hjem › Salong › Strukturen til atomreaktoren. Atomreaktor: operasjonsprinsipp, egenskaper, beskrivelse

Strukturen til atomreaktoren. Atomreaktor: operasjonsprinsipp, egenskaper, beskrivelse

Til vanlig person moderne høyteknologiske enheter er så mystiske og mystiske at det er helt riktig å tilbe dem, ettersom de gamle tilba lyn. Skoletimer fysikere, fulle av matematiske beregninger, løser ikke problemet. Men det er interessant å fortelle selv om en atomreaktor, hvis driftsprinsipp er klart selv for en tenåring.

Hvordan fungerer en atomreaktor?

Prinsippet for driften av denne høyteknologiske enheten er som følger:

Når et nøytron absorberes, kjernebrensel (oftest dette uran-235 eller plutonium-239) delingen av atomkjernen skjer;
Kinetisk energi, gammastråling og frie nøytroner frigjøres;
Kinetisk energi omdannes til termisk energi (når kjerner kolliderer med omkringliggende atomer), gammastråling absorberes av selve reaktoren og omdannes også til varme;
Noen av de genererte nøytronene absorberes av brenselatomene, noe som forårsaker en kjedereaksjon. For å kontrollere det brukes nøytronabsorbere og moderatorer;
Ved hjelp av et kjølemiddel (vann, gass eller flytende natrium) fjernes varme fra reaksjonsstedet;
Trykksatt damp fra oppvarmet vann brukes til å drive dampturbiner;
Ved hjelp av en generator omdannes den mekaniske energien til turbinenes rotasjon til elektrisk vekselstrøm.

Tilnærminger til klassifisering

Det kan være mange årsaker til typologien til reaktorer:

Etter type kjernefysisk reaksjon. Fisjon (alle kommersielle installasjoner) eller fusjon (termonukleær kraft, er utbredt bare i enkelte forskningsinstitutter);
Ved kjølevæske. I de aller fleste tilfeller brukes vann (kokende eller tungt) til dette formålet. Noen ganger brukes alternative løsninger: flytende metall (natrium, bly-vismutlegering, kvikksølv), gass (helium, karbondioksid eller nitrogen), smeltet salt (fluoridsalter);
Etter generasjon. Den første er de tidlige prototypene, som ikke ga noen kommersiell mening. Det andre er flertallet av de nåværende atomkraftverkene som ble bygget før 1996. Den tredje generasjonen skiller seg fra den forrige bare i mindre forbedringer. Arbeidet med fjerde generasjon pågår fortsatt;
I henhold til aggregert tilstand drivstoff (gass eksisterer fortsatt bare på papir);
Etter bruksformål(for produksjon av elektrisitet, motorstart, hydrogenproduksjon, avsalting, transmutasjon av grunnstoffer, oppnåelse av nevral stråling, teoretiske og etterforskningsformål).

Atomreaktoranordning

Hovedkomponentene til reaktorer i de fleste kraftverk er:

Kjernebrensel - et stoff som er nødvendig for produksjon av varme til kraftturbiner (vanligvis lavt anriket uran);
Den aktive sonen til atomreaktoren - det er her atomreaksjonen finner sted;
Nøytronmoderator - reduserer hastigheten til raske nøytroner, og gjør dem om til termiske nøytroner;
Startende nøytronkilde - brukes til pålitelig og stabil lansering av en kjernefysisk reaksjon;
Nøytronabsorber - tilgjengelig i noen kraftverk for å redusere den høye reaktiviteten til ferskt drivstoff;
Nøytronhaubits - brukes til å starte en reaksjon på nytt etter å ha blitt slått av;
Kjølevæske (renset vann);
Kontrollstenger - for å kontrollere fisjonshastigheten til uran- eller plutoniumkjerner;
Vannpumpe - pumper vann til dampkjelen;
Dampturbin - konverterer den termiske energien til damp til rotasjonsmekanisk energi;
Kjøletårn - en enhet for å fjerne overflødig varme i atmosfæren;
System for mottak og lagring av radioaktivt avfall;
Sikkerhetssystemer (nøddieselgeneratorer, enheter for nødkjernekjøling).

Hvordan de nyeste modellene fungerer

Den siste 4. generasjonen reaktorer vil være tilgjengelig for kommersiell drift tidligst i 2030. For øyeblikket er prinsippet og arrangementet av arbeidet deres på utviklingsstadiet. I henhold til gjeldende data vil disse modifikasjonene avvike fra eksisterende modeller i slike fordeler:

Rask gasskjølesystem. Det antas at helium vil bli brukt som kjølevæske. I følge prosjektdokumentasjon, dermed er det mulig å avkjøle reaktorer med en temperatur på 850 °C. For å arbeide ved så høye temperaturer kreves det også spesifikke råvarer: komposittkeramiske materialer og aktinidforbindelser;
Det er mulig å bruke bly eller en bly-vismut-legering som primær kjølevæske. Disse materialene har lav nøytronabsorpsjon og er relativt lav temperatur smelting;
Også en blanding av smeltede salter kan brukes som hovedkjølevæske. Dermed vil det være mulig å arbeide ved høyere temperaturer enn moderne analoger med vannkjøling.

