บ้าน › รีวิว › แท่งนิวเคลียร์ ทุกคนเคยได้ยินแต่ไม่มีใครรู้

แท่งนิวเคลียร์ ทุกคนเคยได้ยินแต่ไม่มีใครรู้

การออกแบบและหลักการทำงาน

กลไกการปลดปล่อยพลังงาน

การเปลี่ยนแปลงของสารจะมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานอิสระก็ต่อเมื่อสารมีพลังงานสำรองเท่านั้น อย่างหลังหมายความว่าอนุภาคขนาดเล็กของสารอยู่ในสถานะที่มีพลังงานนิ่งมากกว่าสถานะอื่นที่เป็นไปได้ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองจะถูกป้องกันโดยอุปสรรคด้านพลังงานเสมอ เพื่อเอาชนะสิ่งที่อนุภาคขนาดเล็กจะต้องได้รับพลังงานจำนวนหนึ่งจากภายนอก - พลังงานกระตุ้น ปฏิกิริยาคายพลังงานประกอบด้วยความจริงที่ว่าในการเปลี่ยนแปลงหลังจากการกระตุ้น พลังงานจะถูกปล่อยออกมามากกว่าที่จำเป็นในการกระตุ้นกระบวนการ มีสองวิธีในการเอาชนะอุปสรรคพลังงาน: เนื่องจากพลังงานจลน์ของอนุภาคที่ชนกัน หรือเนื่องจากพลังงานยึดเหนี่ยวของอนุภาคที่เชื่อมต่อกัน

หากเราคำนึงถึงขนาดมหภาคของการปล่อยพลังงาน อนุภาคของสสารทั้งหมดหรืออย่างน้อยบางส่วนในขั้นต้นจะต้องมีพลังงานจลน์ที่จำเป็นในการกระตุ้นปฏิกิริยา สิ่งนี้สามารถทำได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิของตัวกลางให้เป็นค่าที่พลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนเข้าใกล้ขีดจำกัดพลังงานที่จำกัดวิถีของกระบวนการ ในกรณีของการเปลี่ยนแปลงระดับโมเลกุลนั่นก็คือ ปฏิกริยาเคมีการเพิ่มขึ้นดังกล่าวมักจะเป็นหลายร้อยเคลวิน แต่ในกรณีของปฏิกิริยานิวเคลียร์จะต้องเป็นอย่างน้อย 10 7 เนื่องจาก ระดับความสูงสิ่งกีดขวางคูลอมบ์ของการชนกันของนิวเคลียส การกระตุ้นความร้อนของปฏิกิริยานิวเคลียร์จะดำเนินการในทางปฏิบัติเฉพาะในระหว่างการสังเคราะห์นิวเคลียสที่เบาที่สุดเท่านั้น ซึ่งอุปสรรคของคูลอมบ์มีน้อยที่สุด (ฟิวชั่นเทอร์โมนิวเคลียร์)

การกระตุ้นด้วยการรวมอนุภาคไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานจลน์ขนาดใหญ่ ดังนั้น จึงไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของตัวกลาง เนื่องจากมันเกิดขึ้นเนื่องจากพันธะที่ไม่ได้ใช้ซึ่งมีอยู่ในแรงดึงดูดของอนุภาค แต่เพื่อกระตุ้นปฏิกิริยา อนุภาคเองก็จำเป็น และถ้าเราหมายถึงไม่ใช่ปฏิกิริยาแยกกัน แต่เป็นการผลิตพลังงานในระดับมหภาค สิ่งนี้จะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่เท่านั้น อย่างหลังเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคที่กระตุ้นปฏิกิริยาปรากฏขึ้นอีกครั้งเป็นผลจากปฏิกิริยาคายพลังงาน

ออกแบบ

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใด ๆ ประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ ดังต่อไปนี้:

แกนกลางที่มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และตัวหน่วง
ตัวสะท้อนนิวตรอนรอบแกนกลาง
ระบบควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่รวมถึงการป้องกันเหตุฉุกเฉิน
การป้องกันรังสี
ระบบควบคุมระยะไกล

หลักการทำงานทางกายภาพ

ดูบทความหลักด้วย:

สถานะปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สามารถกำหนดลักษณะเฉพาะได้ด้วยปัจจัยการคูณนิวตรอนที่มีประสิทธิผล เคหรือปฏิกิริยา ρ ซึ่งสัมพันธ์กันด้วยความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้:

ค่าต่อไปนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับปริมาณเหล่านี้:

เค> 1 - ปฏิกิริยาลูกโซ่เพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป เครื่องปฏิกรณ์จะเข้ามา วิกฤตยิ่งยวดสถานะ ปฏิกิริยาของมัน ρ > 0;
เค < 1 - реакция затухает, реактор - ต่ำกว่าวิกฤต, ρ < 0;
เค = 1, ρ = 0 - จำนวนการแยกตัวของนิวเคลียร์คงที่ เครื่องปฏิกรณ์อยู่ในความเสถียร วิกฤตเงื่อนไข.

สภาวะวิกฤตสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์:

, ที่ไหน

การกลับปัจจัยการคูณให้เป็นเอกภาพทำได้โดยการปรับสมดุลการคูณนิวตรอนกับการสูญเสีย จริงๆ แล้วมีสองสาเหตุของการสูญเสีย: การดักจับโดยไม่มีฟิชชัน และการรั่วไหลของนิวตรอนนอกอาหารเลี้ยงเชื้อ

เห็นได้ชัดว่าk< 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.

k 0 สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ความร้อนสามารถกำหนดได้โดยสิ่งที่เรียกว่า "สูตรของ 4 ปัจจัย":

, ที่ไหน

η คือผลผลิตนิวตรอนสำหรับการดูดซับสองครั้ง

ปริมาตรของเครื่องปฏิกรณ์พลังงานสมัยใหม่สามารถเข้าถึงหลายร้อย m³ และส่วนใหญ่ไม่ได้ถูกกำหนดโดยสภาวะวิกฤต แต่โดยความสามารถในการกำจัดความร้อน

ปริมาณวิกฤตเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ - ปริมาตรของแกนเครื่องปฏิกรณ์ในสถานะวิกฤติ มวลวิกฤต- มวลของวัสดุฟิสไซล์ของเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งอยู่ในสถานะวิกฤติ

เครื่องปฏิกรณ์ที่เชื้อเพลิงเป็นสารละลายเกลือของไอโซโทปฟิสไซล์บริสุทธิ์พร้อมตัวสะท้อนนิวตรอนของน้ำจะมีมวลวิกฤติต่ำที่สุด สำหรับ 235 U มวลนี้คือ 0.8 กก. สำหรับ 239 Pu - 0.5 กก. อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันอย่างกว้างขวางว่ามวลวิกฤตสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ LOPO (เครื่องปฏิกรณ์ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะเครื่องแรกของโลก) ซึ่งมีตัวสะท้อนเบริลเลียมออกไซด์อยู่ที่ 0.565 กิโลกรัม แม้ว่าระดับการเสริมสมรรถนะสำหรับไอโซโทป 235 จะมากกว่านั้นเพียงเล็กน้อยก็ตาม มากกว่า 14% ตามทฤษฎีแล้ว มันมีมวลวิกฤตน้อยที่สุด ซึ่งค่านี้อยู่ที่ 10 กรัมเท่านั้น

เพื่อลดการรั่วไหลของนิวตรอน แกนกลางจะต้องมีรูปร่างเป็นทรงกลมหรือใกล้เคียงกับทรงกลม เช่น ทรงกระบอกสั้นหรือทรงลูกบาศก์ เนื่องจากตัวเลขเหล่านี้มีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรที่เล็กที่สุด

แม้ว่าค่า (e - 1) มักจะน้อย แต่บทบาทของการผสมพันธุ์นิวตรอนเร็วนั้นค่อนข้างใหญ่เนื่องจากสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดใหญ่ (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

ในการเริ่มปฏิกิริยาลูกโซ่ นิวตรอนที่ผลิตขึ้นในระหว่างการแตกตัวของนิวเคลียสยูเรเนียมที่เกิดขึ้นเองนั้นมักจะเพียงพอแล้ว นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะใช้แหล่งกำเนิดนิวตรอนภายนอกเพื่อสตาร์ทเครื่องปฏิกรณ์ เช่น ส่วนผสมของ และ หรือสารอื่นๆ

