rumah › Salun › Struktur reaktor nuklear atom. Reaktor nuklear: prinsip operasi, ciri, penerangan

Struktur reaktor nuklear atom. Reaktor nuklear: prinsip operasi, ciri, penerangan

Untuk orang biasa peranti berteknologi tinggi moden sangat misteri dan misteri bahawa ia adalah tepat untuk menyembah mereka, seperti orang dahulu kala menyembah kilat. Pelajaran sekolah ahli fizik, penuh dengan pengiraan matematik, tidak menyelesaikan masalah. Tetapi menarik untuk diceritakan walaupun tentang reaktor nuklear, prinsip operasinya jelas walaupun kepada seorang remaja.

Bagaimanakah reaktor nuklear berfungsi?

Prinsip operasi peranti berteknologi tinggi ini adalah seperti berikut:

Apabila neutron diserap, bahan api nuklear (selalunya ini uranium-235 atau plutonium-239) pembahagian nukleus atom berlaku;
Tenaga kinetik, sinaran gamma dan neutron bebas dibebaskan;
Tenaga kinetik ditukar kepada tenaga haba (apabila nukleus berlanggar dengan atom sekeliling), sinaran gamma diserap oleh reaktor itu sendiri dan juga ditukar kepada haba;
Sebahagian daripada neutron yang dihasilkan diserap oleh atom bahan api, yang menyebabkan tindak balas berantai. Untuk mengawalnya, penyerap neutron dan penyederhana digunakan;
Dengan bantuan penyejuk (air, gas atau natrium cecair), haba dikeluarkan dari tapak tindak balas;
Stim bertekanan daripada air yang dipanaskan digunakan untuk memacu turbin stim;
Dengan bantuan penjana, tenaga mekanikal putaran turbin ditukar kepada arus elektrik berselang-seli.

Pendekatan klasifikasi

Terdapat banyak sebab untuk tipologi reaktor:

Mengikut jenis tindak balas nuklear. Pembelahan (semua pemasangan komersial) atau gabungan (kuasa termonuklear, hanya meluas di beberapa institut penyelidikan);
Dengan penyejuk. Dalam kebanyakan kes, air (mendidih atau berat) digunakan untuk tujuan ini. Penyelesaian alternatif kadangkala digunakan: logam cecair (natrium, aloi plumbum-bismut, merkuri), gas (helium, karbon dioksida atau nitrogen), garam lebur (garam fluorida);
Mengikut generasi. Yang pertama ialah prototaip awal, yang tidak masuk akal komersil. Yang kedua ialah majoriti loji tenaga nuklear yang digunakan pada masa ini yang dibina sebelum 1996. Generasi ketiga berbeza daripada yang sebelumnya hanya dalam penambahbaikan kecil. Kerja pada generasi keempat masih dijalankan;
Mengikut keadaan agregat bahan api (gas masih wujud hanya di atas kertas);
Dengan tujuan penggunaan(untuk pengeluaran elektrik, permulaan enjin, pengeluaran hidrogen, penyahgaraman, transmutasi unsur, mendapatkan sinaran saraf, tujuan teori dan penyiasatan).

Peranti reaktor nuklear

Komponen utama reaktor di kebanyakan loji kuasa ialah:

Bahan api nuklear - bahan yang diperlukan untuk pengeluaran haba untuk turbin kuasa (biasanya uranium diperkaya rendah);
Zon aktif reaktor nuklear - di sinilah tindak balas nuklear berlaku;
Moderator neutron - mengurangkan kelajuan neutron pantas, mengubahnya menjadi neutron terma;
Memulakan sumber neutron - digunakan untuk pelancaran tindak balas nuklear yang boleh dipercayai dan stabil;
Penyerap neutron - terdapat di sesetengah loji kuasa untuk mengurangkan kereaktifan tinggi bahan api segar;
Neutron howitzer - digunakan untuk memulakan semula tindak balas selepas dimatikan;
Penyejuk (air yang disucikan);
Batang kawalan - untuk mengawal kadar pembelahan uranium atau nukleus plutonium;
Pam air - mengepam air ke dandang stim;
Turbin wap - menukarkan tenaga haba stim kepada tenaga mekanikal putaran;
Menara penyejuk - peranti untuk mengeluarkan haba berlebihan ke atmosfera;
Sistem untuk menerima dan menyimpan sisa radioaktif;
Sistem keselamatan (penjana diesel kecemasan, peranti untuk penyejukan teras kecemasan).

Cara model terkini berfungsi

Generasi ke-4 reaktor terkini akan tersedia untuk operasi komersial tidak lebih awal daripada 2030. Pada masa ini, prinsip dan susunan kerja mereka berada di peringkat pembangunan. Mengikut data semasa, pengubahsuaian ini akan berbeza daripada model sedia ada seperti itu faedah:

Sistem penyejukan gas pantas. Diandaikan bahawa helium akan digunakan sebagai penyejuk. mengikut dokumentasi projek, dengan itu adalah mungkin untuk menyejukkan reaktor dengan suhu 850 °C. Untuk bekerja pada suhu tinggi sedemikian, bahan mentah tertentu juga diperlukan: bahan seramik komposit dan sebatian aktinida;
Adalah mungkin untuk menggunakan plumbum atau aloi plumbum-bismut sebagai penyejuk utama. Bahan-bahan ini mempunyai penyerapan neutron yang rendah dan secara relatifnya suhu rendah lebur;
Juga, campuran garam cair boleh digunakan sebagai penyejuk utama. Oleh itu, ia akan menjadi mungkin untuk bekerja pada suhu yang lebih tinggi daripada analog moden dengan penyejukan air.

