Branduolinis reaktorius: veiklos principai, ir įrenginys grandinės

Dizainas ir eksploatacija branduoliniame reaktoriuje remiantis iniciacijos ir kontrolės savarankiškų branduolinės reakcijos. Jis naudojamas kaip tyrimo priemonė, radioaktyviųjų izotopų gamybos ir kaip energijos šaltinį atominių elektrinių.

Branduolinis reaktorius: iš veikimo principas (trumpas)

Čia naudojamas terminas dalijimosi procesas, kurio metu sunkiųjų branduolys skyla į dvi mažesnius fragmentus. Šie fragmentai yra labai sužadinimo būsenos ir išmeta neutronus ir kitų Subatominė daleles ir fotonų. Neutronai gali sukelti naujų padalinių, kaip rezultatas, iš kurių jie skleidžia net daugiau, ir taip toliau. Toks nuolatinis savaiminio skaičius skilimais vadinamų grandininė reakcija. Tuo pačiu metu, didelis energijos kiekis, kurių gamyba yra branduolinės energijos naudojimo tikslas.

Iš veikimu branduoliniame reaktoriuje ir atominės elektrinės principas yra toks, kad 85% iš kolonijos skirstymą energijos išsiskiria per labai trumpą laiką po reakcijos pradžios. Likusi dalis yra pagaminta iš radioaktyviojo skilimo ir dalijimosi produktų, kai jie atmetė neutronus. Radioaktyviosios skilimas yra procesas, kurio atomas pasiekia pastovi. Jis tęsė ir po padalijimo.

Atominės bombos grandininė reakcija padidina intensyvumo, tol, kol didžioji dalis medžiagos bus padalinti. Tai atsitinka labai greitai, gaminanti itin galingą sprogimą būdingas tokių bombų. Mechanizmas ir eksploatacija branduoliniame reaktoriuje remiantis išlaikyti grandininę reakciją reguliuojamoje beveik pastovus principu. Jis sukurtas taip, kad sprogti kaip atominė bomba negali.

Grandininė reakcija ir kritika

Fizikos skilimo reaktorių yra nustatomas, kad po to, kai grandininė reakcija tikimybė branduolio dalijimosi neutronų emisijos. Jei neseniai gyventojų mažėja, iš skyriaus normos, galų gale pateks į nulį. Šiuo atveju reaktorius bus subkritinės valstybės. Jei neutronų gyventojų yra palaikoma pastovi, dalijimosi lygis išliks stabilus. Tuo, kad reaktorius bus kritinės būklės. Ir pagaliau, jei laikui bėgant neutronų gyventojų auga, dalijant greičio ir galios didės. šerdis būklė tampa superkritinis.

Iš veikimu branduoliniame reaktoriuje principas kitas. Prieš pradedant neutronų gyventojų yra arti nulio. Tada, operatoriai pašalinti kontrolės lazdelėms perkelti iš šerdies, didinant skaidymą šerdys, kad laikinai konvertuoja reaktorius superkritiniame būvyje. Pasiekus Nominali galia operatoriai iš dalies grįžo kontrolės strypai, koreguojant neutronų kiekį. Vėliau tuo, kad reaktorius būtų išlaikytas kritinės būklės. Kai būtina sustabdyti, operatorius įterpia strypai visiškai. Tai slopina dalijimąsi ir kelia branduolį subkritinės valstybės.

tipų reaktorių

Dauguma esamų energijos gamybos šilumos reikiamą sukti turbinas, kurios vairuoti generatoriai elektros branduolinių įrenginių pasaulyje. Be to, yra daug mokslinių tyrimų reaktoriai, o kai kuriose šalyse turėti povandeninius ar paviršinius laivus, varoma iš atomo energijos.

elektrines

Yra keletas rūšių šio reaktoriaus tipo, bet plačiai priimtas dizainas šviesos vandeniu. Savo ruožtu, tai gali būti naudojama suslėgto vandens ar verdančio vandens. Pirmuoju atveju aukšto slėgio skystis šildomas šerdies šilumos ir patenka į garo generatoriaus. Ten, šilumos iš pradinio iki antriniame kontūre yra perduodama, papildomai apimantis vandenį. Generuotos garo galiausiai tarnauja kaip darbo skystį garo turbinos ciklą.

Reaktorius yra virimo tipo veikia tiesioginio energijos ciklą principu. Pratekančio vandens per aktyviąją, užvirinti virš vidutinės slėgio lygį. Prisotintas garas eina per separatorių serijos ir džiovinimo yra išdėstytos reaktoriaus indo, todėl jos sverhperegretoe būklę. Perkaitinto garo yra tada naudojamas kaip darbinio skysčio, rotacijos turbiną.

Aukštos temperatūros dujų aušinamas

Aukštos temperatūros dujų aušinamas reaktorius, (HTGR) - branduolinis reaktorius, veikimo principas pagrįstas grafito naudoti kaip kuro mišinio kuro ir mikrosferas. Yra dvi konkuruojančios dizaino:

• Vokiečių "Biralas" sistema, kuri naudoja rutulio formos kuro elementų 60 mm skersmens, sudarytas iš kuro ir grafitas, grafito lukštais mišinio;
• Amerikos versija grafito šešiakampės prizmės, kad susikabinti sukurti branduolį.

Abiem atvejais, aušinimo skystis susideda iš helio esant maždaug 100 atmosferų slėgiui. Vokietijos sistema helio praeina per sferinėmis sluoksnio tarpų kuro elementų, ir JAV - pro angas į grafito prizmės išdėstyti išilgai centrinės ašies reaktoriaus aktyviosios zonos. Abu variantai gali veikti esant labai aukštai temperatūrai, nes grafito turi labai aukštą sublimacijos temperatūra ir chemiškai inertiškas helio visiškai. Karšto helio gali būti naudojamas tiesiogiai kaip darbinio skysčio dujų turbinoje aukštoje temperatūroje arba šilumos gali būti naudojami generuoti garo ciklo vandens.

Skystis-metalo branduolinis reaktorius: grandinės ir darbo principas

Greitai reaktoriai su natrio aušinimo skysčio gavo daug dėmesio į 1960-1970-aisiais. Tada atrodė, kad jų sugebėjimas daugintis branduolinio kuro artimiausioje ateityje reikia gaminti kurą sparčiai besivystančioje branduolinės pramonės. Kai tapo aišku, kad šis lūkestis yra nerealus, entuziazmas išblėso 1980. Tačiau Jungtinėse Valstijose, Rusijoje, Prancūzijoje, Didžiojoje Britanijoje, Japonijoje ir Vokietijoje pastatyta reaktorių šio tipo serija. Dauguma jų dirba urano dioksidu arba plutonio dioksidą mišinio. Jungtinėse Amerikos Valstijose, tačiau didžiausia sėkmė buvo pasiekta su metaliniu kuro.

CANDU

Kanada sutelkė savo pastangas reaktorių, kurie naudoja natūralų uraną. Tai pašalina būtinybę jo sodrinimo naudotis kitų šalių paslaugas. Šios politikos rezultatas buvo deuterio-urano reaktorius (CANDU). Kontroliuoti ir aušinimo ją pagaminta sunkusis vanduo. Projektavimo ir eksploatavimo branduolinio reaktoriaus yra naudoti baką su šaltu D ₂ O esant atmosferiniam slėgiui. Aktyvi sritis prasiskverbė vamzdžius cirkonio lydinio kuro gamtinio urano, per kurią cirkuliuoja aušinimo savo sunkusis vanduo. Elektros energija pagaminta dalijant šilumos perdavimą į sunkiojo vandens aušinimo skysčio, kuris cirkuliuoja per garo generatorių. In antrinėje kilpa garo tada eina per paprastųjų turbinos ciklą.

mokslinių tyrimų infrastruktūra

Mokslinių tyrimų branduolinis reaktorius yra dažniausiai naudojamas principas iš kurių susideda į vandens aušinimo plokštės ir urano kuro elementų forma agregatų naudojimo. Galintys veikti kaip plataus spektro galios lygius nuo kelių šimtų kilovatų į megavatų. Nuo elektros energijos gamybos yra ne pagrindinis tikslas mokslinių tyrimų reaktorių, jie pasižymi šilumos energija, ir pagrindinių nominalių energijos neutronų tankis. Būtent šie parametrai padės kiekybiškai įvertinti mokslinių tyrimų reaktoriaus gebėjimą atlikti konkrečius tyrimus. Mažai Baterijos linkę veikti universitetuose ir naudojamas mokymo ir reikia didelės galios mokslinių tyrimų laboratorijas medžiagas ir savybes, taip pat bendrosios mokslinių tyrimų.

Dažniausiai tyrimai branduolinis reaktorius, struktūra ir veikimo principas yra toks. Jo aktyvus plotas įsikūręs didelis gilus baseinas vandens apačioje. Tai palengvina stebėjimo ir kanalų paskirstymo pagal kurį neutronų sijos gali būti nukreiptas. Tuo mažos galios lygių nereikia pumpuoti aušinimo skysčio, kaip išlaikyti saugų operacinę būseną natūralios konvekcijos aušinimo skysčio užtikrina pakankamą šilumos išsklaidymo. Šilumokaitis paprastai yra ant paviršiaus arba viršutinėje dalyje baseino, kai karštas vanduo sukaupta.

laivas montavimas

Originalus ir pirminė naudojimo branduolinių reaktorių yra jų naudojimas povandeninių laivų. Jų pagrindinis privalumas yra tai, kad, priešingai nei iškastinio kuro degimo sistemų elektros energijos jie nereikalauja orą. Todėl branduolinė povandeninis laivas gali likti panardintas ilgą laiką, ir įprastas dyzelinis elektros povandeninis laivas turi periodiškai kyla į paviršių, paleisti savo oro variklius. Branduolinė energetika suteikia strateginį pranašumą Navy. Ačiū jai, nereikia degalų užsienio uostus ar iš lengvai pažeidžiamų tanklaivių.

Iš veikimu branduoliniame reaktoriuje principas povandeninis laivas klasifikuojami. Tačiau yra žinoma, kad JAV jis naudoja labai prisodrinto urano, o lėtėjimo ir aušinimo yra lengvas vandens. Pirmojo reaktoriaus branduolinio povandeninio laivo "USS Nautilus dizainas buvo stipriai įtakota galingų mokslinių tyrimų įrenginių. Jo unikalus bruožas yra labai didelis reaktyvumas marža, teikiant pratęstas laikotarpis veikti be degalų ir gebėjimas iš naujo po sustojimo. Elektrinė povandeninių laivų turi būti labai ramus, siekiant išvengti aptikimo. Siekiant patenkinti konkrečius poreikius, skirtingų klasių povandeninių laivų buvo nustatytas skirtingas modeliai elektrinėse.

JAV karinio jūrų laivyno orlaivių vežėjų naudojamas branduolinis reaktorius, kad principas, iš kurių, kaip manoma, bus pasiskolinta iš didžiausių povandeninių laivų. nebuvo paskelbta apie jų statybą ir.

Be Jungtinių Amerikos Valstijų, branduoliniai povandeniniai laivai yra Jungtinėje Karalystėje, Prancūzijoje, Rusijoje, Kinijoje ir Indijoje. Kiekvienu atveju, dizainas nebuvo atskleista, tačiau manoma, kad visi jie yra labai panašūs - tai yra tų pačių reikalavimų jų techninės charakteristikos pasekmė. Rusija taip pat turi nedidelį parką branduolinių ledlaužių, kurie įsteigė patį reaktorių kaip tarybiniais povandeninių laivų.

pramoniniai įrenginiai

Gamybos tikslais ginklams naudojamo plutonio-239 naudoja branduolinį reaktorių, principas, iš kurių susideda į didelį našumą ir mažą lygio energijos. Taip yra dėl to, kad ilgalaikis buvimas plutonio į šerdį veda į nepageidaujamą ²⁴⁰ Pu kaupimosi.

gamybos tričio

Šiuo metu, pagrindinis medžiaga, gaunama būdu pagal tokių sistemų yra tritis ^(3H arba T) - už mokestis vandenilio bombų. Plutonis-239 turi ilgą pusinės 24100 metų, todėl šalį su branduolinių ginklų, kurie naudoja šį elementą, kaip taisyklė, turi ji daugiau nei reikia. Priešingai nei ²³⁹ Pu, pusinės eliminacijos tričio yra apie 12 metų. Tokiu būdu, kad palaikyti būtiną aprašą radioaktyvusis izotopas vandenilio turi būti vykdomas nepertraukiamai. JAV, Savannah upės (Pietų Karolinos), pavyzdžiui, turi keletą sunkiojo vandens reaktorius, kurios gamina tričio.

plaukiojantieji galia

Sukūrė branduolinių reaktorių, gali teikti elektros ir garo šildymo ištrinti atskirus plotus. Rusijoje, pavyzdžiui, mes nustatėme, kad mažos galios sistemų naudojimas, specialiai sukurta siekiant patenkinti Arkties gyvenviečių. Kinijoje, 10 megavatų augalų HTR-10 reikmenys šilumos ir elektros energijos mokslinių tyrimų institutas, kurioje jis yra. Plėtros automatiškai kontroliuojamų su panašiomis galimybėmis mažų reaktorių atliekami Švedijoje ir Kanadoje. Tarp 1960 ir 1972 metais, JAV armijos naudoti kompaktiški vandens reaktorius atlikti nuotolinius bazes Grenlandijos ir Antarktidos. Jie buvo pakeisti kuro naftos elektrinių.

tirti kosmosą

Be to, reaktoriai buvo skirta jėgos ir judėjimo erdvėje. Per laikotarpį nuo 1967 iki 1988, Sovietų Sąjunga įkurta mažų branduolinių įrenginių ant "Kosmos" palydovų tiekti įrangą ir telemetrijos, bet ši politika tapo taikiniu kritikos. Bent vienas iš šių palydovų įvesta Žemės atmosferą, sukelia radioaktyviosios taršos atokiose vietovėse Kanadoje. Jungtinės Valstijos pradėjo tik vieną palydovą su branduoliniame reaktoriuje 1965. Tačiau projektai, jų naudojimo kosmose misijų, pilotuojamą tyrimų kitose planetose arba nuolatinės Mėnulio bazės toliau plėtojama. Tai tikrai bus dujos aušinamas arba skysto metalo branduolinis reaktorius, fizinės principai kurios teikia didžiausią įmanomą temperatūrą reikia sumažinti radiatoriaus dydį. Be to, reaktorius erdvė įrangos, kad būtų kompaktiškas, kaip galima sumažinti naudojamos medžiagos apsauginio dėklo dydį, ir sumažinti svorį pradėti ir kosminio skrydžio metu. Kuro bako talpa užtikrins veikimą reaktoriaus už kosminio skrydžio trukmės.