หลุมไอโอดีน

บทความหลัก: หลุมไอโอดีน

หลุมไอโอดีนเป็นสถานะของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หลังจากที่ปิดเครื่อง โดยมีลักษณะเฉพาะคือการสะสมของไอโซโทปซีนอนอายุสั้น กระบวนการนี้นำไปสู่การปรากฏชั่วคราวของปฏิกิริยาเชิงลบที่มีนัยสำคัญ ซึ่งทำให้ไม่สามารถนำเครื่องปฏิกรณ์ไปสู่ขีดความสามารถการออกแบบภายในระยะเวลาหนึ่ง (ประมาณ 1-2 วัน)

การจัดหมวดหมู่

ตามวัตถุประสงค์

ตามลักษณะการใช้งาน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบ่งออกเป็น:

เครื่องปฏิกรณ์พลังงานออกแบบมาเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้าและพลังงานความร้อนที่ใช้ในภาคพลังงาน เช่นเดียวกับการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล (เครื่องปฏิกรณ์แยกเกลือยังจัดอยู่ในประเภทอุตสาหกรรม) เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวส่วนใหญ่จะใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ พลังงานความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์สมัยใหม่ถึง 5 GW กลุ่มแยกต่างหากประกอบด้วย:
- เครื่องปฏิกรณ์การขนส่งออกแบบมาเพื่อจ่ายพลังงานให้กับเครื่องยนต์ของยานพาหนะ กลุ่มการใช้งานที่กว้างที่สุดคือเครื่องปฏิกรณ์การขนส่งทางทะเลที่ใช้กับเรือดำน้ำและภาชนะผิวน้ำต่างๆ รวมถึงเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในเทคโนโลยีอวกาศ
เครื่องปฏิกรณ์ทดลองมีไว้สำหรับการศึกษาปริมาณทางกายภาพต่างๆ ซึ่งมีค่าที่จำเป็นสำหรับการออกแบบและการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ กำลังของเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวไม่เกินหลายกิโลวัตต์
เครื่องปฏิกรณ์วิจัยซึ่งฟลักซ์ของนิวตรอนและแกมมาควอนตัมที่สร้างขึ้นในแกนกลางจะใช้สำหรับการวิจัยในสาขาฟิสิกส์นิวเคลียร์ ฟิสิกส์สถานะของแข็ง เคมีรังสี ชีววิทยา สำหรับการทดสอบวัสดุที่ตั้งใจทำงานในฟลักซ์นิวตรอนเข้มข้น (รวมถึงชิ้นส่วนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์) สำหรับ การผลิตไอโซโทป กำลังเครื่องปฏิกรณ์วิจัยไม่เกิน 100 เมกะวัตต์ โดยปกติแล้วพลังงานที่ปล่อยออกมาจะไม่ถูกนำมาใช้
เครื่องปฏิกรณ์อุตสาหกรรม (อาวุธ ไอโซโทป)ใช้ในการผลิตไอโซโทปที่ใช้ในด้านต่างๆ ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตวัสดุอาวุธนิวเคลียร์ เช่น 239 Pu เครื่องปฏิกรณ์ยังจัดอยู่ในกลุ่มอุตสาหกรรมที่ใช้สำหรับแยกน้ำทะเลออกจากน้ำทะเล

บ่อยครั้งที่เครื่องปฏิกรณ์ถูกใช้เพื่อแก้ปัญหาที่แตกต่างกันสองอย่างขึ้นไป ซึ่งในกรณีนี้จะถูกเรียก อเนกประสงค์. ตัวอย่างเช่น เครื่องปฏิกรณ์กำลังบางเครื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยุคแรกๆ ของพลังงานนิวเคลียร์ ได้รับการออกแบบมาเพื่อการทดลองเป็นหลัก เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วสามารถผลิตพลังงานและผลิตไอโซโทปไปพร้อมๆ กัน นอกเหนือจากภารกิจหลักแล้ว เครื่องปฏิกรณ์อุตสาหกรรมยังผลิตพลังงานไฟฟ้าและความร้อนอีกด้วย

ตามสเปกตรัมของนิวตรอน

เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อน (ช้า) (“เครื่องปฏิกรณ์ความร้อน”)
เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว ("เครื่องปฏิกรณ์เร็ว")

โดยการวางเชื้อเพลิง

เครื่องปฏิกรณ์ที่แตกต่างกันซึ่งเชื้อเพลิงถูกวางแยกกันในแกนกลางในรูปแบบของบล็อกซึ่งมีตัวหน่วงระหว่างนั้น
เครื่องปฏิกรณ์ที่เป็นเนื้อเดียวกัน โดยที่เชื้อเพลิงและตัวหน่วงเป็นส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกัน (ระบบที่เป็นเนื้อเดียวกัน)

ในเครื่องปฏิกรณ์ที่ต่างกัน เชื้อเพลิงและเครื่องหน่วงสามารถแยกออกจากกันเชิงพื้นที่ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเครื่องปฏิกรณ์แบบโพรง ตัวหน่วงไฟ-ตัวสะท้อนแสงจะล้อมรอบช่องด้วยเชื้อเพลิงที่ไม่มีตัวหน่วงไฟ จากมุมมองทางกายภาพของนิวเคลียร์ เกณฑ์สำหรับความเป็นเนื้อเดียวกัน/ความหลากหลายไม่ใช่การออกแบบ แต่เป็นการวางบล็อกเชื้อเพลิงในระยะห่างเกินความยาวการกลั่นกรองนิวตรอนในตัวหน่วงที่กำหนด ดังนั้นเครื่องปฏิกรณ์ที่เรียกว่า "ตะแกรงปิด" จึงได้รับการออกแบบให้เป็นเนื้อเดียวกันแม้ว่าเชื้อเพลิงในเครื่องเหล่านั้นมักจะแยกออกจากตัวหน่วงก็ตาม

บล็อกเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์ที่ต่างกันเรียกว่าชุดประกอบเชื้อเพลิง (FA) ซึ่งตั้งอยู่ในแกนกลางที่โหนดของโครงขัดแตะปกติซึ่งก่อตัว เซลล์.

ตามประเภทน้ำมันเชื้อเพลิง

ไอโซโทปยูเรเนียม 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
ไอโซโทปพลูโตเนียม 239 (239 Pu) และไอโซโทป 239-242 Pu ในรูปของผสมกับ 238 U (เชื้อเพลิง MOX)
ไอโซโทปทอเรียม 232 (232 Th) (โดยการแปลงเป็น 233 U)

ตามระดับความสมบูรณ์:

ยูเรเนียมธรรมชาติ
ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะอย่างอ่อน
ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูง

โดยองค์ประกอบทางเคมี:

โลหะยู
UC (ยูเรเนียม คาร์ไบด์) เป็นต้น

ตามประเภทของสารหล่อเย็น

แก๊ส (ดูเครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์-แก๊ส)
D 2 O (น้ำหนัก ดู เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์น้ำหนักหนัก CANDU)

ตามประเภทของผู้ดูแล

C (กราไฟท์ ดูเครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์-แก๊ส เครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์-น้ำ)
H2O (น้ำ ดูเครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเบา, เครื่องปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยน้ำ, VVER)
D 2 O (น้ำหนัก ดู เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์น้ำหนักหนัก CANDU)
โลหะไฮไดรด์
ไม่มีตัวหน่วง (ดูเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็ว)

โดยการออกแบบ

โดยวิธีกำเนิดไอน้ำ

เครื่องปฏิกรณ์พร้อมเครื่องกำเนิดไอน้ำภายนอก (ดูเครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำ-น้ำ, VVER)

การจำแนกประเภทของ IAEA

PWR (เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน) - เครื่องปฏิกรณ์น้ำ-น้ำ (เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน);
BWR (เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด) - เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด;
FBR (เครื่องปฏิกรณ์แบบผสมพันธุ์เร็ว) - เครื่องปฏิกรณ์แบบผสมพันธุ์เร็ว;
GCR (เครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยแก๊ส) - เครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยแก๊ส
LWGR (เครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์น้ำเบา) - เครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์-น้ำ
PHWR (เครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักแรงดัน) - เครื่องปฏิกรณ์น้ำหนัก

สิ่งที่พบมากที่สุดในโลกคือน้ำแรงดัน (ประมาณ 62%) และเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด (20%)

