บ้าน › ซาลอน › โครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์: หลักการทำงาน ลักษณะ คำอธิบาย

โครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์: หลักการทำงาน ลักษณะ คำอธิบาย

สำหรับ คนธรรมดาอุปกรณ์ไฮเทคสมัยใหม่นั้นลึกลับและลึกลับมากจนสมควรที่จะบูชามันเหมือนที่คนสมัยก่อนบูชาสายฟ้า บทเรียนของโรงเรียนนักฟิสิกส์ซึ่งประกอบไปด้วยการคำนวณทางคณิตศาสตร์ไม่สามารถแก้ปัญหาได้ แต่เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะบอกเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ซึ่งหลักการทำงานนั้นชัดเจนแม้กระทั่งกับวัยรุ่น

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำงานอย่างไร?

หลักการทำงานของอุปกรณ์ไฮเทคนี้มีดังต่อไปนี้:

เมื่อนิวตรอนถูกดูดกลืน เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ยูเรเนียม-235หรือ พลูโตเนียม-239) การแบ่งตัวของนิวเคลียสของอะตอมเกิดขึ้น
พลังงานจลน์ รังสีแกมมา และนิวตรอนอิสระถูกปลดปล่อยออกมา
พลังงานจลน์ถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน (เมื่อนิวเคลียสชนกับอะตอมที่อยู่รอบๆ) รังสีแกมมาจะถูกดูดซับโดยเครื่องปฏิกรณ์เองและถูกแปลงเป็นความร้อนด้วย
นิวตรอนที่สร้างขึ้นบางส่วนถูกดูดซับโดยอะตอมของเชื้อเพลิง ซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ ในการควบคุมจะใช้ตัวดูดซับนิวตรอนและโมเดอเรเตอร์
ด้วยความช่วยเหลือของสารหล่อเย็น (น้ำ ก๊าซ หรือโซเดียมเหลว) ความร้อนจะถูกกำจัดออกจากบริเวณที่เกิดปฏิกิริยา
ไอน้ำแรงดันจากน้ำอุ่นใช้เพื่อขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ
ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า พลังงานกลของการหมุนของกังหันจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ

แนวทางการจัดหมวดหมู่

อาจมีหลายสาเหตุสำหรับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์:

ตามประเภทของปฏิกิริยานิวเคลียร์. ฟิชชัน (การติดตั้งเชิงพาณิชย์ทั้งหมด) หรือฟิวชัน (พลังงานความร้อนนิวเคลียร์ แพร่หลายเฉพาะในสถาบันวิจัยบางแห่งเท่านั้น);
โดยน้ำหล่อเย็น. ในกรณีส่วนใหญ่ จะใช้น้ำ (เดือดหรือหนัก) เพื่อจุดประสงค์นี้ บางครั้งใช้สารละลายอื่น: โลหะเหลว (โซเดียม โลหะผสมตะกั่ว-บิสมัท ปรอท) แก๊ส (ฮีเลียม คาร์บอนไดออกไซด์ หรือไนโตรเจน) เกลือหลอมเหลว (เกลือฟลูออไรด์);
ตามรุ่นอย่างแรกคือต้นแบบยุคแรกซึ่งไม่สมเหตุสมผลในเชิงพาณิชย์ ประการที่สองคือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันซึ่งสร้างขึ้นก่อนปี 2539 รุ่นที่สามแตกต่างจากรุ่นก่อนหน้าในการปรับปรุงเล็กน้อยเท่านั้น การทำงานในรุ่นที่สี่ยังคงดำเนินอยู่
ตามสภาวะโดยรวมเชื้อเพลิง (ก๊าซยังคงมีอยู่บนกระดาษเท่านั้น);
ตามจุดประสงค์การใช้งาน(สำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้า การสตาร์ทเครื่องยนต์ การผลิตไฮโดรเจน การกลั่นน้ำทะเล การแปลงธาตุ การได้รับรังสีประสาท วัตถุประสงค์ทางทฤษฎีและการสืบสวน)

อุปกรณ์เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ส่วนประกอบหลักของเครื่องปฏิกรณ์ในโรงไฟฟ้าส่วนใหญ่ได้แก่:

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ - สารที่จำเป็นสำหรับการผลิตความร้อนสำหรับกังหันไฟฟ้า (โดยปกติจะเป็นยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำ)
โซนที่ใช้งานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ - นี่คือจุดที่เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์
ผู้ควบคุมนิวตรอน - ลดความเร็วของนิวตรอนเร็วเปลี่ยนเป็นนิวตรอนความร้อน
แหล่งกำเนิดนิวตรอนเริ่มต้น - ใช้สำหรับการเปิดตัวปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เชื่อถือได้และเสถียร
ตัวดูดซับนิวตรอน - มีอยู่ในโรงไฟฟ้าบางแห่งเพื่อลดปฏิกิริยาสูงของเชื้อเพลิงสด
ปืนครกนิวตรอน - ใช้เพื่อเริ่มต้นปฏิกิริยาอีกครั้งหลังจากถูกปิด
น้ำหล่อเย็น (น้ำบริสุทธิ์);
แท่งควบคุม - เพื่อควบคุมอัตราการแตกตัวของนิวเคลียสของยูเรเนียมหรือพลูโทเนียม
ปั๊มน้ำ - ปั๊มน้ำไปยังหม้อไอน้ำ
กังหันไอน้ำ - แปลงพลังงานความร้อนของไอน้ำเป็นพลังงานกลแบบหมุน
หอทำความเย็น - อุปกรณ์สำหรับกำจัดความร้อนส่วนเกินสู่ชั้นบรรยากาศ
ระบบรับและจัดเก็บกากกัมมันตรังสี
ระบบความปลอดภัย (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลฉุกเฉิน อุปกรณ์สำหรับการระบายความร้อนแกนฉุกเฉิน)

วิธีการทำงานของโมเดลล่าสุด

เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ 4 ล่าสุดจะพร้อมเดินเครื่องเชิงพาณิชย์ ไม่ช้ากว่าปี 2030. ขณะนี้หลักการและรูปแบบการทำงานอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา ตามข้อมูลปัจจุบัน การปรับเปลี่ยนเหล่านี้จะแตกต่างจากรุ่นที่มีอยู่ในลักษณะดังกล่าว ประโยชน์:

ระบบระบายความร้อนด้วยแก๊สอย่างรวดเร็ว สันนิษฐานว่าจะใช้ฮีเลียมเป็นสารหล่อเย็น ตาม เอกสารโครงการดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะทำให้เครื่องปฏิกรณ์เย็นลงด้วยอุณหภูมิ 850 °C ในการทำงานที่อุณหภูมิสูงนั้น ยังต้องการวัตถุดิบเฉพาะ: วัสดุเซรามิกคอมโพสิตและสารประกอบแอกทิไนด์
เป็นไปได้ที่จะใช้ตะกั่วหรือโลหะผสมตะกั่วบิสมัทเป็นสารหล่อเย็นหลัก วัสดุเหล่านี้มีการดูดกลืนนิวตรอนต่ำและค่อนข้าง อุณหภูมิต่ำละลาย;
นอกจากนี้ยังสามารถใช้ส่วนผสมของเกลือหลอมเหลวเป็นสารหล่อเย็นหลักได้ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่า อะนาล็อกที่ทันสมัยด้วยการระบายความร้อนด้วยน้ำ