Analog semula jadi dalam alam semula jadi

Reaktor nuklear dianggap sebagai kesedaran awam secara eksklusif sebagai produk Teknologi tinggi. Namun, sebenarnya yang pertama peranti itu adalah asal semula jadi. Ia ditemui di rantau Oklo, di negeri Gabon di Afrika Tengah:

Reaktor itu terbentuk akibat banjir batu uranium air bawah tanah. Mereka bertindak sebagai moderator neutron;
Tenaga haba yang dikeluarkan semasa pereputan uranium menukarkan air menjadi wap, dan tindak balas berantai berhenti;
Selepas suhu penyejuk jatuh, semuanya berulang lagi;
Sekiranya cecair itu tidak mendidih dan menghentikan perjalanan tindak balas, manusia akan menghadapi bencana alam yang baru;
Pembelahan nuklear mandiri bermula dalam reaktor ini kira-kira satu setengah bilion tahun yang lalu. Pada masa ini, kira-kira 0.1 juta watt kuasa keluaran telah diperuntukkan;
Keajaiban dunia di Bumi adalah satu-satunya yang diketahui. Kemunculan yang baru adalah mustahil: perkadaran uranium-235 dalam bahan mentah semula jadi jauh lebih rendah daripada tahap yang diperlukan untuk mengekalkan tindak balas berantai.

Berapakah bilangan reaktor nuklear di Korea Selatan?

Kesian Sumber semula jadi, tetapi Republik Korea yang berindustri dan terlalu ramai penduduk sangat memerlukan tenaga. Berlatarbelakangkan penolakan Jerman terhadap atom aman, negara ini menaruh harapan tinggi untuk mengekang teknologi nuklear:

Ia dirancang bahawa menjelang 2035 bahagian elektrik yang dijana oleh loji kuasa nuklear akan mencapai 60%, dan jumlah pengeluaran - lebih daripada 40 gigawatt;
Negara ini tidak mempunyai senjata atom, tetapi penyelidikan dalam fizik nuklear sedang dijalankan. Para saintis Korea telah membangunkan reka bentuk untuk reaktor moden: modular, hidrogen, dengan logam cecair, dsb.;
Kejayaan penyelidik tempatan membolehkan anda menjual teknologi di luar negara. Dijangka dalam 15-20 tahun akan datang negara akan mengeksport 80 unit tersebut;
Tetapi setakat hari ini, kebanyakan loji tenaga nuklear telah dibina dengan bantuan saintis Amerika atau Perancis;
Bilangan stesen operasi agak kecil (hanya empat), tetapi setiap daripada mereka mempunyai bilangan reaktor yang ketara - 40 secara keseluruhan, dan angka ini akan berkembang.

Apabila dihujani dengan neutron, bahan api nuklear memasuki tindak balas berantai, akibatnya sejumlah besar haba dihasilkan. Air dalam sistem mengambil haba ini dan mengubahnya menjadi wap, yang mengubah turbin yang menghasilkan elektrik. Di sini litar ringkas operasi reaktor nuklear, sumber tenaga paling berkuasa di Bumi.

Video: bagaimana reaktor nuklear berfungsi

Dalam video ini, ahli fizik nuklear Vladimir Chaikin akan memberitahu anda bagaimana tenaga elektrik dijana dalam reaktor nuklear, struktur terperincinya:

Reaktor nuklear berfungsi dengan lancar dan tepat. Jika tidak, seperti yang anda tahu, akan ada masalah. Tetapi apa yang berlaku di dalam? Mari cuba rumuskan prinsip operasi reaktor nuklear (atom) secara ringkas, jelas, dengan hentian.

Malah, proses yang sama berlaku di sana seperti dalam letupan nuklear. Hanya sekarang letupan berlaku sangat cepat, dan dalam reaktor semua ini terbentang untuk masa yang lama. Akhirnya, semuanya kekal selamat dan sihat, dan kita mendapat tenaga. Tidak begitu banyak bahawa segala-galanya di sekeliling serta-merta hancur, tetapi cukup untuk membekalkan elektrik ke bandar.

bagaimana reaktor berfungsi menara penyejuk NPP
Sebelum anda memahami cara tindak balas nuklear terkawal berfungsi, anda perlu tahu apakah tindak balas nuklear secara umum.

Tindak balas nuklear ialah proses transformasi (pembelahan) nukleus atom semasa interaksinya dengan zarah asas dan gamma quanta.

Tindak balas nuklear boleh berlaku dengan penyerapan dan dengan pembebasan tenaga. Tindak balas kedua digunakan dalam reaktor.

Reaktor nuklear ialah peranti yang bertujuan untuk mengekalkan tindak balas nuklear terkawal dengan pembebasan tenaga.