Naturlige analoger i naturen

Atomreaktoren oppfattes som offentlig bevissthet utelukkende som et produkt høy teknologi. Men faktisk den første enheten er av naturlig opprinnelse. Det ble oppdaget i Oklo-regionen, i den sentralafrikanske delstaten Gabon:

Reaktoren ble dannet på grunn av oversvømmelsen av uranbergarter grunnvann. De fungerte som nøytronmoderatorer;
Den termiske energien som frigjøres under nedbrytningen av uran gjør vann til damp, og kjedereaksjonen stopper;
Etter at kjølevæsketemperaturen synker, gjentas alt igjen;
Hvis væsken ikke hadde kokt av og stoppet reaksjonsforløpet, ville menneskeheten ha møtt en ny naturkatastrofe;
Selvopprettholdende kjernefysisk fisjon begynte i denne reaktoren for omtrent halvannen milliard år siden. I løpet av denne tiden ble det tildelt omtrent 0,1 millioner watt utgangseffekt;
Et slikt verdensunder på jorden er det eneste kjente. Utseendet til nye er umulig: andelen uran-235 i naturlige råvarer er mye lavere enn nivået som er nødvendig for å opprettholde en kjedereaksjon.

Hvor mange atomreaktorer er det i Sør-Korea?

Dårlig på Naturlige ressurser, men den industrialiserte og overbefolkede republikken Korea har et stort behov for energi. På bakgrunn av Tysklands avvisning av det fredelige atomet, har dette landet store forhåpninger om å dempe atomteknologi:

Det er planlagt at innen 2035 vil andelen elektrisitet generert av kjernekraftverk nå 60%, og den totale produksjonen - mer enn 40 gigawatt;
Landet har ikke atomvåpen, men forskning innen kjernefysikk pågår. Koreanske forskere har utviklet design for moderne reaktorer: modulære, hydrogen, med flytende metall, etc.;
Suksessen til lokale forskere lar deg selge teknologi i utlandet. Det er forventet at landet i løpet av de neste 15-20 årene vil eksportere 80 slike enheter;
Men per i dag er de fleste atomkraftverkene bygget med bistand fra amerikanske eller franske forskere;
Antallet driftsstasjoner er relativt lite (bare fire), men hver av dem har et betydelig antall reaktorer - 40 totalt, og dette tallet vil vokse.

Når det bombarderes med nøytroner, går kjernebrensel inn i en kjedereaksjon, som et resultat av at det genereres en enorm mengde varme. Vannet i systemet tar denne varmen og gjør den om til damp, som gjør turbiner som produserer strøm. Her enkel krets drift av en atomreaktor, den kraftigste energikilden på jorden.

Video: hvordan atomreaktorer fungerer

I denne videoen vil kjernefysiker Vladimir Chaikin fortelle deg hvordan elektrisitet genereres i atomreaktorer, deres detaljerte struktur:

Atomreaktoren fungerer jevnt og nøyaktig. Ellers blir det som kjent trøbbel. Men hva skjer på innsiden? La oss prøve å formulere prinsippet om drift av en atomreaktor kort, tydelig, med stopp.

Faktisk foregår den samme prosessen der som i en atomeksplosjon. Først nå skjer eksplosjonen veldig raskt, og i reaktoren strekker alt dette seg til lang tid. Til slutt forblir alt trygt og trygt, og vi får energi. Ikke så mye at alt rundt umiddelbart smadret, men ganske nok til å gi strøm til byen.

hvordan en reaktor fungerer NPP kjøletårn
Før du forstår hvordan en kontrollert kjernefysisk reaksjon fungerer, må du vite hva en kjernefysisk reaksjon er generelt.

En kjernereaksjon er en prosess med transformasjon (fisjon) av atomkjerner under deres interaksjon med elementærpartikler og gammakvanter.

Kjernereaksjoner kan finne sted både med absorpsjon og med frigjøring av energi. Andre reaksjoner brukes i reaktoren.

En atomreaktor er en enhet hvis formål er å opprettholde en kontrollert atomreaksjon med frigjøring av energi.