อะนาล็อกตามธรรมชาติในธรรมชาติ

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ถูกมองว่าเป็น จิตสำนึกสาธารณะเฉพาะเป็นผลิตภัณฑ์ เทคโนโลยีขั้นสูง. อย่างไรก็ตามในความเป็นจริงครั้งแรก อุปกรณ์มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติ. มันถูกค้นพบในภูมิภาค Oklo ในรัฐกาบองแอฟริกากลาง:

เครื่องปฏิกรณ์ก่อตัวขึ้นเนื่องจากการท่วมของหินยูเรเนียม น้ำใต้ดิน. พวกเขาทำหน้าที่เป็นผู้ดูแลนิวตรอน
พลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของยูเรเนียมจะเปลี่ยนน้ำเป็นไอน้ำ และปฏิกิริยาลูกโซ่จะหยุดลง
หลังจากอุณหภูมิน้ำหล่อเย็นลดลง ทุกอย่างจะเกิดขึ้นซ้ำอีกครั้ง
หากของเหลวไม่เดือดและหยุดปฏิกิริยา มนุษยชาติจะต้องเผชิญกับภัยพิบัติทางธรรมชาติครั้งใหม่
ฟิชชันนิวเคลียร์ที่ยั่งยืนในตัวเองเริ่มขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นี้เมื่อประมาณหนึ่งพันล้านปีก่อน ในช่วงเวลานี้มีการจัดสรรกำลังขับประมาณ 0.1 ล้านวัตต์
สิ่งมหัศจรรย์ของโลกบนโลกนี้มีเพียงหนึ่งเดียวเท่านั้นที่รู้จัก การปรากฏตัวของสิ่งใหม่เป็นไปไม่ได้: สัดส่วนของยูเรเนียม-235 ในวัตถุดิบธรรมชาตินั้นต่ำกว่าระดับที่จำเป็นมากในการรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในเกาหลีใต้มีกี่เครื่อง?

แย่มาก ทรัพยากรธรรมชาติแต่สาธารณรัฐเกาหลีที่เป็นอุตสาหกรรมและมีประชากรล้นประเทศกำลังต้องการพลังงานอย่างมาก ท่ามกลางฉากหลังที่เยอรมนีปฏิเสธปรมาณูที่สงบสุข ประเทศนี้มีความหวังสูงที่จะควบคุมเทคโนโลยีนิวเคลียร์:

มีการวางแผนว่าภายในปี 2578 ส่วนแบ่งของไฟฟ้าที่ผลิตโดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะสูงถึง 60% และการผลิตทั้งหมด - มากกว่า 40 กิกะวัตต์
ประเทศนี้ไม่มีอาวุธปรมาณู แต่การวิจัยทางฟิสิกส์นิวเคลียร์ยังดำเนินอยู่ นักวิทยาศาสตร์ชาวเกาหลีได้พัฒนาการออกแบบสำหรับเครื่องปฏิกรณ์สมัยใหม่: แบบโมดูลาร์, ไฮโดรเจน, ด้วยโลหะเหลว ฯลฯ;
ความสำเร็จของนักวิจัยในท้องถิ่นทำให้คุณสามารถขายเทคโนโลยีในต่างประเทศได้ คาดว่าในอีก 15-20 ปีข้างหน้าประเทศจะส่งออก 80 หน่วยดังกล่าว
แต่ ณ วันนี้ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นด้วยความช่วยเหลือของนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันหรือฝรั่งเศส
จำนวนสถานีปฏิบัติการค่อนข้างน้อย (เพียงสี่แห่ง) แต่แต่ละแห่งมีเครื่องปฏิกรณ์จำนวนมาก - ทั้งหมด 40 เครื่องและตัวเลขนี้จะเพิ่มขึ้น

เมื่อระเบิดด้วยนิวตรอน เชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะเข้าสู่ปฏิกิริยาลูกโซ่ ซึ่งเป็นผลมาจากความร้อนจำนวนมากถูกสร้างขึ้น น้ำในระบบรับความร้อนนี้และเปลี่ยนเป็นไอน้ำ ซึ่งเปลี่ยนกังหันที่ผลิตไฟฟ้า ที่นี่ วงจรอย่างง่ายการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่ทรงพลังที่สุดในโลก

วิดีโอ: เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำงานอย่างไร

ในวิดีโอนี้ Vladimir Chaikin นักฟิสิกส์นิวเคลียร์จะบอกคุณว่าการผลิตไฟฟ้าในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นอย่างไร โครงสร้างโดยละเอียด:

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำงานได้อย่างราบรื่นและแม่นยำ มิฉะนั้นอย่างที่คุณทราบจะมีปัญหา แต่เกิดอะไรขึ้นข้างใน? ลองกำหนดหลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (อะตอม) สั้น ๆ ชัดเจนโดยหยุด

ในความเป็นจริง กระบวนการเดียวกันนี้เกิดขึ้นที่นั่นเช่นเดียวกับการระเบิดของนิวเคลียร์ ตอนนี้การระเบิดเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและทั้งหมดนี้อยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ เวลานาน. ในท้ายที่สุด ทุกอย่างยังคงปลอดภัย และเราได้รับพลังงาน ไม่มากนักที่ทุกอย่างรอบตัวพังทันที แต่ก็เพียงพอที่จะจ่ายไฟฟ้าให้กับเมือง

เครื่องปฏิกรณ์ทำงานอย่างไร หอหล่อเย็น NPP
ก่อนที่คุณจะเข้าใจว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบควบคุมทำงานอย่างไร คุณต้องรู้ว่าโดยทั่วไปแล้วปฏิกิริยานิวเคลียร์คืออะไร

ปฏิกิริยานิวเคลียร์เป็นกระบวนการของการเปลี่ยนแปลง (ฟิชชัน) ของนิวเคลียสของอะตอมระหว่างอันตรกิริยากับอนุภาคมูลฐานและแกมมาควอนตา

ปฏิกิริยานิวเคลียร์สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งจากการดูดกลืนและการปลดปล่อยพลังงาน ปฏิกิริยาที่สองใช้ในเครื่องปฏิกรณ์

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นอุปกรณ์ที่มีวัตถุประสงค์เพื่อรักษาปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ควบคุมด้วยการปลดปล่อยพลังงาน

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มักจะเรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โปรดทราบว่าไม่มีความแตกต่างพื้นฐานที่นี่ แต่จากมุมมองของวิทยาศาสตร์ การใช้คำว่า "นิวเคลียร์" นั้นถูกต้องกว่า ขณะนี้มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หลายประเภท เหล่านี้คือเครื่องปฏิกรณ์อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ออกแบบมาเพื่อผลิตพลังงานที่โรงไฟฟ้า เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใต้น้ำ เครื่องปฏิกรณ์ทดลองขนาดเล็กที่ใช้ใน การทดลองทางวิทยาศาสตร์. มีแม้กระทั่งเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล

ประวัติความเป็นมาของการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกเปิดตัวในปี พ.ศ. 2485 (ค.ศ. 1942) มันเกิดขึ้นในสหรัฐอเมริกาภายใต้การนำของ Fermi เครื่องปฏิกรณ์นี้เรียกว่า "กองไม้ชิคาโก"

ในปี พ.ศ. 2489 เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกของโซเวียตได้เริ่มต้นขึ้นภายใต้การนำของคูร์ชาตอฟ ร่างกายของเครื่องปฏิกรณ์นี้เป็นลูกบอลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเจ็ดเมตร เครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกไม่มีระบบหล่อเย็น และพลังงานของเครื่องปฏิกรณ์มีน้อยมาก อย่างไรก็ตาม เครื่องปฏิกรณ์ของโซเวียตมีกำลังเฉลี่ย 20 วัตต์ ในขณะที่เครื่องปฏิกรณ์ของอเมริกามีกำลังไฟฟ้าเพียง 1 วัตต์ สำหรับการเปรียบเทียบ: กำลังเฉลี่ยของเครื่องปฏิกรณ์พลังงานสมัยใหม่คือ 5 กิกะวัตต์ น้อยกว่าสิบปีหลังจากการเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรก โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงอุตสาหกรรมแห่งแรกของโลกได้เปิดขึ้นในเมือง Obninsk

หลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (อะตอม)

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใด ๆ มีหลายส่วน: แกนกลางพร้อมเชื้อเพลิงและโมเดอเรเตอร์, ตัวสะท้อนแสงนิวตรอน, สารหล่อเย็น, ระบบควบคุมและป้องกัน ไอโซโทปของยูเรเนียม (235, 238, 233), พลูโตเนียม (239) และทอเรียม (232) มักถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์ โซนที่ใช้งานคือหม้อไอน้ำที่น้ำธรรมดา (น้ำหล่อเย็น) ไหลผ่าน ในบรรดาสารหล่อเย็นอื่นๆ "น้ำมวลหนัก" และกราไฟต์เหลวมักไม่ค่อยใช้กัน หากเราพูดถึงการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะถูกใช้เพื่อสร้างความร้อน ไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นในลักษณะเดียวกับโรงไฟฟ้าประเภทอื่น - ไอน้ำจะหมุนกังหันและพลังงานของการเคลื่อนไหวจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า

ด้านล่างนี้เป็นแผนภาพการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

แผนผังการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แผนผังของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

อย่างที่เราได้กล่าวไปแล้ว การสลายตัวของนิวเคลียสของยูเรเนียมหนักทำให้เกิดธาตุที่เบากว่าและนิวตรอนสองสามตัว นิวตรอนที่เกิดขึ้นจะชนกับนิวเคลียสอื่น ทำให้เกิดการแตกตัวเช่นกัน ในกรณีนี้ จำนวนนิวตรอนจะเพิ่มขึ้นเหมือนหิมะถล่ม

ในที่นี้จำเป็นต้องกล่าวถึงปัจจัยการคูณนิวตรอน ดังนั้น ถ้าค่าสัมประสิทธิ์นี้เกินค่าเท่ากับหนึ่ง การระเบิดของนิวเคลียร์จะเกิดขึ้น ถ้ามีค่าน้อยกว่า 1 แสดงว่ามีนิวตรอนน้อยเกินไปและปฏิกิริยาจะดับลง แต่ถ้าคุณรักษาค่าสัมประสิทธิ์ให้เท่ากับหนึ่ง ปฏิกิริยาจะดำเนินต่อไปอย่างยาวนานและเสถียร

คำถามคือทำอย่างไร? ในเครื่องปฏิกรณ์ เชื้อเพลิงอยู่ในองค์ประกอบเชื้อเพลิงที่เรียกว่า (TVELs) เหล่านี้เป็นแท่งที่มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในรูปของเม็ดเล็กๆ แท่งเชื้อเพลิงเชื่อมต่อกันเป็นตลับหกเหลี่ยม ซึ่งสามารถมีได้หลายร้อยชิ้นในเครื่องปฏิกรณ์ ตลับที่มีแท่งเชื้อเพลิงอยู่ในแนวตั้ง ในขณะที่แท่งเชื้อเพลิงแต่ละอันมีระบบที่ช่วยให้คุณปรับความลึกของการจุ่มลงในแกนได้ นอกจากตัวตลับแล้ว ยังมีแท่งควบคุมและแท่งป้องกันฉุกเฉินด้วย แท่งทำจากวัสดุที่ดูดซับนิวตรอนได้ดี ดังนั้น แท่งควบคุมสามารถลดระดับความลึกต่างๆ ในแกนกลางได้ ซึ่งจะเป็นการปรับปัจจัยการคูณนิวตรอน แท่งฉุกเฉินถูกออกแบบมาเพื่อปิดเครื่องปฏิกรณ์ในกรณีฉุกเฉิน

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เริ่มต้นอย่างไร?

เราค้นพบหลักการทำงานแล้ว แต่จะเริ่มต้นและทำให้การทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ได้อย่างไร พูดอย่างคร่าว ๆ นี่คือ - ชิ้นส่วนของยูเรเนียม แต่ท้ายที่สุดแล้วปฏิกิริยาลูกโซ่ไม่ได้เริ่มขึ้นเอง ความจริงก็คือในฟิสิกส์นิวเคลียร์มีแนวคิดเกี่ยวกับมวลวิกฤต

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์

มวลวิกฤตคือมวลของวัสดุฟิสไซล์ที่จำเป็นในการเริ่มปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์

ด้วยความช่วยเหลือขององค์ประกอบเชื้อเพลิงและแท่งควบคุม มวลวิกฤตของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งแรกในเครื่องปฏิกรณ์ จากนั้นเครื่องปฏิกรณ์จะถูกนำไปสู่ระดับพลังงานที่เหมาะสมในหลายขั้นตอน

คุณจะชอบ: เคล็ดลับคณิตศาสตร์สำหรับมนุษยศาสตร์และนักเรียนที่ไม่ใช่มนุษย์ (ตอนที่ 1)
ในบทความนี้ เราได้พยายามให้แนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับโครงสร้างและหลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (อะตอม) หากคุณยังมีคำถามเกี่ยวกับหัวข้อนี้หรือมหาวิทยาลัยถามปัญหาเกี่ยวกับฟิสิกส์นิวเคลียร์ โปรดติดต่อผู้เชี่ยวชาญของบริษัทของเรา เราพร้อมที่จะช่วยเหลือคุณในการแก้ปัญหาเร่งด่วนในการศึกษาของคุณตามปกติ ในระหว่างนี้ เรากำลังทำสิ่งนี้ ความสนใจของคุณคือวิดีโอเพื่อการศึกษาอีกรายการหนึ่ง!

blog/kak-rabotaet-yadernyj-reaktor/

ในช่วงกลางของศตวรรษที่ 20 ความสนใจของมนุษยชาติมุ่งเน้นไปที่อะตอมและคำอธิบายของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับปฏิกิริยานิวเคลียร์ ซึ่งในตอนแรกพวกเขาตัดสินใจที่จะใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางทหาร โดยประดิษฐ์ระเบิดนิวเคลียร์ลูกแรกภายใต้โครงการแมนฮัตตัน แต่ในช่วงทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ XX เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในสหภาพโซเวียตถูกใช้เพื่อจุดประสงค์ทางสันติ เป็นที่ทราบกันดีว่าเมื่อวันที่ 27 มิถุนายน พ.ศ. 2497 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลกที่มีกำลังการผลิต 5,000 กิโลวัตต์ได้ให้บริการแก่มนุษยชาติ ปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ 4,000 เมกะวัตต์หรือมากกว่านั้น ซึ่งมากกว่าเมื่อครึ่งศตวรรษก่อนถึง 800 เท่า

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คืออะไร: คำจำกัดความพื้นฐานและส่วนประกอบหลักของหน่วย

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นหน่วยพิเศษด้วยความช่วยเหลือซึ่งพลังงานถูกสร้างขึ้นอันเป็นผลมาจากการบำรุงรักษาปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่มีการควบคุมอย่างถูกต้อง อนุญาตให้ใช้คำว่า "ปรมาณู" ร่วมกับคำว่า "เครื่องปฏิกรณ์" หลายคนมักคิดว่าแนวคิดของ "นิวเคลียร์" และ "อะตอม" มีความหมายเหมือนกัน เนื่องจากไม่พบความแตกต่างพื้นฐานระหว่างแนวคิดทั้งสอง แต่ตัวแทนของวิทยาศาสตร์มีแนวโน้มที่จะรวมกันที่ถูกต้องมากขึ้น - "เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์"

น่าสนใจ ข้อเท็จจริง!ปฏิกิริยานิวเคลียร์สามารถดำเนินการด้วยการปลดปล่อยหรือดูดซับพลังงาน

ส่วนประกอบหลักในอุปกรณ์ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีองค์ประกอบดังต่อไปนี้:

พิธีกร;
แท่งควบคุม;
แท่งที่มีส่วนผสมของยูเรเนียมไอโซโทปที่เสริมสมรรถนะ;
องค์ประกอบป้องกันพิเศษจากรังสี
น้ำยาหล่อเย็น;
เครื่องกำเนิดไอน้ำ;
กังหัน;
เครื่องกำเนิดไฟฟ้า;
ตัวเก็บประจุ;
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์.

อะไรคือหลักการพื้นฐานของการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่กำหนดโดยนักฟิสิกส์ และเหตุใดจึงไม่สั่นคลอน

หลักการพื้นฐานของการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์นั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของการสำแดงของปฏิกิริยานิวเคลียร์ ในช่วงเวลาของกระบวนการนิวเคลียร์แบบลูกโซ่ทางกายภาพมาตรฐาน อนุภาคจะทำปฏิกิริยากับนิวเคลียสของอะตอม เป็นผลให้นิวเคลียสเปลี่ยนเป็นนิวเคลียสใหม่ด้วยการปล่อยอนุภาคทุติยภูมิ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่าแกมมาควอนตา ในระหว่างปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ พลังงานความร้อนจำนวนมากจะถูกปลดปล่อยออกมา ช่องว่างที่ปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดขึ้นเรียกว่าแกนเครื่องปฏิกรณ์

น่าสนใจ ข้อเท็จจริง!โซนแอคทีฟภายนอกคล้ายกับหม้อไอน้ำซึ่งมีน้ำธรรมดาไหลผ่านซึ่งทำหน้าที่เป็นสารหล่อเย็น

เพื่อป้องกันการสูญเสียนิวตรอน พื้นที่แกนเครื่องปฏิกรณ์จะถูกล้อมรอบด้วยตัวสะท้อนนิวตรอนพิเศษ หน้าที่หลักของมันคือการปฏิเสธนิวตรอนส่วนใหญ่ที่ปล่อยออกมาสู่แกนกลาง ตัวสะท้อนแสงมักจะเป็นสารเดียวกับที่ทำหน้าที่เป็นตัวกลาง

การควบคุมหลักของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของแท่งควบคุมพิเศษ เป็นที่ทราบกันดีว่าแท่งเหล่านี้ถูกนำเข้าสู่แกนเครื่องปฏิกรณ์และสร้างเงื่อนไขทั้งหมดสำหรับการทำงานของหน่วย โดยปกติแล้ว แท่งควบคุมจะทำมาจาก สารประกอบทางเคมีโบรอนและแคดเมียม เหตุใดจึงใช้องค์ประกอบเหล่านี้ ใช่ ทั้งหมดนี้เป็นเพราะโบรอนหรือแคดเมียมสามารถดูดซับเทอร์มอลนิวตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และทันทีที่มีการวางแผนการเปิดตัวตามหลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แท่งควบคุมจะถูกนำเข้าสู่แกนกลาง งานหลักของพวกเขาคือการดูดซับส่วนสำคัญของนิวตรอน ด้วยเหตุนี้จึงกระตุ้นการพัฒนาของปฏิกิริยาลูกโซ่ ผลลัพธ์ควรถึงระดับที่ต้องการ เมื่อพลังงานเพิ่มขึ้นเกินระดับที่ตั้งไว้ เครื่องจักรอัตโนมัติจะเปิดขึ้น ซึ่งจำเป็นต้องจุ่มแท่งควบคุมเข้าไปในแกนเครื่องปฏิกรณ์

ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่าแท่งควบคุมหรือแท่งควบคุมมีบทบาทสำคัญในการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ความร้อน

และเพื่อลดการรั่วไหลของนิวตรอน แกนเครื่องปฏิกรณ์จะถูกล้อมรอบด้วยตัวสะท้อนนิวตรอนซึ่งจะพ่นนิวตรอนจำนวนมากที่ปล่อยออกมาอย่างอิสระเข้าสู่แกนกลาง ในความหมายของตัวสะท้อนแสง มักจะใช้สารชนิดเดียวกับตัวกลาง

ตามมาตรฐาน นิวเคลียสของอะตอมของสารโมเดอเรเตอร์มีมวลค่อนข้างน้อย ดังนั้นเมื่อชนกับนิวเคลียสที่เบา นิวตรอนที่อยู่ในสายโซ่จะสูญเสียพลังงานมากกว่าเมื่อชนกับนิวเคลียสที่หนัก ผู้ดูแลที่พบมากที่สุดคือน้ำธรรมดาหรือกราไฟต์

น่าสนใจ ข้อเท็จจริง!นิวตรอนในกระบวนการของปฏิกิริยานิวเคลียร์เป็นอย่างมาก ความเร็วสูงการเคลื่อนที่ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีโมเดอเรเตอร์ ผลักนิวตรอนให้สูญเสียพลังงานบางส่วนไป

ไม่มีเครื่องปฏิกรณ์สักเครื่องเดียวในโลกที่สามารถทำงานได้ตามปกติหากปราศจากสารหล่อเย็น เนื่องจากจุดประสงค์ของมันคือการขจัดพลังงานที่สร้างขึ้นในหัวใจของเครื่องปฏิกรณ์ จำเป็นต้องใช้ของเหลวหรือก๊าซในฐานะสารหล่อเย็นเนื่องจากไม่สามารถดูดซับนิวตรอนได้ ให้เรายกตัวอย่างสารหล่อเย็นสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดกะทัดรัด - น้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ และบางครั้งแม้แต่โซเดียมโลหะเหลว

ดังนั้น หลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จึงขึ้นอยู่กับกฎของปฏิกิริยาลูกโซ่โดยสิ้นเชิง ส่วนประกอบทั้งหมดของเครื่องปฏิกรณ์ - โมเดอเรเตอร์, แท่ง, สารหล่อเย็น, เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ - ทำหน้าที่ของมัน ทำให้เครื่องปฏิกรณ์ทำงานตามปกติ

เชื้อเพลิงชนิดใดที่ใช้สำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และเหตุใดจึงเลือกองค์ประกอบทางเคมีเหล่านี้

เชื้อเพลิงหลักในเครื่องปฏิกรณ์อาจเป็นไอโซโทปยูเรเนียม พลูโทเนียมหรือทอเรียมก็ได้

ย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2477 F. Joliot-Curie ได้เฝ้าสังเกตกระบวนการฟิชชันของนิวเคลียสของยูเรเนียม สังเกตว่าเป็นผลให้ ปฏิกิริยาเคมีนิวเคลียสของยูเรเนียมแบ่งออกเป็นเศษนิวเคลียสและนิวตรอนอิสระสองหรือสามตัว และนั่นหมายความว่ามีความเป็นไปได้ที่นิวตรอนอิสระจะเข้าร่วมกับนิวเคลียสของยูเรเนียมอื่นและกระตุ้นปฏิกิริยาฟิชชันอีกครั้ง และเป็นไปตามที่ปฏิกิริยาลูกโซ่ทำนายไว้: นิวตรอน 6-9 ตัวจะถูกปลดปล่อยออกมาจากนิวเคลียสของยูเรเนียม 3 อัน และนิวเคลียสของยูเรเนียม 3 อันจะรวมกันอีกครั้ง และอื่น ๆ โฆษณาไม่มีที่สิ้นสุด

สิ่งสำคัญที่ต้องจำไว้!นิวตรอนที่ปรากฏระหว่างการแตกตัวของนิวเคลียสสามารถกระตุ้นการแตกตัวของนิวเคลียสของไอโซโทปยูเรเนียมที่มีเลขมวล 235 ได้ และสำหรับการสลายนิวเคลียสของไอโซโทปยูเรเนียมที่มีเลขมวล 238 นั้น อาจมีพลังงานเพียงเล็กน้อยที่เกิดขึ้นใน กระบวนการสลายตัว

ยูเรเนียมหมายเลข 235 นั้นหายากในธรรมชาติ มีสัดส่วนเพียง 0.7% แต่ยูเรเนียม-238 ธรรมชาติครองช่องที่กว้างขวางกว่าและคิดเป็น 99.3%

แม้จะมีสัดส่วนเล็กน้อยของยูเรเนียม-235 ในธรรมชาติ แต่นักฟิสิกส์และนักเคมีก็ยังไม่สามารถปฏิเสธได้ เนื่องจากยูเรเนียม-235 มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งช่วยลดต้นทุนในการรับพลังงานของมนุษยชาติ

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกปรากฏขึ้นเมื่อใดและใช้งานที่ไหนในปัจจุบัน

ย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2462 นักฟิสิกส์ได้รับชัยชนะเมื่อรัทเทอร์ฟอร์ดค้นพบและอธิบายขั้นตอนการก่อตัวของโปรตอนเคลื่อนที่อันเป็นผลมาจากการชนกันของอนุภาคแอลฟากับนิวเคลียสของอะตอมไนโตรเจน การค้นพบนี้หมายความว่านิวเคลียสของไอโซโทปไนโตรเจนซึ่งเป็นผลมาจากการชนกับอนุภาคแอลฟากลายเป็นนิวเคลียสของไอโซโทปออกซิเจน

ก่อนมาคนแรก เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์โลกได้เรียนรู้กฎฟิสิกส์ใหม่หลายข้อ โดยตีความแง่มุมที่สำคัญทั้งหมดของปฏิกิริยานิวเคลียร์ ดังนั้นในปี 1934 F. Joliot-Curie, H. Halban, L. Kovarsky จึงเสนอสมมติฐานทางทฤษฎีและหลักฐานเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของปฏิกิริยานิวเคลียร์แก่สังคมและแวดวงนักวิทยาศาสตร์โลกเป็นครั้งแรก การทดลองทั้งหมดเกี่ยวข้องกับการสังเกตการแตกตัวของนิวเคลียสของยูเรเนียม

ในปี 1939 E. Fermi, I. Joliot-Curie, O. Hahn, O. Frisch ติดตามปฏิกิริยาของฟิชชันของนิวเคลียสยูเรเนียมระหว่างการระดมยิงด้วยนิวตรอน ในการวิจัย นักวิทยาศาสตร์พบว่าเมื่อนิวตรอนที่ถูกเร่งความเร็วเข้าไปในนิวเคลียสของยูเรเนียม นิวเคลียสที่มีอยู่จะถูกแบ่งออกเป็นสองหรือสามส่วน

ปฏิกิริยาลูกโซ่ได้รับการพิสูจน์จริงในกลางศตวรรษที่ 20 ในปี พ.ศ. 2482 นักวิทยาศาสตร์สามารถพิสูจน์ได้ว่าการแตกตัวของนิวเคลียสของยูเรเนียมหนึ่งตัวจะปล่อยพลังงานออกมาประมาณ 200 MeV แต่ประมาณ 165 MeV ถูกจัดสรรให้กับพลังงานจลน์ของนิวเคลียสของแฟรกเมนต์ และส่วนที่เหลือจะนำแกมมาควอนตาไปด้วย การค้นพบนี้ทำให้เกิดความก้าวหน้าในฟิสิกส์ควอนตัม

E. Fermi ยังคงทำงานและวิจัยต่อไปอีกหลายปี และเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกในปี 1942 ในสหรัฐอเมริกา โครงการที่เป็นตัวเป็นตนนี้เรียกว่า - "Chicago woodpile" และวางบนราง เมื่อวันที่ 5 กันยายน พ.ศ. 2488 แคนาดาเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ZEEP ทวีปยุโรปไม่ได้ล้าหลังและในขณะเดียวกันก็มีการสร้างการติดตั้ง F-1 และสำหรับชาวรัสเซียมีอีกอย่างหนึ่ง วันที่น่าจดจำ- เมื่อวันที่ 25 ธันวาคม พ.ศ. 2489 เครื่องปฏิกรณ์เปิดตัวในมอสโกภายใต้การนำของ I. Kurchatov สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ทรงพลังที่สุด แต่นี่เป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนาอะตอมโดยมนุษย์

เพื่อจุดประสงค์ทางสันติ ได้มีการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทางวิทยาศาสตร์ขึ้นในปี 1954 ในสหภาพโซเวียต เรือเพื่อสันติลำแรกของโลกที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คือเรือตัดน้ำแข็งนิวเคลียร์เลนิน สร้างขึ้นในสหภาพโซเวียตในปี 2502 และอีกหนึ่งความสำเร็จของรัฐเราคือ Arktika เรือตัดน้ำแข็งนิวเคลียร์ เรือผิวน้ำลำนี้ไปถึงขั้วโลกเหนือเป็นครั้งแรกในโลก มันเกิดขึ้นในปี 1975

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบพกพาเครื่องแรกทำงานด้วยนิวตรอนที่ช้า

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใช้ที่ไหนและมนุษยชาติใช้ประเภทใด

เครื่องปฏิกรณ์อุตสาหกรรม ใช้ในการผลิตพลังงานที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำหน้าที่เป็นตัวขับเคลื่อนของเรือดำน้ำนิวเคลียร์
เครื่องปฏิกรณ์ทดลอง (ขนาดเล็กพกพาสะดวก) หากไม่มีพวกเขาจะไม่เกิดประสบการณ์ทางวิทยาศาสตร์หรือการวิจัยที่ทันสมัยขึ้น

วันนี้ แสงทางวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้ที่จะแยกเกลือออกด้วยความช่วยเหลือของเครื่องปฏิกรณ์พิเศษ น้ำทะเลเพื่อให้ประชากรมีคุณภาพ น้ำดื่ม. มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จำนวนมากในรัสเซีย ดังนั้นตามสถิติในปี 2561 มีประมาณ 37 ช่วงตึกที่เปิดดำเนินการในรัฐ

และตามการจำแนกประเภทอาจเป็นดังนี้:

ค้นคว้า (ประวัติศาสตร์). ซึ่งรวมถึงสถานี F-1 ซึ่งสร้างขึ้นเพื่อเป็นสถานที่ทดลองสำหรับการผลิตพลูโตเนียม IV Kurchatov ทำงานที่ F-1 ดูแลเครื่องปฏิกรณ์ทางกายภาพเครื่องแรก
การวิจัย (ใช้งานอยู่)
คลังแสง ตัวอย่างเช่นเครื่องปฏิกรณ์ - A-1 ซึ่งลงไปในประวัติศาสตร์ในฐานะเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกที่มีการระบายความร้อน พลังของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูในอดีตมีขนาดเล็กแต่ใช้งานได้จริง
พลังงาน.
เรือ. เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าในเรือและเรือดำน้ำ จำเป็นต้องใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยน้ำหรือโลหะเหลวตามความจำเป็นและความเป็นไปได้ทางเทคนิค
ช่องว่าง. ตัวอย่างเช่น เรียกการติดตั้ง Yenisei บนยานอวกาศ ซึ่งจะมีผลบังคับใช้หากจำเป็นต้องสกัดพลังงานเพิ่มเติม และจะต้องได้รับโดยใช้ แผงเซลล์แสงอาทิตย์และแหล่งไอโซโทป

ดังนั้นหัวข้อของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จึงค่อนข้างขยายออกไป ดังนั้นจึงต้องมีการศึกษาและทำความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับกฎของฟิสิกส์ควอนตัม แต่ความสำคัญของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สำหรับอุตสาหกรรมไฟฟ้าและเศรษฐกิจของรัฐนั้นไม่ต้องสงสัยเลยว่ามีกลิ่นอายของประโยชน์ใช้สอยและผลประโยชน์

ทุกวันเราใช้ไฟฟ้าและไม่คิดเกี่ยวกับวิธีการผลิตและวิธีที่มันมาถึงเรา อย่างไรก็ตาม มันเป็นหนึ่งในส่วนที่สำคัญที่สุดของอารยธรรมสมัยใหม่ ถ้าไม่มีไฟฟ้า ก็จะไม่มีอะไร - ไม่มีแสงสว่าง ไม่มีความร้อน ไม่มีการเคลื่อนไหว

ทุกคนรู้ว่ามีการผลิตกระแสไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้ารวมถึงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ หัวใจของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทุกแห่งคือ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์. นั่นคือสิ่งที่เราจะกล่าวถึงในบทความนี้

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ด้วยการปลดปล่อยความร้อน โดยพื้นฐานแล้วอุปกรณ์เหล่านี้จะใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าและเป็นแรงขับเคลื่อนสำหรับเรือขนาดใหญ่ เพื่อที่จะจินตนาการถึงพลังและประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เราสามารถยกตัวอย่างได้ ในกรณีที่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทั่วไปต้องการยูเรเนียม 30 กิโลกรัม โรงไฟฟ้าพลังความร้อนโดยเฉลี่ยจะต้องใช้ถ่านหิน 60 เกวียนหรือน้ำมันเชื้อเพลิง 40 ถัง

ต้นแบบ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ถูกสร้างขึ้นในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2485 ในสหรัฐอเมริกาภายใต้การดูแลของ E. Fermi มันถูกเรียกว่า "Chicago stack" Chicago Pile (ต่อมาคำว่า"กอง" พร้อมกับความหมายอื่นเริ่มแสดงถึงเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์)ชื่อนี้ตั้งให้กับเขาเนื่องจากเขามีลักษณะคล้ายกับบล็อกกราไฟท์กองใหญ่วางซ้อนทับกัน

ระหว่างบล็อกนั้นวาง "วัตถุทำงาน" ทรงกลมของยูเรเนียมธรรมชาติและไดออกไซด์ของมันไว้

ในสหภาพโซเวียต เครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกถูกสร้างขึ้นภายใต้การนำของนักวิชาการ IV Kurchatov เครื่องปฏิกรณ์ F-1 เริ่มเดินเครื่องในวันที่ 25 ธันวาคม พ.ศ. 2489 เครื่องปฏิกรณ์มีลักษณะเป็นลูกบอลและมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 7.5 เมตร มันไม่มีระบบระบายความร้อน ดังนั้นมันจึงทำงานที่ระดับพลังงานต่ำมาก

การวิจัยยังคงดำเนินต่อไปและในวันที่ 27 มิถุนายน พ.ศ. 2497 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลกที่มีกำลังการผลิต 5 เมกะวัตต์ได้เริ่มดำเนินการในเมือง Obninsk

หลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ในระหว่างการสลายตัวของยูเรเนียม U 235 ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาพร้อมกับการปล่อยนิวตรอนสองหรือสามตัว ตามสถิติ - 2.5 นิวตรอนเหล่านี้ชนกับอะตอมยูเรเนียมอื่นๆ U 235 ในการชนกัน ยูเรเนียม U 235 จะกลายเป็นไอโซโทปที่ไม่เสถียร U 236 ซึ่งเกือบจะสลายตัวทันทีเป็น Kr 92 และ Ba 141 + นิวตรอน 2-3 ตัวเดียวกันนี้ การสลายตัวจะมาพร้อมกับการปลดปล่อยพลังงานในรูปของรังสีแกมมาและความร้อน

สิ่งนี้เรียกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่ การแบ่งตัวของอะตอม จำนวนการสลายตัวเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ ซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานจำนวนมากอย่างรวดเร็วตามมาตรฐานของเรา นั่นคือการระเบิดของอะตอมซึ่งเป็นผลมาจากปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ไม่สามารถควบคุมได้

อย่างไรก็ตามใน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เรากำลังติดต่อกับ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ควบคุมได้สิ่งนี้เป็นไปได้อย่างไรจะมีการอธิบายเพิ่มเติม

อุปกรณ์ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ในปัจจุบัน มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สองประเภทคือ VVER (เครื่องปฏิกรณ์พลังงานน้ำแรงดัน) และ RBMK (เครื่องปฏิกรณ์ช่องสัญญาณกำลังสูง) ข้อแตกต่างคือ RBMK เป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเดือด และ VVER ใช้น้ำภายใต้ความดัน 120 บรรยากาศ

เครื่องปฏิกรณ์ VVER 1,000 1 - ไดรฟ์ CPS; 2 - ฝาครอบเครื่องปฏิกรณ์ 3 - ถังปฏิกรณ์ 4 - ท่อป้องกัน (BZT); 5 - ของฉัน; แผ่นกั้น 6 แกน; 7 - ชุดประกอบเชื้อเพลิง (FA) และแท่งควบคุม

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประเภทอุตสาหกรรมแต่ละเครื่องเป็นหม้อต้มน้ำที่สารหล่อเย็นไหลผ่าน ตามกฎแล้วนี่คือน้ำธรรมดา (ประมาณ 75% ในโลก) กราไฟต์เหลว (20%) และน้ำหนัก (5%) สำหรับวัตถุประสงค์ในการทดลอง มีการใช้เบริลเลียมและสันนิษฐานว่าเป็นไฮโดรคาร์บอน

ทีวีเอล- (องค์ประกอบเชื้อเพลิง) สิ่งเหล่านี้เป็นแท่งในเปลือกเซอร์โคเนียมที่มีการเจือไนโอเบียม ซึ่งภายในมีเม็ดยูเรเนียมไดออกไซด์

องค์ประกอบเชื้อเพลิงในกลักจะถูกเน้นด้วยสีเขียว

การประกอบตลับเชื้อเพลิง

แกนเครื่องปฏิกรณ์ประกอบด้วยตลับลูกปืนหลายร้อยตลับวางในแนวตั้งและประกอบเข้าด้วยกันด้วยเปลือกโลหะ - ตัวเครื่องซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนนิวตรอนด้วย ในบรรดาคาสเซ็ต แท่งควบคุมและแท่งป้องกันฉุกเฉินของเครื่องปฏิกรณ์จะถูกเสียบเป็นระยะๆ ซึ่งออกแบบมาเพื่อปิดเครื่องปฏิกรณ์ในกรณีที่เกิดความร้อนสูงเกินไป

ให้เรายกตัวอย่างข้อมูลเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ VVER-440:

ตัวควบคุมสามารถเลื่อนขึ้นและลงโดยการจมลง หรือกลับกัน โดยออกจากแกนกลาง ซึ่งปฏิกิริยาจะรุนแรงที่สุด ซึ่งขับเคลื่อนโดยมอเตอร์ไฟฟ้าอันทรงพลังและระบบควบคุม แท่งป้องกัน Emergency ถูกออกแบบมาเพื่อปิดเครื่องปฏิกรณ์ในกรณีฉุกเฉิน

เครื่องปฏิกรณ์แต่ละเครื่องมีฝาปิดสำหรับใส่และถอดตลับที่ใช้แล้วและตลับใหม่

ฉนวนกันความร้อนมักจะติดตั้งที่ด้านบนของถังปฏิกรณ์ อุปสรรคต่อไปคือการป้องกันทางชีวภาพ โดยปกติจะเป็นบังเกอร์คอนกรีตเสริมเหล็กซึ่งเป็นทางเข้าที่ปิดด้วยประตูปิดผนึก การป้องกันทางชีวภาพได้รับการออกแบบมาเพื่อไม่ให้ปล่อยไอน้ำกัมมันตภาพรังสีและชิ้นส่วนของเครื่องปฏิกรณ์สู่ชั้นบรรยากาศ หากมีการระเบิดเกิดขึ้น

การระเบิดของนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์สมัยใหม่นั้นไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่ง เนื่องจากเชื้อเพลิงไม่ได้รับการเสริมแต่งอย่างเพียงพอและถูกแบ่งออกเป็น TVEL แม้ว่าแกนกลางจะละลาย เชื้อเพลิงก็จะไม่สามารถตอบสนองได้อย่างแข็งขัน สูงสุดที่สามารถเกิดขึ้นได้คือการระเบิดด้วยความร้อนเช่นที่เชอร์โนบิลเมื่อความดันในเครื่องปฏิกรณ์ถึงค่าดังกล่าวจนกล่องโลหะถูกฉีกออกเป็นชิ้น ๆ และฝาเครื่องปฏิกรณ์ที่มีน้ำหนัก 5,000 ตันทำการกระโดดพลิกทะลุ หลังคาห้องเครื่องปฏิกรณ์และปล่อยไอน้ำออกมา หากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนปิลได้รับการติดตั้งระบบป้องกันทางชีวภาพที่เหมาะสม เช่น โลงศพในปัจจุบัน หายนะจะทำให้มนุษยชาติสูญเสียน้อยลงมาก

การทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

โดยสรุป raboboa มีลักษณะเช่นนี้

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์. (คลิกได้)

หลังจากเข้าสู่แกนเครื่องปฏิกรณ์ด้วยความช่วยเหลือของปั๊ม น้ำจะถูกทำให้ร้อนจาก 250 ถึง 300 องศา และออกจาก "อีกด้านหนึ่ง" ของเครื่องปฏิกรณ์ นี่เรียกว่าวงจรแรก จากนั้นไปที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งตรงกับวงจรที่สอง หลังจากนั้นไอน้ำภายใต้ความดันจะเข้าสู่ใบพัดของกังหัน กังหันผลิตกระแสไฟฟ้า

ในความเป็นจริง กระบวนการเดียวกันนี้เกิดขึ้นที่นั่นเช่นเดียวกับการระเบิดของนิวเคลียร์ ตอนนี้การระเบิดเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและในเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดนี้ยืดเยื้อเป็นเวลานาน ในท้ายที่สุด ทุกอย่างยังคงปลอดภัย และเราได้รับพลังงาน ไม่มากนักที่ทุกอย่างรอบตัวพังทันที แต่ก็เพียงพอที่จะจ่ายไฟฟ้าให้กับเมือง

ก่อนที่คุณจะเข้าใจวิธีการทำงานของปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ควบคุมได้ คุณต้องรู้อะไรก่อน ปฏิกิริยานิวเคลียร์ เลย

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ - นี่คือกระบวนการของการเปลี่ยนแปลง (ฟิชชัน) ของนิวเคลียสของอะตอมระหว่างปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคมูลฐานและแกมมาควอนตา

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ - นี่คืออุปกรณ์ที่มีวัตถุประสงค์เพื่อรักษาปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ควบคุมด้วยการปลดปล่อยพลังงาน

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มักจะเรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โปรดทราบว่าไม่มีความแตกต่างพื้นฐานที่นี่ แต่จากมุมมองของวิทยาศาสตร์ การใช้คำว่า "นิวเคลียร์" นั้นถูกต้องกว่า ขณะนี้มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หลายประเภท เหล่านี้คือเครื่องปฏิกรณ์อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ออกแบบมาเพื่อผลิตพลังงานที่โรงไฟฟ้า เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใต้น้ำ เครื่องปฏิกรณ์ทดลองขนาดเล็กที่ใช้ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์ มีแม้กระทั่งเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล

ประวัติความเป็นมาของการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู

หลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (อะตอม)

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใด ๆ มีหลายส่วน: แกนกลาง กับ เชื้อเพลิง และ พิธีกร , ตัวสะท้อนแสงนิวตรอน , น้ำยาหล่อเย็น , ระบบควบคุมและป้องกัน . ไอโซโทปเป็นเชื้อเพลิงที่ใช้กันมากที่สุดในเครื่องปฏิกรณ์ ยูเรเนียม (235, 238, 233), พลูโตเนียม (239) และ ทอเรียม (232). โซนที่ใช้งานคือหม้อไอน้ำที่น้ำธรรมดา (น้ำหล่อเย็น) ไหลผ่าน ในบรรดาสารหล่อเย็นอื่นๆ "น้ำมวลหนัก" และกราไฟต์เหลวมักไม่ค่อยใช้กัน หากเราพูดถึงการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะถูกใช้เพื่อสร้างความร้อน กระแสไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นด้วยวิธีเดียวกับโรงไฟฟ้าประเภทอื่น - ไอน้ำจะหมุนกังหันและพลังงานของการเคลื่อนไหวจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า

ด้านล่างนี้เป็นแผนภาพการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

จำเป็นต้องกล่าวถึงที่นี่ ปัจจัยการคูณนิวตรอน . ดังนั้น ถ้าค่าสัมประสิทธิ์นี้เกินค่าเท่ากับหนึ่ง การระเบิดของนิวเคลียร์จะเกิดขึ้น ถ้ามีค่าน้อยกว่า 1 แสดงว่ามีนิวตรอนน้อยเกินไปและปฏิกิริยาจะดับลง แต่ถ้าคุณรักษาค่าสัมประสิทธิ์ให้เท่ากับหนึ่ง ปฏิกิริยาจะดำเนินต่อไปอย่างยาวนานและเสถียร

คำถามคือทำอย่างไร? ในเครื่องปฏิกรณ์เชื้อเพลิงอยู่ในสิ่งที่เรียกว่า องค์ประกอบของเชื้อเพลิง (TVELah). เหล่านี้เป็นแท่งซึ่งในรูปแบบของเม็ดเล็ก ๆ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ . แท่งเชื้อเพลิงเชื่อมต่อกันเป็นตลับหกเหลี่ยม ซึ่งสามารถมีได้หลายร้อยชิ้นในเครื่องปฏิกรณ์ ตลับที่มีแท่งเชื้อเพลิงอยู่ในแนวตั้ง ในขณะที่แท่งเชื้อเพลิงแต่ละอันมีระบบที่ช่วยให้คุณปรับความลึกของการจุ่มลงในแกนได้ นอกจากเทปคาสเซ็ตแล้วยังมี แท่งควบคุม และ แท่งป้องกันฉุกเฉิน . แท่งทำจากวัสดุที่ดูดซับนิวตรอนได้ดี ดังนั้น แท่งควบคุมสามารถลดระดับความลึกต่างๆ ในแกนกลางได้ ซึ่งจะเป็นการปรับปัจจัยการคูณนิวตรอน แท่งฉุกเฉินถูกออกแบบมาเพื่อปิดเครื่องปฏิกรณ์ในกรณีฉุกเฉิน

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เริ่มต้นอย่างไร?

เราค้นพบหลักการทำงานแล้ว แต่จะเริ่มต้นและทำให้การทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ได้อย่างไร พูดอย่างคร่าว ๆ นี่คือ - ชิ้นส่วนของยูเรเนียม แต่ท้ายที่สุดแล้วปฏิกิริยาลูกโซ่ไม่ได้เริ่มขึ้นเอง ความจริงก็คือมีแนวคิดในฟิสิกส์นิวเคลียร์ มวลวิกฤต .

มวลวิกฤตคือมวลของวัสดุฟิสไซล์ที่จำเป็นในการเริ่มปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์

ในบทความนี้ เราได้พยายามให้แนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับโครงสร้างและหลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (อะตอม) หากคุณมีคำถามใด ๆ ในหัวข้อหรือมหาวิทยาลัยถามปัญหาในฟิสิกส์นิวเคลียร์ กรุณาติดต่อ ผู้เชี่ยวชาญของบริษัทเรา. เราพร้อมที่จะช่วยเหลือคุณในการแก้ปัญหาเร่งด่วนในการศึกษาของคุณตามปกติ ในระหว่างนี้ เรากำลังทำสิ่งนี้ ความสนใจของคุณคือวิดีโอเพื่อการศึกษาอีกรายการหนึ่ง!

เป็นที่นิยมในหมวดหมู่: