Kärnreaktor: verksamma principer, och enheten kretsen

Konstruktion och drift av en kärnreaktor baserat på initieringen och kontroll självunderhållande kärnreaktion. Det används som ett forskningsverktyg för produktion av radioaktiva isotoper och som energikälla för kärnkraftverk.

Kärnreaktor: funktionsprincipen (kort)

Används häri klyvningsprocessen i vilken en tung kärna delas i två mindre fragment. Dessa fragment är i ett mycket exciterat tillstånd och avger neutroner och andra subatomära partiklar och fotoner. Neutroner kan orsaka nya divisioner som ett resultat av vilka de släpps ut ännu mer, och så vidare. Denna kontinuerliga självbärande antal sönderfall kallade kedjereaktion. Samtidigt, som är en stor mängd energi produktionen syftet med användningen av kärnkraft.

Principen för drift av en kärnreaktor och ett kärnkraftverk är sådan att 85% av den kolonier delnings energin frigörs inom en mycket kort tid efter starten av reaktionen. Den återstående delen är producerad av det radioaktiva sönderfallet av klyvningsprodukter, efter att de förkastade neutroner. Radioaktivt sönderfall är den process i vilken atomen når ett stationärt tillstånd. Han fortsatte och efter division.

Atombomben kedjereaktion ökar i intensitet, tills det mesta av materialet kommer att delas. Detta händer mycket snabbt, producerar en extremt kraftfull explosioner karakteristiska för sådana bomber. Mekanism och drift av en kärnreaktor som bygger på principen att bibehålla kedjereaktion på en reglerad nästan konstant nivå. Den är utformad så att explodera som atombomben kan inte.

Chain Reaction och kritik

Fysik fissionsreaktor bestäms att en kedjereaktion sannolikhet efter kärnklyvning neutronemission. Om de senaste befolkningen minskar kommer graden av division i slutändan falla till noll. I detta fall reaktorn kommer att vara i ett underkritiskt tillstånd. Om neutron befolkningen hålls på en konstant nivå, kommer klyvningstakten förbli stabil. Reaktorn kommer att vara i ett kritiskt tillstånd. Och slutligen, om tiden neutron befolkningen växer, dela hastigheten och kraften kommer att öka. kärntillståndet blir överkritisk.

Principen för driften av en kärnreaktor nästa. Innan neutron befolkningen är nära noll. Då, operatörer avlägsna styrstavarna från kärnan, ökar delnings kärnor som temporärt omvandlar reaktorn i ett superkritiskt tillstånd. Efter att ha nått den nominella effekten operatörerna delvis tillbaka styrstavar, justering av mängden neutroner. Därefter reaktorn hålls i ett kritiskt tillstånd. När det är nödvändigt att stoppa, infogar operatören stänger helt. Detta undertrycker divisionen och sätter kärnan i kritiskt tillstånd.

typer av reaktorer

De flesta av de befintliga energin genererar värme som krävs för att driva turbiner, som driver generatorer av el vid kärnkraftsanläggningar i världen. Det finns också många forskningsreaktorer, och vissa länder har ubåtar eller ytfartyg, drivs av energin i atomen.

kraftverk

Det finns flera arter av denna typ av reaktor, men allmänt antagits utformning av lättvatten. I sin tur kan det användas i trycksatt vatten eller kokande vatten. I det första fallet högtrycksvätskan uppvärms av värmen från kärnan och går in i ånggeneratorn. Där, är värmen från den primära till den sekundära kretsen passerat, vilken vidare innefattar vatten. Den genererade ångan tjänar slutligen som arbetsfluid i ångturbincykeln.

Reaktorn är en kokande typ fungerar på principen om direkt energicykeln. Vatten som passerar genom kärnan, bringas till en koka över medeltrycknivå. Mättad ånga passerar genom en serie av separatorer och torkar är anordnade i reaktorkärlet, vilket resulterar i dess sverhperegretoe tillstånd. Överhettad ånga används sedan som arbetsfluid, den roterande turbinen.

Hög temperatur gaskyld

gaskyld reaktor (HTGR) hög temperatur - en kärnreaktor, är funktionsprincipen baserad på användningen av grafit som bränsle blandning av bränsle och mikrosfärer. Det finns två konkurrerande utföranden:

• German "Loose-fill" system, vilket använder en sfärisk bränsleelement 60 mm i diameter, bestående av en blandning av bränsle och grafit i en grafitskal;
• den amerikanska versionen av en grafit hexagonala prismor som spärr för att skapa kärnan.

I båda fallen, kylfluiden utgörs av helium under ett tryck av ca 100 atmosfärer. Det tyska systemet helium passerar genom spalterna i skiktet av sfäriska bränsleelement, och i US - genom öppningar i grafit prismor anordnade utmed den centrala axeln hos reaktorhärden. Båda alternativen kan arbeta vid mycket höga temperaturer, eftersom grafiten har en extremt hög sublimeringstemperatur, och kemiskt inert helium helt. Varm helium kan användas direkt som en arbetsfluid i en gasturbin vid en hög temperatur eller värme kan utnyttjas för generering av ångcykel vatten.

Flytande metall kärnreaktor: krets och arbetssätt

Snabba reaktorer med natrium kylvätska har fått stor uppmärksamhet i 1960-1970-talet. Sedan verkade det som om deras förmåga att reproducera kärnbränsle inom en snar framtid krävs för att producera bränsle för en snabbt växande kärnkraftsindustrin. När det stod klart att denna förväntan är orealistiskt, entusiasm avtog på 1980-talet. Men i USA, Ryssland, Frankrike, Storbritannien, Japan och Tyskland byggt en serie av reaktorer av denna typ. De flesta av dem arbetar på urandioxid eller en blandning av plutoniumdioxid. I USA var dock den största framgångarna med metall bränsle.

CANDU

Kanada har fokuserat sina ansträngningar på reaktorerna, som använder naturligt uran. Detta eliminerar behovet av dess anrikning att använda tjänster från andra länder. Resultatet av denna policy var reaktor deuterium-uran (CANDU). Styra och kyla det producerade tungt vatten. Konstruktion och drift av en kärnreaktor är att använda en tank med kall D ₂ O vid atmosfärstryck. Aktivt område genomsyrade rör av zirkoniumlegering bränsle av naturligt uran, genom vilken cirkulerar kylning dess tungt vatten. El produceras genom att dividera värmeöverföring i tungt vatten kylmedel, som cirkuleras genom ånggeneratorn. Ångan i den sekundära slingan passerar sedan genom en konventionell turbincykel.

forskningsanläggningar

För forskning kärnreaktor är oftast används, vars princip består i användningen av vattenkylning plåt- och uranbränsleelement i form aggregaten. Kan arbeta i ett brett spektrum av effektnivåer från några hundra kilowatt till megawatt. Eftersom kraftgenerering inte är det primära målet för forskningsreaktorer, kännetecknas de av termisk energi som genereras, och densiteten av de centrala nominella energi neutroner. Det är dessa parametrar kommer att bidra till att kvantifiera förmågan hos en forskningsreaktor för att utföra särskilda undersökningar. Låg effekt system tenderar att arbeta vid universitet och används för utbildning och hög effekt behövs forskningslaboratorier för att testa material och egenskaper, samt för allmän forskning.

Den vanligaste forskning kärnreaktor, vars struktur och funktion är som följer. Dess aktiva Området ligger i botten av stora djup pool med vatten. Detta underlättar observation och kanalallokering genom vilken neutronstrålar kan riktas. Vid låga effektnivåer finns det inget behov att pumpa kylmediet, för att upprätthålla ett säkert driftstillstånd hos naturlig konvektion av kylmedel säkerställer tillräcklig värmeavledning. Värmeväxlaren är vanligen belägen på ytan eller i den övre delen av poolen där det heta vattnet ackumuleras.

installation fartyg

Original och primär användning av kärnreaktorer är deras användning i ubåtar. Deras främsta fördel är att, i motsats till fossila bränsleförbränningssystem för generering av elektricitet de inte kräver luft. Följaktligen kan atomubåt förbli nedsänkt under en lång tid, och konventionella dieselelektrisk ubåten måste med jämna stiga till ytan, för att köra sina luftmotorer. Kärnkraften ger en strategisk fördel marinens fartyg. Tack vare henne, finns det ingen anledning att tanka i utländska hamnar eller lätt sårbara tankfartyg.

Principen för drift av en kärnreaktor på en ubåt klassificeras. Emellertid, är det känt att i USA den använder höggradigt anrikat uran, och retardationen och kylning är lättvatten. Utformningen av den första reaktorn atomubåten USS Nautilus var starkt influerad av mäktiga forskningsanläggningar. Dess unika egenskap är den mycket höga reaktivitet marginal, vilket ger en längre drift utan tankning och förmågan att starta efter stopp. Kraftverk i ubåtar måste vara mycket tyst, för att undvika upptäckt. För att möta de särskilda behoven hos olika klasser av ubåtar olika modeller av kraftverk har fastställts.

US Navy på hangarfartyg används kärnreaktor, vars princip tros vara lånat från de största ubåtar. Uppgifter om deras konstruktion och har inte publicerats.

Förutom USA, atomubåtar är i Storbritannien, Frankrike, Ryssland, Kina och Indien. I varje fall var utformningen inte avslöjas, men man tror att de är alla väldigt lika - det är en konsekvens av samma krav på sina tekniska egenskaper. Ryssland har också en liten flotta av kärn isbrytare, som upprättade samma reaktor som i sovjetiska ubåtar.

industrianläggningar

För produktionsändamål av vapenkvalitet plutonium-239 använder en kärnreaktor, vars princip består i hög produktivitet med låg energinivå. Detta beror på det faktum att långvarig vistelse av plutonium i kärnan leder till ansamling av oönskade ²⁴⁰ Pu.

produktion av tritium

För närvarande är den huvudsakliga material som kan erhållas genom sådana system tritium ⁽³ H eller T) - avgiften för vätebomber. Plutonium-239 har en lång halveringstid på 24.100 år, så ett land med kärnvapen som använder detta element, som regel, har det mer än nödvändigt. I motsats till ²³⁹ Pu, är halveringstiden för tritium ca 12 år. Således, för att upprätthålla den nödvändiga inventering, denna radioaktiv isotop av väte måste utföras kontinuerligt. I USA, Savannah River (South Carolina), till exempel, har flera tunga vattenreaktorer, som producerar tritium.

flytkraft

Skapad av kärnreaktorer, som kan tillhandahålla elektricitet och ånga värme utgår isolerade områden. I Ryssland, till exempel, fann vi att använda små kraftsystem, speciellt utformad för att tillgodose de arktiska bosättningar. I Kina, de 10 megawatt växt HTR-10 levererar värme och Electric Power Research Institute, där den är belägen. Utveckling av små reaktorer automatiskt styrda med liknande funktioner genomförs i Sverige och Kanada. Mellan 1960 och 1972, används den amerikanska armén kompakta vattenreaktorer för att ge avlägsna baser i Grönland och Antarktis. De ersattes av bränsleoljekraftverk.

rymdutforskning

Dessutom har reaktorerna konstruerade för kraft och rörelse i rymden. Under perioden 1967-1988, etablerade Sovjetunionen en liten kärntekniska anläggningar på "Kosmos" satelliter för att leverera utrustning och telemetri, men denna politik har blivit ett mål för kritik. Åtminstone en av dessa satelliter in i jordens atmosfär, vilket radioaktiv kontaminering avlägsna delar av Kanada. USA lanserade endast en satellit med en kärnreaktor 1965. Men projekten på deras användning i djupa rymdfärder, bemannade forsknings andra planeter eller på en permanent månbas fortsätta att utvecklas. Detta är säker på att vara en gaskyld eller flytande metall kärnreaktor, de fysikaliska principer som ger den högsta möjliga temperatur som är nödvändig för att minimera storleken av radiatorn. Dessutom, för att reaktorutrymmet för utrustningen vara så kompakt som möjligt för att minimera den mängd material som används för skärmning, och för att minska i vikt under lansering och rymdfärder. Bränsletank kommer att säkerställa drift av reaktorn under hela rymdflygning.