Ofte kalles en atomreaktor også en atomreaktor. Merk at det ikke er noen grunnleggende forskjell her, men fra et vitenskapelig synspunkt er det mer riktig å bruke ordet "atomkraft". Det finnes nå mange typer atomreaktorer. Dette er enorme industrielle reaktorer designet for å generere energi ved kraftverk, atomubåtreaktorer, små eksperimentelle reaktorer som brukes i vitenskapelige eksperimenter. Det finnes til og med reaktorer som brukes til å avsalte sjøvann.

Historien om opprettelsen av en atomreaktor

Den første atomreaktoren ble skutt opp i ikke så fjerne 1942. Det skjedde i USA under ledelse av Fermi. Denne reaktoren ble kalt "Chicago-vedhaugen".

I 1946 startet den første sovjetiske reaktoren opp under ledelse av Kurchatov. Kroppen til denne reaktoren var en kule på syv meter i diameter. De første reaktorene hadde ikke et kjølesystem, og kraften var minimal. Den sovjetiske reaktoren hadde forresten en gjennomsnittlig effekt på 20 watt, mens den amerikanske bare hadde 1 watt. Til sammenligning: gjennomsnittseffekten til moderne kraftreaktorer er 5 Gigawatt. Mindre enn ti år etter lanseringen av den første reaktoren ble verdens første industrielle atomkraftverk åpnet i byen Obninsk.

Prinsippet for drift av en atomreaktor

Enhver atomreaktor har flere deler: kjerne med drivstoff og moderator, nøytronreflektor, kjølevæske, kontroll- og beskyttelsessystem. Isotopene av uran (235, 238, 233), plutonium (239) og thorium (232) brukes oftest som brensel i reaktorer. Den aktive sonen er en kjele som vanlig vann (kjølevæske) strømmer gjennom. Blant andre kjølevæsker er "tungtvann" og flytende grafitt mindre vanlig. Hvis vi snakker om driften av et atomkraftverk, brukes en atomreaktor til å produsere varme. Elektrisitet i seg selv genereres på samme måte som i andre typer kraftverk - damp roterer en turbin, og bevegelsesenergien omdannes til elektrisk energi.

Nedenfor er et diagram over driften av en atomreaktor.

plan for drift av en kjernefysisk reaktor Plan for en kjernefysisk reaktor ved et kjernekraftverk

Som vi allerede har sagt, produserer nedbrytningen av en tung urankjerne lettere grunnstoffer og noen få nøytroner. De resulterende nøytronene kolliderer med andre kjerner, og får dem også til å fisjon. I dette tilfellet vokser antallet nøytroner som et snøskred.

Her er det nødvendig å nevne nøytronmultiplikasjonsfaktoren. Så hvis denne koeffisienten overskrider en verdi lik én, oppstår en atomeksplosjon. Hvis verdien er mindre enn én, er det for få nøytroner og reaksjonen dør ut. Men hvis du opprettholder verdien av koeffisienten lik en, vil reaksjonen fortsette i lang tid og stabilt.

Spørsmålet er hvordan man gjør det? I reaktoren er drivstoffet i de såkalte brenselelementene (TVEL). Dette er stenger som inneholder kjernebrensel i form av små pellets. Drivstoffstavene er koblet til sekskantede kassetter, som det kan være hundrevis av i reaktoren. Kassetter med drivstoffstaver er plassert vertikalt, mens hver drivstoffstav har et system som lar deg justere dybden på nedsenkingen i kjernen. I tillegg til selve kassettene er det kontrollstenger og nødvernstenger blant dem. Stavene er laget av et materiale som absorberer nøytroner godt. Dermed kan kontrollstengene senkes til forskjellige dybder i kjernen, og dermed justere nøytronmultiplikasjonsfaktoren. Nødstengene er designet for å stenge reaktoren i tilfelle en nødsituasjon.

Hvordan startes en atomreaktor?

Vi fant ut selve operasjonsprinsippet, men hvordan starte og få reaktoren til å fungere? Grovt sett, her er det - et stykke uran, men tross alt starter ikke en kjedereaksjon i det av seg selv. Faktum er at i kjernefysikk er det begrepet kritisk masse.

Kjernebrensel Kjernebrensel

Kritisk masse er massen av spaltbart materiale som er nødvendig for å starte en kjernefysisk kjedereaksjon.

Ved hjelp av brenselelementer og kontrollstaver skapes først en kritisk masse kjernebrensel i reaktoren, og deretter bringes reaktoren til optimalt effektnivå i flere trinn.

