Ядрен реактор: принципи на функциониране и единица верига

Проектиране и експлоатация на ядрен реактор на базата на инициализация и контрол самоподдържаща се ядрена реакция. Той се използва като изследователски инструмент за производство на радиоактивни изотопи и като източник на енергия за ядрени централи.

Ядрен реактор: принципа на действие (къса)

Използва се тук процес на делене, в която тежко ядро се разделя на две по-малки фрагменти. Тези фрагменти са в много възбудено състояние и излъчват неутрони и други елементарни частици и фотони. Неутрони могат да предизвикат нови разделения, в резултат на което те се излъчват дори повече, и така нататък. Този непрекъснат самоподдържаща брой разпадания наречени верижна реакция. В същото време, по-голямо количество енергия, производството на която е целта на използването на ядрената енергия.

Принципът на работа на ядрен реактор и една атомна електроцентрала е такава, че 85% от енергията на колонии разделяне се освобождава в рамките на много кратък период от време след началото на реакцията. Останалата част се произвежда от радиоактивното разпадане на продуктите на делене, след като отхвърли неутрони. Радиоактивното разпадане е процес, при който атомът достига стабилно състояние. Той продължи и след дивизия.

атомна бомба верижна реакция увеличава по интензитет, докато повечето от материала ще бъде разделен. Това се случва много бързо, създавайки изключително мощни експлозии характерни за такива бомби. Механизъм и експлоатация на ядрен реактор, се основава на принципа на поддържане на верижна реакция на регулиран почти постоянно ниво. Той е проектиран така, че да експлодират като атомна бомба не могат.

Верижна реакция и критика

Физика делене реактор се определя, че вероятността верижна реакция след емисии ядрено делене неутрони. Ако скорошно население намалява, скоростта на разделение в края на краищата ще падне до нула. В този случай реакторът ще бъде в подкритично състояние. Ако населението на неутрон се поддържа на постоянно ниво, процентът на разпад ще остане стабилна. Реакторът ще бъде в критично състояние. И накрая, ако в течение на времето населението на неутронна расте, се раздели на скоростта и мощта ще се увеличи. ядро състояние става свръхкритично.

Принципът на работа на ядрен реактор в непосредствена близост. Преди започване на популацията на неутрони е близо до нула. След това операторите да премахнат контролните пръти от ядрото, увеличаване на ядрата дивизия, които временно превръща реактора в свръхкритично състояние. След достигане на номиналните оператори мощност частично върнати управляващи пръти, коригиране на размера на неутрони. След това в реактора се поддържа в критично състояние. Когато е необходимо да се спре, операторът въвежда пръти напълно. Това потиска разделението и поставя в основата на подкритично състояние.

видове реактори

Повечето от съществуващите енергия се отделя топлина, която е необходимо да се задвижване на турбини, които карат производителите на електроенергия от ядрени инсталации в света. Също така, има много изследователски реактори, както и някои страни имат подводници или надводни кораби, задвижвани от енергията на атома.

електроцентрали

Има няколко вида на този тип реактор, но широко приет проект на лека вода. На свой ред, може да се използва във вода под налягане или вряща вода. В първия случай течност с високо налягане, се загрява от топлината на сърцевината и навлиза парния генератор. Там, топлината от първичната към вторичната верига се предава, допълнително включващ вода. Произведената пара в крайна сметка служи като работна течност в цикъла на парна турбина.

Реакторът е вид кипене работи на принципа на пряката енергия цикъл. Вода, минаваща през центъра, доведен до кипене над ниво средно налягане. Наситена пара преминава през серия от сепаратори и сушилни са разположени в корпуса на реактора, в резултат на нейната sverhperegretoe състояние. след прегрята пара се използва като работен флуид, ротационното турбината.

Висока температура газ охладен

газ охлажда реактор висока температура (HTGR) - ядрен реактор, принципът на действие се основава на използването на графит като гориво смес от гориво и микросфери. Има две конкуриращи се проекти:

• Немски система "насипни", която използва сферични горивни елементи 60 mm в диаметър, състояща се от смес от гориво и графит в черупка графит;
• Американската версия на графитни шестоъгълна призма, че блокировка за създаване на ядрото.

И в двата случая, охлаждащата течност се състои от хелий под налягане от около 100 атмосфери. система хелий Германската преминава през дупките в слоя на сферични горивни елементи, и в САЩ - през отвори в призмите графитните разположени по протежение на централната ос на активната зона на реактора. И двата варианта могат да работят при много високи температури, тъй като графит има изключително висока температура сублимация и химически инертен хелий напълно. Гореща хелий може да се използва директно като работна течност в газова турбина при висока температура или на топлина може да се използва за генериране на пара цикъл вода.

Течен метал ядрен реактор: верига и принцип на работа

Бързи реактори с натриев топлоносител е получила значително внимание в 1960-1970 години. Тогава изглеждаше, че тяхната способност да се възпроизвеждат на ядрено гориво в близко бъдеще са необходими за производството на гориво за бързо развиващия ядрената индустрия. Когато стана ясно, че това очакване е нереалистично, ентусиазъм намалял през 1980г. Въпреки това, в Съединените щати, Русия, Франция, Великобритания, Япония и Германия построена серия от реактори от този тип. Повечето от тях работят на уран диоксид или смес от плутоний диоксид. В Съединените щати, обаче, най-голям успех е постигнат с метална гориво.

CANDU

Канада се фокусира усилията си върху реакторите, които използват природен уран. Това елиминира необходимостта от неговото обогатяване, да ползват услугите на други страни. В резултат на тази политика е реактор деутерий-уран (CANDU). Контрол и охлаждане произведен тежка вода. Проектиране и експлоатация на ядрен реактор е да се използва резервоар със студен D _2О при атмосферно налягане. Активна област проникната тръби от сплав цирконий гориво от природен уран, през които циркулира охлаждаща си тежка вода. Ток се получава чрез разделяне на пренос на топлина в тежка вода, охлаждаща течност, която циркулира през парния генератор. Парата на вторичния контур след това преминава през конвенционален цикъл турбина.

изследователски съоръжения

За най-често се използва изследване на ядрения реактор, принципът на който се състои в използването на плоча водно охлаждане и уран горивни елементи в комплектите форма. Способни да работят в широк диапазон от нива на мощност от няколко сто киловата до мегавата. Тъй като производството на енергия не е основната цел на изследователски реактори, те се характеризират с топлинна енергия, генерирана, и плътността на основните номинални енергийни неутрони. Именно тези параметри ще ви помогнат да се определи количествено способността на изследователски реактор за изпълнение на специфични изследвания. Ниско-енергийни системи са склонни да работят в университетите и се използват за обучение, и че е необходима голяма мощност в изследователски лаборатории за тестване на материали и характеристики, както и за общо изследване.

Най-често изследване на ядрения реактор, структурата и принципа на действие е както следва. Неговата активна зона се намира в дъното на голям дълбок вир вода. Това улеснява разпределение наблюдение и канал, чрез който греди неутронни може да бъде насочена. При ниски нива на мощност не е необходимо за изпомпване на охлаждащата течност, за да се поддържа безопасна експлоатационно състояние на естествената конвекция на охлаждащата течност осигурява достатъчно разсейване на топлината. Топлообменникът обикновено се намира на повърхността или в горната част на басейна, където се натрупва топлата вода.

инсталиране кораб

Оригинален и първична използване на ядрени реактори, е използването им в подводници. Основната им предимство е, че, за разлика от горивните системи на изкопаеми горива за производство на електроенергия не се нуждаят от въздух. Следователно ядрена подводница може да остане потопен в продължение на дълъг период от време, както и конвенционален дизел-електрически подводници трябва периодично да се издигне на повърхността, за да ползвате техните въздушни мотори. Ядрената енергия осигурява стратегическо предимство кораби, ВМС. Благодарение на нея, не е необходимо да се зареждат в чужди пристанища или от лесно уязвими танкери.

Принципът на работа на ядрен реактор на подводницата е класифициран. Въпреки това, е известно, че в САЩ той използва високо обогатен уран и забавянето и охлаждането е лека вода. Дизайнът на първия реактор ядрена подводница USS Nautilus е силно повлиян от мощни изследователски инсталации. Уникалното е много висок марж реактивност, осигуряване на по-дълъг период на работа без презареждане и способността да се рестартира след спиране. Електроцентралата в подводници трябва да е много тихо и спокойно, за да се избегне откриването. За да се отговори на специфичните нужди на различните класове подводници са установени различни модели на електроцентрали.

Военноморските сили на САЩ на самолетоносача използва ядрен реактор, чийто принцип се смята, че да се заемат от най-големите подводници. Подробности за тяхното изграждане и не са били публикувани.

Освен САЩ, ядрени подводници са във Великобритания, Франция, Русия, Китай и Индия. Във всеки случай, че проектът не е разкрита, но се смята, че всички те са много сходни - това е следствие на същите изисквания за техническите им характеристики. Русия също има малък флот от ядрени ледоразбивачи, с който се установява същия реактор, както в съветските подводници.

промишлени инсталации

За целите на производството на оръжия плутоний-239 използва ядрен реактор, на принципа на който се състои в висока производителност с ниско ниво на енергия. Това се дължи на факта, че дългосрочно пребиваване на плутоний в ядрото води до натрупване на нежелани ²⁴⁰ Pu.

производство на тритий

Понастоящем основният материал може да се получи от тези системи е тритий ^(3Н или Т) - цената за водородни бомби. Плутоний-239 е с дълъг период на полуразпад от 24,100 години, така че страна с ядрени оръжия, които използват този елемент, като правило, трябва да го повече от необходимото. За разлика от ²³⁹ ПУ, времето на полуживот на тритий е около 12 години. По този начин, за да се поддържа необходимата инвентаризация, този радиоактивен изотоп на водорода трябва да се извършва непрекъснато. В САЩ, река Савана (Южна Каролина), например, има няколко тежки водни реактори, които произвеждат тритий.

плаващ власт

Създаден от ядрени реактори, способен да осигури ток и пара заличава изолирани райони. В Русия, например, ние открихме, че използването на малки енергийни системи, специално проектирани да се погрижат за арктическите населените места. В Китай 10-мегаватова централа HTR-10 доставя топлина и електрическа енергия изследователски институт, в който се намира. Развитие на малките реактори автоматично контролирани с подобни способности се извършват в Швеция и Канада. Между 1960 и 1972 г., американската армия използва компактни реактори с вода за осигуряване на отдалечени бази в Гренландия и Антарктика. Те бяха заменени от електроцентрали на гориво на петрола.

изследване на космоса

Освен това, реакторите са проектирани за производство на енергия и движение в пространството. В периода 1967-1988 г. Съветският съюз създава малка ядрените инсталации на спътниците "Космос" за доставка на оборудване и телеметрията, но тази политика се е превърнала в мишена за критики. Най-малко един от тези сателити влезе в земната атмосфера, което води до радиоактивно замърсяване отдалечени райони на Канада. САЩ стартира само един сателит с ядрен реактор през 1965. Въпреки това, проекти в областта на използването им в дълбоки космически мисии, пилотирани изследователски други планети или на място на стопанска база на Луната продължат да се развиват. Това е, че да бъде реактора газ се охлажда или течен метал ядрени, физически принципи на които осигуряват възможно най-високата температура, необходима за свеждане до минимум размера на радиатора. Също така, в реакторното пространство за оборудване, за да бъде възможно най-компактна, за да се намали количеството на материала, използван за нарушаване на защитата, както и да се намали теглото по време на стартиране и космическите полети. Капацитет на резервоара ще осигури работа на реактора по време на полета пространство.