Jadrový reaktor: prevádzkové princípy a prípojok

Konštrukcia a prevádzka jadrového reaktora na základe inicializačnú a riadiace samovoľného jadrové reakcie. Používa sa ako výskumný nástroj na výrobu rádioaktívnych izotopov a ako zdroj energie pre jadrové elektrárne.

Jadrový reaktor: princíp činnosti (krátky)

v tomto texte používa štiepenie proces, v ktorom sa ťažké jadro sa rozdelí na dve menšie fragmenty. Tieto fragmenty sú vo veľmi excitovaného stavu a produkujú neutróny a ďalšie subatomárnej častice a fotóny. Neutróny môže vyvolať nové rozdelenie, v dôsledku ktorých sú emitované ešte viac, a tak ďalej. Tento kontinuálny sebestačnou počet rozpadov zvaných reťazová reakcia. V rovnakej dobe, veľké množstvo energie, ktorého výroba je cieľom využívania jadrovej energie.

Princíp prevádzky jadrového reaktora a jadrové elektrárne, je taká, že 85% z kolónií rozdelenie energie sa uvoľňuje vo veľmi krátkej dobe po začiatku reakcie. Zvyšná časť sa vyrába rádioaktívneho rozpadu štiepnych produktov, po odmietli neutrónov. Rádioaktívne rozpad je proces, v ktorom je atóm dosiahne ustálený stav. Pokračoval aj po rozdelení.

Atómová bomba reťazová reakcia zvyšuje intenzitu, dokiaľ bude rozdelená väčšina materiálu. To sa stáva veľmi rýchlo produkovať extrémne silné výbuchy charakteristické takých bômb. Mechanizmus a prevádzku jadrového reaktora založený na princípe zachovania reťazovú reakciu na regulovanom takmer konštantnej úrovni. Je navrhnutý tak, aby explodovať ako atómová bomba nemôže.

Reťazová reakcia a kritika

Fyzika štiepny reaktor je stanovené, že reťazová reakcia pravdepodobnosť po jadrového štiepenia neutrónovej emisie. Ak klesne nedávnej populácie, bude rýchlosť delenia nakoniec klesne na nulu. V tomto prípade je reaktor bude v podkritickom stave. Ak je neutrónový populácia udržiavaná na konštantnej úrovni, bude miera štiepenie zostávajú stabilné. Reaktor bude v kritickom stave. A konečne, ak je v priebehu času neutrón populácia rastie, vydelením rýchlosť a silu zvýši. Jadro stav stane superkritické.

Princíp prevádzky jadrového reaktora ďalšie. Pred začatím populácie neutrónov sa blíži nule. Potom, operátori odstrániť riadiacich tyčí z jadra, zvýšenie delenie jadier, ktorá dočasne prevádza do reaktora v superkritickom stave. Po dosiahnutí menovitej prevádzkovatelia elektrárne čiastočne vrátil riadiacich tyčí, nastavenie množstva neutrónov. Následne sa reaktor udržuje v kritickom stave. Ak je nutné zastaviť, operátor vloží tyče úplne. Tým sa zabraňuje deleniu a dáva jadro v podkritickom stave.

typy reaktorov

Väčšina existujúcich energia generuje teplo potrebné na pohon turbíny, ktoré poháňajú generátory elektriny z jadrových zariadení vo svete. Tiež existuje mnoho výskumných reaktorov, a niektoré krajiny majú ponorky či lode povrchu, poháňané energiou atómu.

elektrárne

Existuje niekoľko druhov tohto typu reaktora, ale široko prijala návrh ľahkou vodou. Na druhej strane, môže byť použitý v tlakovej vody alebo vriacej vody. V prvom prípade, že vysokotlaková kvapalina ohrieva teplom z jadra a vstupuje do parného generátora. Tam, je teplo z primárneho do sekundárneho okruhu sa vedie, že ďalej obsahuje vodu. Vyrobenej pary nakoniec slúži ako pracovné tekutiny v cykle parnej turbíny.

Reaktor je typ varu pracuje na princípe priameho energetického cyklu. Voda prechádzajúce jadrom, priviedol do varu nad strednej úrovni tlaku. Nasýtená para prechádza radom separátorov a sušičky sú usporiadané v nádobe reaktora, čo má za následok jeho sverhperegretoe stave. Prehriata para sa potom použije ako pracovné tekutiny, rotujúce turbíny.

Vysokoteplotné chladený plynom

chladený plynom vysokoteplotného reaktora (HTGR) - jadrový reaktor, princíp činnosti je založený na použití grafitu ako palivovej zmesi paliva a mikrosféry. Existujú dve súperiace návrhy:

• Nemecký systém "voľne sypané", ktorý využíva sférický palivových článkov s priemerom 60 mm, pozostávajúce zo zmesi paliva a grafitu v grafitovom plášťa;
• americká verzia grafitového hexagonálnych hranolov, ktoré nadväzujú na vytvorenie jadra.

V oboch prípadoch je chladiaci tekutina pozostáva z hélia pod tlakom asi 100 MPa. Nemecký systém hélium cez medzery vo vrstve guľovitých palivových článkov, a v US - otvory v grafitových hranolov usporiadaných pozdĺž centrálnej osi jadra reaktora. Obe možnosti môže pracovať pri veľmi vysokých teplotách, pretože grafit má extrémne vysoký sublimačné teplotu a chemicky inertný hélium úplne. Horúca hélium môžu byť použité priamo ako pracovné tekutiny v plynovej turbíne pri vysokej teplote alebo tepla môžu byť použité pre generovanie parného cyklu vodou.

Tekutých kovov jadrový reaktor: obvod a princíp

Rýchle reaktory s chladivom sodného získal značnú pozornosť v 1960-1970 rokov. Potom sa zdalo, že ich schopnosť množiť jadrového paliva v blízkej budúcnosti sú potrebné na výrobu paliva pre rýchlo sa rozvíjajúce jadrového priemyslu. Keď bolo jasné, že toto očakávanie je nerealistické, nadšenie klesala v roku 1980. Avšak, v Spojených štátoch, Rusku, Francúzsku, Veľkej Británii, Japonsku a Nemecku postavil sérii reaktorov tohto typu. Väčšina z nich pracuje na uránu oxidu alebo zmesou plutónia uhličitého. V Spojených štátoch je však najväčší úspech bol dosiahnutý s kovovým palivom.

CANDU

Kanada sa zameriava svoje úsilie na reaktoroch, ktoré využívajú prírodný urán. Tým sa eliminuje potreba pre jeho obohatenie využívať služby iných krajín. Výsledkom tejto politiky bolo reaktor deutérium-urán (CANDU). Ovládacie a ochladenie produkoval ťažká voda. Konštrukcia a prevádzka jadrového reaktora je použiť nádrž studenou D _2O pri atmosférickom tlaku. Aktívna plocha preniknutý trubky zirkónu zliatiny paliva prírodného uránu, cez ktoré prúdi chladiaca jeho ťažká voda. Elektrická energia sa vyrába tak, že sa prenos tepla v ťažkej chladiacej vody, ktorá cirkuluje parného generátora. Para v sekundárnej slučke potom prechádza konvenčným turbíny cyklu.

výskumných zariadení

Pre výskum jadrový reaktor sa používa najčastejšie, ktorého podstata spočíva v použití chladiacej vody doskových a uránu prvkov v zostavách formulára. Schopné pracovať v širokom rozsahu úrovní výkonu od niekoľkých sto kilowattov na megawattov. Vzhľadom k tomu, elektrickej energie, nie je hlavným cieľom výskumných reaktorov, ktoré sa vyznačujú tým, tepelnou energiou, a hustota jadra menovitých neutrónov. Sú to práve tieto parametre prispeje na kvantifikáciu schopnosti výskumného reaktora na vykonávanie špecifické štúdie. Low-energetické systémy majú tendenciu pracovať na vysokých školách a sú používané pre výcvik, a je potreba vysoký výkon vo výskumných laboratóriách pre testovanie materiálov a vlastnosti, rovnako ako pre všeobecný výskum.

Najbežnejšie výskum jadrový reaktor, štruktúra a princíp činnosti je nasledujúci. Jeho aktívna oblasť leží na dne veľkého hlbokej kaluži vody. To uľahčuje pozorovanie a kanál pridelenie, podľa ktorého môže byť neutrónové zväzkov nasmerovaných. Pri nízkych úrovniach výkonu nie je nutné, aby čerpadlo chladiacej kvapaliny, aby sa zachovala bezpečnej prevádzkový stav prirodzenou konvekciou chladiva zaisťuje dostatočný odvod tepla. Výmenník tepla je obvykle umiestnený na povrchu alebo v hornej časti bazénu, kde sa nahromadené horúca voda.

inštalácia loď

Pôvodné a primárne využitie jadrových reaktorov je ich použitie v ponorkách. Ich hlavnou výhodou je to, že na rozdiel od spaľovacích zariadení na fosílne palivá na výrobu elektrickej energie, ktoré nevyžadujú vzduch. V dôsledku toho, jadrovej ponorky môžu zostať ponorené po dlhú dobu, a konvenčné dieselelektrické ponorky pravidelne stúpať k povrchu, na spustenie svojej letecké motory. Jadrová energia poskytuje strategickú výhodu námorných lodí. Vďaka nej netreba natankovať v cudzích prístavoch alebo z ľahko zraniteľných tankerov.

Princíp prevádzky jadrového reaktora na ponorky klasifikované. Avšak je známe, že v Spojených štátoch sa používa vysoko obohatený urán, a spomalenie a chladenie je ľahká voda. Konštrukcia prvého reaktora jadrovej ponorky USS Nautilus bol silne ovplyvnený silnými výskumných zariadení. Jeho jedinečnou vlastnosťou je veľmi vysoká reaktivita rozpätie, ktoré poskytujú dlhšiu dobu prevádzky bez doplňovania paliva a schopnosť reštart po zastavení. Elektráreň v ponorkách, musí byť veľmi tichý, aby sa zabránilo odhaleniu. Aby vyhovovala špecifickým potrebám rôznych tried ponoriek boli stanovené rôzne modely elektrární.

US Navy na lietadlových lodiach používaný jadrový reaktor, ktorého princíp je považovaný za vypožičané z najväčších ponoriek. neboli zverejnené podrobnosti o ich konštrukcii a.

Okrem Spojených štátov, jadrové ponorky sú vo Veľkej Británii, Francúzsku, Rusku, Číne a Indii. V každom prípade konštrukcia nebola zverejnená, ale predpokladá sa, že sú veľmi podobné - to je dôsledok rovnaké požiadavky na ich technické vlastnosti. Rusko má tiež malú flotilu jadrových ľadoborcov, ktoré zistilo, rovnaký reaktor ako v sovietskych ponoriek.

priemyselné zariadenia

Na účely výroby zbraní plutónia-239 používa jadrového reaktora, ktorého podstata spočíva vo vysokej produktivity s nízku úroveň energie. To je spôsobené tým, že dlhodobý pobyt plutónia v jadre vedie k hromadeniu nežiaduceho ²⁴⁰ Pu.

produkcia trícia

V súčasnej dobe je hlavný materiál získateľný týchto systémov je trícium ⁽³ H alebo T) - poplatok za vodíkovej bomby. Plutónium-239 má dlhý polčas 24,100 roky, takže krajiny s jadrovými zbraňami, ktoré používajú tento prvok, spravidla si to viac, než je nutné. Na rozdiel od ²³⁹ Pu, polčas rozpadu trícia je asi 12 rokmi. Tak, pre udržanie potrebnej zásoby, tento rádioaktívny izotop vodíka sa musí vykonávať kontinuálne. V USA, rieky Savannah (South Carolina), napríklad, má niekoľko ťažkých reaktory, ktoré produkujú trícium.

plávajúce sila

Vytvoril jadrových reaktorov, schopné poskytovať elektriny a vykurovanie parou odstránené izolované oblasti. V Rusku, napríklad, sme zistili, že použitie malých energetických systémov, špeciálne navrhnutý tak, aby obstarávať arktických osád. V Číne, dodávky 10 megawattov rastlina HTR-10 teplo a elektrická energia výskumný ústav, v ktorom sa nachádza. Rozvoj malých reaktorov automaticky riadených s podobnými schopnosťami sú vykonané vo Švédsku a Kanade. V rokoch 1960 a 1972, americká armáda používala kompaktné reaktory k diaľkovo základní v Grónsku a Antarktíde. Boli nahradené elektrární palivovej ropy.

prieskum vesmíru

Okrem toho reaktory boli určené pre sily a pohybu v priestore. V období od roku 1967 do roku 1988, Sovietsky zväz založil malú jadrové zariadenia na "Kozmos" satelitov dodávať zariadenia a telemetrie, ale táto politika sa stala terčom kritiky. Aspoň jeden z týchto satelitov vstúpil do zemskej atmosféry, čo spôsobuje rádioaktívnej kontaminácie odľahlých oblastiach Kanady. Spojené štáty začať iba jeden satelit s jadrového reaktora v roku 1965. Avšak, projekty týkajúce sa ich použitie v hlbokých vesmírnych misií, osadená výskumné iných planétach alebo na stálej lunárnej základne aj naďalej rozvíjať. To je isté, že chladený plynom alebo kvapalinou kov jadrový reaktor, fyzikálne princípy, ktoré poskytujú najvyššiu možnú teplotu potrebnú pre minimalizáciu veľkosti radiátora. Taktiež priestor reaktora pre zariadenie, ktoré je čo najkompaktnejšie, aby sa minimalizovalo množstvo materiálu použitého pre tienenie, a pre zníženie hmotnosti v priebehu štartu a kozmického letu. zásobník na palivo zaistí prevádzku reaktora po dobu trvania letu do vesmíru.