Du vil like: Mattetriks for humaniora og ikke-menneskelige studenter (del 1)
I denne artikkelen har vi prøvd å gi deg en generell ide om strukturen og prinsippet for drift av en atomreaktor. Hvis du fortsatt har spørsmål om emnet eller universitetet stilte et problem innen kjernefysikk - vennligst kontakt spesialistene til selskapet vårt. Vi er, som vanlig, klare til å hjelpe deg med å løse ethvert presserende problem med studiene dine. I mellomtiden gjør vi dette, oppmerksomheten din er nok en pedagogisk video!

blogg/kak-rabotaet-yadernyj-reaktor/

På midten av det tjuende århundre ble menneskehetens oppmerksomhet rettet mot atomet og forskernes forklaring på atomreaksjonen, som de først bestemte seg for å bruke til militære formål, og oppfant de første atombombene under Manhattan-prosjektet. Men på 50-tallet av XX-tallet ble en atomreaktor i USSR brukt til fredelige formål. Det er velkjent at den 27. juni 1954 gikk verdens første atomkraftverk med en kapasitet på 5000 kW i tjeneste for menneskeheten. I dag kan en atomreaktor generere strøm på 4000 MW eller mer, det vil si 800 ganger mer enn for et halvt århundre siden.

Hva er en atomreaktor: grunnleggende definisjon og hovedkomponenter i enheten

En atomreaktor er en spesialenhet ved hjelp av hvilken energi genereres som følge av riktig vedlikehold av en kontrollert atomreaksjon. Bruk av ordet "atomic" i kombinasjon med ordet "reaktor" er tillatt. Mange anser generelt begrepene "atomkraft" og "atomkraft" for å være synonyme, siden de ikke finner en grunnleggende forskjell mellom dem. Men representanter for vitenskapen er tilbøyelige til en mer korrekt kombinasjon - "atomreaktor".

Interessant faktum! Kjernereaksjoner kan fortsette med frigjøring eller absorpsjon av energi.

Hovedkomponentene i enheten til en atomreaktor er følgende elementer:

Moderator;
Kontroll stenger;
Staver som inneholder en anriket blanding av uranisotoper;
Spesielle beskyttelseselementer mot stråling;
Kjølevæske;
damp-generator;
Turbin;
Generator;
Kondensator;
Kjernebrensel.

Hva er de grunnleggende prinsippene for driften av en atomreaktor bestemt av fysikere og hvorfor er de urokkelige

Det grunnleggende prinsippet for driften av en atomreaktor er basert på egenskapene til manifestasjonen av en atomreaksjon. I øyeblikket av en standard fysisk kjede kjernefysisk prosess, samhandler partikkelen med atomkjernen, som et resultat, blir kjernen til en ny med frigjøring av sekundære partikler, som forskerne kaller gamma quanta. Under en kjernefysisk kjedereaksjon frigjøres en enorm mengde termisk energi. Rommet der kjedereaksjonen finner sted kalles reaktorkjernen.

Interessant faktum! Den aktive sonen ligner utad en kjele som vanlig vann strømmer gjennom, som fungerer som kjølevæske.

For å forhindre tap av nøytroner er reaktorkjerneområdet omgitt av en spesiell nøytronreflektor. Dens primære oppgave er å avvise de fleste av de emitterte nøytronene inn i kjernen. Reflektoren er vanligvis det samme stoffet som fungerer som moderator.

Hovedkontrollen av en atomreaktor skjer ved hjelp av spesielle kontrollstaver. Det er kjent at disse stengene innføres i reaktorkjernen og skaper alle betingelser for driften av enheten. Vanligvis er kontrollstenger laget av kjemiske forbindelser bor og kadmium. Hvorfor brukes disse elementene? Ja, alt fordi bor eller kadmium er i stand til effektivt å absorbere termiske nøytroner. Og så snart lanseringen er planlagt, i henhold til prinsippet om drift av en atomreaktor, introduseres kontrollstenger i kjernen. Deres primære oppgave er å absorbere en betydelig del av nøytronene, og dermed provosere utviklingen av en kjedereaksjon. Resultatet skal nå ønsket nivå. Når effekten øker over det innstilte nivået, slås automatiske maskiner på, som nødvendigvis senker kontrollstengene dypt inn i reaktorkjernen.

Dermed blir det klart at kontroll- eller kontrollstaver spiller en viktig rolle i driften av en termisk atomreaktor.

Og for å redusere lekkasjen av nøytroner er reaktorkjernen omgitt av en nøytronreflektor som kaster en betydelig masse fritt utsendte nøytroner inn i kjernen. I betydningen reflektor brukes vanligvis samme stoff som for moderator.

I følge standarden har atomkjernen til moderatorstoffet en relativt liten masse, slik at når den kolliderer med en lett kjerne, mister nøytronet som er tilstede i kjeden mer energi enn når det kolliderer med en tung. De vanligste moderatorene er vanlig vann eller grafitt.

Interessant faktum! Nøytroner i ferd med en kjernefysisk reaksjon er ekstremt høy hastighet bevegelse, og derfor kreves det en moderator som presser nøytronene for å miste noe av energien.

Ikke en eneste reaktor i verden kan fungere normalt uten hjelp av en kjølevæske, siden dens formål er å fjerne energien som genereres i hjertet av reaktoren. Som kjølevæske brukes nødvendigvis væske eller gasser, siden de ikke er i stand til å absorbere nøytroner. La oss gi et eksempel på et kjølemiddel for en kompakt atomreaktor - vann, karbondioksid og noen ganger til og med flytende metallisk natrium.

Dermed er prinsippene for drift av en atomreaktor helt basert på lovene for en kjedereaksjon, dens forløp. Alle komponenter i reaktoren - moderator, stenger, kjølevæske, kjernebrensel - utfører oppgavene sine, noe som forårsaker normal drift av reaktoren.

Hvilket brensel som brukes til atomreaktorer og hvorfor akkurat disse kjemiske elementene er valgt

Hovedbrenselet i reaktorer kan være uranisotoper, også plutonium eller thorium.

Tilbake i 1934 la F. Joliot-Curie, som observerte prosessen med fisjon av urankjernen, at som et resultat kjemisk reaksjon urankjernen er delt inn i fragmenter-kjerner og to eller tre frie nøytroner. Og dette betyr at det er en mulighet for at frie nøytroner vil slutte seg til andre urankjerner og provosere frem en ny fisjon. Og så, som kjedereaksjonen forutsier: seks til ni nøytroner vil bli frigjort fra tre urankjerner, og de vil igjen slutte seg til de nydannede kjernene. Og så videre i det uendelige.

Viktig å huske! Nøytronene som dukker opp under kjernefysisk fisjon er i stand til å provosere fisjon av kjernene til uranisotopen med et massetall på 235, og for ødeleggelsen av kjernene til uranisotopen med et massetall på 238 kan det være lite energi som oppstår i forfallsprosessen.

Uran nummer 235 er sjelden i naturen. Den utgjør bare 0,7%, men naturlig uran-238 opptar en mer romslig nisje og utgjør 99,3%.

Til tross for en så liten andel av uran-235 i naturen, kan fysikere og kjemikere fortsatt ikke nekte det, fordi det er det mest effektive for driften av en atomreaktor, og reduserer kostnadene for å skaffe energi for menneskeheten.

Når dukket de første atomreaktorene opp og hvor brukes de i dag

Tilbake i 1919 seiret fysikere allerede da Rutherford oppdaget og beskrev prosessen med dannelse av bevegelige protoner som et resultat av kollisjonen av alfapartikler med kjernene til nitrogenatomer. Denne oppdagelsen betydde at kjernen til nitrogenisotopen, som følge av en kollisjon med en alfapartikkel, ble til kjernen til en oksygenisotop.

Før den første kom atomreaktorer, har verden lært flere nye fysikklover, og tolker alle de viktige aspektene ved kjernereaksjonen. Så i 1934 tilbød F. Joliot-Curie, H. Halban, L. Kovarsky for første gang samfunnet og kretsen av verdensforskere en teoretisk antagelse og bevisgrunnlag om muligheten for kjernefysiske reaksjoner. Alle eksperimenter var relatert til observasjonen av fisjon av urankjernen.

I 1939 sporet E. Fermi, I. Joliot-Curie, O. Hahn, O. Frisch reaksjonen av fisjon av urankjerner under bombardementet med nøytroner. I løpet av forskningen har forskere funnet ut at når ett akselerert nøytron kommer inn i urankjernen, deles den eksisterende kjernen i to eller tre deler.

Kjedereaksjonen ble praktisk talt bevist på midten av 1900-tallet. Forskere klarte å bevise i 1939 at fisjon av en urankjerne frigjør omtrent 200 MeV energi. Men omtrent 165 MeV er allokert til den kinetiske energien til fragmentkjernene, og resten tar med seg gammakvanter. Denne oppdagelsen gjorde et gjennombrudd innen kvantefysikk.

E. Fermi fortsetter arbeid og forskning i flere år og lanserer den første atomreaktoren i 1942 i USA. Det legemliggjorte prosjektet ble kalt - "Chicago woodpile" og ble satt på skinnene. 5. september 1945 lanserte Canada sin ZEEP-atomreaktor. Det europeiske kontinentet sakket ikke etter, og samtidig ble F-1-installasjonen bygget. Og for russerne er det en annen minneverdig dato– 25. desember 1946 ble en reaktor skutt opp i Moskva under ledelse av I. Kurchatov. Dette var ikke de kraftigste atomreaktorene, men dette var begynnelsen på menneskets utvikling av atomet.

For fredelige formål ble en vitenskapelig atomreaktor opprettet i 1954 i USSR. Verdens første fredelige skip med atomkraftverk, Lenins atomisbryter, ble bygget i Sovjetunionen i 1959. Og en annen prestasjon av staten vår er atomisbryteren Arktika. Dette overflateskipet nådde Nordpolen for første gang i verden. Det skjedde i 1975.

De første bærbare atomreaktorene opererte på langsomme nøytroner.

Hvor brukes atomreaktorer og hvilke typer bruker menneskeheten

Industrielle reaktorer. De brukes til å generere energi ved atomkraftverk.
Atomreaktorer som fungerer som fremdrift av atomubåter.
Eksperimentelle (bærbare, små) reaktorer. Uten dem finner ikke en eneste moderne vitenskapelig erfaring eller forskning sted.

I dag har vitenskapelig lys lært seg å avsalte ved hjelp av spesielle reaktorer sjøvannå gi befolkningen kvalitet drikker vann. Det er mange atomreaktorer i drift i Russland. Så ifølge statistikken, fra 2018, opererer rundt 37 blokker i staten.

Og i henhold til klassifiseringen kan de være som følger:

Forskning (historisk). Disse inkluderer F-1-stasjonen, som ble opprettet som et forsøkssted for produksjon av plutonium. I.V. Kurchatov jobbet på F-1, overvåket den første fysiske reaktoren.
Forskning (aktiv).
Armory. Som et eksempel på reaktoren - A-1, som gikk over i historien som den første reaktoren med kjøling. Den tidligere kraften til en atomreaktor er liten, men funksjonell.
Energi.
Skip. Det er kjent at på skip og ubåter, av nødvendighet og teknisk gjennomførbarhet, brukes vannkjølte eller flytende metallreaktorer.
Rom. Som et eksempel, la oss kalle Yenisei-installasjonen på romfartøy, som kommer i aksjon hvis det er nødvendig å utvinne en ekstra mengde energi, og den må skaffes ved å bruke solcellepaneler og isotopkilder.

Dermed er emnet for atomreaktorer ganske utvidet, derfor krever det en dyp studie og forståelse av kvantefysikkens lover. Men betydningen av kjernefysiske reaktorer for kraftindustrien og statens økonomi er allerede, uten tvil, belyst med en aura av nytte og fordeler.

Hver dag bruker vi strøm og tenker ikke på hvordan den er produsert og hvordan den kom til oss. Likevel er det en av de viktigste delene av moderne sivilisasjon. Uten strøm ville det ikke vært noe - ikke noe lys, ingen varme, ingen bevegelse.

Alle vet at elektrisitet produseres ved kraftverk, inkludert atomkraftverk. Hjertet til ethvert atomkraftverk er kjernereaktor. Det er det vi skal diskutere i denne artikkelen.

kjernereaktor, en enhet der en kontrollert kjernefysisk kjedereaksjon oppstår med frigjøring av varme. I utgangspunktet brukes disse enhetene til å generere elektrisitet og som drivkraft for store skip. For å forestille seg kraften og effektiviteten til atomreaktorer, kan man gi et eksempel. Der en gjennomsnittlig atomreaktor trenger 30 kilo uran, vil et gjennomsnittlig termisk kraftverk trenge 60 vogner med kull eller 40 tanker med fyringsolje.

prototype kjernereaktor ble bygget i desember 1942 i USA under ledelse av E. Fermi. Det var den såkalte «Chicago-stakken». Chicago Pile (senere ordet"Pile" sammen med andre betydninger begynte å betegne en atomreaktor). Dette navnet ble gitt ham på grunn av det faktum at han lignet en stor stabel med grafittblokker lagt oppå hverandre.

Mellom blokkene ble det plassert sfæriske "arbeidskropper" av naturlig uran og dets dioksid.

I USSR ble den første reaktoren bygget under ledelse av akademiker IV Kurchatov. F-1-reaktoren ble satt i drift 25. desember 1946. Reaktoren var i form av en kule og hadde en diameter på ca. 7,5 meter. Den hadde ikke kjølesystem, så den fungerte på svært lave strømnivåer.

Forskningen fortsatte og 27. juni 1954 ble verdens første atomkraftverk med en kapasitet på 5 MW satt i drift i byen Obninsk.

Prinsippet for drift av en atomreaktor.

Under nedbrytningen av uran U 235 frigjøres varme, ledsaget av frigjøring av to eller tre nøytroner. I følge statistikk - 2,5. Disse nøytronene kolliderer med andre uranatomer U 235 . Ved en kollisjon blir uran U 235 til en ustabil isotop U 236, som nesten umiddelbart forfaller til Kr 92 og Ba 141 + disse samme 2-3 nøytronene. Forfallet er ledsaget av frigjøring av energi i form av gammastråling og varme.

Dette kalles en kjedereaksjon. Atomer deler seg, antall henfall øker eksponentielt, noe som til slutt fører til en lynrask, etter våre standarder, frigjøring av en enorm mengde energi – en atomeksplosjon skjer, som en konsekvens av en ukontrollert kjedereaksjon.

Imidlertid, i kjernereaktor vi har med å gjøre kontrollert kjernefysisk reaksjon. Hvordan dette blir mulig beskrives nærmere.

Enheten til en atomreaktor.

For tiden er det to typer atomreaktorer VVER (trykkvannskraftreaktor) og RBMK (høyeffektkanalreaktor). Forskjellen er at RBMK er en kokevannsreaktor, og VVER bruker vann under trykk på 120 atmosfærer.

VVER 1000 reaktor 1 - CPS-stasjon; 2 - reaktordeksel; 3 - reaktorbeholder; 4 - blokk med beskyttelsesrør (BZT); 5 - min; 6 - kjernebaffel; 7 - drivstoffsamlinger (FA) og kontrollstenger;

Hver kjernereaktor av industriell type er en kjele som en kjølevæske strømmer gjennom. Som regel er dette vanlig vann (ca. 75 % i verden), flytende grafitt (20 %) og tungt vann (5 %). For eksperimentelle formål ble beryllium brukt og et hydrokarbon ble antatt.

TVEL- (drivstoffelement). Dette er stenger i et zirkoniumskall med nioblegering, inni som det er tabletter med urandioksid.

Drivstoffelementene i kassetten er uthevet i grønt.

Drivstoffkassettenhet.

Reaktorkjernen består av hundrevis av kassetter plassert vertikalt og forent sammen av et metallskall - en kropp, som også spiller rollen som en nøytronreflektor. Blant kassettene er kontrollstenger og nødbeskyttelsesstenger til reaktoren satt inn med jevne mellomrom, som i tilfelle overoppheting er utformet for å stenge reaktoren.

La oss gi som et eksempel dataene om VVER-440-reaktoren:

Kontrollerne kan bevege seg opp og ned ved å synke, eller omvendt, og forlate kjernen, der reaksjonen er mest intens. Dette leveres av kraftige elektriske motorer, sammen med kontrollsystemet.Nødbeskyttelsesstaver er designet for å stenge reaktoren i nødstilfeller, falle ned i kjernen og absorbere flere frie nøytroner.

Hver reaktor har et lokk som de brukte og nye kassettene lastes og losses gjennom.

Varmeisolasjon er vanligvis installert på toppen av reaktorkaret. Den neste barrieren er biologisk beskyttelse. Dette er vanligvis en armert betongbunker, hvor inngangen er lukket av en luftsluse med forseglede dører. Biologisk beskyttelse er utformet for ikke å slippe ut radioaktiv damp og deler av reaktoren til atmosfæren hvis en eksplosjon skulle oppstå.

En atomeksplosjon i moderne reaktorer er ekstremt usannsynlig. Fordi drivstoffet ikke er tilstrekkelig beriket, og deles inn i TVEL. Selv om kjernen smelter, vil ikke drivstoffet kunne reagere så aktivt. Det maksimale som kan skje er en termisk eksplosjon, som i Tsjernobyl, da trykket i reaktoren nådde slike verdier at metallhuset ganske enkelt ble revet i stykker, og reaktorlokket, som veide 5000 tonn, gjorde et vippehopp og brøt gjennom taket på reaktorrommet og slipper ut damp. Hvis atomkraftverket i Tsjernobyl hadde vært utstyrt med riktig biologisk beskyttelse, som dagens sarkofag, ville katastrofen ha kostet menneskeheten mye mindre.

Arbeidet til et atomkraftverk.

I et nøtteskall ser raboboaen slik ut.

Atomkraftverk. (klikkbar)

Etter å ha kommet inn i reaktorkjernen ved hjelp av pumper, varmes vannet opp fra 250 til 300 grader og går ut fra "den andre siden" av reaktoren. Dette kalles den første kretsen. Deretter går den til varmeveksleren, hvor den møtes med den andre kretsen. Etter det kommer dampen under trykk inn i turbinbladene. Turbiner genererer elektrisitet.

Atomreaktoren fungerer jevnt og nøyaktig. Ellers blir det som kjent trøbbel. Men hva skjer på innsiden? La oss prøve å formulere prinsippet om drift av en atomreaktor kort, tydelig, med stopp.

Faktisk foregår den samme prosessen der som i en atomeksplosjon. Først nå skjer eksplosjonen veldig raskt, og i reaktoren strekker alt dette seg over lang tid. Til slutt forblir alt trygt og trygt, og vi får energi. Ikke så mye at alt rundt umiddelbart smadret, men ganske nok til å gi strøm til byen.