วัสดุเครื่องปฏิกรณ์

วัสดุที่ใช้สร้างเครื่องปฏิกรณ์ทำงานที่อุณหภูมิสูงในด้านนิวตรอน γ ควอนตัม และชิ้นส่วนฟิชชัน ดังนั้นไม่ใช่ว่าวัสดุทั้งหมดที่ใช้ในเทคโนโลยีสาขาอื่นจะเหมาะสำหรับการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ เมื่อเลือกวัสดุเครื่องปฏิกรณ์ จะต้องคำนึงถึงความต้านทานการแผ่รังสี ความเฉื่อยทางเคมี หน้าตัดการดูดซับ และคุณสมบัติอื่น ๆ ด้วย

ความไม่เสถียรของการแผ่รังสีของวัสดุมีผลน้อยที่อุณหภูมิสูง การเคลื่อนที่ของอะตอมมีมากจนความน่าจะเป็นที่อะตอมจะกลับมาหลุดออกจากโครงตาข่ายคริสตัลไปยังตำแหน่งเดิมหรือการรวมตัวกันใหม่ของไฮโดรเจนและออกซิเจนในโมเลกุลของน้ำเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้นการแผ่รังสีของน้ำจึงไม่มีนัยสำคัญในเครื่องปฏิกรณ์ที่ไม่เดือดซึ่งใช้พลังงาน (เช่น VVER) ในขณะที่เครื่องปฏิกรณ์เพื่อการวิจัยที่ทรงพลังจะปล่อยส่วนผสมที่ระเบิดได้จำนวนมากออกมา เครื่องปฏิกรณ์มีระบบพิเศษสำหรับการเผาไหม้

วัสดุของเครื่องปฏิกรณ์ต้องสัมผัสกัน (เปลือกเชื้อเพลิงที่มีสารหล่อเย็นและเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ตลับเชื้อเพลิงที่มีสารหล่อเย็นและตัวหน่วง ฯลฯ) โดยธรรมชาติแล้ว วัสดุที่สัมผัสจะต้องเฉื่อยทางเคมี (เข้ากันได้) ตัวอย่างของความไม่เข้ากันคือยูเรเนียมและน้ำร้อนเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมี

สำหรับวัสดุส่วนใหญ่ คุณสมบัติด้านความแข็งแรงจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ในเครื่องปฏิกรณ์กำลัง วัสดุโครงสร้างทำงานที่อุณหภูมิสูง สิ่งนี้จำกัดการเลือกใช้วัสดุก่อสร้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนของเครื่องปฏิกรณ์พลังงานที่ต้องทนต่อแรงดันสูง

ความเหนื่อยหน่ายและการสืบพันธุ์ของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์

ในระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เนื่องจากการสะสมของชิ้นส่วนฟิชชันในเชื้อเพลิงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบไอโซโทปและทางเคมีและองค์ประกอบ transuranic ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไอโซโทปจะเกิดขึ้น เรียกว่าผลกระทบของชิ้นส่วนฟิชชันต่อปฏิกิริยาของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ พิษ(สำหรับเศษกัมมันตรังสี) และ ตะกรัน(สำหรับไอโซโทปเสถียร)

สาเหตุหลักที่ทำให้เกิดพิษจากเครื่องปฏิกรณ์คือ ซึ่งมีหน้าตัดการดูดกลืนนิวตรอนที่ใหญ่ที่สุด (2.6·10 6 โรงนา) ครึ่งชีวิตของ 135 Xe ต 1/2 = 9.2 ชั่วโมง; อัตราผลตอบแทนระหว่างการแบ่งคือ 6-7% ส่วนใหญ่ของ 135 Xe เกิดขึ้นจากการสลายตัว ( ต 1/2 = 6.8 ชั่วโมง) ในกรณีที่เป็นพิษ Keff จะเปลี่ยน 1-3% ภาพตัดขวางการดูดกลืนแสงขนาดใหญ่ของ 135 Xe และการมีอยู่ของไอโซโทประดับกลาง 135 ฉันทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่สำคัญสองประการ:

เพื่อเพิ่มความเข้มข้น 135 Xe และส่งผลให้ปฏิกิริยาของเครื่องปฏิกรณ์ลดลงหลังจากที่หยุดทำงานหรือกำลังลดลง (“หลุมไอโอดีน”) ซึ่งทำให้การหยุดในระยะสั้นและความผันผวนของกำลังไฟฟ้าเอาท์พุตเป็นไปไม่ได้ . ผลกระทบนี้แก้ไขได้ด้วยการเพิ่มปริมาณสำรองการเกิดปฏิกิริยาในหน่วยงานกำกับดูแล ความลึกและระยะเวลาของบ่อไอโอดีนขึ้นอยู่กับฟลักซ์นิวตรอน Ф: ที่ Ф = 5·10 · 18 นิวตรอน/(ซม.²·วินาที) ระยะเวลาของบ่อไอโอดีนคือ ˜ 30 ชั่วโมง และความลึกมากกว่าค่าที่อยู่กับที่ 2 เท่า การเปลี่ยนแปลงของ Keff ที่เกิดจากพิษ 135 Xe
เนื่องจากพิษ ความผันผวนของ spatiotemporal ในฟลักซ์นิวตรอน F และผลที่ตามมาคือพลังงานของเครื่องปฏิกรณ์สามารถเกิดขึ้นได้ การแกว่งเหล่านี้เกิดขึ้นที่ Ф > 10 18 นิวตรอน/(ซม.²·วินาที) และขนาดเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ ระยะเวลาการสั่น ~ 10 ชั่วโมง

เมื่อเกิดการแยกตัวของนิวเคลียร์ จำนวนมากชิ้นส่วนที่เสถียรซึ่งมีหน้าตัดการดูดซับต่างกันเมื่อเปรียบเทียบกับหน้าตัดการดูดกลืนของไอโซโทปฟิสไซล์ ความเข้มข้นของเศษด้วย คุ้มค่ามากภาพตัดขวางการดูดกลืนจะถึงความอิ่มตัวภายในสองสามวันแรกของการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นแท่งเชื้อเพลิงที่มี "อายุ" ต่างกัน

ในกรณีที่มีการเปลี่ยนเชื้อเพลิงโดยสมบูรณ์ เครื่องปฏิกรณ์จะมีปฏิกิริยาส่วนเกินซึ่งจำเป็นต้องได้รับการชดเชย ในขณะที่ในกรณีที่สองจำเป็นต้องมีการชดเชยเฉพาะเมื่อเครื่องปฏิกรณ์ถูกสตาร์ทครั้งแรกเท่านั้น การโอเวอร์โหลดอย่างต่อเนื่องทำให้สามารถเพิ่มความลึกของการเผาไหม้ได้ เนื่องจากปฏิกิริยาของเครื่องปฏิกรณ์ถูกกำหนดโดยความเข้มข้นเฉลี่ยของไอโซโทปฟิสไซล์

มวลของเชื้อเพลิงที่บรรทุกเกินมวลของเชื้อเพลิงที่ไม่ได้บรรจุเนื่องจาก "น้ำหนัก" ของพลังงานที่ปล่อยออกมา หลังจากที่เครื่องปฏิกรณ์ปิดตัวลง สาเหตุหลักมาจากฟิชชันของนิวตรอนล่าช้า และจากนั้นหลังจากผ่านไป 1-2 นาที เนื่องจากการแผ่รังสี β- และ γ ของชิ้นส่วนฟิชชันและธาตุทรานยูเรเนียม การปล่อยพลังงานในเชื้อเพลิงยังคงดำเนินต่อไป หากเครื่องปฏิกรณ์ทำงานนานพอก่อนที่จะหยุด จากนั้น 2 นาทีหลังจากหยุด พลังงานที่ปล่อยออกมาจะอยู่ที่ประมาณ 3% หลังจาก 1 ชั่วโมง - 1% หลังจากหนึ่งวัน - 0.4% หลังจากหนึ่งปี - 0.05% ของกำลังเริ่มต้น

อัตราส่วนของจำนวนไอโซโทป Pu แบบฟิสไซล์ที่เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ต่อปริมาณการเผาไหม้ 235 U เรียกว่า อัตราการแปลงเค เค . มูลค่าของ KK จะเพิ่มขึ้นตามการเสริมสมรรถนะและความเหนื่อยหน่ายที่ลดลง สำหรับเครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักหนักที่ใช้ยูเรเนียมธรรมชาติ โดยมีการเผาไหม้ 10 GW day/t K K = 0.55 และด้วยการเผาไหมเล็กน้อย (ในกรณีนี้ KK เรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์พลูโตเนียมเริ่มต้น) KK = 0.8 ถ้าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เผาไหม้และผลิตไอโซโทปเดียวกัน (เครื่องปฏิกรณ์ผสมพันธุ์) อัตราส่วนของอัตราการแพร่พันธุ์ต่ออัตราการเผาไหม้จะถูกเรียกว่า อัตราการสืบพันธุ์ K V. ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้นิวตรอนความร้อน K V< 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 กเติบโตและ กน้ำตก

การควบคุมเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

การควบคุมเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นไปได้เพียงเพราะว่าในระหว่างการฟิชชัน นิวตรอนบางส่วนจะลอยออกจากชิ้นส่วนด้วยความล่าช้าซึ่งอาจมีตั้งแต่หลายมิลลิวินาทีถึงหลายนาที

ในการควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ แท่งดูดซับถูกนำมาใช้เข้าไปในแกนกลาง ซึ่งทำจากวัสดุที่ดูดซับนิวตรอนอย่างรุนแรง (ส่วนใหญ่และอื่นๆ บางส่วน) และ/หรือสารละลายของกรดบอริก เติมลงในสารหล่อเย็นด้วยความเข้มข้นที่แน่นอน (การควบคุมโบรอน) . การเคลื่อนที่ของแท่งถูกควบคุมโดยกลไกพิเศษ ตัวขับเคลื่อน การทำงานตามสัญญาณจากผู้ปฏิบัติงานหรืออุปกรณ์สำหรับควบคุมฟลักซ์นิวตรอนโดยอัตโนมัติ

ในกรณีของสถานการณ์ฉุกเฉินต่างๆ เครื่องปฏิกรณ์แต่ละเครื่องจะมีการหยุดปฏิกิริยาลูกโซ่ในกรณีฉุกเฉิน ซึ่งดำเนินการโดยการปล่อยแท่งดูดซับทั้งหมดเข้าไปในแกนกลาง ซึ่งเป็นระบบป้องกันฉุกเฉิน

ความร้อนตกค้าง

ปัญหาสำคัญที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับความปลอดภัยของนิวเคลียร์คือความร้อนจากการสลายตัว นี้ คุณสมบัติเฉพาะเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ซึ่งประกอบด้วยความจริงที่ว่า หลังจากการหยุดปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันและความเฉื่อยทางความร้อนตามปกติสำหรับแหล่งพลังงานใดๆ การปล่อยความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์ยังคงดำเนินต่อไป เป็นเวลานานซึ่งก่อให้เกิดปัญหาทางเทคนิคที่ซับซ้อนหลายประการ

ความร้อนตกค้างเป็นผลจากการสลายตัว β- และ γ ของผลิตภัณฑ์ฟิชชันที่สะสมในเชื้อเพลิงระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ นิวเคลียสของผลิตภัณฑ์จากฟิชชันเนื่องจากการสลายตัว จะเปลี่ยนสถานะเป็นสถานะเสถียรมากขึ้นหรือเสถียรโดยสมบูรณ์โดยการปล่อยพลังงานที่สำคัญออกมา

แม้ว่าอัตราการปลดปล่อยความร้อนจากการสลายจะลดลงอย่างรวดเร็วจนเหลือค่าน้อยเมื่อเทียบกับค่าสถานะคงตัว แต่ในเครื่องปฏิกรณ์กำลังสูงก็มีความสำคัญในแง่สัมบูรณ์ ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องมีการสร้างความร้อนตกค้าง เวลานานตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการระบายความร้อนออกจากแกนเครื่องปฏิกรณ์หลังจากปิดเครื่อง งานนี้จำเป็นต้องมีการออกแบบการติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์เพื่อให้มีระบบทำความเย็นที่มีแหล่งจ่ายไฟที่เชื่อถือได้ และยังจำเป็นต้องมีการจัดเก็บเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วในระยะยาว (3-4 ปี) ในโรงเก็บที่มีอุณหภูมิพิเศษ - สระทำความเย็น ซึ่งก็คือ มักจะตั้งอยู่ใกล้กับเครื่องปฏิกรณ์

ดูสิ่งนี้ด้วย

รายชื่อเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ออกแบบและสร้างขึ้นในสหภาพโซเวียต

วรรณกรรม

เลวิน วี.อี. ฟิสิกส์นิวเคลียร์และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฉบับที่ 4 - อ.: Atomizdat, 1979.
Shukolyukov A. Yu. “ ยูเรเนียม เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ธรรมชาติ" “เคมีกับชีวิต” ฉบับที่ 6, 1980, น. 20-24

หมายเหตุ

"ZEEP - เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกของแคนาดา" พิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแคนาดา
Greshilov A. A. , Egupov N. D. , Matushchenko A. M.โล่นิวเคลียร์ - ม.: โลโก้, 2551. - 438 หน้า - -

พลังงานอันมหาศาลของอะตอมเล็กๆ

“วิทยาศาสตร์ที่ดี - ฟิสิกส์! ชีวิตเท่านั้นที่สั้น" คำเหล่านี้เป็นของนักวิทยาศาสตร์ที่ทำผลงานด้านฟิสิกส์ได้อย่างน่าประหลาดใจ ครั้งหนึ่งนักวิชาการเคยกล่าวไว้ว่า อิกอร์ วาซิลีวิช คูร์ชาตอฟผู้สร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลก

เมื่อวันที่ 27 มิถุนายน พ.ศ. 2497 โรงไฟฟ้าที่มีลักษณะเฉพาะแห่งนี้ได้เริ่มดำเนินการ ขณะนี้มนุษยชาติมีแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่ทรงพลังอีกแหล่งหนึ่ง

เส้นทางสู่การควบคุมพลังงานของอะตอมนั้นยาวนานและยากลำบาก เริ่มต้นในทศวรรษแรกของศตวรรษที่ 20 ด้วยการค้นพบกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติโดยชาวคูรี ด้วยสมมุติฐานของบอร์ แบบจำลองอะตอมของดาวเคราะห์ของรัทเทอร์ฟอร์ด และการพิสูจน์สิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นข้อเท็จจริงที่ชัดเจนในปัจจุบัน - นิวเคลียสของอะตอมใดๆ ประกอบด้วย โปรตอนที่มีประจุบวกและนิวตรอนที่เป็นกลาง

ในปี 1934 คู่รัก Frédéric และ Irène Joliot-Curie (ลูกสาวของ Marie Skłodowska-Curie และ Pierre Curie) ค้นพบว่าการระดมยิงอนุภาคอัลฟ่า (นิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม) สามารถเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีธรรมดาให้เป็นสารกัมมันตภาพรังสีได้ ปรากฏการณ์ใหม่นี้เรียกว่า กัมมันตภาพรังสีเทียม.

I.V. Kurchatov (ขวา) และ A.I. Alikhanov (กลาง) กับอาจารย์ A.F. Ioffe (อายุ 30 ต้นๆ)

หากการทิ้งระเบิดด้วยอนุภาคที่เร็วและหนักมาก การเปลี่ยนแปลงทางเคมีจะเริ่มขึ้น ธาตุที่มีกัมมันตภาพรังสีเทียมจะค่อยๆ หลีกทางให้กับธาตุที่เสถียรซึ่งจะไม่สลายตัวอีกต่อไป

ด้วยความช่วยเหลือจากการฉายรังสีหรือการทิ้งระเบิด มันเป็นเรื่องง่ายที่จะทำให้ความฝันของนักเล่นแร่แปรธาตุเป็นจริง - เพื่อสร้างทองคำจากองค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ ต้นทุนของการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเท่านั้นที่จะเกินราคาทองคำที่เกิดขึ้นอย่างมาก...

การแยกตัวของนิวเคลียร์ยูเรเนียม

สิ่งที่ถูกค้นพบในปี 1938-1939 โดยกลุ่มนักฟิสิกส์และนักเคมีชาวเยอรมันกลุ่มหนึ่งนำประโยชน์มาสู่มนุษยชาติมากขึ้น (และน่าเสียดายที่ความวิตกกังวล) ฟิชชันของนิวเคลียสของยูเรเนียม. เมื่อฉายรังสีด้วยนิวตรอน นิวเคลียสของยูเรเนียมหนักจะสลายตัวเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่เบากว่าซึ่งอยู่ตรงกลางของตารางธาตุของ Mendeleev และปล่อยนิวตรอนหลายตัวออกมา สำหรับนิวเคลียสขององค์ประกอบแสง นิวตรอนเหล่านี้กลายเป็นสิ่งฟุ่มเฟือย... เมื่อนิวเคลียสของยูเรเนียม "แตกตัว" ปฏิกิริยาลูกโซ่สามารถเริ่มต้นได้: นิวตรอนที่เกิดขึ้นสองหรือสามตัวแต่ละตัวมีความสามารถในการผลิตนิวตรอนหลายตัวและตกลงมา เข้าไปในนิวเคลียสของอะตอมข้างเคียง

มวลรวมของผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ดังกล่าวกลายเป็นตามที่นักวิทยาศาสตร์คำนวณว่าน้อยกว่ามวลของนิวเคลียสของสารดั้งเดิม - ยูเรเนียม

ตามสมการของไอน์สไตน์ซึ่งสัมพันธ์ระหว่างมวลกับพลังงาน เราสามารถระบุได้อย่างง่ายดายว่าในกรณีนี้จะต้องปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา! และสิ่งนี้จะเกิดขึ้นในเวลาอันสั้นโดยประมาท แน่นอนว่าหากปฏิกิริยาลูกโซ่ไม่สามารถควบคุมได้และไปสู่จุดสิ้นสุด...

