Nükleer reaktör çalışma prensipleri ve birim devresi

Tasarım ve başlatma ve kontrol kendi kendini taşıyan çekirdek reaksiyonuna dayanan bir nükleer reaktörün çalışma. Bu radyoaktif izotoplar üretimi için bir araştırma aracı olarak ve nükleer santraller için enerji kaynağı olarak kullanılır.

Nükleer reaktör çalışma prensibi (kısa)

Burada kullanılmış fisyon yöntem olup, ağır bir çekirdeği, iki daha küçük parçalara ayrılır. Bu parçalar, çok uyarılmış halde olan ve nötronları ve diğer atom altı parçacıklar ve fotonlar yayarlar. Nötronlar bu kadar daha da fazla yayılan ve hangi sonucunda yeni bölünmeler neden olabilir. zincir reaksiyonu olarak adlandırılan bölünmesinin Bu sürekli kendi kendine devam eden sayısı. Aynı zamanda, enerji büyük miktarda üretim olan nükleer enerji kullanımının hedeftir.

bir nükleer reaktör ve nükleer santral çalışma prensibi kolonileri bölme enerjinin% 85'i, reaksiyon başlangıcından sonra çok kısa bir süre içinde serbest olduğu şekildedir. onlar nötronları reddedilmesi sonrasında kalan kısmı fisyon ürünlerinin radyoaktif çürüme ile üretilmektedir. Radyoaktivite atomu kararlı bir duruma ulaştığında işlemdir. O devam etti ve bölünme sonrasında.

malzemenin en bölünecektir kadar atom bombası zincir reaksiyonu, yoğunluğu artar. Bu tür bombaların karakteristik son derece güçlü patlamalar üreten, çok hızlı bir şekilde gerçekleşir. Mekanizma ve düzenlenmiş hemen hemen sabit bir düzeyde zincir reaksiyonu sürdürmek ilkesine dayanan bir nükleer reaktörün çalışma. O kadar atom bombası olamaz patlayabilir böylece tasarlanmıştır.

Zincir Reaksiyonu ve eleştiri

Fizik fisyon reaktör belirlenir nükleer fizyon nötron emisyon sonra zincir reaksiyonu olasılığı. son nüfus azalırsa, sonunda bölünme oranı sıfıra düşecek. Bu durumda reaktör, altkritik bir halde olacaktır. nötron nüfus sabit bir seviyede muhafaza edilirse, fizyon oranı stabil olacaktır. Reaktör kritik bir durumda olacaktır. zamanla nötron nüfus büyürse Ve son olarak, hız ve güç bölünmesi artacaktır. Çekirdek durum süper kritik hale gelir.

Bir sonraki nükleer reaktörün çalışma prensibi. nötron nüfus başlamadan önce sıfıra yakındır. Daha sonra, operatör geçici bir süper kritik halde reaktör dönüştürür bölme çekirdekleri, artan çekirdek kontrol çubukları çıkarın. ulaştıktan sonra nominal güç operatörleri kısmen nötron miktarının ayarlanması, kontrol çubukları döndü. Daha sonra, reaktör kritik bir durumda muhafaza edilmektedir. durdurmak için gerekli olan zaman, operatör tamamen çubuklar ekler. Bu bölme bastırır ve altkritik bir halde çekirdek koyar.

reaktör tipleri

Varolan enerjinin çoğu dünyada nükleer tesislerin elektrik jeneratörleri çalıştırılmaktadır türbinleri, sürücü için gerekli ısıyı oluşturuyor. Ayrıca, orada birçok araştırma reaktörleri ve bazı ülkeler atom enerjisi ile tahrik denizaltı veya yüzey gemileri var.

santraller

Orada Bu tip reaktörde çeşitli türleri vardır, ama yaygın ışık suyun tasarımını onayladı. Buna karşılık, bu basınçlı su ya da kaynar su içinde kullanılabilir. İlk durumda, yüksek basınçlı sıvı çekirdeğin ısı ile ısıtılmış ve buhar jeneratörü girer. Orada, bir sekonder devreye birincil ısı ayrıca su içeren geçirilir. oluşturulan buhar sonuçta buhar türbini devresi çalışan akışkan olarak hizmet eder.

Reaktör kaynama tipi direkt enerji döngüsünün prensibine göre çalışır olduğunu. çekirdek boyunca geçen su, orta basınç seviyesine üzerinde kaynama noktasına getirilmiştir. Doymuş buhar ayırıcı bir dizi geçer ve kurutucu da sverhperegretoe durumu ile sonuçlanan, reaktör kabı içinde tanzim edilmiştir. Kızgın buhar daha sonra, işleme sıvısı, dönen türbin olarak kullanılır.

Yüksek sıcaklıkta gaz soğutmalı

Yüksek sıcaklıkta gaz soğutulmuş reaktör (HTGR) - bir nükleer reaktör çalışma prensibi yakıt ve mikro kürelerin bir yakıt karışımı olarak grafit kullanımına dayanmaktadır. İki rakip tasarımlar vardır:

• Bir grafit kabuğunda yakıt ve grafit bir karışımından oluşan, bir küresel yakıt elemanları çapı 60 mm kullanan Alman "gevşek doldurucu" sistemi;
• çekirdek oluşturmak için birbirine kilitlenebilen bir grafit, altıgen prizma Amerikan versiyonu.

Her iki durumda da, soğutma sıvısı, yaklaşık 100 atmosferlik bir basınç altında helyum oluşur. Alman sistemi helyum küresel tabakasında boşlukların içinden geçen yakıt elemanlarının, ve ABD'de - reaktör çekirdeğin merkezi ekseni boyunca yerleştirilmiş grafit prizmalar açıklıklardan. grafit tamamen son derece yüksek bir süblimasyon sıcaklığı ve kimyasal olarak etkisiz helyum sahip olduğu için iki seçenek, çok yüksek sıcaklıklarda çalışabilir. Sıcak helyum, yüksek sıcaklıkta bir gaz türbini içinde bir çalışma sıvısı olarak doğrudan kullanılabilir veya ısı buhar döngüsü su üretmek için kullanılabilir.

Sıvı metali, nükleer reaktör devresi ve çalışma prensibi

sodyum soğutucu ile hızlı reaktörler 1960-1970 yıllarda oldukça dikkat çekmiştir. Sonra taklit etme konusundaki yeteneği olduğunu gibiydi nükleer yakıt yakın gelecekte bir hızla gelişen nükleer endüstrisi için yakıt üretmek için gereklidir. Bu beklenti gerçekçi değil belli olunca, coşku 1980'lerde azaldı. Ancak, ABD, Rusya, Fransa, İngiltere, Japonya ve Almanya bu tip reaktörlerin bir dizi inşa etti. Bunların çoğu, uranyum dioksit veya plütonyum dioksit karışımı üzerinde çalışır. Amerika Birleşik Devletleri'nde, ancak büyük başarısı metal yakıt ile sağlandı.

CANDU

Kanada Doğal uranyum kullanmak reaktörlerin üzerinde çabalarını, odaklanmıştır. Bu onun zenginleştirme diğer ülkelerin hizmetlerini kullanmak için gereksinimini ortadan kaldırır. Bu politika sonucu döteryum-uranyum reaktörü (CANDU) idi. Kontrol ve soğutulması ağır su üretilir. bir nükleer reaktörün tasarımı ve çalışması, atmosfer basıncında soğuk D ₂ O bir tank kullanmaktır. Aktif alan ağır soğutma suyu dolaşım yaptığı doğal uranyum zirkonyum alaşımı yakıt tüplerini nüfuz. Elektrik buhar üreteci içinden geçmekte olan, ağır su soğutucu, ısı transferini bölünmesi ile elde edilir. İkinci döngü içinde buhar daha sonra bir geleneksel türbin devri boyunca geçer.

araştırma tesisleri

Araştırma nükleer reaktör daha çok kullanılmaktadır için, ilke olan bir şekilde düzeneklerde su soğutma plakası ve uranyum yakıt elemanlarının kullanılmasıdır. megawatt birkaç yüz kilowatt güç seviyelerinin geniş bir alanda çalışabilme özelliği. enerji üretim araştırma reaktörleri birincil amacı olmadığı için, termal üretilen enerji, ve çekirdek, nominal enerji nötronların yoğunluğu ile karakterize edilir. Bu parametreler belirli çalışmalar yapmak için bir araştırma reaktörünün yeteneğini ölçmek için yardımcı olacaktır. Düşük güç sistemleri üniversitelerde çalışmasına eğilimindedir ve eğitim için kullanılır ve yüksek güç hem de genel araştırma için, malzeme ve özelliklerini test etmek için araştırma laboratuarlarında gereklidir.

aşağıdaki gibi işlemin en yaygın araştırmalar nükleer reaktör, yapı ve bir ilkedir. Onun aktif alan suyun büyük derin havuzun dibinde yer almaktadır. Bu nötron ışınları yönlendirilebilir ki, gözleme ve kanal tahsisat kolaylaştırır. düşük güç seviyelerinde yeterli ısı dağılımı sağlayan soğutucunun doğal konveksiyon güvenli işletim durumunu korumak amacıyla, soğutucuyu pompalamak için gerek yoktur. ısı eşanjörü, genellikle yüzeye veya sıcak su biriken havuzunun üst kısmında yer alır.

gemi yükleme

Nükleer reaktörlerin Orijinal ve birincil kullanımı denizaltı bunların kullanımıdır. Başlıca avantajı fosil yakıt yanma sistemlerinin tersine elektrik üretmek için havayı gerekmez, olmasıdır. Sonuç olarak, nükleer denizaltı uzun süre su altında kalabilir, ve konvansiyonel dizel-elektrik denizaltı periyodik olarak hava motorlarını çalıştırmak için, yüzeye çıkmalıdır. Nükleer enerji stratejik avantaj Donanma gemileri sağlar. Bunun sayesinde yabancı limanlarda veya kolayca savunmasız tankerlerden yakıt ikmali için gerek yoktur.

Bir denizaltıya nükleer reaktörün çalışma prensibi sınıflandırılmış. Bununla birlikte, ABD'de, zenginleştirilmiş uranyum kullanır ve yavaşlama ve soğutma hafif su olduğu bilinmektedir. İlk reaktör nükleer denizaltı USS Nautilus tasarımı kuvvetle güçlü araştırma kurulumları etkilendi. Eşsiz özellik yakıt doldurma ve durdurduktan sonra yeniden yeteneği olmadan operasyon periyodunu sağlayan çok yüksek reaktivite marjı olduğunu. denizaltı Power istasyonu tespit edilmemek için, çok sessiz olmalıdır. santrallerin farklı model kurulmuştur denizaltı farklı sınıflara özel ihtiyaçlarını karşılamak.

ABD Donanma uçak gemilerine büyük denizaltılar ödünç inanılan prensibi olan nükleer reaktörü, kullandı. ve bunların yapım detayları yayınlanmış değil.

ABD dışında, nükleer denizaltılar İngiltere, Fransa, Rusya, Çin ve Hindistan'da bulunmaktadır. Her durumda, tasarım açıklanmadı ama hepsi çok benzer olduğuna inanılmaktadır - bu onların teknik özellikleri için aynı şartların bir sonucudur. Rusya ayrıca küçük bir filoya sahip nükleer icebreakers arasında, Sovyet denizaltı ile aynı reaktör kurdu.

endüstriyel tesisler

Üretim amaçları için silah sınıfı plütonyum-239'un düşük seviyede enerji ile yüksek bir verimlilik oluşur ilke, bir nükleer reaktör kullanılır. Bu çekirdek plütonyum uzun vadeli kalmak istenmeyen ²⁴⁰ Pu birikmesine neden olduğu gerçeğinden kaynaklanmaktadır.

Trityum üretimi

ücreti - Şu anda, bu tür sistemler ile elde ana malzeme trityum ^(3H veya T) olduğu hidrojen bombası. Plütonyum-239, 24100 yıllık uzun yarı ömre, bu nedenle bir kural olarak, bu eleman kullanmak nükleer silahlarla bir ülke var gerekenden daha daha var. ²³⁹ Pu aksine, trityum yarı ömrü yaklaşık 12 yıldır. Bu nedenle, gerekli olan envanteri elde etmek için, hidrojen, bunun radyoaktif izotop sürekli olarak gerçekleştirilebilir olmalıdır. ABD, Savannah Nehri (South Carolina), örneğin, trityum üreten birkaç ağır su reaktörü vardır.

yüzer güç

Nükleer reaktörler tarafından düzenlendi, elektrik ve buhar ısıtma sağlayabilen izole alanlar silindi. Rusya'da, örneğin, biz özel olarak Arktik yerleşim hitap etmek tasarlanmış küçük güç sistemlerinin kullanımını gördük. Çin'de, 10 megavatlık bitki HTR-10 malzemeleri ısıtmak ve onu içinde bulunduğu elektrik gücü araştırma enstitüsü. otomatik olarak benzer yeteneklere sahip kontrollü küçük reaktörlerin geliştirilmesi İsveç ve Kanada'da yürütülmektedir. 1960 ve 1972 yılları arasında ABD Ordu Grönland ve Antarktika uzak bazları sağlamak için kompakt su reaktörleri kullanmıştır. Bunlar akaryakıt santraller tarafından değiştirildi.

uzay araştırmaları

Buna ek olarak, reaktör alanı güç ve hareket için dizayn edilmiştir. 1988, 1967 ila dönemde, Sovyetler Birliği teçhizat ve telemetri tedarik "Kosmos" uydular üzerinde küçük bir nükleer tesisler kurulmuş, ancak bu politika eleştiri konusu haline gelmiştir. Bu uyduların en az biri Kanada'nın radyoaktif kirlenme uzak alanlara neden Dünya atmosferine girdi. Amerika Birleşik Devletleri 1965 yılında bir nükleer reaktörün yalnızca bir uydu başlattı. Ancak, derin uzay görevi, insanlı araştırmalar diğer gezegenlerde ya kalıcı Ay üssü üzerindeki kullanımına ilişkin projeler geliştirilmeye devam. Bu radyatör büyüklüğünü en aza indirmek için gerekli olan en yüksek sıcaklık sağlayan fiziksel ilkeler olan bir gaz soğutmalı ya da sıvı metal bir nükleer reaktör için emin. koruma için kullanılan malzeme miktarını en aza indirmek için, ve başlatma ve uzay uçuşu sırasında ağırlığı azaltmak için mümkün olduğu da, ekipman için reaktör alanı olarak kompakt olmasını. Yakıt kapasitesi uzay uçuşu süresince reaktörün çalışmasını sağlayacaktır.