarang: engil suv reaktori, suv boshqariladigan reaktor, VVER)
• D 2 O (og'ir suv, qarang: og'ir suv yadro reaktori, CANDU)
• Metall gidridlar
• Moderatorsiz (qarang: Tez reaktor)

Dizayn bo'yicha

Bug 'hosil qilish yo'li bilan

• Tashqi bug 'generatorli reaktor (Qarang: Bosimli suv reaktori, VVER)

IAEA tasnifi

• PWR (bosimli suv reaktorlari) - bosimli suv reaktori;
• BWR (qaynoq suv reaktori) - qaynoq suv reaktori;
• FBR (tez ishlab chiqaruvchi reaktor) - tez ishlab chiqaruvchi reaktor;
• GCR (gaz bilan sovutilgan reaktor)-gaz bilan sovutilgan reaktor;
• LWGR (engil suvli grafitli reaktor) - grafit -suv reaktori
• PHWR (bosimli og'ir suv reaktori) - og'ir suv reaktori

Dunyoda eng keng tarqalgani bosimli suv (taxminan 62%) va qaynab turgan (20%) reaktorlardir.

Reaktor materiallari

Reaktorlarni qurish uchun ishlatiladigan materiallar neytronlar, g-kvantlar va bo'linish bo'laklari sohasida yuqori haroratda ishlaydi. Shuning uchun, texnologiyaning boshqa tarmoqlarida ishlatiladigan barcha materiallar reaktor qurilishi uchun mos emas. Reaktor materiallarini tanlashda ularning nurlanish qarshiligi, kimyoviy inertligi, yutilish kesimi va boshqa xossalari hisobga olinadi.

Materiallarning radiatsion beqarorligi yuqori haroratda kamroq ta'sir qiladi. Atomlarning harakatchanligi shunchalik kuchayadiki, kristall panjaradan chiqarilgan atomlarning o'z joylariga qaytishi yoki vodorod va kislorodning suv molekulasiga rekombinatsiyasi ehtimoli sezilarli darajada oshadi. Shunday qilib, qaynab ketmaydigan quvvatli reaktorlarda (masalan, VVER) suvning radiolizi ahamiyatsiz, kuchli tadqiqot reaktorlarida esa portlovchi aralashmaning katta qismi ajralib chiqadi. Reaktorlarda uni yoqish uchun maxsus tizimlar mavjud.

Reaktor materiallari bir -biri bilan aloqada bo'ladi (yonilg'i elementi sovutuvchi va yadroli yoqilg'i bilan qoplangan, sovutuvchi va moderatorli yonilg'i kassetalari va boshqalar). Tabiiyki, aloqa qiluvchi materiallar kimyoviy jihatdan inert (mos) bo'lishi kerak. Mos kelmaslikka misol - kimyoviy reaktsiyaga kiradigan uran va issiq suv.

Ko'pgina materiallar uchun harorat oshishi bilan mustahkamlik xususiyatlari keskin yomonlashadi. Quvvat reaktorlarida konstruktiv materiallar yuqori haroratda ishlaydi. Bu qurilish materiallarini tanlashni cheklaydi, ayniqsa kuchli reaktorning yuqori bosimga bardosh beradigan qismlari uchun.

Yadro yoqilg'isining yonishi va ko'payishi

Yadro reaktori ishlayotganda, yoqilg'ida bo'linish bo'laklari to'planishi tufayli uning izotopik va kimyoviy tarkibi o'zgaradi va transuranik elementlar, asosan izotoplar hosil bo'ladi. Parchalanish qismlarining yadroviy reaktorning reaktivligiga ta'siri deyiladi zaharlanish(radioaktiv qoldiqlar uchun) va slagging(barqaror izotoplar uchun).

Reaktorning zaharlanishining asosiy sababi neytronning yutilish kesimi eng katta bo'lgan (2,6 · 10 6 ombor). Yarimparchalanish davri 135 Xe T 1/2 = 9,2 soat; bo'linish rentabelligi 6-7%ni tashkil qiladi. 135 Xe ning asosiy qismi parchalanish natijasida hosil bo'lgan ( T 1/2 = 6,8 soat). Zaharlanishda Keff 1-3%ga o'zgaradi. 135 Xe ning katta yutilish kesimi va 135 oraliq izotopining mavjudligi ikkita muhim hodisaga olib keladi:

1. 135 Xe kontsentratsiyasining oshishiga va shuning uchun reaktorning yopilishidan yoki quvvatining pasayishidan keyin reaktivligining pasayishiga ("yod qudug'i"), bu esa ishlab chiqarishning qisqa muddatli to'xtashlari va tebranishlarini imkonsiz qiladi. kuch Bu ta'sir regulyatorlarga reaktivlik chegarasini kiritish orqali bartaraf qilinadi. Yod qudug'ining chuqurligi va davomiyligi F neytron oqimiga bog'liq: F = 5 · 10 18 neytron / (sm² · sek) da, yod qudug'ining davomiyligi ˜30 soat, chuqurligi esa 2 barobar katta. 135 Xe zaharlanishi natijasida Keffda statsionar o'zgarish.
2. Zaharlanish natijasida neytron oqimining fazoviy-vaqtinchalik tebranishlari va natijada reaktorning kuchi paydo bo'lishi mumkin. Bu tebranishlar F> 10 18 neytron / (sm² · sek) va katta reaktor o'lchamlarida sodir bo'ladi. Dalgalanish davrlari ~ 10 soat.

Yadrolarning bo'linishi bo'linadigan izotopning yutilish kesimidan farqli o'laroq, yutilish kesimida farq qiladigan ko'p sonli barqaror bo'laklarni hosil qiladi. Katta assimilyatsiya kesimli bo'laklarning konsentratsiyasi reaktor ishining dastlabki kunlarida to'yinganlikka etadi. Bu asosan turli "yoshdagi" yoqilg'i elementlari.

Yoqilg'i to'liq almashtirilganda, reaktor ortiqcha reaktivlikka ega, uni kompensatsiya qilish kerak, ikkinchi holatda kompensatsiya faqat reaktorning birinchi ishga tushishida talab qilinadi. Doimiy yonilg'i quyish yonish chuqurligini oshirishga imkon beradi, chunki reaktorning reaktivligi bo'linadigan izotoplarning o'rtacha kontsentratsiyasi bilan belgilanadi.

Yuklangan yoqilg'ining massasi bo'shatilgan yoqilg'ining massasidan oshib ketadi, bu energiyaning "og'irligi" tufayli. Reaktorni to'xtatgandan so'ng, birinchi navbatda, kechiktirilgan neytronlarning bo'linishi, so'ngra 1-2 daqiqadan so'ng, parchalanish bo'laklari va transuranik elementlarning b- va p-nurlanishi tufayli yoqilg'ida energiya ajralishi davom etadi. Agar reaktor yopilgunga qadar etarlicha uzoq ishlagan bo'lsa, u holda o'chirilgandan 2 minut o'tgach, energiyaning chiqishi taxminan 3%ni tashkil qiladi, 1 soatdan keyin - 1%, kundan keyin - 0,4%, bir yildan keyin - 0,05%. kuch

Yadro reaktorida hosil bo'ladigan Pu izotoplari sonining yonib ketgan 235 U miqdoriga nisbati deyiladi konversiya darajasi K. K. KK qiymati boyitish va yonishning kamayishi bilan ortadi. Tabiiy urandan foydalanadigan og'ir suvli reaktor uchun 10 GVt quvvatga ega boshlang'ich plutoniy koeffitsienti) K K = 0,8. Agar yadroviy reaktor yonib ketsa va o'sha izotoplarni ishlab chiqarsa (ko'paytiruvchi reaktor), unda ko'payish tezligining yonish tezligiga nisbati deyiladi. ko'payish tezligi K V. Termal reaktorlarda 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 o'sib bormoqda va lekin tushadi.

Yadro reaktorlarini boshqarish

Yadro reaktorini boshqarish faqat bo'linish paytida neytronlarning bir qismi bir necha millisekunddan bir necha daqiqagacha kechikish bilan parchalanib chiqqani tufayli mumkin.

Reaktorni boshqarish uchun neytronlarni (asosan, boshqalarini) va / yoki sovutish suviga ma'lum kontsentratsiyada qo'shilgan bor kislotasi eritmasini kuchli singdiruvchi materiallardan yasalgan yadroga singdiruvchi tayoqlar ishlatiladi (bor regulyatsiyasi). Chiziqlarning harakatlanishi maxsus mexanizmlar, drayvlar, operator signallari yoki neytron oqimini avtomatik tartibga solish uskunalari yordamida boshqariladi.

Har xil favqulodda holatlarda, har bir reaktor zanjir reaktsiyasini favqulodda to'xtatilishini ta'minlaydi, bu barcha yutuvchi tayoqlarni yadroga tushirish orqali amalga oshiriladi - favqulodda vaziyatlardan himoya qilish tizimi.

Qoldiq issiqlik hosil bo'lishi

Yadro xavfsizligi bilan bevosita bog'liq bo'lgan muhim masala - qoldiq issiqlik. Bu yadro yoqilg'isining o'ziga xos xususiyati, chunki bo'linish zanjiri reaktsiyasi va har qanday energiya manbai uchun odatiy bo'lgan issiqlik inersiyasi tugagandan so'ng, reaktorda issiqlik ajralib chiqishi uzoq vaqt davom etadi. bir qator texnik murakkab muammolarni yaratadi.

Qoldiq issiqlik chiqarilishi- bu reaktor ishlayotganda yoqilg'ida to'plangan parchalanish mahsulotlarining b- va g- parchalanishining natijasidir. Parchalanish natijasida bo'linish mahsulotlarining yadrolari ancha energiya ajralishi bilan ancha barqaror yoki to'liq barqaror holatga o'tadi.

Qolgan issiqlik chiqarish quvvati statsionar qiymatlar bilan taqqoslaganda juda kichik qiymatlarga tez kamaysa -da, kuchli quvvat reaktorlarida bu mutlaq ma'noda muhim ahamiyatga ega. Shu sababli, qoldiq issiqlik chiqarish reaktor yadrosi yopilgandan keyin issiqlik chiqarilishini uzoq vaqt ta'minlash zarurligini keltirib chiqaradi. Bu vazifa reaktor zavodining dizaynida ishonchli quvvat manbai bo'lgan sovutish tizimlarining mavjudligini talab qiladi, shuningdek, ishlatilgan yadro yoqilg'isini maxsus harorat rejimiga ega omborlarda uzoq muddatli (3-4 yil) saqlashni talab qiladi. , ular odatda reaktor yaqinida joylashgan.

Shuningdek qarang

• Sovet Ittifoqida ishlab chiqilgan va qurilgan yadroviy reaktorlar ro'yxati

Adabiyot

• V.E. Levin Yadro fizikasi va yadro reaktorlari. 4 -nashr. - M.: Atomizdat, 1979 yil.
• Shukolyukov A. Yu. "Uran. Tabiiy yadroviy reaktor ". "Kimyo va hayot", 6 -son, 1980, p. 20-24

Eslatmalar (tahrir)

1. ZEEP - Kanadadagi birinchi yadroviy reaktor, Kanada fan va texnologiya muzeyi.
2. Greshilov A.A., Egupov N.D., Matushchenko A.M. Yadro qalqoni. - M.: Logolar, 2008.- 438 b. -

Oldinga orqaga

Diqqat! Slaydlarni oldindan ko'rish faqat ma'lumot berish uchun mo'ljallangan va barcha taqdimot variantlarini ko'rsatmasligi mumkin. Agar siz ushbu asarga qiziqsangiz, to'liq versiyasini yuklab oling.

Dars maqsadi:

• Ta'lim: mavjud bilimlarni yangilash; tushunchalarni shakllantirishni davom ettiring: uran yadrolarining bo'linishi, yadro zanjir reaktsiyasi, uning o'tishi shartlari, kritik massa; yangi tushunchalarni kiritish: yadroviy reaktor, yadroviy reaktorning asosiy elementlari, yadroviy reaktorning konstruktsiyasi va uning ishlash printsipi, yadroviy reaktsiyani boshqarish, yadroviy reaktorlarning tasnifi va ulardan foydalanish;
• Rivojlanmoqda: kuzatish va xulosa chiqarish ko'nikmalarini shakllantirishni davom ettirish, shuningdek o'quvchilarning intellektual qobiliyatlari va qiziquvchanligini rivojlantirish;
• Ta'lim: eksperimental fan sifatida fizikaga bo'lgan munosabatni shakllantirishni davom ettirish; ishga vijdonan munosabatni, intizomni, bilimga ijobiy munosabatni tarbiyalash.

Dars turi: yangi materialni o'rganish.

Uskunalar: multimediya o'rnatish.

Darslar davomida

1. Tashkiliy moment.

Yigitlar! Bugun darsda biz uran yadrolarining bo'linishini, yadro zanjiri reaktsiyasini, uning o'tishi shartlarini, kritik massani takrorlaymiz, yadroviy reaktor nima ekanligini, yadroviy reaktorning asosiy elementlari, yadro dizaynini o'rganamiz. reaktor va uning ishlash printsipi, yadroviy reaktsiyani boshqarish, yadroviy reaktorlarning tasnifi va ulardan foydalanish.

2. O'rganilgan materialni tekshirish.

1. Uran yadrolarining bo'linish mexanizmi.
2. Yadroviy zanjirli reaktsiya mexanizmi haqida gapirib bering.
3. Uran yadrosining yadro bo'linish reaktsiyasiga misol keltiring.
4. Kritik massa nima deyiladi?
5. Agar uranda massasi kritikdan kichik, kritikdan katta bo'lsa, zanjir reaktsiyasi qanday kechadi?
6. Uran 295 ning kritik massasi nima, kritik massani kamaytirish mumkinmi?
7. Yadro zanjirining reaktsiyasini qanday o'zgartirish mumkin?
8. Tez neytronlarni sekinlashtirishdan maqsad nima?
9. Moderator sifatida qanday moddalar ishlatiladi?
10. Qaysi omillar uran bo'lagidagi erkin neytronlar sonini ko'paytirishi va shu bilan unda reaktsiya bo'lishini ta'minlashi mumkin?

3. Yangi materialni tushuntirish.

Bolalar, bu savolga javob bering: har qanday atom elektr stantsiyasining asosiy qismi nima? ( yadroviy reaktor)

Barakalla. Shunday qilib, bolalar, endi bu mavzuga batafsil to'xtalib o'tamiz.

Tarixiy ma'lumotnoma.

Igor Vasilevich Kurchatov - taniqli sovet fizigi, akademik, 1943 yildan 1960 yilgacha Atom energiyasi institutining asoschisi va birinchi direktori, SSSR atom muammosining bosh ilmiy rahbari, atom energiyasidan tinch maqsadlarda foydalanish asoschilaridan biri. maqsadlar. SSSR Fanlar akademiyasi akademigi (1943). Birinchi Sovet atom bombasining sinovlari 1949 yilda o'tkazilgan. To'rt yil o'tib, dunyodagi birinchi vodorod bombasi muvaffaqiyatli sinovdan o'tkazildi. Va 1949 yilda Igor Vasilevich Kurchatov atom elektr stantsiyasi loyihasi ustida ish boshladi. Atom elektr stantsiyasi - atom energiyasidan tinch maqsadlarda foydalanish byulleteni. Loyiha muvaffaqiyatli yakunlandi: 1954 yil 27 iyulda bizning atom elektr stantsiyamiz dunyoda birinchi bo'ldi! Kurchatov quvnoq va boladek quvnoq edi!

Yadro reaktorining ta'rifi.

Yadro reaktori - bu ba'zi og'ir yadrolarning bo'linishining boshqariladigan zanjirli reaktsiyasi o'tkaziladigan va saqlanadigan qurilma.

Birinchi atom reaktori 1942 yilda AQShda E. Fermi boshchiligida qurilgan. Mamlakatimizda birinchi reaktor 1946 yilda I.V.Kurchatov boshchiligida qurilgan.

Yadro reaktorining asosiy elementlari:

• yadroviy yoqilg'i (uran 235, uran 238, plutoniy 239);
• neytron moderatori (og'ir suv, grafit va boshqalar);
• reaktor (suv, suyuq natriy va boshqalar) ishlayotganda hosil bo'ladigan energiya chiqishi uchun sovutish suvi;
• Boshqarish tayoqchalari (bor, kadmiy) - yuqori darajada yutuvchi neytronlar
• Radiatsiyani kechiktiruvchi himoya qobig'i (temir bilan to'ldirilgan beton).

Ishlash printsipi yadroviy reaktor

Yadro yoqilg'isi yadroda yonilg'i elementlari (yonilg'i tayoqchalari) deb nomlangan vertikal tayoqlar shaklida joylashgan. Yoqilg'i tayoqchalari reaktor quvvatini boshqarishga mo'ljallangan.

Har bir yonilg'i tayog'ining massasi kritik bo'lganidan ancha past, shuning uchun bitta tayoqda zanjirli reaktsiya bo'lmaydi. Uranning barcha tayoqchalari yadroga botirilgandan keyin boshlanadi.

Yadro neytronlarni aks ettiruvchi material qatlami (reflektor) va neytron va boshqa zarralarni ushlab turadigan betondan yasalgan himoya qobig'i bilan o'ralgan.

Yoqilg'i xujayralaridan issiqlikni olib tashlash. Issiqlik tashuvchisi - suv 300 ° S ga qadar qizdirilgan tayoqni yuvadi, issiqlik almashtirgichlarga kiradi.

Issiqlik almashtirgichning roli shundaki, 300 ° C gacha qizdirilgan suv oddiy suvga issiqlik beradi, bug'ga aylanadi.

Yadro reaktsiyasini boshqarish

Reaktor kadmiy yoki bor o'z ichiga olgan tayoqlar yordamida boshqariladi. K> 1 reaktor yadrosidan cho'zilgan tayoqlar bilan va to'liq tortilgan holda - K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Sekin neytronli reaktor.

Uran-235 yadrolarining eng samarali bo'linishi sekin neytronlar ta'sirida sodir bo'ladi. Bunday reaktorlar sekin neytronli reaktorlar deb ataladi. Parchalanish reaktsiyasi natijasida hosil bo'lgan ikkilamchi neytronlar tezdir. Uran -235 yadrolari bilan zanjirli reaktsiya natijasida ularning o'zaro ta'siri yanada samaraliroq bo'lishi uchun ular yadroga moderator - neytronlarning kinetik energiyasini kamaytiruvchi moddani kiritish orqali sekinlashadi.

Tez neytronli reaktor.

Tez reaktorlar tabiiy uranda ishlay olmaydi. Reaktsiya faqat 15% uran izotopini o'z ichiga olgan boyitilgan aralashmada saqlanishi mumkin. Tez reaktorlarning afzalligi shundaki, ular katta miqdordagi plutoniy ishlab chiqaradi va keyinchalik yadro yoqilg'isi sifatida ishlatilishi mumkin.

Bir hil va bir xil bo'lmagan reaktorlar.

Yadro reaktorlari, yonilg'i va moderatorning nisbiy joylashishiga qarab, bir hil va heterojenga bo'linadi. Bir hil reaktorda yadro - bu eritma, aralashma yoki eritma ko'rinishidagi yoqilg'i, moderator va sovutish suvining bir hil massasi. Reaktor heterojen deb ataladi, unda blok yoki yonilg'i yig'indisi shaklidagi yoqilg'i moderatorga joylashtiriladi va unda muntazam geometrik panjara hosil bo'ladi.

Atom yadrolarining ichki energiyasini elektr energiyasiga aylantirish.

Yadroviy reaktor - atom elektr stantsiyasining (AES) asosiy elementi bo'lib, u issiqlik yadro energiyasini elektr energiyasiga aylantiradi. Energiya konvertatsiyasi quyidagi sxema bo'yicha amalga oshiriladi:

• uran yadrolarining ichki energiyasi
• neytron va yadro parchalarining kinetik energiyasi
• Suvning ichki energiyasi
• bug'ning ichki energiyasi -
• bug'ning kinetik energiyasi -
• turbinli rotor va generator rotorining kinetik energiyasi -
• Elektr energiyasi.

Yadro reaktorlaridan foydalanish.

Maqsadiga qarab, yadroviy reaktorlar kuch, konvertor va selektsioner, tadqiqot va ko'p maqsadli, transport va sanoatdir.

Atom elektr reaktorlari atom elektr stantsiyalarida, kema elektr stantsiyalarida, atom elektr stantsiyalarida va atom elektr stantsiyalarida elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Tabiiy uran va toriydan ikkilamchi yadro yoqilg'isini ishlab chiqarishga mo'ljallangan reaktorlar konvertor yoki selektsioner deb ataladi. Reaktor-konverterda ikkilamchi yadro yoqilg'isi dastlab iste'mol qilinganidan kamroq hosil bo'ladi.

Chorvachilik reaktorida yadroviy yoqilg'ining kengaytirilgan ko'payishi amalga oshiriladi, ya'ni. sarflanganidan ham ko'proq bo'lib chiqadi.

Tadqiqot reaktorlari neytronlarning materiya bilan o'zaro ta'siri jarayonlarini o'rganish, neytron va gamma nurlanishning intensiv sohalaridagi reaktor materiallarining xatti -harakatlarini o'rganish, biologik tadqiqotlarda radiokimyoviy, izotoplar ishlab chiqarish, yadroviy reaktorlar fizikasini eksperimental tadqiq qilish uchun ishlatiladi.

Reaktorlar har xil quvvatga ega, statsionar yoki impulsli ish. Ko'p maqsadli reaktorlar - bu energiya ishlab chiqarish va yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish kabi turli maqsadlarga xizmat qiladigan reaktorlar.

Atom elektr stantsiyalaridagi ekologik ofatlar

• 1957 yil - Buyuk Britaniyada baxtsiz hodisa
• 1966 yil - Detroyt yaqinidagi reaktor sovutilishi buzilganidan keyin yadro qisman erishi.
• 1971 yil - AQSh daryosiga juda ko'p ifloslangan suv quyildi
• 1979 yil - AQShdagi eng yirik avariya
• 1982 yil - radioaktiv bug'ning atmosferaga chiqishi
• 1983 yil - Kanadada dahshatli baxtsiz hodisa (radioaktiv suv 20 daqiqa oqdi - bir tonna)
• 1986 yil - Buyuk Britaniyada baxtsiz hodisa
• 1986 yil - Germaniyada baxtsiz hodisa
• 1986 yil - Chernobil AES
• 1988 yil - Yaponiyadagi atom elektr stantsiyasida yong'in

Zamonaviy atom elektr stantsiyalari shaxsiy kompyuterlar bilan jihozlangan, bundan oldin, hatto avariyadan keyin ham, reaktorlar ishlashni davom ettirgan, chunki avtomatik o'chirish tizimi yo'q edi.

4. Materialni mustahkamlash.

1. Yadro reaktori nima deyiladi?
2. Reaktordagi yadro yoqilg'isi nima?
3. Qaysi modda yadro reaktorida neytron moderatori vazifasini bajaradi?
4. Neytron moderatorining maqsadi nima?
5. Nazorat tayoqchalari nima uchun? Ular qanday ishlatiladi?
6. Yadro reaktorlarida sovutish suvi sifatida nima ishlatiladi?
7. Nega har bir uran tayog'ining massasi kritik massadan kam bo'lishi kerak?

5. Testning bajarilishi.

1. Uran yadrolarining bo'linishida qanday zarralar ishtirok etadi?
   A. protonlar;
   B. neytronlar;
   V. elektronlar;
   G. geliy yadrosi.
2. Uranning kritik massasi nima?
   A. zanjir reaktsiyasi mumkin bo'lgan eng yuqori;
   B. har qanday massa;
   V. - eng kichik, bunda zanjirli reaksiya mumkin;
   G. reaktsiya to'xtaydigan massa.
3. Uran 235 ning kritik massasi taxminan qancha?
   A. 9 kg;
   B. 20 kg;
   H. 50 kg;
   G. 90 kg.
4. Quyidagi moddalardan yadro reaktorlarida neytron moderatori sifatida foydalanish mumkin?
   A. grafit;
   B. kadmiyum;
   B. og'ir suv;
   G. bor.
5. Atom elektr stantsiyasida yadro zanjirli reaktsiya sodir bo'lishi uchun neytronlarning ko'payish koeffitsienti quyidagicha bo'lishi kerak.
   A. 1 ga teng;
   B. 1dan katta;
   V. 1dan kam.
6. Yadro reaktorlarida og'ir atomlarning bo'linish tezligini tartibga solish:
   A. novdalarni absorber bilan tushirganda neytronlarning yutilishi tufayli;
   B. sovutish suvi tezligining oshishi bilan issiqlik chiqarilishining oshishi hisobiga;
   B. iste'molchilarga elektr energiyasi etkazib berishni ko'paytirish orqali;
   G. yonilg'i tayoqchalarini olib tashlashda yadrodagi yadro yoqilg'isi massasini kamaytirish orqali.
7. Yadro reaktorida qanday energiya o'zgarishlari sodir bo'ladi?
   A. atom yadrolarining ichki energiyasi yorug'lik energiyasiga aylanadi;
   B. atom yadrolarining ichki energiyasi mexanik energiyaga aylanadi;
   C. atom yadrolarining ichki energiyasi elektr energiyasiga aylanadi;
   G. Javoblar orasida to'g'ri javob yo'q.
8. 1946 yilda Sovet Ittifoqida birinchi atom reaktori qurildi. Bu loyihaning rahbari kim edi?
   A. S. Korolev;
   B. I. Kurchatov;
   V. D. Saxarov;
   G. A. Proxorov.
9. Sizningcha, atom elektr stantsiyalarining ishonchliligini oshirish va tashqi muhitning ifloslanishining oldini olish uchun qaysi usul eng maqbuldir?
   A. operatorning xohishidan qat'i nazar, reaktor yadrosini avtomatik sovutishga qodir bo'lgan reaktorlarni ishlab chiqish;
   B. AES ishining savodxonligini, AES operatorlarining kasbiy tayyorgarlik darajasini oshirish;
   B. atom elektr stantsiyalarini demontaj qilish va radioaktiv chiqindilarni qayta ishlashning yuqori samarali texnologiyalarini ishlab chiqish;
   D. chuqur er osti reaktorlarining joylashuvi;
   D. atom elektr stantsiyasini qurish va ishlatishdan bosh tortish.
10. Atom elektr stantsiyasining ishlashi atrof -muhitni ifloslanishining qaysi manbalari bilan bog'liq?
    A. uran sanoati;
    B. har xil turdagi yadroviy reaktorlar;
    B. radiokimyo sanoati;
    D. radioaktiv chiqindilarni qayta ishlash va utilizatsiya qilish joylari;
    E. milliy iqtisodiyotda radionuklidlardan foydalanish;
    E. yadroviy portlashlar.

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

6. Darsning qisqacha mazmuni.

Bugun darsda nimani o'rgandingiz?

Darsda sizga nima yoqdi?

Sizda qanday savollar bor?

Darsda ishlaganingiz uchun RAHMAT!

Yadro reaktorining ishlash printsipi va dizaynini tushunish uchun siz o'tmishga qisqa ekskursiya qilishingiz kerak. Yadroviy reaktor-insoniyatning bitmas-tuganmas energiya manbai haqidagi orzusi to'liq bo'lmasa-da, ko'p asrlik timsol. Uning qadimgi "avlodi" - bu quruq shoxlardan yasalgan olov, bir paytlar uzoq ota -bobolarimiz sovuqdan najot topgan g'or qabrlarini yoritib, isitgan. Keyinchalik odamlar uglevodorodlarni - ko'mir, slanets, neft va tabiiy gazni o'zlashtirdilar.

Bo'ronli, ammo qisqa muddatli bug 'davri, undan keyin elektr energiyasining yanada hayratlanarli davri keldi. Shaharlar yorug'lik bilan to'lgan, ustaxonalar esa elektr dvigatellari tomonidan boshqariladigan shu paytgacha ko'rinmas mashinalarning shovqiniga to'ldi. Shunda taraqqiyot o'zining avj nuqtasiga yetganday tuyuldi.

Hamma narsa 19 -asrning oxirida, frantsuz kimyogari Antuan Anri Bekkerel uran tuzlari radioaktiv ekanligini tasodifan aniqlagach, o'zgardi. Ikki yil o'tgach, uning vatandoshlari Per Kuri va uning rafiqasi Mariya Sklodovska-Kuri ulardan radiy va poloniy olishdi va ularning radioaktivlik darajasi toriy va urannikidan millionlab marta yuqori edi.

Estafetani radioaktiv nurlarning tabiatini batafsil o'rgangan Ernest Rezerford oldi. Shunday qilib, sevimli bolasi - atom reaktorini dunyoga keltirgan atom davri boshlandi.

Birinchi yadroviy reaktor

"To'ng'ich" AQShdan. 1942 yil dekabrda reaktor o'zining birinchi yaratuvchisi - asrning eng buyuk fiziklaridan biri E. Fermining nomini oldi. Uch yil o'tgach, ZEEP yadroviy inshooti Kanadada jonlandi. "Bronza" 1946 yil oxirida ishga tushirilgan birinchi Sovet F-1 reaktoriga o'tdi. IV Kurchatov mahalliy yadroviy loyihaning rahbari bo'ldi. Hozirgi kunda dunyoda 400 dan ortiq atom bloklari muvaffaqiyatli ishlamoqda.

Yadro reaktorlarining turlari

Ularning asosiy maqsadi - elektr energiyasini ishlab chiqaradigan boshqariladigan yadroviy reaktsiyani qo'llab -quvvatlash. Ba'zi reaktorlar izotoplarni ishlab chiqaradi. Qisqacha aytganda, ular chuqurlikdagi ba'zi moddalar ko'p miqdorda issiqlik energiyasi ajralib chiqishi bilan boshqalarga aylanadigan qurilmalardir. Bu o'ziga xos "o'choq" bo'lib, u erda an'anaviy yoqilg'i turlarining o'rniga uran izotoplari - U -235, U -238 va plutoniy (Pu) yondiriladi.

Masalan, benzinning bir necha turiga mo'ljallangan mashinadan farqli o'laroq, har bir radioaktiv yoqilg'i turi o'ziga xos reaktor turiga to'g'ri keladi. Ulardan ikkitasi bor-sekin (U-235 bilan) va tez (U-238 va Pu bilan) neytronlar. Ko'pgina atom elektr stantsiyalarida sekin neytronli reaktorlar mavjud. Atom elektr stantsiyalaridan tashqari, tadqiqot markazlarida, atom suv osti kemalarida va boshqalarda "ishlaydi".

Reaktor qanday ishlaydi

Barcha reaktorlar taxminan bir xil sxemaga ega. Uning "yuragi" faol zonadir. Buni oddiy pechkaning olov qutisiga solishtirish mumkin. Faqat o'tin o'rniga moderatorli yonilg'i elementlari ko'rinishidagi yadroviy yoqilg'i - TVELlar mavjud. Faol zona o'ziga xos kapsül ichida joylashgan - neytronli reflektor. Yoqilg'i tayoqchalari sovutish suvi - suv bilan "yuviladi". "Yurak" radioaktivlik darajasi juda yuqori bo'lgani uchun uning atrofini ishonchli nurlanish himoyasi bilan o'ralgan.

Operatorlar ikkita muhim tizim - zanjirli reaktsiyalarni boshqarish va masofadan boshqarish tizimi yordamida zavod ishini nazorat qiladi. Agar g'ayritabiiy vaziyat yuzaga kelsa, darhol favqulodda himoya choralari ishga tushiriladi.

Reaktor qanday ishlaydi

Atom "olovi" ko'rinmas, chunki jarayonlar yadroviy bo'linish darajasida sodir bo'ladi. Zanjirli reaktsiya jarayonida og'ir yadrolar mayda bo'laklarga bo'linadi, ular qo'zg'alganda neytronlar va boshqa subatomik zarralar manbai bo'ladi. Ammo jarayon shu bilan tugamaydi. Neytronlar "bo'linishda" davom etmoqda, buning natijasida juda ko'p energiya chiqariladi, ya'ni atom elektr stantsiyalari qurilayotgani uchun nima bo'ladi.

Xodimlarning asosiy vazifasi - nazorat tayoqchalari yordamida zanjirli reaktsiyani doimiy, sozlanishi darajada ushlab turish. Bu uning yadroviy parchalanish jarayonini boshqarib bo'lmaydigan va kuchli portlash ko'rinishida tez davom etadigan atom bombasidan asosiy farqi.

Chernobil AESda nima bo'ldi

1986 yil aprelda Chernobil AESda sodir bo'lgan falokatning asosiy sabablaridan biri 4 -energetik blokda muntazam texnik xizmat ko'rsatishda xavfsizlik qoidalarini qo'pol ravishda buzilishi edi. Keyin bir vaqtning o'zida yadrodan 203 ta grafit tayoqchasi olib tashlandi, qoidalar ruxsat bergan 15 ta o'rniga. Natijada boshlangan nazoratsiz zanjirli reaktsiya issiqlik portlashi va quvvat blokining to'liq vayron bo'lishi bilan yakunlandi.

Yangi avlod reaktorlari

So'nggi o'n yil ichida Rossiya atom elektr energetikasi sohasida etakchilardan biriga aylandi. Hozirgi vaqtda "Rosatom" davlat korporatsiyasi 12 ta mamlakatda atom elektr stantsiyalarini qurmoqda, bu erda 34 ta energiya bloklari qurilmoqda. Bunday yuqori talab zamonaviy rus yadroviy texnologiyalarining yuqori darajasidan dalolat beradi. Keyingi qatorda yangi 4 -avlod reaktorlari turibdi.

"Brest"

Ulardan biri Brest bo'lib, u Breakthrough loyihasi doirasida ishlab chiqilmoqda. Hozirgi ochiq tsiklli tizimlar past boyitilgan uranda ishlaydi va katta miqdordagi sarflangan yoqilg'ini utilizatsiya qiladi, bu esa qimmatga tushadi. "Brest" - tez neytronli reaktor, o'ziga xos yopiq tsikl.

Unda ishlatilgan yoqilg'i, tez neytronli reaktorda qayta ishlanganidan so'ng, yana o'sha o'rnatishga qaytariladigan to'liq yoqilg'iga aylanadi.

Brest yuqori darajadagi xavfsizlik bilan ajralib turadi. U hech qachon, hatto eng jiddiy avariyada ham "portlamaydi", u juda iqtisodiy va ekologik toza, chunki u "yangilangan" uranini qayta ishlatadi. Bundan tashqari, uni eksport qilish uchun eng keng istiqbollarni ochadigan qurolli plutoniy ishlab chiqarish uchun ishlatib bo'lmaydi.

VVER-1200

VVER-1200-1150 MVt quvvatga ega 3+ avlod innovatsion reaktori. Noyob texnik imkoniyatlari tufayli u deyarli mutlaq ish xavfsizligiga ega. Reaktor passiv xavfsizlik tizimlari bilan jihozlangan, ular avtomatik rejimda elektr ta'minoti bo'lmagan taqdirda ham ishlaydi.

Ulardan biri passiv issiqlik chiqarish tizimi bo'lib, u reaktorning to'liq quvvatsizlanishi bilan avtomatik ravishda ishga tushadi. Bunday holda, favqulodda gidravlik tanklar ta'minlanadi. Birlamchi zanjirda g'ayritabiiy bosim tushishi bilan reaktorga ko'p miqdordagi bor bo'lgan suv kiradi, bu yadroviy reaktsiyani o'chiradi va neytronlarni o'zlashtiradi.

Yana bir nou -xau qamrov tagida joylashgan - erigan tuzoq. Agar shunga qaramay, avariya natijasida yadro "oqsa", "tuzoq" tutqichning qulab tushishiga va radioaktiv mahsulotlarning erga tushishiga yo'l qo'ymaydi.

Chikago universiteti futbol maydonining g'arbiy tribunalari ostida qurilgan va 1942 yil 2-dekabrda foydalanishga topshirilgan Chikago Pile-1 (CP-1) dunyodagi birinchi yadroviy reaktor edi. U grafit va uran bloklaridan, shuningdek kadmiy, indiy va kumush nazorat tayoqlaridan iborat edi, lekin radiatsiyadan himoya va sovutish tizimiga ega emas edi. Loyihaning ilmiy direktori, fizik Enriko Fermi, CP-1 ni "qora g'isht va yog'ochdan yasalgan ho'l qoziq" deb ta'rifladi.

Reaktor ustida ishlash 1942 yil 16 -noyabrda boshlangan. Qattiq ish qilingan. Fiziklar va universitet xodimlari tunu kun ishladilar. Ular grafit bloklariga o'rnatilgan 57 qatlamli uran oksidi va uran ingotlaridan tashkil topgan. Yog'och ramka strukturani qo'llab -quvvatladi. Fermining himoyachisi Leona Vuds - loyihadagi yagona ayol - yig'ma o'sishi bilan ehtiyotkorlik bilan o'lchovlar o'tkazdi.

1942 yil 2 -dekabrda reaktor sinovga tayyor edi. Unda 22000 uran ingotasi bor edi va 380 tonna grafit, shuningdek 40 tonna uran oksidi va olti tonna uran metalini iste'mol qildi. Reaktorni qurish uchun 2,7 million dollar kerak bo'ldi. Tajriba 09-45 da boshlandi. Unda 49 kishi qatnashdi: Fermi, Kompton, Szilard, Zin, Xeyberi, Vuds, grafit bloklari va kadmiy tayoqchalarini yasagan yosh duradgor, shifokorlar, oddiy talabalar va boshqa olimlar.

Uch kishi "o'z joniga qasd qilish guruhi" ni tuzdi - ular xavfsizlik tizimining bir qismi edi. Ularning vazifasi, agar biror narsa noto'g'ri bo'lsa, olovni o'chirish edi. Shuningdek, nazorat ham bor edi: qo'lda boshqariladigan boshqaruv tayoqchalari va reaktor ustidagi balkon panjarasiga bog'langan favqulodda tayoq. Favqulodda holatlarda, balkonda navbatchi odam arqonni kesib tashlashi kerak edi, tayoq esa reaktsiyani o'chirardi.

15-53 yillarda tarixda birinchi marta o'z-o'zini ta'minlaydigan yadro zanjirli reaktsiya boshlandi. Tajriba muvaffaqiyatli o'tdi. Reaktor 28 daqiqa ishladi.