Før du kan forstå hvordan en kontrollert kjernefysisk reaksjon fungerer, må du vite hva kjernefysisk reaksjon i det hele tatt.

kjernefysisk reaksjon - dette er prosessen med transformasjon (fisjon) av atomkjerner under deres interaksjon med elementære partikler og gamma-kvanter.

Kjernereaksjoner kan finne sted både med absorpsjon og med frigjøring av energi. Andre reaksjoner brukes i reaktoren.

Kjernereaktor – Dette er et apparat hvis formål er å opprettholde en kontrollert atomreaksjon med frigjøring av energi.

Ofte kalles en atomreaktor også en atomreaktor. Merk at det ikke er noen grunnleggende forskjell her, men fra et vitenskapelig synspunkt er det mer riktig å bruke ordet "atomkraft". Det finnes nå mange typer atomreaktorer. Dette er enorme industrielle reaktorer designet for å generere energi ved kraftverk, atomubåtreaktorer, små eksperimentelle reaktorer brukt i vitenskapelige eksperimenter. Det finnes til og med reaktorer som brukes til å avsalte sjøvann.

Historien om opprettelsen av en atomreaktor

Den første atomreaktoren ble skutt opp i ikke så fjerne 1942. Det skjedde i USA under ledelse av Fermi. Denne reaktoren ble kalt "Chicago-vedhaugen".

I 1946 startet den første sovjetiske reaktoren opp under ledelse av Kurchatov. Kroppen til denne reaktoren var en kule på syv meter i diameter. De første reaktorene hadde ikke et kjølesystem, og kraften var minimal. Den sovjetiske reaktoren hadde forresten en gjennomsnittlig effekt på 20 watt, mens den amerikanske bare hadde 1 watt. Til sammenligning: gjennomsnittseffekten til moderne kraftreaktorer er 5 Gigawatt. Mindre enn ti år etter lanseringen av den første reaktoren ble verdens første industrielle atomkraftverk åpnet i byen Obninsk.

Prinsippet for drift av en atomreaktor

Enhver atomreaktor har flere deler: kjerne Med brensel Og moderator , nøytronreflektor , kjølevæske , kontroll- og beskyttelsessystem . Isotoper er det mest brukte drivstoffet i reaktorer. uran (235, 238, 233), plutonium (239) og thorium (232). Den aktive sonen er en kjele som vanlig vann (kjølevæske) strømmer gjennom. Blant andre kjølevæsker er "tungtvann" og flytende grafitt mindre vanlig. Hvis vi snakker om driften av et atomkraftverk, brukes en atomreaktor til å produsere varme. Selve elektrisiteten genereres etter samme metode som i andre typer kraftverk - damp roterer turbinen, og bevegelsesenergien omdannes til elektrisk energi.

Nedenfor er et diagram over driften av en atomreaktor.

Det må nevnes her nøytron multiplikasjonsfaktor . Så hvis denne koeffisienten overskrider en verdi lik én, oppstår en atomeksplosjon. Hvis verdien er mindre enn én, er det for få nøytroner og reaksjonen dør ut. Men hvis du opprettholder verdien av koeffisienten lik en, vil reaksjonen fortsette i lang tid og stabilt.

Spørsmålet er hvordan man gjør det? I reaktoren er drivstoffet i den såkalte brenselelementer (TVELah). Dette er stenger som i form av små tabletter, kjernebrensel . Drivstoffstavene er koblet til sekskantede kassetter, som det kan være hundrevis av i reaktoren. Kassetter med drivstoffstaver er plassert vertikalt, mens hver drivstoffstav har et system som lar deg justere dybden på nedsenkingen i kjernen. I tillegg til selve kassettene er blant dem kontrollstenger Og nødbeskyttelsesstenger . Stavene er laget av et materiale som absorberer nøytroner godt. Dermed kan kontrollstengene senkes til forskjellige dybder i kjernen, og dermed justere nøytronmultiplikasjonsfaktoren. Nødstengene er designet for å stenge reaktoren i tilfelle en nødsituasjon.

Hvordan startes en atomreaktor?

Kritisk masse er massen av spaltbart materiale som er nødvendig for å starte en kjernefysisk kjedereaksjon.

Ved hjelp av brenselelementer og kontrollstaver skapes først en kritisk masse kjernebrensel i reaktoren, og deretter bringes reaktoren til optimalt effektnivå i flere trinn.

I denne artikkelen har vi prøvd å gi deg en generell ide om strukturen og prinsippet for drift av en atomreaktor. Hvis du har spørsmål om emnet eller universitetet stilte et problem innen kjernefysikk, vennligst kontakt spesialister i selskapet vårt. Vi er, som vanlig, klare til å hjelpe deg med å løse ethvert presserende problem med studiene dine. I mellomtiden gjør vi dette, oppmerksomheten din er nok en pedagogisk video!

Populær i kategorien: