Istoria primului reactor nuclear

Un reactor nuclear de energie este un dispozitiv în care se efectuează o reacție în lanț controlată de fisiune a nucleilor de elemente grele și energia termică eliberată în același timp este îndepărtată de purtătorul de căldură. Elementul principal al reactorului nuclear este zona activă. Acesta găzduiește combustibil nuclear și efectuează reacția în lanț a fisiunii. Zona activă este o colecție de ansambluri de combustibil care conțin combustibil nuclear într-un anumit mod. Reactorii cu neutroni termici utilizează un retardator. Prin zona activă, lichidul de răcire, elementele de combustie de răcire, este pompat. În unele tipuri de reactoare, același agent, de exemplu apă obișnuită sau grea, acționează ca moderator și agent de răcire.







Diagrama reactorului omogen: carcasă 1-reactor, zonă 2 activă, 3 compensator de volum, 4 schimbător de căldură, 5 ieșire de abur, 6 intrări de alimentare cu apă, 7 pompe de circulație

Pentru a controla funcționarea reactorului în zona activă, tijele de control sunt introduse din materiale având o secțiune mare de absorbție a neutronilor. Zona activă a reactoarelor de putere este înconjurată de un reflector neutron - un strat de material retardant pentru a reduce scurgerile de neutroni din miez. Mai mult decât atât, datorită unui aliniament se produce o densitate de energie neutroni și volumul miezului, care permite dimensiunea datelor zonei pentru a obține o mai mare putere, pentru a obține o ardere mai uniformă a combustibilului, crește durata operației de realimentare a reactorului, fără radiator și simplificarea sistemului. Reflectorul este încălzit de energia neutronilor încetiniti și absorbiți și de quanta gamma, deci este prevăzută pentru răcirea acestuia. Zona activă, reflectorul și alte elemente sunt plasate într-o incintă închisă sau închisă, în mod obișnuit înconjurată de protecție biologică.

În centrul reactorului nuclear se află combustibilul nuclear, are loc o reacție în lanț a fisiunii nucleare și se eliberează energie. Starea Reactorul nuclear se caracterizează printr-un coeficient eficient de multiplicare a neutronilor sau reactivității r:

Dacă Kef> 1, atunci reacția în lanț crește în timp, reactorul nuclear este într-o stare supercritică și reactivitatea lui r> 0; dacă cheful <1. то реакция затухает, реактор — подкритичен, r <0; при К¥= 1, r = 0 реактор находится в критическом состоянии, идёт стационарный процесс и число делений постоянно во времени. Для инициирования цепной реакции при пуске Ядерный реактор в активную зону обычно вносят источник нейтронов (смесь Ra и Be, 252 Cf и др.), хотя это и не обязательно, т. к. спонтанное деление ядер урана и космические лучи дают достаточное число начальных нейтронов для развития цепной реакции при Кэф> 1.

Ca majoritatea de material fisionabil în reactor nuclear angajat 235 U. Când zona activă, altele decât combustibilul nuclear (naturale sau uraniu îmbogățit) cuprinde un moderator de neutroni (grafit, apă și alte substanțe care conțin lumină nucleu cm. Neutroni mai lente), partea principală fisiunea apare sub acțiunea neutronilor termici (reactor termic). Reactorul nuclear pe neutronii termici poate folosi uraniul natural care nu este îmbogățit cu 235 U (așa cum a fost primul reactor nuclear). Dacă nu există un moderator în nucleu, majoritatea fiselor sunt cauzate de neutronii rapizi cu o energie de xn> 10 keV (reactor rapid). Reactoarele cu neutroni intermediari cu o energie de 1-1000 eV sunt, de asemenea, posibile.


Starea criticității Reactorul nuclear are forma:

1 unde - P - ieșire de probabilitate (scurgere) din reactor nuclear de bază de neutroni, K ¥ - neutron factor de multiplicare în miezul de dimensiuni infinit de mari definit pentru reactor nuclear termic așa-numitul „Formula 4 factori“:

În cazul în care n - numărul mediu de neutroni secundari (rapide) produse în fisiunea U 235 nuclee cu neutroni termici, e - raportul de multiplicare cu neutroni rapizi (creșterea numărului de neutroni datorate fisiune în principal U 238 nuclee cu neutroni rapizi); j - probabilitatea ca neutronul nu este capturat de nucleul de 238 U în procesul de încetinire, u - probabilitatea ca un neutron va provoca fisiune termică. Utilizați frecvent valoarea h = n / (l + a), unde a este raportul dintre secțiunea transversală a capturii de radiație sp și secțiunea de fisiune sd.

Condiția (1) determină dimensiunea unui reactor nuclear. De exemplu, pentru un reactor nuclear de uraniu natural și grafit n = 2,4. e »1,03, eju» 0,44, unde K ¥ = 1,08. Aceasta înseamnă că pentru K> 1 este necesar ca P<0,93, что соответствует (как показывает теория Ядерный реактор) размерам активной зоны Ядерный реактор

5-10 m. Volumul reactorului nuclear energetic modern ajunge la sute m 3 și este determinată în principal de capacitatea de decolare căldură și condiții nu critice. Volumul miezului Reactorul nuclear în stare critică se numește volumul critic al reactorului nuclear, iar masa materialului fisionabil este masa critică. Cea mai mică masă critică este deținută de reactorul nuclear cu combustibil sub formă de soluții de săruri ale izotopilor fizioli puri în apă și cu un reflector cu neutroni de apă. Pentru 235 U, această masă este de 0,8 kg. pentru 239P - 0,5 kg. Cea mai mică masă critică este 251 Cf (teoretic 10 g). Parametrii critici ai reactorului nuclear de grafit cu uraniu natural :. uraniu greutate grafit 45 m volum de 450 m 3. Pentru a reduce scurgerea de neutroni miez dau formă sferică sau aproape sferică, cum ar fi un cilindru cu un diametru de ordinul a înălțimii sau a cubului (cea mai mică suprafață la volum).







Valoarea n este cunoscută pentru neutronii termici cu o precizie de 0,3% (tabelul 1). Cu creșterea energiei xn a neutronului care a provocat fisiunea, n crește în conformitate cu legea: n = nt + 0,15xn (xn în MeV), unde nt corespunde fisiunii cu neutronii termici.

Tabel. 1. - Valorile n și h pentru neutronii termici (conform datelor pentru anul 1977)

(inclusiv birourile 235 U-1585)


Greutatea totală a combustibilului încărcat este cu 3 kg mai mare decât greutatea carburantului descărcat (energia eliberată "cântărește" 3 kg). După oprirea combustibilul reactorului nuclear continuă eliberarea de energie în primul rând, în principal prin divizarea neutronii întârziate, iar apoi, după 1-2 minute, în principal datorită și g-B- emisia de fragmente de fisiune și elemente transuraniene. În cazul în care reactorul nuclear de oprire a lucrat suficient de mult, după 2 minute după oprirea eliberarea de energie (ca o fracțiune din energia înainte de a opri) 3%, după 1 h - 1%, la o zi - 0,4% pe an - 0,05%.

Raportul de conversie Kk este raportul dintre numărul de izotopi Pu fisili formați în reactorul nuclear până la cantitatea de decolorare 235 U. Tabel. 2 dă KK = 0,25. Valoarea KK crește cu îmbogățirea și arderea descrescătoare. Astfel, pentru un reactor nuclear cu apă grea în uraniu natural, la o burnup de 10 GW × d / TKK = 0,55, iar la burnup foarte mici (în acest caz, denumit inițial coeficientul de plutoniu KK) KK = 0,8. Dacă arsurile reactoarelor nucleare și produce aceleași izotopi (reactoare ameliorator), raportul dintre viteza de reproducere la epuizare ratei se numește reproducerea coeficientului de Ap. În reactorul nuclear pe neutroni termici Kv <1 ,а для Ядерный реактор на быстрых нейтронах Кв может достигать 1,4—1,5. Рост Кв для Ядерный реактор на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что для быстрых нейтронов g растет, a а падает (особенно для 239 Pu, см. Реактор-размножитель ).

Managementul reactorului nuclear Pentru a regla un reactor nuclear, este important ca unele dintre neutronii din fisiune să scape din fragmente cu întârziere. Ponderea unor astfel de neutroni întârziate este mică (0,68% pentru 235 U, 0,22% pentru 239 Pu, în Tabelul 1, n este suma numărului de neutroni instant și neutronii întârziate n3). Întârziere de timp Tzap de la 0,2 la 55 de secunde. Dacă (Kef - 1) £ n3 / n0. atunci numărul diviziunilor din reactorul nuclear crește (Kef> 1) sau cade (Kef <1), с характерным временем

T3. Fără neutronii întârziate, aceste timpuri ar fi mai multe ordine de mărime mai mici, ceea ce ar complica foarte mult controlul reactorului nuclear

Pentru a gestiona reactorul nuclear este un sistem de control și protecție (CPS). Autoritățile CPS sunt împărțite în: urgență, reducerea reactivității (introducerea reactivității negative în reactorul nuclear) cu apariția semnalelor de urgență; regulatoare automate care păstrează fluxul de neutroni Φ constant (și deci puterea); compensare (compensare a otrăvirii, arsuri, efecte de temperatură). În majoritatea cazurilor, acestea sunt tije injectate în miezul reactorului nuclear (de sus sau de jos) de substanțe care absorb puternic neutronii (Cd, B etc.). Mișcarea lor este controlată de mecanisme care sunt declanșate de semnalul instrumentelor sensibile la magnitudinea fluxului de neutroni. Amortizoarele de ardere pot fi folosite pentru a compensa arderea, a cărei eficiență scade atunci când capturează neutronii (Cd, B, elemente de pământuri rare) sau soluții ale substanței absorbante în moderator. Stabilitate Reactorul nuclear este promovat de un coeficient negativ de reactivitate (cu scăderea temperaturii descrescătoare). Dacă acest coeficient este pozitiv, funcționarea sistemului de control este semnificativ mai complicată.

reactor nuclear echipat cu sistem de instrumentare a informa operatorul despre starea unui :. reactor nuclear de flux de neutroni în diferite puncte ale miezului, rata și temperaturii lichidului de răcire curge, nivelul de radiații ionizante în diferite părți ale reactorului nuclear și instalațiile auxiliare, organele stării CPS etc. Informațiile obținute cu aceste dispozitive, ajunge în calculator, care poate acorda fie operatorul (funcție de contabil) de formă prelucrată, sau pe baza prelucrării matematice a acestor informații, face recomandări operatorului modificările necesare în modul de funcționare a unui reactor nuclear (machine-to-consilier), sau, în cele din urmă, pentru a gestiona reactor nuclear, în anumite limite, fără intervenția operatorului (computer de control).

Clasificarea Prin scop reactor nuclear și reactor nuclear de putere sunt împărțite în mai multe grupe: 1) reactor experimental (asamblare critică) pentru studierea diferitelor mărimi fizice, o valoare necesară pentru proiectarea și operarea reactorului nuclear; puterea de reactor nuclear este nu mai mult de câteva kilowați. „2) reactoare de cercetare, în care fluxurile de neutroni și g razele generate în miez, sunt utilizate în domeniul fizicii nucleare, fizica stare solida, chimie radiatii, biologie, testarea materialelor, destinate să funcționeze în fluxuri de neutroni intense (t. HJ părți ale reactorului nuclear.) pentru producerea de cercetare izotopilor putere reactor nuclear nu depășește 100 mW. energia eliberată nu este utilizat de obicei la anchetă. sumer reactor nuclear reactor se referă în impulsuri ". 3) reactor nuclear izotopice în care fluxurile de neutroni sunt utilizate pentru producerea de izotopi, inclusiv Pu și3H în scopuri militare (vezi arme nucleare) .; 4) reactoarelor nucleare de putere, în care energia eliberată în timpul fisiunea nucleară, este utilizat pentru producerea de energie termică, desalinizarea apei de mare în centralele electrice, etc. nave. G. Putere (termică) energia reactorului nuclear moderne atinge 3-5 GW ( vezi Energia Nucleară. Centrala nucleară).

Reactorul nuclear poate diferi în funcție de tipul de combustibil nuclear (uraniu natural, ușor îmbogățit, izotop fisionabil pur), compoziția chimică a acestuia (metal U, UO2. UC și t. D.) Pentru înaintea agentului de răcire (H2O, gaz, D2O , lichide organice, metal topit), prin natura moderatorului (C, H2O, D2O, Be, BeO, hidruri metalice, fără moderator). Cele mai frecvente heterogeni reactoare nucleare Moderatorii neutronilor termici - H2 O, C, D2 și coolants O - H2O, gaz, D2 O. în următorul deceniu va fi de a dezvolta reactoarele intens rapide. Ei ard 238 U, ceea ce face posibilă utilizarea mai bună a combustibilului nuclear (în zeci de ori) comparativ cu cele termice. Reactorul nuclear Aceasta crește în mod semnificativ resursele energiei nucleare.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: