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परमाणु छड़ें। सुना तो सबने लेकिन किसी को पता नहीं चला

उपकरण और संचालन का सिद्धांत

बिजली रिलीज तंत्र

किसी पदार्थ का परिवर्तन मुक्त ऊर्जा की रिहाई के साथ ही होता है, अगर पदार्थ में ऊर्जा का भंडार होता है। उत्तरार्द्ध का मतलब है कि पदार्थ के माइक्रोपार्टिकल्स एक अन्य संभावित राज्य की तुलना में बाकी ऊर्जा के साथ एक राज्य में हैं, जिसमें संक्रमण मौजूद है। सहज संक्रमण को हमेशा एक ऊर्जा अवरोध द्वारा रोका जाता है, जिसे दूर करने के लिए माइक्रोप्रार्टिकल को बाहर से कुछ मात्रा में ऊर्जा प्राप्त करनी चाहिए - उत्तेजना की ऊर्जा। एक्सोएनर्जी प्रतिक्रिया इस तथ्य में शामिल है कि उत्तेजना के बाद परिवर्तन में, प्रक्रिया को उत्तेजित करने के लिए आवश्यक से अधिक ऊर्जा जारी की जाती है। ऊर्जा अवरोध को दूर करने के दो तरीके हैं: या तो टकराने वाले कणों की गतिज ऊर्जा के कारण, या आरोही कण की बाध्यकारी ऊर्जा के कारण।

यदि हम ऊर्जा रिलीज के मैक्रोस्कोपिक पैमानों को ध्यान में रखते हैं, तो प्रतिक्रियाओं की उत्तेजना के लिए आवश्यक गतिज ऊर्जा में पदार्थ के सभी या कम से कम कुछ कण होने चाहिए। यह केवल माध्यम के तापमान को उस मान तक बढ़ाकर प्राप्त किया जा सकता है जिस पर तापीय गति की ऊर्जा ऊर्जा सीमा के मूल्य तक पहुंचती है जो प्रक्रिया के पाठ्यक्रम को सीमित करती है। आणविक परिवर्तनों के मामले में, अर्थात् रासायनिक प्रतिक्रिएं, इस तरह की वृद्धि आमतौर पर सैकड़ों केल्विन होती है, परमाणु प्रतिक्रियाओं के मामले में यह कम से कम 10 7 बहुत अधिक होने के कारण होती है अधिक ऊंचाई परटकराने वाले नाभिकों के कूलम्ब अवरोध। व्यवहार में केवल सबसे हल्के नाभिक के संश्लेषण में परमाणु प्रतिक्रियाओं का थर्मल उत्तेजना किया जाता है, जिसमें कूलम्ब बाधाएं न्यूनतम (थर्मोन्यूक्लियर संलयन) होती हैं।

जुड़ने वाले कणों द्वारा उत्तेजना के लिए बड़ी गतिज ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है, और इसलिए, यह माध्यम के तापमान पर निर्भर नहीं करता है, क्योंकि यह आकर्षक बलों के कणों में निहित अप्रयुक्त बंधनों के कारण होता है। लेकिन दूसरी ओर, प्रतिक्रियाओं को उत्तेजित करने के लिए स्वयं कण आवश्यक हैं। और अगर फिर से हमारे मन में प्रतिक्रिया का एक अलग कार्य नहीं है, लेकिन मैक्रोस्कोपिक पैमाने पर ऊर्जा का उत्पादन होता है, तो यह तभी संभव है जब एक चेन रिएक्शन होता है। उत्तरार्द्ध तब उत्पन्न होता है जब प्रतिक्रिया को उत्तेजित करने वाले कण एक बाहरी प्रतिक्रिया के उत्पादों के रूप में फिर से प्रकट होते हैं।

डिज़ाइन

किसी भी परमाणु रिएक्टर में निम्नलिखित भाग होते हैं:

परमाणु ईंधन और मॉडरेटर के साथ कोर;
कोर के चारों ओर न्यूट्रॉन परावर्तक;
श्रृंखला प्रतिक्रिया विनियमन प्रणाली, आपातकालीन सुरक्षा सहित;
विकिरण सुरक्षा;
रिमोट कंट्रोल सिस्टम।

संचालन के भौतिक सिद्धांत

मुख्य लेख भी देखें:

वर्तमान स्थिति परमाणु भट्टीप्रभावी न्यूट्रॉन गुणन कारक द्वारा विशेषता दी जा सकती है कया प्रतिक्रियाशीलता ρ , जो निम्नलिखित संबंध से संबंधित हैं:

इन मूल्यों को निम्नलिखित मूल्यों की विशेषता है:

क> 1 - समय के साथ श्रृंखला अभिक्रिया बढ़ती है, रिएक्टर चालू होता है अत्यंत सूक्ष्मराज्य, इसकी प्रतिक्रियाशीलता ρ > 0;
क < 1 - реакция затухает, реактор - सबक्रिटिकल, ρ < 0;
क = 1, ρ = 0 - परमाणु विखंडन की संख्या स्थिर है, रिएक्टर स्थिर है गंभीरस्थिति।

परमाणु रिएक्टर क्रांतिक स्थिति:

, कहाँ

गुणन कारक का एकता में रूपांतरण न्यूट्रॉन के गुणन को उनके नुकसान के साथ संतुलित करके प्राप्त किया जाता है। नुकसान के वास्तव में दो कारण हैं: बिना विखंडन के कब्जा और प्रजनन माध्यम के बाहर न्यूट्रॉन का रिसाव।

जाहिर है, के< 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.

थर्मल रिएक्टरों के लिए k 0 तथाकथित "4 कारकों के सूत्र" द्वारा निर्धारित किया जा सकता है:

, कहाँ

η दो अवशोषण प्रति न्यूट्रॉन उपज है।

आधुनिक बिजली रिएक्टरों की मात्रा सैकड़ों m³ तक पहुंच सकती है और मुख्य रूप से महत्वपूर्णता की स्थितियों से नहीं, बल्कि गर्मी हटाने की संभावनाओं से निर्धारित होती है।

महत्वपूर्ण मात्रापरमाणु रिएक्टर - एक महत्वपूर्ण अवस्था में रिएक्टर कोर का आयतन। क्रांतिक द्रव्यमानरिएक्टर की विखंडनीय सामग्री का द्रव्यमान है, जो एक गंभीर स्थिति में है।

जल न्यूट्रॉन परावर्तक के साथ शुद्ध विखंडनीय समस्थानिकों के लवणों के जलीय विलयनों द्वारा प्रचालित रिएक्टरों का क्रांतिक द्रव्यमान सबसे कम होता है। 235 यू के लिए यह द्रव्यमान 0.8 किग्रा है, 239 पु के लिए यह 0.5 किग्रा है। हालांकि, यह व्यापक रूप से ज्ञात है कि एलओपीओ रिएक्टर (दुनिया का पहला समृद्ध यूरेनियम रिएक्टर) के लिए महत्वपूर्ण द्रव्यमान, जिसमें बेरिलियम ऑक्साइड परावर्तक था, 0.565 किलोग्राम था, इस तथ्य के बावजूद कि आइसोटोप 235 में संवर्धन की डिग्री केवल थोड़ी सी थी 14% से अधिक। सैद्धांतिक रूप से, सबसे छोटा महत्वपूर्ण द्रव्यमान होता है, जिसके लिए यह मान केवल 10 ग्राम है।

न्यूट्रॉन रिसाव को कम करने के लिए, कोर को एक गोलाकार या गोलाकार आकार के करीब दिया जाता है, जैसे कि एक छोटा सिलेंडर या घन, क्योंकि इन आंकड़ों में सतह क्षेत्र का आयतन का सबसे छोटा अनुपात होता है।

इस तथ्य के बावजूद कि मूल्य (ई - 1) आमतौर पर छोटा होता है, बड़े परमाणु रिएक्टरों के लिए तेजी से न्यूट्रॉन गुणा की भूमिका काफी बड़ी होती है (के ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

चेन रिएक्शन शुरू करने के लिए, आमतौर पर यूरेनियम नाभिक के सहज विखंडन के दौरान पर्याप्त न्यूट्रॉन उत्पन्न होते हैं। रिएक्टर को शुरू करने के लिए न्यूट्रॉन के बाहरी स्रोत का उपयोग करना भी संभव है, उदाहरण के लिए, और, या अन्य पदार्थों का मिश्रण।

आयोडीन गड्ढा

मुख्य लेख: आयोडीन पिट

आयोडिन पिट - एक परमाणु रिएक्टर के बंद होने के बाद की स्थिति, अल्पकालिक क्सीनन आइसोटोप के संचय की विशेषता है। यह प्रक्रिया महत्वपूर्ण नकारात्मक प्रतिक्रिया की अस्थायी उपस्थिति की ओर ले जाती है, जो बदले में, एक निश्चित अवधि (लगभग 1-2 दिन) के लिए रिएक्टर को उसकी डिजाइन क्षमता में लाना असंभव बना देती है।

वर्गीकरण

नियोजन द्वारा

परमाणु रिएक्टरों के उपयोग की प्रकृति के अनुसार विभाजित हैं:

पावर रिएक्टरऊर्जा क्षेत्र में उपयोग की जाने वाली विद्युत और तापीय ऊर्जा के उत्पादन के साथ-साथ समुद्री जल विलवणीकरण के लिए डिज़ाइन किया गया है (अलवणीकरण रिएक्टरों को औद्योगिक के रूप में भी वर्गीकृत किया गया है)। ऐसे रिएक्टर मुख्य रूप से परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग किए जाते थे। आधुनिक बिजली रिएक्टरों की तापीय शक्ति 5 GW तक पहुँचती है। एक अलग समूह में आवंटन:
- परिवहन रिएक्टरवाहन इंजनों को ऊर्जा की आपूर्ति के लिए डिज़ाइन किया गया। व्यापक अनुप्रयोग समूह समुद्री परिवहन रिएक्टर हैं जिनका उपयोग पनडुब्बियों और विभिन्न सतह जहाजों पर किया जाता है, साथ ही अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में उपयोग किए जाने वाले रिएक्टर भी हैं।
प्रायोगिक रिएक्टर, विभिन्न भौतिक मात्राओं का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसका मूल्य परमाणु रिएक्टरों के डिजाइन और संचालन के लिए आवश्यक है; ऐसे रिएक्टरों की शक्ति कुछ kW से अधिक नहीं होती है।
अनुसंधान रिएक्टर, जिसमें कोर में निर्मित न्यूट्रॉन और गामा-रे फ्लक्स का उपयोग परमाणु भौतिकी, ठोस अवस्था भौतिकी, विकिरण रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान के क्षेत्र में अनुसंधान के लिए किया जाता है, गहन न्यूट्रॉन फ्लक्स (भागों परमाणु रिएक्टरों सहित) में संचालन के लिए सामग्री का परीक्षण करने के लिए, आइसोटोप के उत्पादन के लिए। अनुसंधान रिएक्टरों की शक्ति 100 मेगावाट से अधिक नहीं होती है। जारी ऊर्जा का आमतौर पर उपयोग नहीं किया जाता है।
औद्योगिक (हथियार, आइसोटोप) रिएक्टरविभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले आइसोटोप का उत्पादन करने के लिए प्रयोग किया जाता है। सबसे व्यापक रूप से परमाणु हथियार-ग्रेड सामग्री के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है, जैसे कि 239 पु। इसके अलावा औद्योगिक में समुद्री जल विलवणीकरण के लिए उपयोग किए जाने वाले रिएक्टर भी शामिल हैं।

अक्सर रिएक्टरों का उपयोग दो या दो से अधिक विभिन्न कार्यों को हल करने के लिए किया जाता है, जिस स्थिति में उन्हें बुलाया जाता है बहुउद्देशीय. उदाहरण के लिए, कुछ बिजली रिएक्टर, विशेष रूप से परमाणु ऊर्जा की शुरुआत में, मुख्य रूप से प्रयोगों के लिए अभिप्रेत थे। फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर एक ही समय में बिजली पैदा करने वाले और आइसोटोप बनाने वाले दोनों हो सकते हैं। औद्योगिक रिएक्टर, अपने मुख्य कार्य के अलावा, अक्सर विद्युत और तापीय ऊर्जा उत्पन्न करते हैं।

न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रम के अनुसार

थर्मल (धीमा) न्यूट्रॉन रिएक्टर ("थर्मल रिएक्टर")
फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर ("फास्ट रिएक्टर")

ईंधन प्लेसमेंट द्वारा

विषम रिएक्टर, जहां ईंधन को ब्लॉक के रूप में कोर में रखा जाता है, जिसके बीच एक मॉडरेटर होता है;
सजातीय रिएक्टर, जहां ईंधन और मॉडरेटर एक सजातीय मिश्रण (सजातीय प्रणाली) हैं।

एक विषम रिएक्टर में, ईंधन और मॉडरेटर को अलग-अलग स्थान दिया जा सकता है, विशेष रूप से, एक कैविटी रिएक्टर में, मॉडरेटर-रिफ्लेक्टर कैविटी को ईंधन से घेरता है जिसमें मॉडरेटर नहीं होता है। परमाणु-भौतिक दृष्टिकोण से, एकरूपता/विषमता की कसौटी डिजाइन नहीं है, बल्कि किसी दिए गए मॉडरेटर में न्यूट्रॉन मॉडरेशन लंबाई से अधिक दूरी पर ईंधन ब्लॉकों की नियुक्ति है। उदाहरण के लिए, तथाकथित "क्लोज-जाली" रिएक्टरों को सजातीय होने के लिए डिज़ाइन किया गया है, हालांकि ईंधन आमतौर पर उनमें मॉडरेटर से अलग होता है।

एक विषम रिएक्टर में परमाणु ईंधन के ब्लॉक को ईंधन असेंबली (एफए) कहा जाता है, जो नियमित जाली के नोड्स पर कोर में रखे जाते हैं, जो बनाते हैं कोशिकाओं.

ईंधन के प्रकार से

यूरेनियम आइसोटोप 235, 238, 233 (235 यू, 238 यू, 233 यू)
प्लूटोनियम आइसोटोप 239 (239 पु), 238 यू (एमओएक्स ईंधन) के मिश्रण के रूप में 239-242 पु आइसोटोप भी
थोरियम समस्थानिक 232 (232 Th) (233 U में परिवर्तन द्वारा)

संवर्धन की डिग्री के अनुसार:

प्राकृतिक यूरेनियम
कम समृद्ध यूरेनियम
अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम

रासायनिक संरचना द्वारा:

धातु यू
यूसी (यूरेनियम कार्बाइड), आदि।

शीतलक के प्रकार से

गैस, (ग्रेफाइट-गैस रिएक्टर देखें)
D 2 O (भारी जल, भारी जल परमाणु रिएक्टर, CANDU देखें)

मॉडरेटर के प्रकार से

सी (ग्रेफाइट, ग्रेफाइट-गैस रिएक्टर, ग्रेफाइट-पानी रिएक्टर देखें)
एच 2 ओ (पानी, लाइट वॉटर रिएक्टर, प्रेशराइज्ड वॉटर रिएक्टर, वीवीईआर देखें)
D 2 O (भारी जल, भारी जल परमाणु रिएक्टर, CANDU देखें)
धातु हाइड्राइड्स
मॉडरेटर के बिना (फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर देखें)

डिजाइन द्वारा

भाप उत्पादन विधि

बाहरी भाप जनरेटर के साथ रिएक्टर (पीडब्लूआर, वीवीईआर देखें)

आईएईए वर्गीकरण

PWR (दबावयुक्त जल रिएक्टर) - दाबित जल रिएक्टर (दबावयुक्त जल रिएक्टर);
बीडब्ल्यूआर (उबलते पानी का रिएक्टर) - उबलते पानी का रिएक्टर;
एफबीआर (फास्ट ब्रीडर रिएक्टर) - फास्ट ब्रीडर रिएक्टर;
जीसीआर (गैस-कूल्ड रिएक्टर) - गैस-कूल्ड रिएक्टर;
LWGR (लाइट वाटर ग्रेफाइट रिएक्टर) - ग्रेफाइट-वाटर रिएक्टर
PHWR (दबावीकृत भारी पानी रिएक्टर) - भारी पानी रिएक्टर

दुनिया में सबसे आम दबाव वाले पानी (लगभग 62%) और उबलते पानी (20%) रिएक्टर हैं।

रिएक्टर सामग्री

जिन सामग्रियों से रिएक्टर बनाए जाते हैं वे न्यूट्रॉन, γ-क्वांटा और विखंडन के टुकड़ों के क्षेत्र में उच्च तापमान पर काम करते हैं। इसलिए, प्रौद्योगिकी की अन्य शाखाओं में प्रयुक्त सभी सामग्रियां रिएक्टर निर्माण के लिए उपयुक्त नहीं हैं। रिएक्टर सामग्री चुनते समय, उनके विकिरण प्रतिरोध, रासायनिक जड़ता, अवशोषण क्रॉस सेक्शन और अन्य गुणों को ध्यान में रखा जाता है।

उच्च तापमान पर सामग्री की विकिरण अस्थिरता कम प्रभावित होती है। परमाणुओं की गतिशीलता इतनी महान हो जाती है कि क्रिस्टल जाली से बाहर निकलने वाले परमाणुओं की वापसी या पानी के अणु में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के पुनर्संयोजन की संभावना स्पष्ट रूप से बढ़ जाती है। इस प्रकार, बिजली के गैर-उबलते रिएक्टरों (उदाहरण के लिए, वीवीईआर) में पानी का रेडिओलिसिस नगण्य है, जबकि शक्तिशाली अनुसंधान रिएक्टरों में विस्फोटक मिश्रण की एक महत्वपूर्ण मात्रा जारी की जाती है। इसे जलाने के लिए रिएक्टरों में विशेष प्रणालियाँ होती हैं।

रिएक्टर सामग्री एक दूसरे के संपर्क में आती है (शीतलक और परमाणु ईंधन के साथ एक ईंधन तत्व, शीतलक और मॉडरेटर, आदि के साथ ईंधन कैसेट)। स्वाभाविक रूप से, संपर्क सामग्री रासायनिक रूप से निष्क्रिय (संगत) होनी चाहिए। असंगति का एक उदाहरण यूरेनियम और गर्म पानी का रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश है।

अधिकांश सामग्रियों के लिए, बढ़ते तापमान के साथ ताकत के गुण तेजी से बिगड़ते हैं। बिजली रिएक्टरों में, संरचनात्मक सामग्री उच्च तापमान पर काम करती है। यह संरचनात्मक सामग्रियों की पसंद को सीमित करता है, विशेष रूप से पावर रिएक्टर के उन हिस्सों के लिए जिन्हें उच्च दबाव का सामना करना पड़ता है।

बर्नअप और परमाणु ईंधन का प्रजनन

एक परमाणु रिएक्टर के संचालन के दौरान, ईंधन में विखंडन के टुकड़ों के संचय के कारण, इसके समस्थानिक और रासायनिक संरचना में परिवर्तन होता है, और ट्रांसयूरेनियम तत्व, मुख्य रूप से समस्थानिक बनते हैं। परमाणु रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता पर विखंडन के अंशों के प्रभाव को कहा जाता है जहर(रेडियोधर्मी अंशों के लिए) और बुराई करना(स्थिर समस्थानिकों के लिए)।

रिएक्टर के जहर का मुख्य कारण है, जिसमें सबसे बड़ा न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन (2.6 10 6 खलिहान) है। 135 Xe का आधा जीवन टी 1/2 = 9.2 घंटे; विभाजन उपज 6-7% है। 135 Xe का मुख्य भाग क्षय के परिणामस्वरूप बनता है ( टी 1/2 = 6.8 घंटे)। विषाक्तता के मामले में, केफ 1-3% बदल जाता है। 135 Xe का बड़ा अवशोषण क्रॉस सेक्शन और मध्यवर्ती आइसोटोप 135 I की उपस्थिति से दो महत्वपूर्ण घटनाएं होती हैं:

135 Xe की सांद्रता में वृद्धि और इसके परिणामस्वरूप, इसके बंद होने या बिजली की कमी ("आयोडीन पिट") के बाद रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता में कमी, जो उत्पादन शक्ति में अल्पकालिक शटडाउन और उतार-चढ़ाव को असंभव बनाता है। नियामक निकायों में प्रतिक्रियात्मकता मार्जिन शुरू करने से यह प्रभाव दूर हो जाता है। आयोडीन कूप की गहराई और अवधि न्यूट्रॉन प्रवाह पर निर्भर करती है Ф: Ф = 5 10 18 न्यूट्रॉन/(सेमी² सेकंड) पर, आयोडीन कूप की अवधि ~ 30 घंटे है, और गहराई स्थिर परिवर्तन से 2 गुना अधिक है केफ में 135 Xe विषाक्तता के कारण होता है।
विषाक्तता के कारण, न्यूट्रॉन प्रवाह एफ के अनुपात-लौकिक उतार-चढ़ाव, और इसके परिणामस्वरूप, रिएक्टर शक्ति हो सकती है। ये उतार-चढ़ाव Ф> 10 18 न्यूट्रॉन/(cm² सेकंड) और बड़े रिएक्टर आकार में होते हैं। दोलन अवधि ~ 10 घंटे।

परमाणु विखंडन के दौरान, बड़ी संख्यास्थिर टुकड़े जो एक विखंडनीय आइसोटोप के अवशोषण क्रॉस सेक्शन की तुलना में उनके अवशोषण क्रॉस सेक्शन में भिन्न होते हैं। के साथ टुकड़ा एकाग्रता बड़ा मूल्यवानअवशोषण क्रॉस सेक्शन रिएक्टर ऑपरेशन के पहले कुछ दिनों के दौरान संतृप्ति तक पहुंच जाता है। ये मुख्य रूप से विभिन्न "उम्र" के टीवीईएल हैं।

पूर्ण ईंधन प्रतिस्थापन के मामले में, रिएक्टर में अत्यधिक प्रतिक्रियाशीलता होती है, जिसकी भरपाई की जानी चाहिए, जबकि दूसरे मामले में, रिएक्टर की पहली शुरुआत में ही मुआवजे की आवश्यकता होती है। निरंतर ईंधन भरने से बर्नअप की गहराई को बढ़ाना संभव हो जाता है, क्योंकि रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता विखंडनीय समस्थानिकों की औसत सांद्रता द्वारा निर्धारित की जाती है।

जारी ऊर्जा के "वजन" के कारण लोड किए गए ईंधन का द्रव्यमान अनलोड किए गए द्रव्यमान से अधिक है। रिएक्टर के बंद होने के बाद, पहले मुख्य रूप से विलंबित न्यूट्रॉन द्वारा विखंडन के कारण, और फिर, 1-2 मिनट के बाद, β- और γ-विखंडन के टुकड़ों और ट्रांसयूरेनियम तत्वों के विकिरण के कारण, ईंधन में ऊर्जा जारी रहती है। यदि रिएक्टर बंद होने से पहले काफी देर तक काम करता है, तो शटडाउन के 2 मिनट बाद, ऊर्जा रिलीज लगभग 3%, 1 घंटे के बाद - 1%, एक दिन के बाद - 0.4%, एक वर्ष के बाद - प्रारंभिक शक्ति का 0.05%।

एक परमाणु रिएक्टर में बनने वाले फिशाइल पु समस्थानिकों की संख्या और 235 यू बर्न आउट की मात्रा के अनुपात को कहा जाता है रूपांतरण दरके के. केके का मूल्य घटते संवर्धन और बर्नअप के साथ बढ़ता है। प्राकृतिक यूरेनियम पर चलने वाले भारी जल रिएक्टर के लिए, 10 जीडब्ल्यू दिन/टी केके = 0.55 के बर्नअप के साथ, और छोटे बर्नअप के लिए (इस मामले में, केके को कहा जाता है प्रारंभिक प्लूटोनियम गुणांक) के के = 0.8। यदि एक परमाणु रिएक्टर जलता है और एक ही समस्थानिक (ब्रीडर रिएक्टर) का उत्पादन करता है, तो प्रजनन दर के बर्न-अप दर के अनुपात को कहा जाता है प्रजनन दरके वी। थर्मल रिएक्टरों में के वी< 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 जीबढ़ रहा है और एपड़ता है।

परमाणु रिएक्टर नियंत्रण

परमाणु रिएक्टर का नियंत्रण केवल इस तथ्य के कारण संभव है कि विखंडन के दौरान कुछ न्यूट्रॉन टुकड़ों से देरी से बाहर निकलते हैं, जो कई मिलीसेकंड से लेकर कई मिनट तक हो सकते हैं।

रिएक्टर को नियंत्रित करने के लिए, अवशोषित छड़ का उपयोग किया जाता है, कोर में पेश किया जाता है, सामग्री से बना होता है जो न्यूट्रॉन (मुख्य रूप से, और कुछ अन्य) और / या बोरिक एसिड के समाधान को अवशोषित करता है, एक निश्चित एकाग्रता (बोरॉन विनियमन) में शीतलक में जोड़ा जाता है। . छड़ की गति को विशेष तंत्र, ड्राइव द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो न्यूट्रॉन प्रवाह के स्वत: नियंत्रण के लिए ऑपरेटर या उपकरण से संकेतों पर काम करता है।

प्रत्येक रिएक्टर में विभिन्न आपात स्थितियों के मामले में, श्रृंखला प्रतिक्रिया की एक आपातकालीन समाप्ति प्रदान की जाती है, जो सभी अवशोषित छड़ों को कोर में गिराकर किया जाता है - एक आपातकालीन सुरक्षा प्रणाली।

अवशिष्ट ताप

परमाणु सुरक्षा से सीधे जुड़ा एक महत्वपूर्ण मुद्दा क्षय ताप है। यह विशिष्ट सुविधापरमाणु ईंधन, जो इस तथ्य में निहित है कि, विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया की समाप्ति और किसी भी ऊर्जा स्रोत के लिए सामान्य तापीय जड़ता के बाद, रिएक्टर में गर्मी का उत्पादन दूसरे के लिए जारी रहता है कब का, जो कई तकनीकी रूप से कठिन समस्याएं पैदा करता है।

क्षय ऊष्मा विखंडन उत्पादों के β- और γ-क्षय का परिणाम है, जो रिएक्टर के संचालन के दौरान ईंधन में जमा हो गए हैं। विखंडन उत्पादों के नाभिक, क्षय के परिणामस्वरूप, महत्वपूर्ण ऊर्जा की रिहाई के साथ अधिक स्थिर या पूरी तरह से स्थिर अवस्था में गुजरते हैं।

यद्यपि क्षय ऊष्मा विमोचन दर तेजी से उन मूल्यों तक गिरती है जो स्थिर मूल्यों की तुलना में छोटे हैं, उच्च-शक्ति शक्ति रिएक्टरों में यह निरपेक्ष रूप से महत्वपूर्ण है। इस कारण से, अवशिष्ट ताप उत्पादन की आवश्यकता होती है लंबे समय तकबंद होने के बाद रिएक्टर कोर से गर्मी हटाने को सुनिश्चित करें। इस कार्य के लिए रिएक्टर सुविधा के डिजाइन में विश्वसनीय बिजली आपूर्ति के साथ शीतलन प्रणाली की उपस्थिति की आवश्यकता होती है, और एक विशेष तापमान शासन के साथ भंडारण सुविधाओं में खर्च किए गए परमाणु ईंधन के दीर्घकालिक (3-4 वर्षों के लिए) भंडारण की भी आवश्यकता होती है - ईंधन पूल , जो आमतौर पर रिएक्टर के आसपास के क्षेत्र में स्थित होते हैं।

यह सभी देखें

सोवियत संघ में डिज़ाइन और निर्मित परमाणु रिएक्टरों की सूची

साहित्य

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एक छोटे से परमाणु की अपार ऊर्जा

"अच्छा विज्ञान भौतिकी है! केवल जीवन छोटा है।" ये शब्द एक ऐसे वैज्ञानिक के हैं जिन्होंने भौतिकी में बहुत कमाल किया है। वे एक बार एक शिक्षाविद द्वारा उच्चारित किए गए थे इगोर वासिलिविच कुरचटोव, दुनिया के पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्र के निर्माता।

27 जून, 1954 को यह अनोखा बिजली संयंत्र चालू हुआ। मानवता के पास बिजली का एक और शक्तिशाली स्रोत है।

परमाणु की ऊर्जा में महारत हासिल करने का मार्ग लंबा और कठिन था। यह 20वीं शताब्दी के पहले दशकों में क्यूरीज़ द्वारा प्राकृतिक रेडियोधर्मिता की खोज के साथ शुरू हुआ, बोह्र की अभिधारणाओं के साथ, परमाणु के रदरफोर्ड के ग्रहीय मॉडल, और इसका प्रमाण, जैसा कि अब लगता है, एक स्पष्ट तथ्य - किसी भी परमाणु का केंद्रक परमाणु में सकारात्मक रूप से आवेशित प्रोटॉन और तटस्थ न्यूट्रॉन होते हैं।

1934 में, फ्रेडरिक और इरीन जूलियट-क्यूरी (मैरी स्कोलोडोस्का-क्यूरी और पियरे क्यूरी की बेटी) ने पाया कि अल्फा कणों (हीलियम परमाणुओं के नाभिक) के साथ बमबारी करके, साधारण रासायनिक तत्वों को रेडियोधर्मी में बदल दिया जा सकता है। नवीन परिघटना कहलाती है कृत्रिम रेडियोधर्मिता.

I. V. Kurchatov (दाएं) और A. I. अलीखानोव (बीच में) अपने शिक्षक A. F. Ioffe के साथ। (प्रारंभिक 30 के दशक।)

यदि इस तरह की बमबारी बहुत तेज और भारी कणों से की जाती है, तो रासायनिक परिवर्तनों का एक झरना शुरू हो जाता है। कृत्रिम रेडियोधर्मिता वाले तत्व धीरे-धीरे स्थिर तत्वों का स्थान लेंगे जो अब क्षय नहीं करेंगे।

विकिरण या बमबारी की मदद से, रसायनज्ञों के सपने को साकार करना आसान है - अन्य रासायनिक तत्वों से सोना बनाने के लिए। केवल इस तरह के परिवर्तन की लागत प्राप्त सोने की कीमत से काफी अधिक होगी ...

यूरेनियम नाभिक का विखंडन

जर्मन भौतिकविदों और रसायनज्ञों के एक समूह द्वारा 1938-1939 में खोज से मानव जाति को अधिक लाभ (और, दुर्भाग्य से, चिंता) लाया गया था। यूरेनियम नाभिक का विखंडन. न्यूट्रॉन से विकिरणित होने पर, भारी यूरेनियम नाभिक मेन्डेलीव की आवधिक प्रणाली के मध्य भाग से संबंधित हल्के रासायनिक तत्वों में क्षय हो जाते हैं, और कई न्यूट्रॉन छोड़ते हैं। प्रकाश तत्वों के नाभिक के लिए, ये न्यूट्रॉन अतिश्योक्तिपूर्ण हो जाते हैं ... जब यूरेनियम के नाभिक "विभाजित" होते हैं, तो एक श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू हो सकती है: दो या तीन परिणामी न्यूट्रॉन में से प्रत्येक बदले में कई न्यूट्रॉन का उत्पादन करने में सक्षम होता है, पड़ोसी परमाणु के नाभिक से टकराना।

ऐसी परमाणु प्रतिक्रिया के उत्पादों का कुल द्रव्यमान निकला, जैसा कि वैज्ञानिकों ने गणना की, मूल पदार्थ - यूरेनियम के नाभिक के द्रव्यमान से कम होना।

आइंस्टीन के समीकरण के अनुसार, जो द्रव्यमान को ऊर्जा से संबंधित करता है, यह आसानी से निर्धारित किया जा सकता है कि इस मामले में बड़ी मात्रा में ऊर्जा जारी की जानी चाहिए! और यह बहुत ही कम समय में हो जाएगा। जब तक, निश्चित रूप से, श्रृंखला प्रतिक्रिया बेकाबू हो जाती है और अंत तक जाती है ...

सम्मेलन के बाद अपने छात्र बी पोंटेकोर्वो के साथ ई. फर्मी (दाएं) चलते हुए। (बेसल, 1949)

यूरेनियम विखंडन की प्रक्रिया में छिपी विशाल भौतिक और तकनीकी संभावनाओं की सराहना करने वाले पहले लोग थे एनरिको फर्मी, हमारी सदी के उन दूर के तीसवें दशक में, अभी भी एक बहुत ही युवा, लेकिन पहले से ही भौतिकविदों के इतालवी स्कूल के मान्यता प्राप्त प्रमुख हैं। द्वितीय विश्व युद्ध से बहुत पहले, उन्होंने और प्रतिभाशाली कर्मचारियों के एक समूह ने न्यूट्रॉन विकिरण के तहत विभिन्न पदार्थों के व्यवहार की जांच की और निर्धारित किया कि न्यूट्रॉन के संचलन को धीमा करके यूरेनियम विखंडन प्रक्रिया की दक्षता में काफी वृद्धि की जा सकती है। यह पहली नज़र में कितना अजीब लग सकता है, न्यूट्रॉन की गति में कमी के साथ, यूरेनियम नाभिकों द्वारा उनके कब्जे की संभावना बढ़ जाती है। काफी सुलभ पदार्थ न्यूट्रॉन के प्रभावी "मॉडरेटर" के रूप में काम करते हैं: पैराफिन, कार्बन, पानी ...

अमेरिका जाने के बाद, फर्मी वहां के परमाणु अनुसंधान का दिमाग और दिल बना रहा। दो प्रतिभाएँ, आमतौर पर परस्पर अनन्य, फर्मी में संयुक्त थीं: एक उत्कृष्ट सिद्धांतकार और एक शानदार प्रयोगकर्ता। 1954 में 53 साल की उम्र में एक घातक ट्यूमर से फर्मी की असामयिक मृत्यु के बाद प्रमुख वैज्ञानिक डब्ल्यू ज़िन ने लिखा, "इससे पहले कि हम किसी व्यक्ति को उसके बराबर देख सकें, यह एक लंबा समय होगा।"

द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान फर्मी के आसपास एकत्र हुए वैज्ञानिकों की एक टीम ने यूरेनियम विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रिया के आधार पर अभूतपूर्व विनाशकारी शक्ति का हथियार बनाने का फैसला किया - परमाणु बम. वैज्ञानिक जल्दी में थे: क्या होगा अगर नाज़ी जर्मनी सबसे पहले एक नया हथियार बनाएगा और अन्य लोगों को गुलाम बनाने की अपनी अमानवीय इच्छा में इसका इस्तेमाल करेगा?

हमारे देश में एक परमाणु रिएक्टर का निर्माण

पहले से ही 1942 में, वैज्ञानिक शिकागो विश्वविद्यालय के स्टेडियम के क्षेत्र में इकट्ठा होने और लॉन्च करने में कामयाब रहे पहला परमाणु रिएक्टर . रिएक्टर में यूरेनियम की छड़ें कार्बन "ईंटों" - मध्यस्थों के साथ मिलाई गई थीं, और अगर श्रृंखला प्रतिक्रिया फिर भी बहुत हिंसक हो गई, तो इसे रिएक्टर में कैडमियम प्लेटों को पेश करके जल्दी से रोका जा सकता था, जिसने यूरेनियम की छड़ों को अलग कर दिया और न्यूट्रॉन को पूरी तरह से अवशोषित कर लिया।

रिएक्टर के लिए आविष्कार किए गए सरल उपकरणों पर शोधकर्ताओं को बहुत गर्व था, जो अब हमें मुस्कुराते हैं। शिकागो में फर्मी के कर्मचारियों में से एक, प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी जी। एंडरसन याद करते हैं कि कैडमियम टिन को एक लकड़ी के ब्लॉक पर कील से ठोंक दिया गया था, जो यदि आवश्यक हो, तो तुरंत अपने गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में बॉयलर में उतारा गया, जो इसे देने का कारण था। नाम "तत्काल"। जी एंडरसन लिखते हैं: "बॉयलर शुरू करने से पहले, इस रॉड को खींचकर रस्सी से सुरक्षित किया जाना चाहिए था। किसी दुर्घटना की स्थिति में, रस्सी को काटा जा सकता था और "पल" बॉयलर के अंदर अपना स्थान ले लेता था।

एक परमाणु रिएक्टर में एक नियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया प्राप्त की गई, सैद्धांतिक गणना और भविष्यवाणियों को सत्यापित किया गया। रिएक्टर में रासायनिक परिवर्तनों की एक श्रृंखला हुई, जिसके परिणामस्वरूप एक नया रासायनिक तत्व- प्लूटोनियम। यह, यूरेनियम की तरह, परमाणु बम बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

वैज्ञानिकों ने निर्धारित किया है कि यूरेनियम या प्लूटोनियम का एक "महत्वपूर्ण द्रव्यमान" है। यदि पर्याप्त परमाणु पदार्थ है, तो श्रृंखला प्रतिक्रिया एक विस्फोट की ओर ले जाती है, यदि यह छोटा है, "महत्वपूर्ण द्रव्यमान" से कम है, तो गर्मी बस जारी होती है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र का निर्माण

सबसे सरल डिजाइन के एक परमाणु बम में, यूरेनियम या प्लूटोनियम के दो टुकड़े अगल-बगल रखे जाते हैं, और प्रत्येक का द्रव्यमान महत्वपूर्ण से थोड़ा कम होता है। सही समय पर, एक साधारण विस्फोटक से फ्यूज टुकड़ों को जोड़ता है, परमाणु ईंधन का द्रव्यमान महत्वपूर्ण मूल्य से अधिक हो जाता है - और राक्षसी बल की विनाशकारी ऊर्जा की रिहाई तुरंत होती है ...

1945 में अमेरिकी परमाणु बमों के विस्फोट के बाद अंधाधुंध प्रकाश विकिरण, एक सदमे की लहर जो अपने रास्ते में सब कुछ दूर कर देती है, और रेडियोधर्मी विकिरण को दो जापानी शहरों - हिरोशिमा और नागासाकी के निवासियों पर मारती है, और तब से, लोग इससे चिंतित हैं परमाणु बमों, हथियारों के प्रयोग के भयानक परिणाम।

IV Kurchatov के एकीकृत वैज्ञानिक नेतृत्व के तहत, सोवियत भौतिकविदों ने परमाणु हथियार विकसित किए।

लेकिन इन कार्यों के नेता ने परमाणु ऊर्जा के शांतिपूर्ण उपयोग के बारे में सोचना बंद नहीं किया। आखिरकार, एक परमाणु रिएक्टर को गहन रूप से ठंडा करना पड़ता है, यह गर्मी भाप या गैस टरबाइन को "दूर" क्यों नहीं दी जाती है, इसका उपयोग घरों को गर्म करने के लिए नहीं किया जाता है?

तरल कम पिघलने वाली धातु वाले पाइपों को परमाणु रिएक्टर से गुजारा गया। गर्म धातु ने हीट एक्सचेंजर में प्रवेश किया, जहां उसने अपनी गर्मी को पानी में स्थानांतरित कर दिया। पानी सुपरहिट स्टीम में बदल गया, टरबाइन ने काम करना शुरू कर दिया। रिएक्टर धातु भराव के साथ कंक्रीट के एक सुरक्षात्मक खोल से घिरा हुआ था: रेडियोधर्मी विकिरण बाहर नहीं निकलना चाहिए।

परमाणु रिएक्टर एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र में बदल गया है, लोगों को शांत प्रकाश, आरामदायक गर्मी, वांछित दुनिया ला रहा है ...

के लिए समान्य व्यक्तिआधुनिक हाई-टेक डिवाइस इतने रहस्यमय और रहस्यमय हैं कि उनकी पूजा करना ठीक उसी तरह है जैसे पूर्वजों ने बिजली की पूजा की थी। स्कूल के पाठभौतिक विज्ञानी, गणितीय गणनाओं से भरे हुए, समस्या का समाधान नहीं करते हैं। लेकिन एक परमाणु रिएक्टर के बारे में भी बताना दिलचस्प है, जिसके संचालन का सिद्धांत एक किशोर के लिए भी स्पष्ट है।

परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है?

इस हाई-टेक डिवाइस के संचालन का सिद्धांत इस प्रकार है:

जब एक न्यूट्रॉन अवशोषित होता है, परमाणु ईंधन (अक्सर यह यूरेनियम-235या प्लूटोनियम -239) परमाणु नाभिक का विभाजन होता है;
गतिज ऊर्जा, गामा विकिरण और मुक्त न्यूट्रॉन मुक्त होते हैं;
गतिज ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है (जब नाभिक आसपास के परमाणुओं से टकराते हैं), गामा विकिरण को रिएक्टर द्वारा ही अवशोषित किया जाता है और गर्मी में भी परिवर्तित किया जाता है;
कुछ उत्पन्न न्यूट्रॉन ईंधन परमाणुओं द्वारा अवशोषित होते हैं, जो एक श्रृंखला प्रतिक्रिया का कारण बनता है। इसे नियंत्रित करने के लिए न्यूट्रॉन अवशोषक और मॉडरेटर का उपयोग किया जाता है;
एक शीतलक (पानी, गैस या तरल सोडियम) की मदद से प्रतिक्रिया स्थल से गर्मी को हटा दिया जाता है;
भाप टर्बाइनों को चलाने के लिए गर्म पानी से दबाव वाली भाप का उपयोग किया जाता है;
जनरेटर की मदद से टर्बाइनों के घूमने की यांत्रिक ऊर्जा को प्रत्यावर्ती विद्युत धारा में परिवर्तित किया जाता है।

वर्गीकरण के दृष्टिकोण

रिएक्टरों की टाइपोलॉजी के कई कारण हो सकते हैं:

परमाणु प्रतिक्रिया के प्रकार से. विखंडन (सभी व्यावसायिक प्रतिष्ठान) या संलयन (थर्मोन्यूक्लियर पावर, केवल कुछ शोध संस्थानों में व्यापक है);
शीतलक द्वारा. अधिकांश मामलों में, इस उद्देश्य के लिए पानी (उबलते या भारी) का उपयोग किया जाता है। वैकल्पिक समाधान कभी-कभी उपयोग किए जाते हैं: तरल धातु (सोडियम, सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु, पारा), गैस (हीलियम, कार्बन डाइऑक्साइड या नाइट्रोजन), पिघला हुआ नमक (फ्लोराइड लवण);
पीढ़ी से।पहला शुरुआती प्रोटोटाइप है, जिसका कोई व्यावसायिक अर्थ नहीं था। दूसरा वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्र हैं जो 1996 से पहले बनाए गए थे। तीसरी पीढ़ी पिछले वाले से केवल मामूली सुधारों में भिन्न है। चौथी पीढ़ी पर काम अभी भी चल रहा है;
समग्र अवस्था के अनुसारईंधन (गैस अभी भी केवल कागज पर मौजूद है);
उपयोग के उद्देश्य से(बिजली के उत्पादन के लिए, इंजन शुरू, हाइड्रोजन उत्पादन, विलवणीकरण, तत्वों का रूपांतरण, तंत्रिका विकिरण, सैद्धांतिक और खोजी उद्देश्यों को प्राप्त करना)।

परमाणु रिएक्टर डिवाइस

अधिकांश बिजली संयंत्रों में रिएक्टरों के मुख्य घटक हैं:

परमाणु ईंधन - एक पदार्थ जो बिजली टर्बाइनों (आमतौर पर कम समृद्ध यूरेनियम) के लिए गर्मी के उत्पादन के लिए जरूरी है;
परमाणु रिएक्टर का सक्रिय क्षेत्र - यह वह जगह है जहाँ परमाणु प्रतिक्रिया होती है;
न्यूट्रॉन मॉडरेटर - तेज न्यूट्रॉन की गति को कम करता है, उन्हें थर्मल न्यूट्रॉन में बदल देता है;
न्यूट्रॉन स्रोत शुरू करना - परमाणु प्रतिक्रिया के विश्वसनीय और स्थिर प्रक्षेपण के लिए उपयोग किया जाता है;
न्यूट्रॉन अवशोषक - ताजा ईंधन की उच्च प्रतिक्रियाशीलता को कम करने के लिए कुछ बिजली संयंत्रों में उपलब्ध;
न्यूट्रॉन हॉवित्जर - बंद होने के बाद प्रतिक्रिया को फिर से शुरू करने के लिए प्रयोग किया जाता है;
शीतलक (शुद्ध पानी);
नियंत्रण छड़ें - यूरेनियम या प्लूटोनियम नाभिक के विखंडन की दर को नियंत्रित करने के लिए;
पानी पंप - भाप बॉयलर को पानी पंप करता है;
भाप टर्बाइन - भाप की तापीय ऊर्जा को घूर्णी यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है;
कूलिंग टावर - वातावरण में अतिरिक्त गर्मी को दूर करने के लिए एक उपकरण;
रेडियोधर्मी अपशिष्ट प्राप्त करने और भंडारण के लिए प्रणाली;
सुरक्षा प्रणाली (आपातकालीन डीजल जनरेटर, आपातकालीन कोर कूलिंग के लिए उपकरण)।

नवीनतम मॉडल कैसे काम करते हैं

नवीनतम चौथी पीढ़ी के रिएक्टर वाणिज्यिक संचालन के लिए उपलब्ध होंगे 2030 से पहले नहीं. वर्तमान में, उनके कार्य का सिद्धांत और व्यवस्था विकास के स्तर पर है। मौजूदा आंकड़ों के मुताबिक, ये संशोधन ऐसे में मौजूदा मॉडलों से अलग होंगे फ़ायदे:

रैपिड गैस शीतलन प्रणाली। यह माना जाता है कि हीलियम का उपयोग शीतलक के रूप में किया जाएगा। के अनुसार परियोजना प्रलेखनइस प्रकार रिएक्टरों को 850 डिग्री सेल्सियस के तापमान के साथ ठंडा करना संभव है। ऐसे उच्च तापमान पर काम करने के लिए विशिष्ट कच्चे माल की भी आवश्यकता होती है: समग्र सिरेमिक सामग्री और एक्टिनाइड यौगिक;
प्राथमिक शीतलक के रूप में सीसा या सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु का उपयोग करना संभव है। इन सामग्रियों में कम न्यूट्रॉन अवशोषण होता है और अपेक्षाकृत अधिक होते हैं हल्का तापमानपिघलना;
इसके अलावा, मुख्य शीतलक के रूप में पिघला हुआ नमक का मिश्रण इस्तेमाल किया जा सकता है। इस प्रकार, इससे अधिक तापमान पर काम करना संभव होगा आधुनिक एनालॉग्सपानी ठंडा करने के साथ।

प्रकृति में प्राकृतिक अनुरूप

परमाणु रिएक्टर के रूप में माना जाता है सार्वजनिक चेतनाविशेष रूप से एक उत्पाद के रूप में उच्च प्रौद्योगिकी. हालाँकि, वास्तव में पहला डिवाइस प्राकृतिक उत्पत्ति का है. यह मध्य अफ्रीकी राज्य गैबॉन में ओक्लो क्षेत्र में खोजा गया था:

रिएक्टर का निर्माण यूरेनियम चट्टानों की बाढ़ के कारण हुआ था भूजल. उन्होंने न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में कार्य किया;
यूरेनियम के क्षय के दौरान निकलने वाली ऊष्मीय ऊर्जा पानी को भाप में बदल देती है, और श्रृंखला प्रतिक्रिया बंद हो जाती है;
शीतलक तापमान गिरने के बाद, सब कुछ फिर से दोहराता है;
यदि तरल उबलकर प्रतिक्रिया के क्रम को नहीं रोकता, तो मानवता को एक नई प्राकृतिक आपदा का सामना करना पड़ता;
लगभग डेढ़ अरब साल पहले इस रिएक्टर में आत्मनिर्भर परमाणु विखंडन शुरू हुआ था। इस समय के दौरान, लगभग 0.1 मिलियन वाट उत्पादन शक्ति आवंटित की गई थी;
पृथ्वी पर दुनिया का ऐसा अजूबा केवल एक ही ज्ञात है। नए की उपस्थिति असंभव है: प्राकृतिक कच्चे माल में यूरेनियम -235 का अनुपात श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए आवश्यक स्तर से बहुत कम है।

दक्षिण कोरिया में कितने परमाणु रिएक्टर हैं?

बेचारा चालू प्राकृतिक संसाधन, लेकिन कोरिया के औद्योगिक और अधिक आबादी वाले गणराज्य को ऊर्जा की सख्त जरूरत है। शांतिपूर्ण परमाणु की जर्मनी की अस्वीकृति की पृष्ठभूमि के खिलाफ, इस देश को परमाणु प्रौद्योगिकी पर अंकुश लगाने की बहुत उम्मीदें हैं:

यह योजना बनाई गई है कि 2035 तक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा उत्पन्न बिजली का हिस्सा 60% तक पहुंच जाएगा, और कुल उत्पादन - 40 गीगावाट से अधिक;
देश के पास परमाणु हथियार नहीं हैं, लेकिन परमाणु भौतिकी में शोध जारी है। कोरियाई वैज्ञानिकों ने आधुनिक रिएक्टरों के लिए डिज़ाइन विकसित किए हैं: मॉड्यूलर, हाइड्रोजन, तरल धातु आदि के साथ;
स्थानीय शोधकर्ताओं की सफलता आपको विदेशों में तकनीक बेचने की अनुमति देती है। उम्मीद है कि अगले 15-20 वर्षों में देश ऐसी 80 इकाइयों का निर्यात करेगा;
लेकिन आज तक, अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का निर्माण अमेरिकी या फ्रांसीसी वैज्ञानिकों की सहायता से किया गया है;
ऑपरेटिंग स्टेशनों की संख्या अपेक्षाकृत कम है (केवल चार), लेकिन उनमें से प्रत्येक में रिएक्टरों की एक महत्वपूर्ण संख्या है - कुल 40, और यह आंकड़ा बढ़ेगा।

जब न्यूट्रॉन के साथ बमबारी की जाती है, तो परमाणु ईंधन एक श्रृंखला प्रतिक्रिया में प्रवेश करता है, जिसके परिणामस्वरूप बड़ी मात्रा में गर्मी उत्पन्न होती है। सिस्टम में पानी इस गर्मी को लेता है और इसे भाप में बदल देता है, जो बिजली पैदा करने वाली टर्बाइनों को बदल देता है। यहाँ सरल सर्किटपरमाणु रिएक्टर का संचालन, पृथ्वी पर ऊर्जा का सबसे शक्तिशाली स्रोत।

वीडियो: परमाणु रिएक्टर कैसे काम करते हैं

इस वीडियो में, परमाणु भौतिक विज्ञानी व्लादिमीर चैकिन आपको बताएंगे कि परमाणु रिएक्टरों में बिजली कैसे उत्पन्न होती है, उनकी विस्तृत संरचना:

शिकागो फुटबॉल मैदान विश्वविद्यालय के पश्चिमी स्टैंड के नीचे निर्मित और 2 दिसंबर, 1942 को चालू हुआ, शिकागो पाइल -1 (CP-1) दुनिया का पहला परमाणु रिएक्टर था। इसमें ग्रेफाइट और यूरेनियम ब्लॉक शामिल थे, और इसमें कैडमियम, इंडियम और सिल्वर कंट्रोल रॉड भी थे, लेकिन इसमें कोई विकिरण सुरक्षा और शीतलन प्रणाली नहीं थी। परियोजना के वैज्ञानिक निदेशक, भौतिक विज्ञानी एनरिको फर्मी ने SR-1 को "काली ईंटों और लकड़ी के लॉग का एक नम ढेर" के रूप में वर्णित किया।

रिएक्टर पर काम 16 नवंबर, 1942 को शुरू हुआ। कठिन काम किया गया है। भौतिकविदों और विश्वविद्यालय के कर्मचारियों ने चौबीसों घंटे काम किया। उन्होंने ग्रेफाइट ब्लॉकों में एम्बेडेड यूरेनियम ऑक्साइड और यूरेनियम सिल्लियों की 57 परतों का एक ग्रिड बनाया। एक लकड़ी के फ्रेम ने संरचना का समर्थन किया। फर्मी की शागिर्द, लियोना वुड्स - परियोजना की एकमात्र महिला - ढेर बढ़ने के साथ सावधानीपूर्वक माप लेती थी।

2 दिसंबर, 1942 को रिएक्टर परीक्षण के लिए तैयार था। इसमें 22,000 यूरेनियम सिल्लियां थीं और 380 टन ग्रेफाइट, साथ ही 40 टन यूरेनियम ऑक्साइड और छह टन यूरेनियम धातु ली गई थी। रिएक्टर को बनाने में 2.7 मिलियन डॉलर लगे। प्रयोग 09-45 पर शुरू हुआ। इसमें 49 लोगों ने भाग लिया: फर्मी, कॉम्पटन, स्ज़ीलार्ड, ज़िन, हाइबेरी, वुड्स, एक युवा बढ़ई जिसने ग्रेफाइट ब्लॉक और कैडमियम की छड़ें बनाईं, चिकित्सक, सामान्य छात्र और अन्य वैज्ञानिक।

तीन लोगों ने "आत्मघाती दस्ते" बनाया - वे सुरक्षा व्यवस्था का हिस्सा थे। उनका काम आग को बुझाना था अगर कुछ गलत हुआ। नियंत्रण भी था: नियंत्रण छड़ें जो मैन्युअल रूप से संचालित होती थीं और एक आपातकालीन छड़ जो रिएक्टर के ऊपर बालकनी की रेलिंग से बंधी होती थी। आपातकाल की स्थिति में, बालकनी पर विशेष रूप से ड्यूटी पर मौजूद एक व्यक्ति द्वारा रस्सी को काटा जाना था, और रॉड प्रतिक्रिया को बुझा देती।

1553 में, इतिहास में पहली बार, एक आत्मनिर्भर परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू हुई। प्रयोग सफल रहा। रिएक्टर ने 28 मिनट तक काम किया।

परमाणु रिएक्टर सुचारू रूप से और सही तरीके से काम करता है। अन्यथा, जैसा कि आप जानते हैं, परेशानी होगी। लेकिन अंदर क्या चल रहा है? आइए एक परमाणु (परमाणु) रिएक्टर के संचालन के सिद्धांत को संक्षेप में, स्पष्ट रूप से, स्टॉप के साथ तैयार करने का प्रयास करें।

वास्तव में वहां वही प्रक्रिया चल रही है, जो परमाणु विस्फोट में होती है। केवल अब विस्फोट बहुत जल्दी होता है, और रिएक्टर में यह सब लंबे समय तक फैला रहता है। अंत में, सब कुछ सुरक्षित और स्वस्थ रहता है और हमें ऊर्जा मिलती है। इतना नहीं कि चारों ओर सब कुछ तुरंत धराशायी हो गया, लेकिन शहर को बिजली प्रदान करने के लिए काफी पर्याप्त है।

कैसे एक रिएक्टर एनपीपी कूलिंग टावर काम करता है
इससे पहले कि आप समझें कि एक नियंत्रित परमाणु प्रतिक्रिया कैसे काम करती है, आपको यह जानना होगा कि सामान्य तौर पर परमाणु प्रतिक्रिया क्या होती है।

एक परमाणु प्रतिक्रिया प्राथमिक कणों और गामा क्वांटा के साथ बातचीत के दौरान परमाणु नाभिक के परिवर्तन (विखंडन) की एक प्रक्रिया है।

अवशोषण और ऊर्जा की रिहाई के साथ परमाणु प्रतिक्रियाएं दोनों हो सकती हैं। रिएक्टर में दूसरी प्रतिक्रियाओं का उपयोग किया जाता है।

एक परमाणु रिएक्टर एक उपकरण है जिसका उद्देश्य ऊर्जा की रिहाई के साथ नियंत्रित परमाणु प्रतिक्रिया को बनाए रखना है।

अक्सर एक परमाणु रिएक्टर को परमाणु रिएक्टर भी कहा जाता है। ध्यान दें कि यहां कोई मौलिक अंतर नहीं है, लेकिन विज्ञान की दृष्टि से "परमाणु" शब्द का उपयोग करना अधिक सही है। अब कई प्रकार के परमाणु रिएक्टर हैं। ये विशाल औद्योगिक रिएक्टर हैं जिन्हें बिजली संयंत्रों में ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, परमाणु पनडुब्बी रिएक्टर, छोटे प्रायोगिक रिएक्टर जिनका उपयोग किया जाता है वैज्ञानिक प्रयोगों. यहां तक कि समुद्री जल को अलवणीकृत करने के लिए रिएक्टरों का भी उपयोग किया जाता है।

परमाणु रिएक्टर के निर्माण का इतिहास

पहला परमाणु रिएक्टर बहुत दूर नहीं 1942 में लॉन्च किया गया था। यह अमेरिका में फर्मी के नेतृत्व में हुआ। इस रिएक्टर को "शिकागो वुडपाइल" कहा जाता था।

1946 में कुरचटोव के नेतृत्व में पहला सोवियत रिएक्टर शुरू हुआ। इस रिएक्टर का शरीर सात मीटर व्यास की एक गेंद थी। पहले रिएक्टरों में शीतलन प्रणाली नहीं थी, और उनकी शक्ति न्यूनतम थी। वैसे, सोवियत रिएक्टर की औसत शक्ति 20 वाट थी, जबकि अमेरिकी के पास केवल 1 वाट थी। तुलना के लिए: आधुनिक बिजली रिएक्टरों की औसत शक्ति 5 गीगावाट है। पहले रिएक्टर के लॉन्च के दस साल से भी कम समय में, दुनिया का पहला औद्योगिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र ओबनिंस्क शहर में खोला गया था।

परमाणु (परमाणु) रिएक्टर के संचालन का सिद्धांत

किसी भी परमाणु रिएक्टर के कई हिस्से होते हैं: ईंधन और मॉडरेटर के साथ कोर, न्यूट्रॉन परावर्तक, शीतलक, नियंत्रण और सुरक्षा प्रणाली। यूरेनियम (235, 238, 233), प्लूटोनियम (239) और थोरियम (232) के समस्थानिकों का उपयोग अक्सर रिएक्टरों में ईंधन के रूप में किया जाता है। सक्रिय क्षेत्र एक बॉयलर है जिसके माध्यम से साधारण पानी (शीतलक) बहता है। अन्य शीतलक के अलावा, "भारी पानी" और तरल ग्रेफाइट का आमतौर पर कम उपयोग किया जाता है। अगर हम परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन के बारे में बात करते हैं, तो गर्मी उत्पन्न करने के लिए परमाणु रिएक्टर का उपयोग किया जाता है। बिजली स्वयं उसी तरह उत्पन्न होती है जैसे अन्य प्रकार के बिजली संयंत्रों में - भाप एक टरबाइन को घुमाती है, और गति की ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

नीचे परमाणु रिएक्टर के संचालन का आरेख है।

परमाणु रिएक्टर के संचालन की योजना परमाणु ऊर्जा संयंत्र में परमाणु रिएक्टर की योजना

जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, एक भारी यूरेनियम नाभिक के क्षय से हल्के तत्व और कुछ न्यूट्रॉन पैदा होते हैं। परिणामी न्यूट्रॉन अन्य नाभिकों से टकराते हैं, जिससे उनका विखंडन भी होता है। ऐसे में न्यूट्रॉन की संख्या हिमस्खलन की तरह बढ़ती है।

यहां न्यूट्रॉन गुणन कारक का उल्लेख करना आवश्यक है। इसलिए, यदि यह गुणांक एक के बराबर मान से अधिक है, तो परमाणु विस्फोट होता है। यदि मान एक से कम है, तो बहुत कम न्यूट्रॉन हैं और प्रतिक्रिया समाप्त हो जाती है। लेकिन यदि आप एक के बराबर गुणांक का मान बनाए रखते हैं, तो प्रतिक्रिया लंबे समय तक और स्थिर रूप से आगे बढ़ेगी।

सवाल यह है कि इसे कैसे किया जाए? रिएक्टर में, ईंधन तथाकथित ईंधन तत्वों (TVELs) में होता है। ये ऐसी छड़ें हैं जिनमें छोटे छर्रों के रूप में परमाणु ईंधन होता है। ईंधन की छड़ें हेक्सागोनल कैसेट में जुड़ी होती हैं, जिनमें से रिएक्टर में सैकड़ों हो सकते हैं। ईंधन छड़ वाले कैसेट लंबवत स्थित होते हैं, जबकि प्रत्येक ईंधन छड़ में एक प्रणाली होती है जो आपको कोर में इसके विसर्जन की गहराई को समायोजित करने की अनुमति देती है। कैसेट के अलावा, उनके बीच नियंत्रण छड़ें और आपातकालीन सुरक्षा छड़ें होती हैं। छड़ें ऐसी सामग्री से बनी होती हैं जो न्यूट्रॉन को अच्छी तरह से अवशोषित करती हैं। इस प्रकार, नियंत्रण छड़ को कोर में अलग-अलग गहराई तक उतारा जा सकता है, जिससे न्यूट्रॉन गुणन कारक को समायोजित किया जा सकता है। आपातकालीन छड़ों को आपातकाल की स्थिति में रिएक्टर को बंद करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

परमाणु रिएक्टर कैसे शुरू किया जाता है?

हमने ऑपरेशन के सिद्धांत को समझ लिया है, लेकिन रिएक्टर को कैसे शुरू और चालू किया जाए? मोटे तौर पर, यहाँ यह है - यूरेनियम का एक टुकड़ा, लेकिन इसमें चेन रिएक्शन अपने आप शुरू नहीं होता है। तथ्य यह है कि परमाणु भौतिकी में महत्वपूर्ण द्रव्यमान की अवधारणा है।

परमाणु ईंधन परमाणु ईंधन

क्रिटिकल मास परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए आवश्यक विखंडनीय सामग्री का द्रव्यमान है।

ईंधन तत्वों और नियंत्रण छड़ों की मदद से, रिएक्टर में पहले परमाणु ईंधन का एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान बनाया जाता है, और फिर रिएक्टर को कई चरणों में इष्टतम शक्ति स्तर पर लाया जाता है।

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इस लेख में, हमने आपको परमाणु (परमाणु) रिएक्टर की संरचना और संचालन के सिद्धांत का एक सामान्य विचार देने की कोशिश की है। यदि आपके पास अभी भी विषय पर प्रश्न हैं या विश्वविद्यालय ने परमाणु भौतिकी में समस्या पूछी है - कृपया हमारी कंपनी के विशेषज्ञों से संपर्क करें। हम, हमेशा की तरह, आपकी पढ़ाई के किसी भी दबाव वाले मुद्दे को हल करने में आपकी मदद करने के लिए तैयार हैं। इस बीच, हम यह कर रहे हैं, आपका ध्यान एक और शैक्षिक वीडियो पर है!

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