ระหว่างเดินหลังการประชุม E. Fermi (ขวา) กับนักเรียนของเขา B. Pontecorvo (บาเซิล, 1949)

เขาเป็นหนึ่งในคนกลุ่มแรกๆ ที่ชื่นชมความสามารถมหาศาลทางกายภาพและทางเทคนิคที่ซ่อนอยู่ในกระบวนการฟิชชันของยูเรเนียม เอนริโก เฟอร์มีในวัยสามสิบอันห่างไกลของศตวรรษของเรา ยังเด็กมาก แต่ได้รับการยอมรับแล้วว่าเป็นหัวหน้าของโรงเรียนฟิสิกส์ชาวอิตาลี นานก่อนสงครามโลกครั้งที่สอง เขาและผู้ร่วมงานที่มีพรสวรรค์กลุ่มหนึ่งได้ศึกษาพฤติกรรมของสสารต่างๆ ภายใต้การฉายรังสีนิวตรอน และพบว่าประสิทธิภาพของกระบวนการฟิชชันของยูเรเนียมสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมาก ... โดยชะลอการเคลื่อนที่ของนิวตรอน อาจดูแปลกเมื่อมองแวบแรก เมื่อความเร็วของนิวตรอนลดลง ความน่าจะเป็นที่นิวเคลียสยูเรเนียมจะจับก็เพิ่มขึ้น “ตัวหน่วง” ที่มีประสิทธิภาพของนิวตรอนเป็นสารที่ค่อนข้างเข้าถึงได้: พาราฟิน คาร์บอน น้ำ...

หลังจากย้ายมาอยู่ที่สหรัฐอเมริกา Fermi ยังคงเป็นสมองและหัวใจสำคัญของการวิจัยนิวเคลียร์ที่ดำเนินการที่นั่น พรสวรรค์สองอย่างซึ่งมักจะแยกจากกันไม่ได้ถูกรวมเข้าด้วยกันใน Fermi: นักทฤษฎีที่โดดเด่นและนักทดลองที่เก่งกาจ “ยังต้องใช้เวลาอีกนานก่อนที่เราจะมองเห็นความเท่าเทียมของเขา” นักวิทยาศาสตร์ผู้มีชื่อเสียง ดับเบิลยู. ซินน์ เขียนหลังจากเฟอร์มีเสียชีวิตก่อนวัยอันควรจากเนื้องอกเนื้อร้ายในปี 1954 ขณะอายุ 53 ปี

ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่รวมตัวกันรอบๆ Fermi ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองตัดสินใจสร้างอาวุธที่มีพลังทำลายล้างอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนโดยอาศัยปฏิกิริยาลูกโซ่ของการแยกตัวของยูเรเนียม - ระเบิดปรมาณู. นักวิทยาศาสตร์กำลังรีบร้อน: จะเกิดอะไรขึ้นถ้านาซีเยอรมนีสามารถผลิตอาวุธใหม่ได้ก่อนใคร และใช้พวกมันในภารกิจที่ไร้มนุษยธรรมเพื่อตกเป็นทาสของชนชาติอื่น?

การก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในประเทศของเรา

เมื่อปีพ. ศ. 2485 นักวิทยาศาสตร์ได้รวบรวมและเปิดตัวในอาณาเขตของสนามกีฬามหาวิทยาลัยชิคาโก อันดับแรก เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู . แท่งยูเรเนียมในเครื่องปฏิกรณ์ถูกสลับกับ "อิฐ" คาร์บอน - ตัวหน่วง และหากปฏิกิริยาลูกโซ่ยังคงรุนแรงเกินไป ก็สามารถหยุดได้อย่างรวดเร็วโดยการใส่แผ่นแคดเมียมเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งจะแยกแท่งยูเรเนียมและดูดซับนิวตรอนจนหมด

นักวิจัยมีความภาคภูมิใจมากกับการดัดแปลงเครื่องปฏิกรณ์แบบง่ายๆ ที่พวกเขาคิดค้นขึ้นมา ซึ่งตอนนี้ทำให้เรายิ้มได้ G. Anderson นักฟิสิกส์ชื่อดังคนหนึ่งในผู้ร่วมมือของ Fermi ในชิคาโกเล่าว่าดีบุกแคดเมียมถูกตอกเข้ากับบล็อกไม้ซึ่งหากจำเป็นก็จะตกลงไปในหม้อไอน้ำทันทีภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของมันเองซึ่งเป็นเหตุผลในการให้ ชื่อ "ทันที" จี. แอนเดอร์สันเขียนว่า “ก่อนสตาร์ทหม้อต้ม ควรดึงท่อนนี้ขึ้นและยึดด้วยเชือก ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ เชือกอาจถูกตัด และ “ช่วงเวลา” จะเข้ามาแทนที่ในหม้อต้มน้ำ”

ปฏิกิริยาลูกโซ่แบบควบคุมเกิดขึ้นที่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และมีการทดสอบการคำนวณและการทำนายทางทฤษฎี ห่วงโซ่ของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งเป็นผลมาจากสิ่งใหม่ องค์ประกอบทางเคมี- พลูโตเนียม เช่นเดียวกับยูเรเนียมที่สามารถนำมาใช้สร้างระเบิดปรมาณูได้

นักวิทยาศาสตร์ระบุว่ามี "มวลวิกฤต" ของยูเรเนียมหรือพลูโทเนียม หากมีสารอะตอมในปริมาณมากเพียงพอ ปฏิกิริยาลูกโซ่จะทำให้เกิดการระเบิด หากมีปริมาณน้อย น้อยกว่า "มวลวิกฤต" ก็เพียงแค่ปล่อยความร้อนออกมา

การก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

ในระเบิดปรมาณูที่มีรูปแบบเรียบง่ายที่สุด จะมีการวางยูเรเนียมหรือพลูโตเนียมสองชิ้นไว้เคียงข้างกัน และมวลของแต่ละชิ้นก็น้อยกว่าวิกฤตเล็กน้อย ในช่วงเวลาที่เหมาะสม ฟิวส์จากวัตถุระเบิดแบบธรรมดาจะเชื่อมต่อชิ้นส่วนต่างๆ มวลของเชื้อเพลิงปรมาณูเกินกว่าค่าวิกฤต - และการปล่อยพลังงานทำลายล้างของพลังมหาศาลจะเกิดขึ้นทันที...

การแผ่รังสีแสงที่ตระการตา คลื่นกระแทกที่กวาดทุกสิ่งที่ขวางหน้า และรังสีกัมมันตภาพรังสีที่ทะลุทะลวงเข้าโจมตีผู้อยู่อาศัยในเมืองสองแห่งของญี่ปุ่น ได้แก่ ฮิโรชิมาและนางาซากิ หลังจากการระเบิดของระเบิดปรมาณูของอเมริกาในปี พ.ศ. 2488 ทำให้เกิดความกังวลในใจของผู้คนเกี่ยวกับ ผลที่ตามมาอันเลวร้ายจากการใช้ระเบิดปรมาณู อาวุธ

ภายใต้การนำทางวิทยาศาสตร์ที่รวมเป็นหนึ่งเดียวของ I.V. Kurchatov นักฟิสิกส์โซเวียตได้พัฒนาอาวุธปรมาณู

แต่ผู้นำผลงานเหล่านี้ไม่ได้หยุดคิดถึงการใช้พลังงานปรมาณูอย่างสันติ ท้ายที่สุดแล้ว เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะต้องได้รับการระบายความร้อนอย่างเข้มข้น ดังนั้นทำไมไม่ "ให้" ความร้อนนี้แก่กังหันไอน้ำหรือกังหันแก๊ส หรือใช้ทำความร้อนให้กับโรงเรือนล่ะ

ท่อที่ประกอบด้วยโลหะที่หลอมเหลวต่ำเป็นของเหลวถูกส่งผ่านเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โลหะที่ให้ความร้อนเข้าไปในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งมันจะถ่ายเทความร้อนไปยังน้ำ น้ำกลายเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่ง และกังหันก็เริ่มทำงาน เครื่องปฏิกรณ์ถูกล้อมรอบด้วยเปลือกป้องกันที่ทำจากคอนกรีตพร้อมตัวเติมโลหะ: รังสีกัมมันตภาพรังสีไม่ควรเล็ดลอดออกไปข้างนอก

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้กลายเป็นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ นำแสงสว่างอันเงียบสงบ ความอบอุ่นอันแสนสบาย และความปรารถนาอันสงบสุขมาสู่ผู้คน...

สำหรับ คนธรรมดาอุปกรณ์ไฮเทคสมัยใหม่มีความลึกลับและน่าพิศวงมากจนสามารถบูชาได้เหมือนที่คนโบราณบูชาสายฟ้า บทเรียนของโรงเรียนนักฟิสิกส์ที่เต็มไปด้วยการคำนวณทางคณิตศาสตร์ไม่สามารถแก้ปัญหาได้ แต่คุณยังสามารถบอกเล่าเรื่องราวที่น่าสนใจเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้ซึ่งหลักการทำงานที่ชัดเจนแม้กระทั่งกับวัยรุ่น

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำงานอย่างไร?

หลักการทำงานของอุปกรณ์ไฮเทคนี้มีดังนี้:

เมื่อนิวตรอนถูกดูดซับ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (ส่วนใหญ่มักเป็นเช่นนี้ ยูเรเนียม-235หรือ พลูโตเนียม-239) การแบ่งตัวของนิวเคลียสของอะตอมเกิดขึ้น
พลังงานจลน์ รังสีแกมมา และนิวตรอนอิสระจะถูกปล่อยออกมา
พลังงานจลน์จะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน (เมื่อนิวเคลียสชนกับอะตอมโดยรอบ) รังสีแกมมาจะถูกดูดกลืนโดยเครื่องปฏิกรณ์เอง และยังเปลี่ยนเป็นความร้อนด้วย
นิวตรอนที่ผลิตบางส่วนถูกอะตอมเชื้อเพลิงดูดซับ ซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ ในการควบคุมจะใช้ตัวดูดซับนิวตรอนและตัวหน่วง
ด้วยความช่วยเหลือของสารหล่อเย็น (น้ำ ก๊าซ หรือโซเดียมเหลว) ความร้อนจะถูกกำจัดออกจากบริเวณที่เกิดปฏิกิริยา
ไอน้ำแรงดันจากน้ำร้อนใช้ในการขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ
ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานกลของการหมุนของกังหันจะถูกแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าสลับ

แนวทางการจำแนกประเภท

อาจมีสาเหตุหลายประการสำหรับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์:

ตามประเภทของปฏิกิริยานิวเคลียร์. ฟิชชัน (การติดตั้งเชิงพาณิชย์ทั้งหมด) หรือฟิวชัน (พลังงานความร้อนนิวเคลียร์ แพร่หลายในสถาบันวิจัยบางแห่งเท่านั้น);
โดยน้ำยาหล่อเย็น. ในกรณีส่วนใหญ่ น้ำ (เดือดหรือหนัก) จะถูกใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ บางครั้งมีการใช้วิธีแก้ปัญหาทางเลือก: โลหะเหลว (โซเดียม, ตะกั่วบิสมัท, ปรอท), ก๊าซ (ฮีเลียม, คาร์บอนไดออกไซด์หรือไนโตรเจน), เกลือหลอมเหลว (เกลือฟลูออไรด์);
ตามรุ่นอย่างแรกคือต้นแบบในยุคแรกๆ ที่ไม่สมเหตุสมผลในเชิงพาณิชย์ ประการที่สอง โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันถูกสร้างขึ้นก่อนปี 1996 รุ่นที่สามแตกต่างจากรุ่นก่อนหน้าเฉพาะในการปรับปรุงเล็กน้อยเท่านั้น การทำงานรุ่นที่สี่ยังอยู่ระหว่างดำเนินการ
ตามสถานะของการรวมตัวเชื้อเพลิง (ปัจจุบันมีเชื้อเพลิงแก๊สอยู่บนกระดาษเท่านั้น)
ตามวัตถุประสงค์การใช้งาน(สำหรับการผลิตไฟฟ้า การสตาร์ทเครื่องยนต์ การผลิตไฮโดรเจน การกลั่นน้ำทะเล การเปลี่ยนรูปธาตุ การได้รับรังสีจากระบบประสาท วัตถุประสงค์ทางทฤษฎีและการสืบสวน)

โครงสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ส่วนประกอบหลักของเครื่องปฏิกรณ์ในโรงไฟฟ้าส่วนใหญ่ได้แก่:

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์เป็นสารที่จำเป็นในการผลิตความร้อนสำหรับกังหันพลังงาน (โดยปกติคือยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำ)
แกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นที่ที่ปฏิกิริยานิวเคลียร์เกิดขึ้น
ตัวหน่วงนิวตรอน - ลดความเร็วของนิวตรอนเร็วเปลี่ยนให้เป็นนิวตรอนความร้อน
แหล่งกำเนิดนิวตรอนเริ่มต้น - ใช้สำหรับการเริ่มต้นปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เชื่อถือได้และมีเสถียรภาพ
ตัวดูดซับนิวตรอน - มีอยู่ในโรงไฟฟ้าบางแห่งเพื่อลดปฏิกิริยาสูงของเชื้อเพลิงสด
ปืนครกนิวตรอน - ใช้เพื่อเริ่มต้นปฏิกิริยาใหม่หลังจากการปิดเครื่อง
สารหล่อเย็น (น้ำบริสุทธิ์);
แท่งควบคุม - เพื่อควบคุมอัตราการแตกตัวของยูเรเนียมหรือนิวเคลียสพลูโทเนียม
ปั๊มน้ำ - สูบน้ำเข้าหม้อต้มไอน้ำ
กังหันไอน้ำ - แปลงพลังงานความร้อนของไอน้ำเป็นพลังงานกลหมุน
หอทำความเย็น - อุปกรณ์สำหรับขจัดความร้อนส่วนเกินออกสู่บรรยากาศ
ระบบการรับและจัดเก็บกากกัมมันตภาพรังสี
ระบบความปลอดภัย (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลฉุกเฉิน อุปกรณ์สำหรับระบายความร้อนแกนฉุกเฉิน)

รุ่นล่าสุดทำงานอย่างไร

เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ 4 ล่าสุดจะพร้อมสำหรับการดำเนินการเชิงพาณิชย์ ไม่ช้ากว่าปี 2030. ปัจจุบันหลักการและโครงสร้างการดำเนินงานยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา ตามข้อมูลสมัยใหม่การปรับเปลี่ยนเหล่านี้จะแตกต่างจากรุ่นที่มีอยู่ในปัจจุบัน ข้อดี:

ระบบระบายความร้อนด้วยแก๊สอย่างรวดเร็ว สันนิษฐานว่าจะใช้ฮีเลียมเป็นสารหล่อเย็น ตาม เอกสารโครงการด้วยวิธีนี้ ทำให้เครื่องปฏิกรณ์เย็นลงด้วยอุณหภูมิ 850 °C ได้ ในการทำงานที่อุณหภูมิสูงดังกล่าว จำเป็นต้องใช้วัตถุดิบเฉพาะ ได้แก่ วัสดุเซรามิกคอมโพสิตและสารประกอบแอกติไนด์
คุณสามารถใช้ตะกั่วหรือโลหะผสมตะกั่ว-บิสมัทเป็นสารหล่อเย็นปฐมภูมิได้ วัสดุเหล่านี้มีอัตราการดูดซับนิวตรอนต่ำและค่อนข้างมาก อุณหภูมิต่ำละลาย;
นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นส่วนผสมของเกลือหลอมเหลวเป็นสารหล่อเย็นหลักได้ ซึ่งจะทำให้สามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าได้ อะนาล็อกที่ทันสมัยพร้อมระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ

อะนาล็อกธรรมชาติในธรรมชาติ

มีการรับรู้ถึงเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ จิตสำนึกสาธารณะเฉพาะเป็นผลิตภัณฑ์ เทคโนโลยีขั้นสูง. อย่างไรก็ตามในความเป็นจริงสิ่งแรกดังกล่าว อุปกรณ์มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติ. มันถูกค้นพบในภูมิภาค Oklo ของรัฐกาบองในแอฟริกากลาง:

เครื่องปฏิกรณ์ถูกสร้างขึ้นเนื่องจากการท่วมของหินยูเรเนียม น้ำบาดาล. พวกเขาทำหน้าที่เป็นตัวหน่วงนิวตรอน
พลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของยูเรเนียมจะเปลี่ยนน้ำให้เป็นไอน้ำ และปฏิกิริยาลูกโซ่จะหยุดลง
หลังจากที่อุณหภูมิน้ำหล่อเย็นลดลง ทุกอย่างจะเกิดซ้ำอีกครั้ง
หากของเหลวไม่เดือดและหยุดปฏิกิริยา มนุษยชาติคงต้องเผชิญกับภัยพิบัติทางธรรมชาติครั้งใหม่
การแยกตัวของนิวเคลียร์แบบยั่งยืนในตัวเองเริ่มขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นี้เมื่อประมาณหนึ่งพันล้านปีก่อน ในช่วงเวลานี้ มีกำลังไฟฟ้าส่งออกประมาณ 0.1 ล้านวัตต์
สิ่งมหัศจรรย์ของโลกบนโลกนี้เป็นสิ่งเดียวที่รู้ การเกิดขึ้นของสิ่งใหม่เป็นไปไม่ได้: ส่วนแบ่งของยูเรเนียม-235 ในวัตถุดิบธรรมชาตินั้นต่ำกว่าระดับที่จำเป็นในการรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่มาก

มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์กี่เครื่องในเกาหลีใต้?

แย่นะ ทรัพยากรธรรมชาติแต่สาธารณรัฐเกาหลีที่มีอุตสาหกรรมและมีประชากรมากเกินไปมีความต้องการพลังงานเป็นพิเศษ ท่ามกลางการที่เยอรมนีปฏิเสธที่จะใช้อะตอมที่สงบสุข ประเทศนี้มีความหวังสูงที่จะควบคุมเทคโนโลยีนิวเคลียร์:

มีการวางแผนว่าภายในปี 2578 ส่วนแบ่งการผลิตไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะสูงถึง 60% และการผลิตรวมจะมากกว่า 40 กิกะวัตต์
ประเทศนี้ไม่มีอาวุธปรมาณู แต่การวิจัยเกี่ยวกับฟิสิกส์นิวเคลียร์ยังดำเนินอยู่ นักวิทยาศาสตร์ชาวเกาหลีได้พัฒนาการออกแบบสำหรับเครื่องปฏิกรณ์สมัยใหม่ เช่น แบบโมดูลาร์ ไฮโดรเจน พร้อมโลหะเหลว ฯลฯ
ความสำเร็จของนักวิจัยในท้องถิ่นทำให้สามารถขายเทคโนโลยีในต่างประเทศได้ คาดว่าประเทศนี้จะส่งออกได้ 80 หน่วยในอีก 15-20 ปีข้างหน้า
แต่ ณ วันนี้ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นโดยได้รับความช่วยเหลือจากนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันหรือชาวฝรั่งเศส
จำนวนสถานีปฏิบัติการมีขนาดค่อนข้างเล็ก (เพียงสี่เครื่อง) แต่แต่ละสถานีมีเครื่องปฏิกรณ์จำนวนมาก - รวมเป็น 40 เครื่องและตัวเลขนี้จะเพิ่มขึ้น

เมื่อถูกโจมตีด้วยนิวตรอน เชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ ส่งผลให้เกิดความร้อนจำนวนมหาศาล น้ำในระบบนำความร้อนนี้ไปเปลี่ยนเป็นไอน้ำ ซึ่งเปลี่ยนกังหันที่ผลิตไฟฟ้า ที่นี่ วงจรง่ายๆการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่ทรงพลังที่สุดในโลก

วิดีโอ: วิธีการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ในวิดีโอนี้ Vladimir Chaikin นักฟิสิกส์นิวเคลียร์จะบอกคุณว่าไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้อย่างไรและโครงสร้างโดยละเอียด:

Chicago Pile-1 (CP-1) สร้างขึ้นใต้อัฒจันทร์ฝั่งตะวันตกของสนามฟุตบอลมหาวิทยาลัยชิคาโก และเปิดใช้งานเมื่อวันที่ 2 ธันวาคม พ.ศ. 2485 เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกของโลก ประกอบด้วยบล็อกกราไฟท์และยูเรเนียม และยังมีแท่งควบคุมแคดเมียม อินเดียม และเงิน แต่ไม่มีระบบป้องกันรังสีหรือระบบทำความเย็น เอนรีโก แฟร์มี ผู้อำนวยการฝ่ายวิทยาศาสตร์ของโครงการ อธิบายว่าซีพี-1 นั้นเป็น "กองอิฐสีดำและท่อนไม้ที่เปียกชื้น"

งานสร้างเครื่องปฏิกรณ์เริ่มขึ้นเมื่อวันที่ 16 พฤศจิกายน พ.ศ. 2485 มีการทำงานที่ยากลำบากแล้ว นักฟิสิกส์และเจ้าหน้าที่มหาวิทยาลัยทำงานตลอดเวลา พวกเขาสร้างโครงตาข่ายที่มีชั้นยูเรเนียมออกไซด์และแท่งยูเรเนียม 57 ชั้นฝังอยู่ในบล็อกกราไฟท์ โครงไม้รองรับโครงสร้าง ลีโอนา วูดส์ บุตรบุญธรรมของเฟอร์มี ซึ่งเป็นผู้หญิงคนเดียวในโครงการ ได้ตรวจวัดอย่างระมัดระวังเมื่อกองโตขึ้น

เมื่อวันที่ 2 ธันวาคม พ.ศ. 2485 เครื่องปฏิกรณ์พร้อมสำหรับการทดสอบ ประกอบด้วยแท่งยูเรเนียม 22,000 แท่ง และใช้กราไฟท์ 380 ตัน ยูเรเนียมออกไซด์ 40 ตัน และโลหะยูเรเนียม 6 ตัน ต้องใช้เงิน 2.7 ล้านเหรียญสหรัฐในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ การทดลองเริ่มเวลา 09:45 น. มีผู้เข้าร่วม 49 คน ได้แก่ Fermi, Compton, Szilard, Zinn, Heberry, Woods ช่างไม้หนุ่มที่ทำบล็อกกราไฟท์และแท่งแคดเมียม แพทย์ นักเรียนธรรมดา และนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ

คนสามคนประกอบเป็น "หน่วยฆ่าตัวตาย" - พวกเขาเป็นส่วนหนึ่งของระบบรักษาความปลอดภัย หน้าที่ของพวกเขาคือการดับไฟหากมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น นอกจากนี้ยังมีการควบคุม: แท่งควบคุมที่ควบคุมด้วยตนเองและแท่งฉุกเฉินที่ผูกติดกับราวระเบียงเหนือเครื่องปฏิกรณ์ ในกรณีเกิดเหตุฉุกเฉิน จะต้องตัดเชือกโดยเจ้าหน้าที่ที่ประจำอยู่ที่ระเบียงโดยเฉพาะ และไม้เท้าก็จะดับปฏิกิริยาดังกล่าว

เวลา 15:53 น. นับเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์แบบยั่งยืนในตัวเองเริ่มขึ้น การทดลองประสบความสำเร็จ เครื่องปฏิกรณ์ทำงานเป็นเวลา 28 นาที

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำงานได้อย่างราบรื่นและมีประสิทธิภาพ มิฉะนั้นอย่างที่ทราบจะเกิดปัญหา แต่เกิดอะไรขึ้นข้างใน? เรามาลองกำหนดหลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (นิวเคลียร์) สั้น ๆ ชัดเจนโดยมีจุดหยุด

โดยพื้นฐานแล้ว กระบวนการเดียวกันนี้เกิดขึ้นที่นั่นเช่นเดียวกับระหว่างการระเบิดของนิวเคลียร์ มีเพียงการระเบิดเท่านั้นที่เกิดขึ้นเร็วมาก แต่ในเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดนี้ยืดเยื้อเป็นเวลานาน เป็นผลให้ทุกอย่างยังคงปลอดภัยและเราได้รับพลังงาน ไม่มากจนทุกสิ่งรอบตัวจะถูกทำลายในคราวเดียว แต่เพียงพอที่จะจ่ายไฟฟ้าให้กับเมือง

เครื่องปฏิกรณ์ทำงานอย่างไร หอหล่อเย็นของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ก่อนที่คุณจะเข้าใจว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่มีการควบคุมเกิดขึ้นได้อย่างไร คุณจำเป็นต้องรู้ว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์โดยทั่วไปเป็นอย่างไร

ปฏิกิริยานิวเคลียร์เป็นกระบวนการของการเปลี่ยนแปลง (ฟิชชัน) ของนิวเคลียสของอะตอมเมื่อพวกมันทำปฏิกิริยากับอนุภาคมูลฐานและรังสีแกมมา

ปฏิกิริยานิวเคลียร์สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งจากการดูดซับและการปลดปล่อยพลังงาน เครื่องปฏิกรณ์ใช้ปฏิกิริยาที่สอง

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นอุปกรณ์ที่มีวัตถุประสงค์เพื่อรักษาปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ได้รับการควบคุมด้วยการปล่อยพลังงาน

บ่อยครั้งที่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เรียกอีกอย่างว่าเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู โปรดทราบว่าไม่มีความแตกต่างพื้นฐานที่นี่ แต่จากมุมมองของวิทยาศาสตร์ การใช้คำว่า "นิวเคลียร์" ถูกต้องมากกว่า ปัจจุบันมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หลายประเภท เหล่านี้เป็นเครื่องปฏิกรณ์อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ออกแบบมาเพื่อสร้างพลังงานในโรงไฟฟ้า เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของเรือดำน้ำ เครื่องปฏิกรณ์ทดลองขนาดเล็กที่ใช้ใน การทดลองทางวิทยาศาสตร์. มีแม้กระทั่งเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล

ประวัติความเป็นมาของการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกเปิดตัวในปี 1942 ซึ่งไม่ไกลนัก สิ่งนี้เกิดขึ้นในสหรัฐอเมริกาภายใต้การนำของแฟร์มี เครื่องปฏิกรณ์นี้เรียกว่า Chicago Woodpile

ในปี พ.ศ. 2489 เครื่องปฏิกรณ์โซเวียตเครื่องแรกที่เปิดตัวภายใต้การนำของ Kurchatov ได้เริ่มดำเนินการ ร่างกายของเครื่องปฏิกรณ์นี้เป็นลูกบอลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเจ็ดเมตร เครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกไม่มีระบบทำความเย็นและพลังงานมีเพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม เครื่องปฏิกรณ์ของสหภาพโซเวียตมีกำลังเฉลี่ย 20 วัตต์และเครื่องปฏิกรณ์แบบอเมริกัน - เพียง 1 วัตต์ สำหรับการเปรียบเทียบ: กำลังเฉลี่ยของเครื่องปฏิกรณ์พลังงานสมัยใหม่คือ 5 กิกะวัตต์ ไม่ถึงสิบปีหลังจากการเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรก โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงอุตสาหกรรมแห่งแรกของโลกได้เปิดขึ้นในเมืองออบนินสค์

หลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (นิวเคลียร์)

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใดๆ ก็ตามมีหลายส่วน: แกนที่มีเชื้อเพลิงและตัวหน่วง ตัวสะท้อนนิวตรอน สารหล่อเย็น ระบบควบคุมและป้องกัน ไอโซโทปของยูเรเนียม (235, 238, 233), พลูโทเนียม (239) และทอเรียม (232) มักใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์ แกนกลางคือหม้อต้มน้ำซึ่งมีน้ำธรรมดา (สารหล่อเย็น) ไหลผ่าน ในบรรดาสารหล่อเย็นอื่นๆ “น้ำหนัก” และกราไฟท์เหลวมักถูกใช้น้อยกว่า ถ้าเราพูดถึงการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ก็ถูกใช้เพื่อผลิตความร้อน กระแสไฟฟ้านั้นถูกสร้างขึ้นโดยใช้วิธีการเดียวกันกับโรงไฟฟ้าประเภทอื่น - ไอน้ำหมุนกังหันและพลังงานของการเคลื่อนที่จะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า

ด้านล่างนี้เป็นแผนภาพการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

แผนภาพการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แผนภาพของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว การสลายของนิวเคลียสยูเรเนียมหนักจะทำให้เกิดธาตุที่เบากว่าและนิวตรอนหลายตัว นิวตรอนที่เกิดขึ้นจะชนกับนิวเคลียสอื่นทำให้เกิดฟิชชันด้วย ในขณะเดียวกัน จำนวนนิวตรอนก็เพิ่มขึ้นราวกับหิมะถล่ม

ที่นี่เราต้องพูดถึงปัจจัยการคูณนิวตรอน ดังนั้นหากค่าสัมประสิทธิ์นี้เกินค่าเท่ากับ 1 จะเกิดการระเบิดของนิวเคลียร์ หากค่าน้อยกว่า 1 แสดงว่ามีจำนวนนิวตรอนน้อยเกินไปและปฏิกิริยาจะหมดไป แต่ถ้าคุณรักษาค่าสัมประสิทธิ์ให้เท่ากับ 1 ปฏิกิริยาจะดำเนินไปอย่างยาวนานและเสถียร

คำถามคือจะทำอย่างไร? ในเครื่องปฏิกรณ์ เชื้อเพลิงจะบรรจุอยู่ในสิ่งที่เรียกว่าองค์ประกอบเชื้อเพลิง (องค์ประกอบเชื้อเพลิง) เหล่านี้เป็นแท่งที่บรรจุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในรูปเม็ดเล็ก แท่งเชื้อเพลิงถูกต่อเข้ากับตลับรูปทรงหกเหลี่ยม ซึ่งสามารถมีได้หลายร้อยชิ้นในเครื่องปฏิกรณ์ คาสเซ็ตที่มีแท่งเชื้อเพลิงจัดเรียงในแนวตั้ง และแท่งเชื้อเพลิงแต่ละอันมีระบบที่ให้คุณปรับความลึกของการแช่ลงในแกนกลางได้ นอกจากตัวคาสเซ็ตแล้ว ยังมีแท่งควบคุมและแท่งป้องกันฉุกเฉินอยู่ด้วย แท่งทำจากวัสดุที่ดูดซับนิวตรอนได้ดี ดังนั้น แท่งควบคุมจึงสามารถลดระดับลงไปที่ระดับความลึกต่างๆ ในแกนกลางได้ จึงเป็นการปรับแฟคเตอร์การคูณนิวตรอน แท่งฉุกเฉินได้รับการออกแบบมาเพื่อปิดเครื่องปฏิกรณ์ในกรณีฉุกเฉิน

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เริ่มต้นอย่างไร?

เราได้ค้นพบหลักการทำงานแล้ว แต่จะเริ่มต้นและทำให้เครื่องปฏิกรณ์ทำงานได้อย่างไร? พูดคร่าวๆ ก็คือ - ชิ้นส่วนของยูเรเนียม แต่ปฏิกิริยาลูกโซ่ไม่ได้เริ่มต้นในตัวมันเอง ความจริงก็คือในฟิสิกส์นิวเคลียร์มีแนวคิดเรื่องมวลวิกฤต

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์

มวลวิกฤตคือมวลของวัสดุฟิสไซล์ที่จำเป็นในการเริ่มต้นปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์

ด้วยความช่วยเหลือของแท่งเชื้อเพลิงและแท่งควบคุม มวลวิกฤตของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะถูกสร้างขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์เป็นครั้งแรก และจากนั้น เครื่องปฏิกรณ์จะเข้าสู่ระดับพลังงานที่เหมาะสมที่สุดในหลายขั้นตอน

คุณจะชอบ: เคล็ดลับทางคณิตศาสตร์สำหรับนักศึกษามนุษยศาสตร์และไม่มาก (ตอนที่ 1)
ในบทความนี้เราพยายามที่จะให้แนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับโครงสร้างและหลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (นิวเคลียร์) หากคุณมีคำถามในหัวข้อนี้หรือถูกถามถึงปัญหาในฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่มหาวิทยาลัย โปรดติดต่อผู้เชี่ยวชาญของบริษัทของเรา ตามปกติเราพร้อมที่จะช่วยคุณแก้ไขปัญหาเร่งด่วนเกี่ยวกับการศึกษาของคุณ และในขณะที่เรากำลังดำเนินการอยู่ ต่อไปนี้เป็นวิดีโอเพื่อการศึกษาอีกเรื่องที่คุณอาจสนใจ!

blog/kak-rabotaet-yadernyj-reaktor/

เป็นที่นิยมในหมวดหมู่: