Aparate de reactor nuclear

Aparate de reactor nuclear

reacție în lanț Fisiunea este întotdeauna însoțită de eliberarea unei cantități enorme de energie. Utilizarea practică a acestei energii - principala sarcină a unui reactor nuclear.

Un reactor nuclear - un dispozitiv în care controlat sau controlabil, reacția de fisiune nucleară.

În conformitate cu principiul reactoarelor nucleare sunt împărțite în două grupe: reactoare termice și reactoare rapide.

Cum un reactor nuclear pe neutroni termici

Într-un reactor nuclear tipic sunt:

• Zona activă și întârzietor;
• Reflector de neutroni;
• lichid de răcire;
• Reacția în lanț sistem de control, de protecție de urgență;
• monitorizare și sistem de protecție împotriva radiațiilor;
• Sistemul de control de la distanță.

1 - zona activă; 2 - reflector; 3 - protecție; 4 - bare de control; 5 - lichid de răcire; 6 - pompe; 7 - un schimbător de căldură; 8 - turbină; 9 - alternator; 10 - condensator.

Zona activă și retarderul

Este în miez și fluxurile de reacție în lanț de fisiune controlată.

materiale fisile sau combustibil nuclear, sub formă de pelete plasate într-un tije sigilate care sunt numite bare de combustibil (pile de combustie). Ei străbată întregul miez umplut cu un moderator de neutroni.

De ce am nevoie de un moderator de neutroni în reactoare nucleare?

Faptul că născut după uraniu-235 nuclee decăderii neutroni au foarte mare viteză. Probabilitatea de captare de alte nuclee de uraniu sunt de sute de ori mai mici decât probabilitatea de captare de neutroni lente. Iar dacă nu reduc viteza lor, reacția nucleară poate atenua în timp. Retarder, și rezolvă problema reducerii vitezei de neutroni. Dacă calea neutroni rapizi departe de apă sau de grafit, viteza lor poate fi redusă în mod artificial, și astfel crește numărul de atomi particule capturate. Astfel, pentru o reacție în lanț în reactor va avea nevoie de o cantitate minimă de combustibil nuclear.

Ca urmare, procesul de decelerare produce neutroni termici. care este viteza de practic egală cu viteza mișcării termice moleculele de gaz, la temperatura camerei.

Ca moderator într-un reactor nuclear folosește apa, apa grea (deuteriu oxid D2O), beriliu, grafit. Dar cel mai bun moderator este apa grea D2 O.

reflectorul de neutroni

Pentru a evita scurgerile de neutroni în mediu a miezului reactorului nuclear este înconjurat de neutroni reflector. Deoarece materialul reflectoarelor folosesc adesea aceeași substanță ca și în moderator.

agent de transfer termic

Căldura generată în timpul reacției nucleare este disipată printr-un mediu de transfer termic. Deoarece agentul de răcire în reactoarele nucleare folosesc de obicei apa naturală convențională purificată în prealabil din diferite impurități și gaze. Cu toate acestea, deoarece apa fierbe la o temperatură de 100 0 C și 1 atm, pentru a crește punctul de fierbere, presiunea crescută în circuitul primar de răcire. Apa din circuitul primar circula prin miezul reactorului, ansambluri de combustibil imbaiata, gazul fierbinte la o temperatură de 320 0 C. în plus, este în interiorul schimbătorului de căldură dă căldură în apa de-al doilea circuit. Schimbul trece prin tuburile de schimb de căldură, astfel încât contactul cu apa nu se produce de-al doilea circuit. Acest lucru evită pătrunderea substanțelor radioactive în al doilea schimbător de căldură în buclă.

Și apoi totul se întâmplă ca și în centrala termică. Apa din circuitul secundar este transformată în abur. Aburul acționează turbina care antrenează un generator, care genereaza curent electric.

În reactoarele cu apă grea, lichid de răcire cu apă grea servește D2O, dar în metalul lichid reactoarele răcite - metal topit.

Sistemul de control de reacție în lanț

Stadiul actual al reactorului descrie o cantitate numită reactivitate.

unde k - factorul de multiplicare a neutronilor,

ni - numărul de următoarea generație de neutroni în reacția de fisiune nucleară,

ni-1, - numărul de neutroni din generația anterioară de aceeași reacție.

Dacă k ˃ 1. reacție în lanț crește, sistemul se numește th supercritic. În cazul în care k <1 . цепная реакция затухает, а система называется подкритической. При k = 1 реактор находится в стабильном критическом состоянии. так как число делящихся ядер не меняется. В этом состоянии реактивность ρ = 0 .

Starea critică a reactorului (factorul de multiplicare a neutronilor necesară într-un reactor nuclear) este menținută prin deplasarea tijelor de control. Materialul din care sunt realizate, sunt absorbanți substanță neutroni. Împingerea sau vdvigaya aceste tije în miezul reactorului, controlează viteza de reacție de fisiune nucleară.

Sistemul de control asigură un control al reactorului său de pornire, o oprire planificată, funcționarea putere și de protecție de urgență a reactorului nuclear. Acest lucru se realizează prin schimbarea poziției tijelor de control.

Dacă oricare dintre parametrii reactorului (temperatură, presiune, rata de creștere a consumului de energie, etc.), se abate de la norma, iar acest lucru poate duce la un accident, partea centrală a miezului reinițializa tije speciale de urgență și o încetare rapidă a reacției nucleare.

Pentru a se asigura că parametrii reactorului sunt conforme cu normele, următoarele monitorizare și protecție radiațiilor.

Pentru a proteja mediul de reactor radiație a fost plasat într-un corp gros de beton.

Sistem de control de la distanță

Toate semnalele referitoare la statutul unui reactor nuclear (temperatură medie de căldură, nivelul de radiație în diferite părți ale reactorului, etc.), cu condiția să telecomanda reactorului și prelucrate în sistemele informatice. Operatorul primește toate informațiile și recomandările necesare pentru a aborda aceste sau alte abateri.

reactoare rapide

Spre deosebire de reactoarele de acest tip de reactor termic care neutroni rapizi care apar după prăbușirea uraniu-235 nu este încetinit și absorbită de U-238, urmată de transformarea sa în plutoniu-239. De aceea reactoarele rapide folosite pentru producerea de arme de grad plutoniu-239 și energia termică pe care generatoarele de plante este transformată în energie electrică.

Combustibilul nuclear în astfel de reactoare este uraniu-238 și uraniu-235 de materie primă.

În minereu de uraniu natural 99.2745% scădere la cota de uraniu-238. nu este divizat la absorbția neutronilor termici, și devine izotopul uraniu-239.

Câtva timp după uraniu-239 degradare p-se transformă în miezul neptuniu-239:

fisionabil format plutoniu 239, după a doua β-dezintegrare:

În cele din urmă, după dezintegrarea alfa plutoniu-239 nucleu preparat uraniu-235:

Elementele combustibile din materia primă (uraniu îmbogățit-235) sunt dispuse în miezul reactorului. Această zonă este înconjurată de o zonă de reproducere care reprezintă elemente combustibile cu combustibil (DU-238). Neutronii rapizi emise din miez după dezintegrarea uraniului-235, capturat de nuclee de uraniu-238. Rezultatul este plutoniu-239. Astfel, în reactoarele de pe neutroni rapizi produce un nou combustibil nuclear.

Ca coolants în reactoarele nucleare ale metalului lichid ameliorator rapid utilizat sau amestecuri ale acestora.

Clasificarea și aplicarea reactoarelor nucleare

Aplicarea principală a reactoarelor nucleare găsite în centralele nucleare. Cu ajutorul lor se obține energie electrică și termică la scară industrială. Astfel de reactoare sunt numite de energie.

utilizate pe scară largă în reactoare nucleare de propulsie de submarine moderne, nave de suprafață, în tehnologia spațială. Acestea furnizează motoare de energie electrică și a numit un reactor de transport.

Cercetarea științifică în domeniul fizicii nucleare și chimiei radiație folosind fluxuri de neutroni de raze gamma, care sunt în miezul reactoarelor de cercetare. Energia generată de acestea nu depășește 100 MW și nu este utilizat în scopuri comerciale.

Puterea reactorului experimental chiar mai puțin. Acesta ajunge la doar câteva kW. Aceste reactoare sunt studiate diferite mărimi fizice, valoarea care este importantă în proiectarea reacțiilor nucleare.

Pentru reactoare industriale includ reactoare pentru producerea de izotopi radioactivi pentru scopuri medicale, precum și în diverse domenii ale industriei și tehnologiei. Reactori pentru desalinizarea apei de mare este, de asemenea, legată de un reactor industrial.