Selalunya reaktor nuklear juga dipanggil reaktor nuklear. Perhatikan bahawa tidak ada perbezaan asas di sini, tetapi dari sudut pandangan sains, adalah lebih tepat untuk menggunakan perkataan "nuklear". Kini terdapat banyak jenis reaktor nuklear. Ini adalah reaktor perindustrian besar yang direka untuk menjana tenaga di loji kuasa, reaktor dasar laut nuklear, reaktor eksperimen kecil yang digunakan dalam eksperimen saintifik. Malah terdapat reaktor yang digunakan untuk menyahsinasi air laut.

Sejarah penciptaan reaktor nuklear

Reaktor nuklear pertama dilancarkan pada tahun 1942 yang tidak begitu jauh. Ia berlaku di Amerika Syarikat di bawah pimpinan Fermi. Reaktor ini dipanggil "Chicago woodpile".

Pada tahun 1946, reaktor Soviet pertama bermula di bawah pimpinan Kurchatov. Badan reaktor ini adalah sebiji bola dengan diameter tujuh meter. Reaktor pertama tidak mempunyai sistem penyejukan, dan kuasanya adalah minimum. Dengan cara ini, reaktor Soviet mempunyai kuasa purata 20 watt, manakala yang Amerika hanya mempunyai 1 watt. Sebagai perbandingan: kuasa purata reaktor kuasa moden ialah 5 Gigawatt. Kurang daripada sepuluh tahun selepas pelancaran reaktor pertama, loji tenaga nuklear perindustrian pertama di dunia dibuka di bandar Obninsk.

Prinsip operasi reaktor nuklear (atom).

Mana-mana reaktor nuklear mempunyai beberapa bahagian: teras dengan bahan api dan penyederhana, pemantul neutron, penyejuk, sistem kawalan dan perlindungan. Isotop uranium (235, 238, 233), plutonium (239) dan torium (232) paling kerap digunakan sebagai bahan api dalam reaktor. Zon aktif adalah dandang di mana air biasa (penyejuk) mengalir. Antara penyejuk lain, "air berat" dan grafit cecair kurang biasa digunakan. Jika kita bercakap tentang operasi loji kuasa nuklear, maka reaktor nuklear digunakan untuk menjana haba. Elektrik itu sendiri dijana dengan cara yang sama seperti dalam jenis loji kuasa lain - wap memutar turbin, dan tenaga pergerakan ditukar menjadi tenaga elektrik.

Di bawah ialah gambar rajah operasi reaktor nuklear.

skim operasi reaktor nuklearSkim reaktor nuklear di loji tenaga nuklear

Seperti yang telah kita katakan, pereputan nukleus uranium berat menghasilkan unsur yang lebih ringan dan beberapa neutron. Neutron yang terhasil berlanggar dengan nukleus lain, juga menyebabkan ia pembelahan. Dalam kes ini, bilangan neutron bertambah seperti runtuhan salji.

Di sini adalah perlu untuk menyebut faktor pendaraban neutron. Jadi, jika pekali ini melebihi nilai yang sama dengan satu, letupan nuklear berlaku. Jika nilainya kurang daripada satu, terdapat terlalu sedikit neutron dan tindak balas akan mati. Tetapi jika anda mengekalkan nilai pekali sama dengan satu, tindak balas akan diteruskan untuk masa yang lama dan stabil.

Persoalannya bagaimana untuk melakukannya? Dalam reaktor, bahan api berada dalam unsur bahan api yang dipanggil (TVEL). Ini adalah rod yang mengandungi bahan api nuklear dalam bentuk pelet kecil. Batang bahan api disambungkan ke dalam kaset heksagon, yang boleh terdapat beratus-ratus dalam reaktor. Kaset dengan rod bahan api terletak secara menegak, manakala setiap rod bahan api mempunyai sistem yang membolehkan anda melaraskan kedalaman rendamannya dalam teras. Sebagai tambahan kepada kaset itu sendiri, terdapat rod kawalan dan rod perlindungan kecemasan di antaranya. Joran diperbuat daripada bahan yang menyerap neutron dengan baik. Oleh itu, rod kawalan boleh diturunkan ke kedalaman yang berbeza dalam teras, dengan itu melaraskan faktor pendaraban neutron. Rod kecemasan direka untuk menutup reaktor sekiranya berlaku kecemasan.

Bagaimanakah reaktor nuklear dimulakan?

Kami mengetahui prinsip operasi, tetapi bagaimana untuk memulakan dan membuat fungsi reaktor? Secara kasarnya, inilah - sekeping uranium, tetapi selepas semua, tindak balas berantai tidak bermula di dalamnya dengan sendirinya. Hakikatnya dalam fizik nuklear terdapat konsep jisim kritikal.

Bahan api nuklearBahan api nuklear

Jisim kritikal ialah jisim bahan fisil yang diperlukan untuk memulakan tindak balas rantai nuklear.

Dengan bantuan elemen bahan api dan rod kawalan, jisim kritikal bahan api nuklear mula-mula dicipta dalam reaktor, dan kemudian reaktor dibawa ke tahap kuasa optimum dalam beberapa peringkat.

Anda Akan Suka: Trik Matematik untuk Pelajar Kemanusiaan dan Bukan Manusia (Bahagian 1)
Dalam artikel ini, kami telah cuba memberi anda gambaran umum tentang struktur dan prinsip operasi reaktor nuklear (atom). Jika anda masih mempunyai soalan mengenai topik atau universiti bertanya masalah dalam fizik nuklear - sila hubungi pakar syarikat kami. Kami, seperti biasa, sedia membantu anda menyelesaikan sebarang isu mendesak pengajian anda. Sementara itu, kami melakukan ini, perhatian anda adalah satu lagi video pendidikan!

blog/kak-rabotaet-yadernyj-reaktor/

Pada pertengahan abad kedua puluh, perhatian manusia tertumpu pada penjelasan atom dan saintis tentang tindak balas nuklear, yang pada mulanya mereka memutuskan untuk digunakan untuk tujuan ketenteraan, mencipta bom nuklear pertama di bawah Projek Manhattan. Tetapi pada 50-an abad XX, reaktor nuklear di USSR digunakan untuk tujuan damai. Umum mengetahui bahawa pada 27 Jun 1954, loji tenaga nuklear pertama di dunia dengan kapasiti 5000 kW memasuki perkhidmatan manusia. Hari ini, reaktor nuklear boleh menjana tenaga elektrik sebanyak 4,000 MW atau lebih, iaitu 800 kali ganda berbanding setengah abad yang lalu.

Apakah reaktor nuklear: definisi asas dan komponen utama unit

Reaktor nuklear ialah unit khas dengan bantuan tenaga yang dijana hasil daripada penyelenggaraan yang betul bagi tindak balas nuklear terkawal. Penggunaan perkataan "atom" dalam kombinasi dengan perkataan "reaktor" dibenarkan. Ramai secara amnya menganggap konsep "nuklear" dan "atom" sebagai sinonim, kerana mereka tidak menemui perbezaan asas di antara mereka. Tetapi wakil sains cenderung kepada kombinasi yang lebih betul - "reaktor nuklear".

Menarik fakta! Tindak balas nuklear boleh diteruskan dengan pembebasan atau penyerapan tenaga.

Komponen utama dalam peranti reaktor nuklear adalah elemen berikut:

Moderator;
Batang kawalan;
Batang yang mengandungi campuran diperkaya isotop uranium;
Unsur pelindung khas terhadap sinaran;
Bahan penyejuk;
penjana wap;
Turbin;
Penjana;
Kapasitor;
Bahan api nuklear.

Apakah prinsip asas operasi reaktor nuklear yang ditentukan oleh ahli fizik dan mengapa ia tidak tergoyahkan

Prinsip asas operasi reaktor nuklear adalah berdasarkan ciri-ciri manifestasi tindak balas nuklear. Pada saat proses nuklear rantaian fizikal standard, zarah berinteraksi dengan nukleus atom, akibatnya, nukleus bertukar menjadi yang baru dengan pembebasan zarah sekunder, yang dipanggil oleh saintis gamma quanta. Semasa tindak balas rantai nuklear, sejumlah besar tenaga haba dibebaskan. Ruang di mana tindak balas berantai berlaku dipanggil teras reaktor.

Menarik fakta! Zon aktif secara luaran menyerupai dandang di mana air biasa mengalir, yang bertindak sebagai penyejuk.

Untuk mengelakkan kehilangan neutron, kawasan teras reaktor dikelilingi oleh pemantul neutron khas. Tugas utamanya ialah menolak kebanyakan neutron yang dipancarkan ke dalam teras. Reflektor biasanya bahan yang sama yang berfungsi sebagai penyederhana.

Kawalan utama reaktor nuklear berlaku dengan bantuan rod kawalan khas. Adalah diketahui bahawa rod ini dimasukkan ke dalam teras reaktor dan mewujudkan semua keadaan untuk operasi unit. Biasanya, rod kawalan diperbuat daripada sebatian kimia boron dan kadmium. Mengapa unsur-unsur ini digunakan? Ya, semuanya kerana boron atau kadmium dapat menyerap neutron haba dengan berkesan. Dan sebaik sahaja pelancaran dirancang, mengikut prinsip operasi reaktor nuklear, rod kawalan dimasukkan ke dalam teras. Tugas utama mereka adalah untuk menyerap sebahagian besar neutron, dengan itu mencetuskan perkembangan tindak balas berantai. Hasilnya harus mencapai tahap yang dikehendaki. Apabila kuasa meningkat melebihi paras yang ditetapkan, mesin automatik dihidupkan, yang semestinya membenamkan rod kawalan jauh ke dalam teras reaktor.

Oleh itu, menjadi jelas bahawa rod kawalan atau kawalan memainkan peranan penting dalam operasi reaktor nuklear haba.

Dan untuk mengurangkan kebocoran neutron, teras reaktor dikelilingi oleh pemantul neutron yang melemparkan jisim ketara neutron yang dipancarkan secara bebas ke dalam teras. Dalam pengertian reflektor, biasanya bahan yang sama digunakan untuk moderator.

Menurut piawaian, nukleus atom bahan penyederhana mempunyai jisim yang agak kecil, sehingga apabila berlanggar dengan nukleus ringan, neutron yang terdapat dalam rantai kehilangan lebih banyak tenaga daripada apabila berlanggar dengan nukleus yang berat. Moderator yang paling biasa ialah air biasa atau grafit.

Menarik fakta! Neutron dalam proses tindak balas nuklear adalah sangat kelajuan tinggi pergerakan, dan oleh itu penyederhana diperlukan, menolak neutron kehilangan sebahagian daripada tenaga mereka.

Tiada satu reaktor di dunia boleh berfungsi secara normal tanpa bantuan penyejuk, kerana tujuannya adalah untuk mengeluarkan tenaga yang dijana dalam jantung reaktor. Sebagai penyejuk, cecair atau gas semestinya digunakan, kerana ia tidak mampu menyerap neutron. Mari kita berikan contoh penyejuk untuk reaktor nuklear padat - air, karbon dioksida, dan kadang-kadang juga cecair natrium logam.

Oleh itu, prinsip operasi reaktor nuklear sepenuhnya berdasarkan undang-undang tindak balas berantai, perjalanannya. Semua komponen reaktor - penyederhana, rod, penyejuk, bahan api nuklear - melaksanakan tugas mereka, menyebabkan operasi normal reaktor.

Apakah bahan api yang digunakan untuk reaktor nuklear dan mengapa sebenarnya unsur kimia ini dipilih

Bahan api utama dalam reaktor boleh menjadi isotop uranium, juga plutonium atau torium.

Kembali pada tahun 1934, F. Joliot-Curie, memerhatikan proses pembelahan nukleus uranium, menyedari bahawa sebagai hasilnya tindak balas kimia nukleus uranium dibahagikan kepada serpihan-nukleus dan dua atau tiga neutron bebas. Dan ini bermakna terdapat kemungkinan bahawa neutron bebas akan bergabung dengan nukleus uranium lain dan mencetuskan pembelahan yang lain. Jadi, seperti yang diramalkan oleh tindak balas berantai: enam hingga sembilan neutron akan dibebaskan daripada tiga nukleus uranium, dan mereka akan sekali lagi bergabung dengan nukleus yang baru terbentuk. Dan seterusnya ad infinitum.

Penting untuk diingat! Neutron yang muncul semasa pembelahan nuklear mampu mencetuskan pembelahan nukleus isotop uranium dengan nombor jisim 235, dan untuk pemusnahan nukleus isotop uranium dengan nombor jisim 238, mungkin terdapat sedikit tenaga yang timbul dalam proses pereputan.

Uranium nombor 235 adalah jarang berlaku. Ia menyumbang hanya 0.7%, tetapi uranium-238 semulajadi menduduki niche yang lebih luas dan menyumbang 99.3%.

Walaupun sebahagian kecil uranium-235 dalam alam semula jadi, ahli fizik dan ahli kimia masih tidak boleh menolaknya, kerana ia adalah yang paling berkesan untuk operasi reaktor nuklear, mengurangkan kos mendapatkan tenaga untuk manusia.

Bilakah reaktor nuklear pertama muncul dan di mana ia digunakan hari ini

Pada tahun 1919, ahli fizik sudah berjaya apabila Rutherford menemui dan menerangkan proses pembentukan proton yang bergerak hasil daripada perlanggaran zarah alfa dengan nukleus atom nitrogen. Penemuan ini bermakna nukleus isotop nitrogen, akibat perlanggaran dengan zarah alfa, bertukar menjadi nukleus isotop oksigen.

Sebelum yang pertama datang reaktor nuklear, dunia telah mempelajari beberapa undang-undang fizik baharu, mentafsir semua aspek penting tindak balas nuklear. Jadi, pada tahun 1934, F. Joliot-Curie, H. Halban, L. Kovarsky buat pertama kalinya menawarkan masyarakat dan kalangan saintis dunia andaian teori dan asas bukti mengenai kemungkinan tindak balas nuklear. Semua eksperimen adalah berkaitan dengan pemerhatian pembelahan nukleus uranium.

Pada tahun 1939, E. Fermi, I. Joliot-Curie, O. Hahn, O. Frisch mengesan tindak balas pembelahan nukleus uranium semasa pengeboman mereka dengan neutron. Dalam perjalanan penyelidikan, saintis telah mendapati bahawa apabila satu neutron dipercepatkan memasuki nukleus uranium, nukleus sedia ada dibahagikan kepada dua atau tiga bahagian.

Tindak balas berantai telah terbukti secara praktikal pada pertengahan abad ke-20. Pada tahun 1939, saintis berjaya membuktikan bahawa pembelahan satu nukleus uranium membebaskan kira-kira 200 MeV tenaga. Tetapi kira-kira 165 MeV diperuntukkan kepada tenaga kinetik nukleus serpihan, dan selebihnya membawa pergi gamma quanta bersamanya. Penemuan ini membuat satu kejayaan dalam fizik kuantum.

E. Fermi meneruskan kerja dan penyelidikan selama beberapa tahun lagi dan melancarkan reaktor nuklear pertama pada tahun 1942 di Amerika Syarikat. Projek yang terkandung dipanggil - "Chicago woodpile" dan diletakkan di atas rel. Pada 5 September 1945, Kanada melancarkan reaktor nuklear ZEEPnya. Benua Eropah tidak ketinggalan, dan pada masa yang sama pemasangan F-1 sedang dibina. Dan untuk orang Rusia ada satu lagi tarikh yang tidak dapat dilupakan- Pada 25 Disember 1946, sebuah reaktor dilancarkan di Moscow di bawah pimpinan I. Kurchatov. Ini bukanlah reaktor nuklear yang paling berkuasa, tetapi ini adalah permulaan perkembangan atom oleh manusia.

Untuk tujuan damai, reaktor nuklear saintifik telah dicipta pada tahun 1954 di USSR. Kapal aman pertama di dunia dengan loji kuasa nuklear, kapal pemecah ais nuklear Lenin, dibina di Kesatuan Soviet pada tahun 1959. Dan satu lagi pencapaian negara kita ialah kapal pemecah ais nuklear Arktika. Kapal permukaan ini sampai ke Kutub Utara buat kali pertama di dunia. Ia berlaku pada tahun 1975.

Reaktor nuklear mudah alih pertama beroperasi pada neutron perlahan.

Di manakah reaktor nuklear digunakan dan jenis yang digunakan oleh manusia

reaktor perindustrian. Ia digunakan untuk menjana tenaga di loji kuasa nuklear.
Reaktor nuklear bertindak sebagai pendorong kapal selam nuklear.
Reaktor eksperimen (mudah alih, kecil). Tanpa mereka, tiada satu pun pengalaman atau penyelidikan saintifik moden berlaku.

Hari ini, cahaya saintifik telah belajar untuk penyahgaraman dengan bantuan reaktor khas air laut untuk menyediakan penduduk dengan kualiti air minuman. Terdapat banyak reaktor nuklear yang beroperasi di Rusia. Jadi, mengikut statistik, sehingga 2018, kira-kira 37 blok beroperasi di negeri ini.

Dan mengikut klasifikasi, mereka boleh seperti berikut:

Penyelidikan (sejarah). Ini termasuk stesen F-1, yang dicipta sebagai tapak eksperimen untuk pengeluaran plutonium. I.V. Kurchatov bekerja di F-1, menyelia reaktor fizikal pertama.
Penyelidikan (aktif).
gudang senjata. Sebagai contoh reaktor - A-1, yang turun dalam sejarah sebagai reaktor pertama dengan penyejukan. Kuasa masa lalu reaktor nuklear adalah kecil, tetapi berfungsi.
Tenaga.
kapal. Adalah diketahui bahawa pada kapal dan kapal selam, dengan keperluan dan kemungkinan teknikal, reaktor sejuk air atau logam cecair digunakan.
Angkasa. Sebagai contoh, mari kita panggil pemasangan Yenisei pada kapal angkasa, yang mula beraksi jika perlu untuk mengekstrak sejumlah tenaga tambahan, dan ia perlu diperoleh menggunakan panel solar dan sumber isotop.

Oleh itu, topik reaktor nuklear agak panjang, oleh itu, ia memerlukan kajian dan pemahaman yang mendalam tentang undang-undang fizik kuantum. Tetapi kepentingan reaktor nuklear untuk industri tenaga dan ekonomi negeri sudah, tidak syak lagi, dikibarkan dengan aura utiliti dan faedah.

Setiap hari kita menggunakan elektrik dan tidak memikirkan bagaimana ia dihasilkan dan bagaimana ia datang kepada kita. Namun begitu, ia adalah salah satu bahagian terpenting dalam tamadun moden. Tanpa elektrik, tiada apa-apa - tiada cahaya, tiada haba, tiada pergerakan.

Semua orang tahu bahawa elektrik dijana di loji kuasa, termasuk yang nuklear. Jantung setiap loji tenaga nuklear adalah reaktor nuklear. Itulah yang akan kita bincangkan dalam artikel ini.

reaktor nuklear, peranti di mana tindak balas rantai nuklear terkawal berlaku dengan pembebasan haba. Pada asasnya, peranti ini digunakan untuk menjana elektrik dan sebagai pemacu untuk kapal besar. Untuk membayangkan kuasa dan kecekapan reaktor nuklear, seseorang boleh memberi contoh. Di mana purata reaktor nuklear memerlukan 30 kilogram uranium, purata loji kuasa haba memerlukan 60 gerabak arang batu atau 40 tangki minyak bahan api.

prototaip reaktor nuklear telah dibina pada Disember 1942 di Amerika Syarikat di bawah arahan E. Fermi. Ia adalah apa yang dipanggil "timbunan Chicago". Chicago Pile (selepas itu perkataan"Pile" bersama-sama dengan makna lain mula menunjukkan reaktor nuklear). Nama ini diberikan kepadanya kerana fakta bahawa dia menyerupai timbunan besar blok grafit yang diletakkan di atas yang lain.

Di antara blok diletakkan sfera "badan kerja" uranium semulajadi dan dioksidanya.

Di USSR, reaktor pertama dibina di bawah pimpinan Academician IV Kurchatov. Reaktor F-1 telah mula beroperasi pada 25 Disember 1946. Reaktor itu dalam bentuk bola dan mempunyai diameter kira-kira 7.5 meter. Ia tidak mempunyai sistem penyejukan, jadi ia berfungsi pada tahap kuasa yang sangat rendah.

Penyelidikan diteruskan dan pada 27 Jun 1954, loji tenaga nuklear pertama di dunia dengan kapasiti 5 MW telah mula beroperasi di bandar Obninsk.

Prinsip operasi reaktor nuklear.

Semasa pereputan uranium U 235, haba dibebaskan, disertai dengan pembebasan dua atau tiga neutron. Mengikut statistik - 2.5. Neutron ini berlanggar dengan atom uranium lain U 235 . Dalam perlanggaran, uranium U 235 bertukar menjadi isotop U 236 yang tidak stabil, yang hampir serta-merta mereput menjadi Kr 92 dan Ba 141 + 2-3 neutron yang sama ini. Pereputan itu disertai dengan pembebasan tenaga dalam bentuk sinaran gamma dan haba.

Ini dipanggil tindak balas berantai. Atom membahagi, bilangan pereputan meningkat secara eksponen, yang akhirnya membawa kepada sepantas kilat, mengikut piawaian kami, pembebasan sejumlah besar tenaga - letupan atom berlaku, akibat tindak balas berantai yang tidak terkawal.

Walau bagaimanapun, dalam reaktor nuklear kita sedang berurusan tindak balas nuklear terkawal. Bagaimana ini menjadi mungkin diterangkan lebih lanjut.

Peranti reaktor nuklear.

Pada masa ini, terdapat dua jenis reaktor nuklear VVER (reaktor kuasa air tekanan) dan RBMK (reaktor saluran kuasa tinggi). Perbezaannya ialah RBMK ialah reaktor air mendidih, dan VVER menggunakan air di bawah tekanan 120 atmosfera.

Reaktor VVER 1000. 1 - pemacu CPS; 2 - penutup reaktor; 3 - kapal reaktor; 4 - blok paip pelindung (BZT); 5 - lombong; 6 - penyekat teras; 7 - pemasangan bahan api (FA) dan rod kawalan;

Setiap reaktor nuklear jenis industri ialah dandang yang melaluinya bahan penyejuk mengalir. Sebagai peraturan, ini adalah air biasa (lebih kurang 75% di dunia), grafit cecair (20%) dan air berat (5%). Untuk tujuan eksperimen, berilium telah digunakan dan hidrokarbon diandaikan.

TVEL- (elemen bahan api). Ini adalah rod dalam cangkang zirkonium dengan pengaloian niobium, di dalamnya terdapat tablet uranium dioksida.

Unsur bahan api dalam kaset diserlahkan dengan warna hijau.

Pemasangan kaset bahan api.

Teras reaktor terdiri daripada beratus-ratus kaset yang diletakkan secara menegak dan disatukan bersama oleh cangkerang logam - badan, yang juga memainkan peranan sebagai pemantul neutron. Antara kaset, rod kawalan dan rod perlindungan kecemasan reaktor dimasukkan secara berkala, yang, sekiranya berlaku terlalu panas, direka untuk menutup reaktor.

Mari kita berikan sebagai contoh data pada reaktor VVER-440:

Pengawal boleh bergerak ke atas dan ke bawah dengan tenggelam, atau sebaliknya, meninggalkan teras, di mana tindak balas adalah paling sengit. Ini disediakan oleh motor elektrik berkuasa, bersama-sama dengan sistem kawalan. Rod perlindungan kecemasan direka bentuk untuk menutup reaktor sekiranya berlaku kecemasan, jatuh ke dalam teras dan menyerap lebih banyak neutron bebas.

Setiap reaktor mempunyai penutup di mana kaset terpakai dan baru dimuatkan dan dipunggah.

Penebat haba biasanya dipasang di atas kapal reaktor. Halangan seterusnya ialah perlindungan biologi. Ini biasanya kubu konkrit bertetulang, pintu masuknya ditutup dengan kunci udara dengan pintu tertutup. Perlindungan biologi direka untuk tidak melepaskan wap radioaktif dan kepingan reaktor ke atmosfera, jika letupan berlaku.

Letupan nuklear dalam reaktor moden adalah sangat tidak mungkin. Kerana bahan api tidak diperkaya dengan secukupnya, dan dibahagikan kepada TVEL. Walaupun teras cair, bahan api tidak akan dapat bertindak balas dengan begitu aktif. Maksimum yang boleh berlaku ialah letupan terma, seperti di Chernobyl, apabila tekanan dalam reaktor mencapai nilai sedemikian sehingga bekas logam itu hanya terkoyak, dan penutup reaktor, seberat 5000 tan, membuat lompatan flip, menembusi. bumbung petak reaktor dan melepaskan wap keluar. Sekiranya loji janakuasa nuklear Chernobyl telah dilengkapi dengan perlindungan biologi yang betul, seperti sarkofagus hari ini, maka malapetaka itu akan mengurangkan kos manusia.

Kerja loji tenaga nuklear.

Secara ringkas, raboboa kelihatan seperti ini.

Loji kuasa nuklear. (boleh diklik)

Selepas memasuki teras reaktor dengan bantuan pam, air dipanaskan dari 250 hingga 300 darjah dan keluar dari "sebelah lain" reaktor. Ini dipanggil litar pertama. Kemudian ia pergi ke penukar haba, di mana ia bertemu dengan litar kedua. Selepas itu, wap di bawah tekanan memasuki bilah turbin. Turbin menjana tenaga elektrik.

Malah, proses yang sama berlaku di sana seperti dalam letupan nuklear. Hanya sekarang letupan berlaku dengan sangat cepat, dan dalam reaktor semua ini terbentang untuk masa yang lama. Akhirnya, semuanya kekal selamat dan sihat, dan kita mendapat tenaga. Tidak begitu banyak bahawa segala-galanya di sekeliling serta-merta hancur, tetapi cukup untuk membekalkan elektrik ke bandar.

Sebelum anda boleh memahami bagaimana tindak balas nuklear terkawal berfungsi, anda perlu tahu apa tindak balas nuklear sama sekali.

tindak balas nuklear - ini ialah proses penjelmaan (pembelahan) nukleus atom semasa interaksinya dengan zarah asas dan gamma quanta.

Tindak balas nuklear boleh berlaku dengan penyerapan dan dengan pembebasan tenaga. Tindak balas kedua digunakan dalam reaktor.

reaktor nuklear - Ini adalah peranti yang tujuannya adalah untuk mengekalkan tindak balas nuklear terkawal dengan pembebasan tenaga.

Sejarah penciptaan reaktor nuklear

Reaktor nuklear pertama dilancarkan pada tahun 1942 yang tidak begitu jauh. Ia berlaku di Amerika Syarikat di bawah pimpinan Fermi. Reaktor ini dipanggil "Chicago woodpile".

Pada tahun 1946, reaktor Soviet pertama bermula di bawah pimpinan Kurchatov. Badan reaktor ini adalah sebiji bola dengan diameter tujuh meter. Reaktor pertama tidak mempunyai sistem penyejukan, dan kuasanya adalah minimum. Dengan cara ini, reaktor Soviet mempunyai kuasa purata 20 watt, manakala yang Amerika hanya mempunyai 1 watt. Sebagai perbandingan: kuasa purata reaktor kuasa moden ialah 5 Gigawatt. Kurang daripada sepuluh tahun selepas pelancaran reaktor pertama, loji tenaga nuklear perindustrian pertama di dunia dibuka di bandar Obninsk.

Prinsip operasi reaktor nuklear (atom).

Mana-mana reaktor nuklear mempunyai beberapa bahagian: teras Dengan bahan api Dan moderator , pemantul neutron , penyejuk , sistem kawalan dan perlindungan . Isotop adalah bahan api yang paling biasa digunakan dalam reaktor. uranium (235, 238, 233), plutonium (239) dan torium (232). Zon aktif adalah dandang di mana air biasa (penyejuk) mengalir. Antara penyejuk lain, "air berat" dan grafit cecair kurang biasa digunakan. Jika kita bercakap tentang operasi loji kuasa nuklear, maka reaktor nuklear digunakan untuk menjana haba. Elektrik itu sendiri dijana dengan kaedah yang sama seperti dalam jenis loji kuasa lain - wap memutar turbin, dan tenaga pergerakan ditukar menjadi tenaga elektrik.

Di bawah ialah gambar rajah operasi reaktor nuklear.

Ia perlu disebut di sini faktor pendaraban neutron . Jadi, jika pekali ini melebihi nilai yang sama dengan satu, letupan nuklear berlaku. Jika nilainya kurang daripada satu, terdapat terlalu sedikit neutron dan tindak balas akan mati. Tetapi jika anda mengekalkan nilai pekali sama dengan satu, tindak balas akan diteruskan untuk masa yang lama dan stabil.

Persoalannya bagaimana untuk melakukannya? Dalam reaktor, bahan api berada dalam apa yang dipanggil unsur bahan api (TVElah). Ini adalah rod di mana, dalam bentuk tablet kecil, bahan api nuklear . Batang bahan api disambungkan ke dalam kaset heksagon, yang boleh terdapat beratus-ratus dalam reaktor. Kaset dengan rod bahan api terletak secara menegak, manakala setiap rod bahan api mempunyai sistem yang membolehkan anda melaraskan kedalaman rendamannya dalam teras. Selain kaset itu sendiri, antaranya ialah rod kawalan Dan rod perlindungan kecemasan . Joran diperbuat daripada bahan yang menyerap neutron dengan baik. Oleh itu, rod kawalan boleh diturunkan ke kedalaman yang berbeza dalam teras, dengan itu melaraskan faktor pendaraban neutron. Rod kecemasan direka untuk menutup reaktor sekiranya berlaku kecemasan.

Bagaimanakah reaktor nuklear dimulakan?

Jisim kritikal ialah jisim bahan fisil yang diperlukan untuk memulakan tindak balas rantai nuklear.

Dengan bantuan elemen bahan api dan rod kawalan, jisim kritikal bahan api nuklear mula-mula dicipta dalam reaktor, dan kemudian reaktor dibawa ke tahap kuasa optimum dalam beberapa peringkat.

Dalam artikel ini, kami telah cuba memberi anda gambaran umum tentang struktur dan prinsip operasi reaktor nuklear (atom). Jika anda mempunyai sebarang soalan mengenai topik atau universiti bertanya masalah dalam fizik nuklear, sila hubungi pakar syarikat kami. Kami, seperti biasa, sedia membantu anda menyelesaikan sebarang isu mendesak pengajian anda. Sementara itu, kami melakukan ini, perhatian anda adalah satu lagi video pendidikan!

Popular dalam kategori: