Esimese tuumareaktori loomine. Tuumaelektrijaam: kuidas see töötab

Tuumaenergia tootmine on kaasaegne ja kiiresti arenev elektrienergia tootmise meetod. Kas tead, kuidas tuumaelektrijaamad töötavad? Mis on tuumajaama tööpõhimõte? Mis tüüpi tuumareaktorid on tänapäeval olemas? Püüame üksikasjalikult läbi mõelda tuumaelektrijaama tööskeemi, süveneda tuumareaktori struktuuri ja teada saada, kui ohutu on elektrienergia tootmise tuumameetod.

Iga jaam on suletud ala, mis on elamurajoonist kaugel. Selle territooriumil on mitu hoonet. Tähtsaim ehitis on reaktorihoone, selle kõrval on turbiiniruum, millest juhitakse reaktorit, ja ohutushoone.

Skeem on võimatu ilma tuumareaktorita. Aatomi (tuuma)reaktor on tuumaelektrijaama seade, mis on ette nähtud neutronite lõhustumise ahelreaktsiooni korraldamiseks koos kohustusliku energia vabanemisega selle protsessi käigus. Mis on aga tuumajaama tööpõhimõte?

Kogu reaktorijaam asub reaktorihoones, suures betoontornis, mis varjab reaktorit ja sisaldab õnnetuse korral kõiki tooteid tuumareaktsioon. Seda suurt torni nimetatakse isolatsiooniks, hermeetiliseks kestaks või isolatsioonitsooniks.

Uute reaktorite hermeetilisel tsoonil on 2 paksu betoonseina - kestad.
Väliskest, paksusega 80 cm, kaitseb isolatsioonitsooni välismõjude eest.

1 meeter 20 cm paksusel sisekestal on spetsiaalsed terastrossid, mis suurendavad betooni tugevust ligi kolm korda ja takistavad konstruktsiooni murenemist. Seestpoolt on see vooderdatud õhukese eriterasest lehega, mis on mõeldud isolatsiooni täiendavaks kaitseks ja õnnetuse korral mitte reaktori sisu eraldamiseks isolatsioonitsoonist väljapoole.

Selline tuumaelektrijaama konstruktsioon võimaldab taluda kuni 200 tonni kaaluvat lennuõnnetust, maavärinat magnituudiga 8, tornaadot ja tsunamit.

Esimene suletud kest ehitati Ameerika Connecticuti Yankee tuumajaamas 1968. aastal.

Piirdetsooni kogukõrgus on 50-60 meetrit.

Millest tuumareaktor koosneb?

Tuumareaktori tööpõhimõtte ja seega ka tuumaelektrijaama tööpõhimõtte mõistmiseks peate mõistma reaktori komponente.

Aktiivne tsoon. See on piirkond, kuhu paigutatakse tuumkütus (kütusegeneraator) ja moderaator. Kütuseaatomid (enamasti on kütus uraan) läbivad ahellõhustumisreaktsiooni. Moderaator on mõeldud lõhustumisprotsessi juhtimiseks ja võimaldab vajalikku reaktsiooni kiiruse ja tugevuse osas.
Neutronide reflektor. Südamikku ümbritseb helkur. See koosneb samast materjalist, mis moderaator. Sisuliselt on tegu kastiga, mille põhieesmärk on takistada neutronite tuumast väljumist ja keskkonda sattumist.
Jahutusvedelik. Jahutusvedelik peab absorbeerima kütuseaatomite lõhustumisel vabanevat soojust ja kandma selle üle teistele ainetele. Jahutusvedelik määrab suuresti tuumajaama projekteerimise. Tänapäeval on kõige populaarsem jahutusvedelik vesi.
Reaktori juhtimissüsteem. Andurid ja mehhanismid, mis toidavad tuumaelektrijaama reaktorit.

Kütus tuumaelektrijaamadele

Millega tuumaelektrijaam töötab? Tuumaelektrijaamade kütus on keemilised elemendid, millel on radioaktiivsed omadused. Kõigis tuumaelektrijaamades on see element uraan.

Jaamade konstruktsioon eeldab, et tuumaelektrijaamad töötavad keerulisel komposiitkütusel, mitte puhtal kütusel keemiline element. Ja tuumareaktorisse laaditavast looduslikust uraanist uraanikütuse eraldamiseks on vaja läbi viia palju manipuleerimisi.

Rikastatud uraan

Uraan koosneb kahest isotoobist, see tähendab, et see sisaldab erineva massiga tuumasid. Neid nimetati prootonite ja neutronite arvu järgi isotoobiks -235 ja isotoobiks-238. 20. sajandi teadlased hakkasid maagist ekstraheerima uraani 235, kuna... seda oli lihtsam lagundada ja teisendada. Selgus, et sellist uraani on looduses vaid 0,7% (ülejäänud protsent läheb 238. isotoobile).

Mida sel juhul teha? Nad otsustasid uraani rikastada. Uraani rikastamine on protsess, mille käigus jääb sellesse palju vajalikke 235x isotoope ja vähe tarbetuid 238x isotoope. Uraanirikastajate ülesanne on muuta 0,7% peaaegu 100% uraan-235-ks.

Uraani saab rikastada kahe tehnoloogia abil: gaasi difusioon või gaasitsentrifuug. Nende kasutamiseks muudetakse maagist eraldatud uraan gaasiliseks. See on rikastatud gaasi kujul.

Uraani pulber

Rikastatud uraangaas muudetakse tahkeks olekuks – uraandioksiidiks. See puhas tahke uraan 235 paistab suurte valgete kristallidena, mis hiljem purustatakse uraanipulbriks.

Uraani tabletid

Uraanitabletid on paari sentimeetri pikkused tahked metallkettad. Selliste tablettide moodustamiseks uraanipulbrist segatakse see ainega - plastifikaatoriga; see parandab tablettide pressimise kvaliteeti.

Pressitud litreid küpsetatakse temperatuuril 1200 kraadi Celsiuse järgi üle ööpäeva, et anda tablettidele eriline tugevus ja vastupidavus kõrgetele temperatuuridele. Tuumaelektrijaama tööpõhimõte sõltub otseselt uraanikütuse kokkusurumisest ja küpsetamisest.

Tablette küpsetatakse molübdeenkarpides, sest ainult see metall ei ole võimeline sulama üle pooleteise tuhande kraadise "põrguliku" temperatuuri juures. Pärast seda loetakse tuumaelektrijaamade uraanikütus valmis.

Mis on TVEL ja FA?

Reaktori südamik näeb välja nagu tohutu ketas või toru, mille seintes on augud (olenevalt reaktori tüübist), mis on 5 korda suurem kui inimkeha. Need augud sisaldavad uraanikütust, mille aatomid viivad läbi soovitud reaktsiooni.

Reaktorisse on võimatu lihtsalt kütust visata, kui just ei taheta põhjustada kogu jaama plahvatust ja õnnetust, mille tagajärjed on paaris lähedalasuvas osariigis. Seetõttu asetatakse uraanikütus kütusevarrastesse ja kogutakse seejärel kütusesõlmedesse. Mida need lühendid tähendavad?

TVEL – kütuseelement (mitte segi ajada sama nimega Vene firma, mis neid toodab). See on sisuliselt õhuke ja pikk tsirkooniumisulamitest valmistatud tsirkooniumtoru, millesse asetatakse uraanitabletid. Just kütusevarrastes hakkavad uraani aatomid omavahel suhtlema, vabastades reaktsiooni käigus soojust.

Tsirkoonium valiti kütusevarraste valmistamise materjaliks selle tulekindluse ja korrosioonivastaste omaduste tõttu.

Kütusevardade tüüp sõltub reaktori tüübist ja struktuurist. Kütusevarraste struktuur ja otstarve reeglina ei muutu, toru pikkus ja laius võivad olla erinevad.

Masin laadib ühte tsirkooniumtorusse üle 200 uraanigraanuli. Kokku töötab reaktoris korraga umbes 10 miljonit uraanigraanulit.
FA – kütuseagregaat. TUJ töötajad nimetavad kütusesõlmesid kimpudeks.

Põhimõtteliselt on tegemist mitme kütusevardaga, mis on omavahel kinnitatud. FA on valmis tuumakütus, millega tuumajaam töötab. Tuumareaktorisse laaditakse kütusekomplektid. Ühte reaktorisse on paigutatud umbes 150–400 kütusekomplekti.
Olenevalt reaktorist, milles kütusekomplektid töötavad, võivad need olla erinevad kujud. Mõnikord volditakse kimbud kuubikujuliseks, mõnikord silindriliseks, mõnikord kuusnurkseks.

Üks kütusesõlm 4 tööaasta jooksul toodab sama palju energiat kui põletades 670 vaguni kivisütt, 730 paaki koos maagaas või 900 õliga täidetud paaki.
Tänapäeval toodetakse kütusekomplekte peamiselt Venemaa, Prantsusmaa, USA ja Jaapani tehastes.

Tuumaelektrijaamade kütuse tarnimiseks teistesse riikidesse suletakse kütusesõlmed pikkadesse ja laiadesse metalltorudesse, torudest pumbatakse õhk välja ja spetsiaalsed masinad tarnitud kaubalennukite pardale.

Tuumaelektrijaamade tuumakütus kaalub meeletult palju, sest... uraan on üks raskemaid metalle planeedil. Tema erikaal 2,5 korda rohkem kui teras.

Tuumaelektrijaam: tööpõhimõte

Mis on tuumajaama tööpõhimõte? Tuumaelektrijaamade tööpõhimõte põhineb radioaktiivse aine - uraani - aatomite lõhustumise ahelreaktsioonil. See reaktsioon toimub tuumareaktori südamikus.

ON TÄHTIS TEADA:

Tuumafüüsika keerukustesse laskumata näeb tuumajaama tööpõhimõte välja järgmine:
Pärast tuumareaktori käivitamist eemaldatakse kütusevarrastelt absorbervardad, mis takistavad uraani reageerimist.

Kui vardad on eemaldatud, hakkavad uraani neutronid üksteisega suhtlema.

Kui neutronid põrkuvad, toimub aatomitasandil miniplahvatus, vabaneb energia ja sünnivad uued neutronid, asjad hakkavad juhtuma ahelreaktsioon. See protsess tekitab soojust.

Soojus kantakse üle jahutusvedelikule. Sõltuvalt jahutusvedeliku tüübist muutub see auruks või gaasiks, mis pöörab turbiini.

Turbiin käitab elektrigeneraatorit. See on see, kes tegelikult genereerib elektrivoolu.

Kui te protsessi ei jälgi, võivad uraani neutronid omavahel kokku põrgata, kuni plahvatavad reaktori ja purustavad kogu tuumajaama puruks. Protsessi juhivad arvutiandurid. Need tuvastavad temperatuuri tõusu või rõhu muutuse reaktoris ja võivad reaktsioonid automaatselt peatada.

Mille poolest erineb tuumaelektrijaamade tööpõhimõte soojuselektrijaamadest (soojuselektrijaamadest)?

Töös on erinevusi ainult esimestel etappidel. Tuumaelektrijaamas saab jahutusvedelik soojust uraanikütuse aatomite lõhustumisel, soojuselektrijaamas saab jahutusvedelik orgaanilise kütuse (kivisüsi, gaas või õli) põlemisel tekkivat soojust. Pärast seda, kui uraani aatomid või gaas ja kivisüsi on soojust eraldanud, on tuumaelektrijaamade ja soojuselektrijaamade tööskeemid samad.

Tuumareaktorite tüübid

See, kuidas tuumaelektrijaam töötab, sõltub täpselt sellest, kuidas selle tuumareaktor töötab. Tänapäeval on kaks peamist tüüpi reaktoreid, mis klassifitseeritakse neuronite spektri järgi:
Aeglane neutronreaktor, mida nimetatakse ka termiliseks reaktoriks.

Selle tööks kasutatakse uraan 235, mis läbib rikastamise, uraanigraanulite valmistamise jne etapid. Tänapäeval kasutab valdav enamus reaktoreid aeglaseid neutroneid.
Kiire neutronreaktor.

Need reaktorid on tulevik, sest... Nad töötavad uraan-238 peal, mis on oma olemuselt kümmekond peenraha ja seda elementi pole vaja rikastada. Selliste reaktorite ainsaks miinuseks on projekteerimise, ehitamise ja käivitamise väga suured kulud. Tänapäeval töötavad kiirneutronreaktorid ainult Venemaal.

Kiirete neutronreaktorite jahutusvedelik on elavhõbe, gaas, naatrium või plii.

Ka aeglaseid neutronreaktoreid, mida tänapäeval kasutavad kõik maailma tuumajaamad, on mitut tüüpi.

Organisatsioon IAEA (rahvusvaheline agentuur tuumaenergia) on loonud oma klassifikatsiooni, mida kasutatakse kõige sagedamini maailma tuumaenergiatööstuses. Kuna tuumajaama tööpõhimõte sõltub suuresti jahutusvedeliku ja aeglusti valikust, siis nendest erinevustest lähtus ka IAEA klassifitseerimisel.

Keemilisest seisukohast on deuteeriumoksiid ideaalne moderaator ja jahutusvedelik, sest selle aatomid interakteeruvad teiste ainetega võrreldes kõige tõhusamalt uraani neutronitega. Lihtsamalt öeldes täidab raske vesi oma ülesannet minimaalsete kadude ja maksimaalsete tulemustega. Selle tootmine maksab aga raha, samas kui tavalist “kerget” ja tuttavat vett on palju lihtsam kasutada.

Mõned faktid tuumareaktorite kohta...

Huvitav, et ühe tuumajaama reaktori ehitamine võtab aega vähemalt 3 aastat!
Reaktori ehitamiseks on vaja seadmeid, mis töötavad 210 kiloamprise elektrivooluga, mis on miljon korda suurem voolust, mis võib inimese tappa.

Tuumareaktori üks kest (konstruktsioonielement) kaalub 150 tonni. Ühes reaktoris on 6 sellist elementi.

Survevee reaktor

Oleme juba selgeks saanud, kuidas tuumajaam üldiselt töötab, et kõike perspektiivi panna, vaatame, kuidas töötab kõige populaarsem survevee tuumareaktor.
Tänapäeval kasutatakse kogu maailmas 3+ põlvkonna surveveereaktoreid. Neid peetakse kõige usaldusväärsemaks ja ohutumaks.

Kõik maailma surveveereaktorid on kõigi oma tööaastate jooksul kogunud juba üle 1000 aasta tõrgeteta tööd ja pole kunagi andnud tõsiseid kõrvalekaldeid.

Surveveereaktoreid kasutavate tuumaelektrijaamade struktuur eeldab, et kütusevarraste vahel ringleb 320 kraadini kuumutatud destilleeritud vesi. Vältimaks selle aurustumist, hoitakse seda 160 atmosfääri rõhu all. Tuumaelektrijaama diagrammil nimetatakse seda primaarahela veeks.

Kuumutatud vesi siseneb aurugeneraatorisse ja loovutab oma soojuse sekundaarringi veele, misjärel “naaseb” uuesti reaktorisse. Väliselt tundub, et esimese ahela veetorud on kontaktis teiste torudega - teise ahela veega, need annavad soojust üksteisele, kuid veed ei puutu kokku. Torud puutuvad kokku.

Seega on välistatud kiirguse sattumine sekundaarahela vette, mis osaleb edaspidi elektrienergia tootmise protsessis.

TUJ tööohutus

Olles õppinud tuumaelektrijaamade tööpõhimõtteid, peame mõistma, kuidas ohutus toimib. Tuumaelektrijaamade ehitamine nõuab tänapäeval suuremat tähelepanu ohutusreeglitele.
Tuumaelektrijaama ohutuskulud moodustavad ligikaudu 40% jaama enda kogumaksumusest.

Tuumaelektrijaama ahel sisaldab 4 füüsilist barjääri, mis takistavad väljumist radioaktiivsed ained. Mida need tõkked tegema peaksid? Õigel hetkel osata peatada tuumareaktsioon, tagada pidev soojuse eemaldamine südamikust ja reaktorist endast ning vältida radionukliidide eraldumist isolatsioonist (hermeetilisest tsoonist) kaugemale.

Esimene barjäär on uraanigraanulite tugevus. On oluline, et need ei häviks tuumareaktoris kõrgete temperatuuride toimel. Suur osa tuumaelektrijaama toimimisest sõltub sellest, kuidas uraanigraanuleid "küpsetatakse" tootmise algfaasis. Kui uraani kütusegraanuleid ei küpsetata õigesti, on uraani aatomite reaktsioonid reaktoris ettearvamatud.
Teine takistus on kütusevarraste tihedus. Tsirkooniumtorud peavad olema tihedalt suletud, kui tihend on katki, siis parimal juhul saab reaktor kahjustada ja töö seiskub, halvimal juhul lendab kõik õhku.
Kolmas barjäär on vastupidav terasest reaktorianum a, (sama suur torn - hermeetiline tsoon), mis "hoiab" kõiki radioaktiivseid protsesse. Kui korpus on kahjustatud, pääseb kiirgus atmosfääri.
Neljandaks tõkkeks on hädakaitsevardad. Moderaatoritega vardad riputatakse südamiku kohale magnetite abil, mis suudavad 2 sekundiga neelata kõik neutronid ja peatada ahelreaktsiooni.

Kui vaatamata paljude kaitseastmetega tuumajaama projekteerimisele ei ole võimalik reaktori südamikku õigel ajal jahutada ning kütuse temperatuur tõuseb 2600 kraadini, siis tuleb mängu ohutussüsteemi viimane lootus. - nn sulamislõks.

Fakt on see, et sellel temperatuuril reaktorianuma põhi sulab ning kõik tuumakütuse ja sulastruktuuride jäänused voolavad reaktori südamiku kohal rippuvasse spetsiaalsesse "klaasi".

Sulamispüüdur on jahutatud ja tulekindel. See on täidetud nn ohvrimaterjaliga, mis peatab järk-järgult lõhustumise ahelreaktsiooni.

Seega hõlmab tuumaelektrijaama konstruktsioon mitut kaitseastet, mis välistab peaaegu täielikult igasuguse õnnetuse võimaluse.

: ... üsna banaalne, kuid sellegipoolest pole ma siiani leidnud seeditavat teavet - kuidas tuumareaktor tööle HAKKAB. Kõik tööpõhimõtte ja ülesehituse kohta on juba üle 300 korra läbi näritud ja selge, aga siin on, kuidas kütust saadakse ning millest ja miks see enne reaktoris viibimist nii ohtlik ei ole ja miks see enne kütust ei reageeri reaktorisse kastetud! - soojeneb ju ainult seest, sellegipoolest on enne laadimist kütus külm ja kõik korras, seega pole päris selge, mis elementide kuumenemist põhjustab, kuidas need mõjuvad jne, soovitavalt mitte teaduslikult).

Muidugi on raske sellist teemat mitteteaduslikult kujundada, aga ma proovin. Mõelgem kõigepealt välja, mis need kütusevardad on.

Tuumakütus on must tablett läbimõõduga umbes 1 cm ja kõrgusega umbes 1,5 cm. Need sisaldavad 2% uraandioksiidi 235 ja 98% uraani 238, 236, 239. Kõikidel juhtudel mis tahes koguses tuumkütust tuumaplahvatus ei saa areneda, sest tuumaplahvatusele iseloomuliku laviinitaolise kiire lõhustumisreaktsiooni jaoks on vajalik uraan 235 kontsentratsioon üle 60%.

Kakssada tuumakütuse pelletit laaditakse tsirkooniummetallist torusse. Selle toru pikkus on 3,5 m. läbimõõt 1,35 cm Seda toru nimetatakse kütuseelemendiks - kütuseelemendiks. 36 kütusevarrast on kokku pandud kassetiks (teine nimi on “koost”).

RBMK reaktori kütuseelemendi konstruktsioon: 1 - pistik; 2 - uraandioksiidi tabletid; 3 - tsirkooniumkest; 4 - vedru; 5 - puks; 6 - ots.

Aine muundumisega kaasneb vaba energia vabanemine ainult siis, kui ainel on energiavaru. Viimane tähendab, et aine mikroosakesed on olekus, mille puhkeenergia on suurem kui mõnes teises võimalikus olekus, kuhu üleminek on olemas. Spontaanset üleminekut takistab alati energiabarjäär, mille ületamiseks peab mikroosake saama teatud koguse energiat väljast – ergastusenergiat. Eksoenergeetiline reaktsioon seisneb selles, et ergastusele järgnevas transformatsioonis vabaneb rohkem energiat, kui on vaja protsessi ergastamiseks. Energiabarjääri ületamiseks on kaks võimalust: kas põrkuvate osakeste kineetilise energia tõttu või liituva osakese sidumisenergia tõttu.

Kui pidada silmas energia vabanemise makroskoopilist skaalat, siis peab aine osakeste kõigil või esialgu vähemalt mõnel fraktsioonil olema reaktsioonide ergutamiseks vajalik kineetiline energia. See on saavutatav ainult keskkonna temperatuuri tõstmisega väärtuseni, mille juures on energia termiline liikumine läheneb protsessi kulgu piiravale energialävele. Molekulaarsete transformatsioonide korral, st keemilised reaktsioonid, on selline tõus tavaliselt sadu Kelvini kraadi, kuid tuumareaktsioonide korral on see vähemalt 107 K, mis tuleneb põrkuvate tuumade Coulombi barjääride väga kõrgest kõrgusest. Tuumareaktsioonide termiline ergastamine toimub praktikas ainult kõige kergemate tuumade sünteesi ajal, kus Coulombi tõkked on minimaalsed (termotuumasüntees).

Ergastamine osakeste ühendamise teel ei nõua suurt kineetilist energiat ja seetõttu ei sõltu see keskkonna temperatuurist, kuna see toimub osakeste külgetõmbejõududele omaste kasutamata sidemete tõttu. Kuid reaktsioonide ergutamiseks on osakesed ise vajalikud. Ja kui me jälle mõtleme mitte eraldiseisvat reaktsiooniakti, vaid energia tootmist makroskoopilisel skaalal, siis on see võimalik ainult siis, kui toimub ahelreaktsioon. Viimane tekib siis, kui reaktsiooni ergastavad osakesed ilmuvad uuesti eksoenergeetilise reaktsiooni produktidena.

Tuumareaktori juhtimiseks ja kaitsmiseks kasutatakse juhtvardaid, mida saab liigutada kogu südamiku kõrgusel. Vardad on valmistatud ainetest, mis neelavad tugevalt neutroneid – näiteks boor või kaadmium. Kui vardad sisestatakse sügavale, muutub ahelreaktsioon võimatuks, kuna neutronid neelduvad tugevalt ja eemaldatakse reaktsioonitsoonist.

Vardad liigutatakse juhtpaneelilt eemalt. Varraste kerge liigutamise korral ketiprotsess kas areneb või tuhmub. Sel viisil reguleeritakse reaktori võimsust.

Leningradi TEJ, RBMK reaktor

Reaktori töö algus:

Algsel ajahetkel pärast kütuse esmakordset laadimist reaktoris lõhustumisahelreaktsiooni ei toimu, reaktor on alakriitilises olekus. Jahutusvedeliku temperatuur on oluliselt madalam kui töötemperatuur.

Nagu me siin juba mainisime, peab ahelreaktsiooni alguseks lõhustuv materjal moodustama kriitilise massi - piisava koguse iseeneslikult lõhustuvat ainet piisavalt väikeses ruumis, tingimus, mille korral tuuma lõhustumisel vabanevate neutronite arv peab olema rohkem numbrit neeldunud neutronid. Seda saab teha suurendades uraan-235 sisaldust (laetud kütusevarraste kogust) või aeglustades neutronite kiirust, et need ei lendaks mööda uraan-235 tuumadest.

Reaktor käivitatakse mitmes etapis. Reaktiivsuse regulaatorite abil viiakse reaktor ülekriitilisse olekusse Kef>1 ja reaktori võimsus tõuseb tasemeni 1-2% nimiväärtusest. Selles etapis kuumutatakse reaktor jahutusvedeliku tööparameetriteni ja kuumutamiskiirus on piiratud. Kütteprotsessi ajal hoiavad juhtseadised võimsust konstantsel tasemel. Seejärel käivitatakse tsirkulatsioonipumbad ja soojuseemaldussüsteem. Pärast seda saab reaktori võimsust suurendada mis tahes tasemele vahemikus 2 kuni 100% nimivõimsusest.

Kui reaktor kuumeneb, muutub reaktsioonivõime tuumamaterjalide temperatuuri ja tiheduse muutuste tõttu. Mõnikord muutub kuumutamise ajal südamiku ja südamikust sisenevate või sealt väljuvate juhtelementide suhteline asend, mis põhjustab juhtelementide aktiivse liikumise puudumisel reaktsioonivõime efekti.

Reguleerimine tahkete, liikuvate absorbeerivate elementidega

Reaktiivsuse kiireks muutmiseks kasutatakse enamikul juhtudel tahkeid liigutatavaid absorbereid. RBMK reaktoris sisaldavad juhtvardad boorkarbiidist pukse, mis on suletud alumiiniumsulamist torusse läbimõõduga 50 või 70 mm. Iga juhtvarras asetatakse eraldi kanalisse ja seda jahutatakse juhtimis- ja kaitsesüsteemi (juhtimis- ja kaitsesüsteemi) vooluringist tuleva veega keskmine temperatuur 50 ° C. Vastavalt otstarbele jagunevad vardad AZ (hädakaitse) vardadeks, RBMK-s on selliseid vardaid 24. Automaatsed juhtvardad - 12 tk, lokaalsed automaatjuhtvardad - 12 tk, manuaalsed juhtvardad - 131 ja 32 lühendatud neeldumisvardad (USP). Kokku on 211 ritva. Veelgi enam, lühendatud vardad sisestatakse südamikusse alt, ülejäänud ülevalt.

Reaktor VVER 1000. 1 - juhtimissüsteemi ajam; 2 - reaktori kate; 3 - reaktori korpus; 4 - kaitsetorude plokk (BZT); 5 - võll; 6 - südamiku korpus; 7 - kütusesõlmed (FA) ja juhtvardad;

Põlevad absorbeerivad elemendid.

Ülemäärase reaktsioonivõime kompenseerimiseks pärast värske kütuse laadimist kasutatakse sageli põlevaid absorbereid. Mille tööpõhimõte seisneb selles, et need, nagu kütus, lakkavad pärast neutroni hõivamist hiljem neutroneid neelamast (põlevad läbi). Veelgi enam, neeldurite tuumade neutronite neeldumise tulemusena vähenemise kiirus on väiksem või võrdne kütuse tuumade lõhustumise tulemusel saavutatava vähenemise kiirusega. Kui laadida reaktori südamikku aastaks töötama kavandatud kütusega, siis on ilmne, et lõhustuva kütuse tuumade arv töö alguses on suurem kui lõpus ja ülemäärane reaktiivsus tuleb kompenseerida absorberite paigutamisega. tuumas. Kui selleks otstarbeks kasutatakse juhtvardaid, peame neid kütusetuumade arvu vähenedes pidevalt liigutama. Põletavate absorberite kasutamine vähendab liikuvate varraste kasutamist. Tänapäeval lisatakse põlevaid absorbente sageli otse kütusegraanulitele nende valmistamise käigus.

Vedeliku reaktsioonivõime kontroll.

Sellist regulatsiooni kasutatakse eelkõige VVER-tüüpi reaktori töötamise ajal, jahutusvedelikku juhitakse boorhapet H3BO3, mis sisaldab 10B neutroneid neelavaid tuumasid. Boorhappe kontsentratsiooni muutmisega jahutusvedeliku teel muudame seeläbi südamiku reaktsioonivõimet. Reaktori töötamise algperioodil, kui kütusetuumasid on palju, on happe kontsentratsioon maksimaalne. Kütuse läbipõlemisel happe kontsentratsioon väheneb.

Ahelreaktsiooni mehhanism

Tuumareaktor saab antud võimsusel pikka aega töötada ainult siis, kui tal on töö alguses reaktiivsusreserv. Erandiks on välise termiliste neutronite allikaga alakriitilised reaktorid. Seotud reaktiivsuse vabanemine selle loomulikel põhjustel vähenedes tagab reaktori kriitilise seisundi säilimise igal tööhetkel. Esialgne reaktsioonivõime reserv luuakse südamiku ehitamisega, mille mõõtmed ületavad oluliselt kriitilisi. Vältimaks reaktori ülekriitiliseks muutumist, vähendatakse samal ajal kunstlikult paljunduskeskkonna k0. See saavutatakse neutroneid absorbeerivate ainete sisestamisega südamikku, mida saab seejärel südamikust eemaldada. Sarnaselt ahelreaktsiooni juhtelementidega on südamikus vastavate kanalite kaudu liikuvate ühe või teise ristlõikega varraste materjalis absorbendid. Kui aga reguleerimiseks piisab ühest või kahest või mitmest vardast, siis esialgse liigse reaktsioonivõime kompenseerimiseks võib varraste arv ulatuda sadadesse. Neid vardaid nimetatakse kompensatsioonivarrasteks. Juht- ja kompensatsioonivardad ei pruugi olla erinevaid elemente disaini järgi. Mitmed kompensatsioonivardad võivad olla juhtvardad, kuid mõlema funktsioonid on erinevad. Juhtvardad on loodud kriitilise oleku säilitamiseks igal ajal, reaktori peatamiseks ja käivitamiseks ning ühelt võimsustasemelt teisele üleminekuks. Kõik need toimingud nõuavad väikeseid muutusi reaktsioonivõimes. Tasandusvardad eemaldatakse järk-järgult reaktori südamikust, tagades kriitilise oleku kogu selle tööaja jooksul.

Mõnikord pole juhtvardad valmistatud mitte absorbeerivatest materjalidest, vaid lõhustuvast materjalist või hajuvast materjalist. Termoreaktorites on need peamiselt neutronite neelajad, tõhusaid kiireid neutroneid neelajaid pole. Absorberid, nagu kaadmium, hafnium ja teised, neelavad tugevalt ainult termilisi neutroneid, kuna esimene resonants on termilisele piirkonnale lähedal, ja väljaspool viimast ei erine nad oma neeldumisomaduste poolest teistest ainetest. Erandiks on boor, mille neutronite neeldumise ristlõige väheneb vastavalt l / v seadusele palju aeglasemalt kui näidatud ainetel. Seetõttu neelab boor kiireid neutroneid, kuigi nõrgalt, kuid mõnevõrra paremini kui teised ained. Kiirneutronreaktoris saab neelavaks materjaliks olla ainult boor, võimalusel rikastatud isotoobiga 10B. Kiirneutronreaktorites kasutatakse kontrollvarrasteks lisaks boorile ka lõhustuvaid materjale. Lõhustuvast materjalist kompensatsioonivarras täidab sama funktsiooni kui neutroneid absorbeeriv varras: see suurendab reaktori reaktsioonivõimet, samal ajal kui see loomulikult väheneb. Kuid erinevalt absorbeerijast asub selline varras reaktori töö alguses väljaspool südamikku ja sisestatakse seejärel südamikusse.

Kiirreaktorites kasutatavateks hajutimaterjalideks on nikkel, mille hajumise ristlõige on kiirete neutronite jaoks veidi suurem kui teiste ainete ristlõige. Hajutusvardad paiknevad piki südamiku perifeeriat ja nende sukeldumine vastavasse kanalisse põhjustab neutronite lekke vähenemist südamikust ja sellest tulenevalt reaktsioonivõime tõusu. Mõnel erijuhul täidavad ahelreaktsiooni juhtimise eesmärki neutronreflektorite liikuvad osad, mis liigutades muudavad neutronite lekkimist südamikust. Juht-, kompensatsiooni- ja avariivardad koos kõigi nende normaalset toimimist tagavate seadmetega moodustavad reaktori juhtimis- ja kaitsesüsteemi (CPS).

Hädakaitse:

Tuumareaktori hädakaitse on seadmete komplekt, mis on ette nähtud tuumaahelreaktsiooni kiireks peatamiseks reaktori südamikus.

Aktiivne avariikaitse rakendub automaatselt, kui tuumareaktori üks parameetritest saavutab väärtuse, mis võib viia õnnetuseni. Selliste parameetrite hulka võivad kuuluda: temperatuur, rõhk ja jahutusvedeliku vool, võimsuse suurenemise tase ja kiirus.

Hädakaitse täidesaatvad elemendid on enamasti vardad, millel on neutroneid hästi absorbeeriv aine (boor või kaadmium). Mõnikord süstitakse reaktori väljalülitamiseks jahutusvedeliku ahelasse vedelikuabsorber.

Lisaks aktiivne kaitse, palju kaasaegsed projektid sisaldab ka elemente passiivne kaitse. Näiteks, kaasaegsed võimalused VVER-i reaktorite hulka kuulub ECCS (Emergency Core Cooling System) - spetsiaalsed boorhappepaagid, mis asuvad reaktori kohal. Maksimaalse projekteerimisavarii korral (reaktori esimese jahutusringi purunemine) satub nende mahutite sisu gravitatsiooni mõjul reaktori südamikusse ja tuuma ahelreaktsioon kustub suures koguses boori sisaldava ainega. , mis neelab hästi neutroneid.

Vastavalt reeglitele tuumaohutus tuumaelektrijaamade reaktoripaigaldised”, peab vähemalt üks pakutavatest reaktori seiskamissüsteemidest täitma hädakaitse (EP) funktsiooni. Hädakaitsel peab olema vähemalt kaks sõltumatut tööelementide rühma. AZ signaali korral tuleb AZ tööosad aktiveerida mis tahes töö- või vaheasendist.

AZ-varustus peab koosnema vähemalt kahest sõltumatust komplektist.

Iga AZ-seadmete komplekt peab olema konstrueeritud nii, et kaitse oleks tagatud neutronvoo tiheduse muutuste vahemikus 7% kuni 120% nimiväärtusest:

1. Neutronivoo tiheduse järgi – mitte vähem kui kolm sõltumatut kanalit;
2. Vastavalt neutronite voo tiheduse suurenemise kiirusele - mitte vähem kui kolm sõltumatut kanalit.

Iga avariikaitseseadmete komplekt peab olema konstrueeritud nii, et kogu reaktorijaama (RP) projektis kehtestatud tehnoloogiliste parameetrite muutuste ulatuses tagaks avariikaitse iga tehnoloogilise parameetri jaoks vähemalt kolme sõltumatu kanali kaudu. mille jaoks kaitse on vajalik.

Iga komplekti juhtkäsud AZ täiturmehhanismide jaoks peavad olema edastatud vähemalt kahe kanali kaudu. Kui üks kanal ühes AZ-seadme komplektist võetakse tööst välja ilma seda komplekti välja lülitamata, tuleks selle kanali jaoks automaatselt häiresignaal genereerida.

Hädakaitse tuleb käivitada vähemalt järgmistel juhtudel:

1. Kui saavutate neutronvoo tiheduse seadistuse AZ.
2. Kui saavutate neutronvoo tiheduse suurenemise kiiruse seadistuse AZ.
3. Kui pinge kaob mis tahes avariikaitseseadmete komplektis ja CPS-i toitesiinides, mis ei ole tööst välja võetud.
4. Kahe kolmest neutronvoo tiheduse või neutronvoo suurenemise kiiruse kaitsekanali rikke korral mis tahes AZ-seadmete komplektis, mida ei ole kasutusest võetud.
5. Kui AZ seadistused on saavutatud tehnoloogiliste parameetritega, mille jaoks tuleb kaitset teostada.
6. AZ käivitamisel võtmega ploki juhtimispunktist (BCP) või reservjuhtimispunktist (RCP).

Ehk oskab keegi veel vähem teaduslikult lühidalt lahti seletada, kuidas tuumajaamaplokk tööle hakkab? :-)

Jäta meelde selline teema nagu Algne artikkel on veebisaidil InfoGlaz.rf Link artiklile, millest see koopia tehti -

Tuumareaktor, tööpõhimõte, tuumareaktori töö.

Iga päev kasutame elektrit ega mõtle sellele, kuidas seda toodetakse ja kuidas see meieni jõudis. Sellest hoolimata on see üks enim olulised osad kaasaegne tsivilisatsioon. Ilma elektrita poleks midagi – ei valgust, soojust ega liikumist.

Kõik teavad, et elektrit toodetakse elektrijaamades, sealhulgas tuumajaamades. Iga tuumajaama süda on tuumareaktor. Seda me selles artiklis vaatleme.

Tuumareaktor, seade, milles soojuse vabanemisega toimub kontrollitud tuuma ahelreaktsioon. Neid seadmeid kasutatakse peamiselt elektri tootmiseks ja ajamina suured laevad. Tuumareaktorite võimsuse ja efektiivsuse ettekujutamiseks võime tuua näite. Kui keskmine tuumareaktor vajab 30 kilogrammi uraani, siis keskmine soojuselektrijaam vajab 60 vagunit sütt või 40 paaki kütteõli.

Prototüüp tuumareaktor ehitati 1942. aasta detsembris USA-s E. Fermi juhtimisel. See oli niinimetatud "Chicago stack". Chicago Pile (hiljem sõna“Vain” on koos muude tähendustega hakanud tähendama tuumareaktorit). See sai selle nime, kuna see meenutas suurt virna grafiitplokke, mis olid asetatud üksteise peale.

Plokkide vahele asetati looduslikust uraanist ja selle dioksiidist valmistatud sfäärilised "töövedelikud".

NSV Liidus ehitati esimene reaktor akadeemik I. V. Kurtšatovi juhtimisel. Reaktor F-1 töötas 25. detsembril 1946. Reaktor oli sfäärilise kujuga ja selle läbimõõt oli umbes 7,5 meetrit. Sellel ei olnud jahutussüsteemi, mistõttu see töötas väga madala võimsusega.

Uurimine jätkus ja 27. juunil 1954 maailma esimene tuumaelektrijaam võimsusega 5 MW Obninskis.

Tuumareaktori tööpõhimõte.

Uraani U 235 lagunemisel eraldub soojust, millega kaasneb kahe või kolme neutroni vabanemine. Statistika järgi – 2,5. Need neutronid põrkuvad teiste uraani aatomitega U235. Kokkupõrke käigus muutub uraan U 235 ebastabiilseks isotoobiks U 236, mis laguneb peaaegu kohe Kr 92 ja Ba 141 + need samad 2-3 neutronit. Lagunemisega kaasneb energia vabanemine gammakiirguse ja soojuse kujul.

Seda nimetatakse ahelreaktsiooniks. Aatomid jagunevad, lagunemiste arv suureneb eksponentsiaalselt, mis lõppkokkuvõttes viib meie standardite järgi välkkiire energia vabanemiseni - kontrollimatu ahelreaktsiooni tagajärjel toimub aatomiplahvatus.

Siiski sisse tuumareaktor meil on tegemist kontrollitud tuumareaktsioon. Kuidas see võimalikuks saab, kirjeldatakse allpool.

Tuumareaktori struktuur.

Praegu on kahte tüüpi tuumareaktoreid: VVER (vesijahutusega jõureaktor) ja RBMK (suure võimsusega kanalreaktor). Erinevus seisneb selles, et RBMK on keev reaktor, samas kui VVER kasutab vett rõhu all 120 atmosfääri.

Reaktor VVER 1000. 1 - juhtimissüsteemi ajam; 2 - reaktori kate; 3 - reaktori korpus; 4 - kaitsetorude plokk (BZT); 5 - võll; 6 - südamiku korpus; 7 - kütusesõlmed (FA) ja juhtvardad;

Iga tööstuslik tuumareaktor on katel, mille kaudu voolab jahutusvedelik. Reeglina on selleks tavaline vesi (umbes 75% maailmas), vedel grafiit (20%) ja raske vesi (5%). Eksperimentaalsetel eesmärkidel kasutati berülliumi ja arvati, et see on süsivesinik.

TVEL– (kütuseelement). Need on nioobiumisulamist tsirkooniumkestas vardad, mille sees asuvad uraandioksiidi tabletid.

TVEL raktor RBMK. RBMK reaktori kütuseelemendi konstruktsioon: 1 - pistik; 2 - uraandioksiidi tabletid; 3 - tsirkooniumkest; 4 - vedru; 5 - puks; 6 - ots.

TVEL sisaldab ka vedrusüsteemi kütusegraanulite samal tasemel hoidmiseks, mis võimaldab täpsemalt reguleerida kütuse südamikusse kastmise/eemaldamise sügavust. Need on kokku pandud kuusnurkseteks kassettideks, millest igaüks sisaldab mitukümmend kütusevarrast. Jahutusvedelik voolab läbi igas kassetis olevate kanalite.

Kassetis olevad kütusevardad on roheliselt esile tõstetud.

Kütusekasseti komplekt.

Reaktori südamik koosneb sadadest vertikaalselt paigutatud kassettidest, mida ühendab omavahel metallkest – korpus, mis täidab ühtlasi neutronreflektori rolli. Kassettide hulgas on korrapäraste ajavahemike järel sisestatud juhtvardad ja reaktori avariikaitsevardad, mis on mõeldud reaktori väljalülitamiseks ülekuumenemise korral.

Toome näitena andmed VVER-440 reaktori kohta:

Kontrollerid võivad liikuda üles-alla, sukeldudes või vastupidi, lahkudes aktiivsest tsoonist, kus reaktsioon on kõige intensiivsem. Selle tagavad võimsad elektrimootorid, koostöös juhtimissüsteemiga.Avariikaitsevardad on ette nähtud reaktori väljalülitamiseks hädaolukorras, kukkudes südamikusse ja neelates rohkem vabu neutroneid.

Igal reaktoril on kaas, mille kaudu toimub kasutatud ja uute kassettide laadimine ja mahalaadimine.

Soojusisolatsioon paigaldatakse tavaliselt reaktorianuma peale. Järgmine barjäär on bioloogiline kaitse. Tavaliselt on selleks raudbetoonpunker, mille sissepääs on suletud suletud ustega õhulukuga. Bioloogiline kaitse on loodud selleks, et vältida radioaktiivse auru ja reaktori tükkide sattumist atmosfääri, kui plahvatus toimub.

Tuumaplahvatus kaasaegsetes reaktorites on äärmiselt ebatõenäoline. Kuna kütus on üsna vähe rikastatud ja jagatud kütuseelementideks. Isegi kui südamik sulab, ei suuda kütus nii aktiivselt reageerida. Halvim, mis juhtuda saab, on termiline plahvatus nagu Tšernobõlis, kui rõhk reaktoris saavutas sellised väärtused, et metallkorpus lihtsalt purunes ja 5000 tonni kaaluv reaktori kate sooritas tagurpidi hüppe, murdes läbi reaktori katuse. reaktoriruumi ja auru välja laskmist. Kui Tšernobõli tuumaelektrijaam oli varustatud õige bioloogilise kaitsega, nagu tänapäeva sarkofaag, siis läks katastroof inimkonnale palju vähem maksma.

Tuumaelektrijaama käitamine.

Lühidalt, raboboa näeb välja selline.

Tuumaelektrijaam. (Klõpsatav)

Pärast pumpade abil reaktorisüdamikku sisenemist soojendatakse vett 250-300 kraadini ja see väljub reaktori “teiselt poolt”. Seda nimetatakse esimeseks vooluringiks. Pärast seda saadetakse see soojusvahetisse, kus see kohtub teise ahelaga. Pärast seda voolab rõhu all olev aur turbiini labadele. Turbiinid toodavad elektrit.

Sest tavaline inimene Kaasaegsed kõrgtehnoloogilised seadmed on nii salapärased ja mõistatuslikud, et neid saab kummardada nagu vanad inimesed välku. Koolitunnid füüsikud, kes on täis matemaatilisi arvutusi, ei lahenda probleemi. Kuid võite isegi rääkida huvitava loo tuumareaktorist, mille tööpõhimõte on teismeliselegi selge.

Kuidas tuumareaktor töötab?

Selle kõrgtehnoloogilise seadme tööpõhimõte on järgmine:

Kui neutron neeldub, tuumkütus (enamasti see uraan-235 või plutoonium-239) toimub aatomituuma lõhustumine;
Välja antud kineetiline energia, gammakiirgus ja vabad neutronid;
Kineetiline energia muundub soojusenergiaks (tuumade põrkumisel ümbritsevate aatomitega), gammakiirgus neeldub reaktoris endas ja muutub ka soojuseks;
Osa toodetud neutronitest neeldub kütuseaatomites, mis põhjustab ahelreaktsiooni. Selle juhtimiseks kasutatakse neutronite absorbereid ja moderaatoreid;
Jahutusvedeliku (vesi, gaas või vedel naatrium) abil eemaldatakse reaktsioonikohast soojus;
Auruturbiinide käitamiseks kasutatakse kuumutatud veest saadavat surveauru;
Generaatori abil muudetakse turbiini pöörlemise mehaaniline energia vahelduvvooluks.

Klassifitseerimise lähenemisviisid

Reaktorite tüpoloogial võib olla palju põhjuseid:

Tuumareaktsiooni tüübi järgi. Lõhustumine (kõik kaubanduslikud rajatised) või termotuumasünteesi (termotuumaenergia, laialt levinud ainult mõnes uurimisinstituudis);
Jahutusvedeliku järgi. Enamikul juhtudel kasutatakse selleks vett (keeva või rasket). Vahel kasutatud alternatiivseid lahendusi: vedel metall (naatrium, plii-vismuti sulam, elavhõbe), gaas (heelium, süsinikdioksiid või lämmastik), sulasool (fluoriidsoolad);
Põlvkonna järgi. Esimene neist oli varajased prototüübid, millel polnud kaubanduslikku mõtet. Teiseks on suurem osa praegu kasutusel olevatest tuumaelektrijaamadest ehitatud enne 1996. aastat. Kolmas põlvkond erineb eelmisest vaid väikeste täiustuste poolest. Töö neljanda põlvkonna kallal alles käib;
Kõrval agregatsiooni olek kütus (gaasikütus on praegu olemas ainult paberil);
Kasutusotstarbe järgi(elektri tootmiseks, mootori käivitamiseks, vesiniku tootmiseks, magestamiseks, elementide transmutatsiooniks, neuraalse kiirguse saamiseks, teoreetiliseks ja uurimistööks).

Tuumareaktori struktuur

Enamiku elektrijaamade reaktorite põhikomponendid on:

Tuumakütus on aine, mida on vaja elektriturbiinide jaoks soojuse tootmiseks (tavaliselt väherikastatud uraan);
Tuumareaktori südamik on koht, kus toimub tuumareaktsioon;
Neutronide moderaator – vähendab kiirete neutronite kiirust, muutes need termilisteks neutroniteks;
Käivitav neutroniallikas – kasutatakse tuumareaktsiooni usaldusväärseks ja stabiilseks käivitamiseks;
Neutronabsorber – saadaval mõnes elektrijaamas värske kütuse kõrge reaktsioonivõime vähendamiseks;
Neutronhaubits – kasutatakse reaktsiooni taasalgatamiseks pärast seiskamist;
Jahutusvedelik (puhastatud vesi);
Juhtvardad - uraani või plutooniumi tuumade lõhustumise kiiruse reguleerimiseks;
Veepump - pumpab vett aurukatlasse;
Auruturbiin – muundab auru soojusenergia pöörlemismehaaniliseks energiaks;
Jahutustorn - seade liigse soojuse eemaldamiseks atmosfääri;
Radioaktiivsete jäätmete vastuvõtu- ja ladustamissüsteem;
Ohutussüsteemid (avarii-diiselgeneraatorid, seadmed südamiku avariijahutuseks).

Kuidas uusimad mudelid töötavad

Viimase 4. põlvkonna reaktorid on saadaval kommertskasutuseks mitte varem kui 2030. Praegu on nende toimimise põhimõte ja struktuur väljatöötamisjärgus. Kaasaegsete andmete kohaselt erinevad need modifikatsioonid olemasolevad mudelid nagu nii eeliseid:

Kiire gaasijahutussüsteem. Eeldatakse, et jahutusvedelikuna kasutatakse heeliumi. Projektidokumentatsiooni järgi saab sel viisil jahutada reaktoreid, mille temperatuur on 850 °C. Sellisega töötada kõrged temperatuurid Vaja on ka spetsiifilisi tooraineid: komposiitkeraamilised materjalid ja aktiniidiühendid;
Peamise jahutusvedelikuna on võimalik kasutada pliid või plii-vismuti sulamit. Nendel materjalidel on madal neutronite neeldumiskiirus ja need on suhteliselt madalad madal temperatuur sulamine;
Samuti võib peamise jahutusvedelikuna kasutada sulasoolade segu. See võimaldab töötada kõrgematel temperatuuridel kui kaasaegsed analoogid vesijahutusega.

Looduslikud analoogid looduses

Tuumareaktorit tajutakse avalikkuse teadvuses eranditult tootena kõrgtehnoloogia. Samas tegelikult esimene selline seade on looduslikku päritolu. See avastati Kesk-Aafrikas Gaboni osariigis Oklo piirkonnas:

Reaktor tekkis uraanikivimite üleujutuse tõttu põhjavesi. Nad tegutsesid neutronite moderaatoritena;
Uraani lagunemisel vabanev soojusenergia muudab vee auruks ja ahelreaktsioon peatub;
Pärast jahutusvedeliku temperatuuri langemist kordub kõik uuesti;
Kui vedelik poleks ära keenud ja reaktsiooni peatanud, oleks inimkond silmitsi seisnud uue looduskatastroofiga;
Selles reaktoris algas isemajandav tuuma lõhustumine umbes poolteist miljardit aastat tagasi. Selle aja jooksul saadi ligikaudu 0,1 miljonit vatti väljundvõimsust;
Selline maailmaime Maal on teadaolevalt ainus. Uute tekkimine on võimatu: uraan-235 osatähtsus looduslikus tooraines on palju väiksem kui ahelreaktsiooni säilitamiseks vajalik.

Mitu tuumareaktorit on Lõuna-Koreas?

Vaene jah Loodusvarad, kuid tööstuslikul ja ülerahvastatud Korea Vabariigil on erakordne energiavajadus. Saksamaa keeldumise taustal rahumeelse aatomi kasutamisest on sellel riigil suured lootused tuumatehnoloogia ohjeldamisel:

Aastaks 2035 on plaanis jõuda tuumajaamade toodetud elektrienergia osakaal 60%-ni ning kogutoodang on üle 40 gigavati;
Riigil ei ole aatomirelvad, kuid tuumafüüsika alased uuringud käivad. Korea teadlased on välja töötanud kaasaegsete reaktorite konstruktsioonid: modulaarne, vesinik, koos vedel metall ja jne;
Siinsete teadlaste edu võimaldab tehnoloogiaid välismaale müüa. Eeldatakse, et riik ekspordib järgmise 15-20 aasta jooksul 80 sellist ühikut;
Aga tänase seisuga enamik Tuumaelektrijaam ehitati Ameerika või Prantsuse teadlaste abiga;
Töötavate jaamade arv on suhteliselt väike (ainult neli), kuid igas neist on märkimisväärne arv reaktoreid - kokku 40 ja see arv kasvab.

Neutronite pommitamisel läheb tuumkütus ahelreaktsiooni, mille tulemusena moodustub suur summa soojust. Süsteemis olev vesi võtab selle soojuse ja muutub auruks, mis muudab elektrit tootvad turbiinid. Siin lihtne vooluring tuumareaktori töö, mis on Maa võimsaim energiaallikas.

Video: kuidas tuumareaktorid töötavad

Selles videos räägib tuumafüüsik Vladimir Tšaikin teile, kuidas tuumareaktorites elektrit toodetakse ja nende üksikasjalikust ülesehitusest:

Tuumareaktor töötab sujuvalt ja tõhusalt. Vastasel juhul, nagu teate, on probleeme. Aga mis toimub sees? Proovime lühidalt, selgelt, peatustega sõnastada tuuma(tuuma)reaktori tööpõhimõtte.

Tegelikult toimub seal sama protsess, mis tuumaplahvatuse ajal. Ainult plahvatus toimub väga kiiresti ja reaktoris ulatub see kõik välja kaua aega. Selle tulemusena jääb kõik terveks ja me saame energiat. Mitte niivõrd, et kõik ümberringi korraga häviks, aga täiesti piisav linna elektriga varustamiseks.

Enne kui mõistate, kuidas juhitav tuumareaktsioon toimub, peate teadma, mis see on. tuumareaktsioon üleüldse.

Tuumareaktsioon on aatomituumade muundumisprotsess (lõhustumine), kui nad nendega suhtlevad elementaarosakesed ja gammakiirgust.

Tuumareaktsioonid võivad toimuda nii energia neeldumisel kui ka vabanemisel. Reaktor kasutab teist reaktsiooni.

Tuumareaktor on seade, mille eesmärk on säilitada kontrollitud tuumareaktsioon koos energia vabanemisega.

Sageli nimetatakse tuumareaktorit ka aatomireaktoriks. Märkigem, et põhimõttelist erinevust siin ei ole, kuid teaduse seisukohalt on õigem kasutada sõna “tuuma”. Praegu on tuumareaktoreid mitut tüüpi. Need on tohutud tööstuslikud reaktorid, mis on mõeldud energia tootmiseks elektrijaamades, allveelaevade tuumareaktorid, väikesed eksperimentaalsed reaktorid, mida kasutatakse teaduslikes katsetes. On isegi merevee magestamise reaktoreid.

Tuumareaktori loomise ajalugu

Esimene tuumareaktor käivitati mitte nii kaugel 1942. aastal. See juhtus USA-s Fermi juhtimisel. Seda reaktorit nimetati "Chicago Woodpile'iks".

1946. aastal alustas tööd esimene Kurtšatovi juhtimisel käivitatud Nõukogude reaktor. Selle reaktori korpus oli seitsmemeetrise läbimõõduga kuul. Esimestel reaktoritel ei olnud jahutussüsteemi ja nende võimsus oli minimaalne. Muide, Nõukogude reaktori keskmine võimsus oli 20 vatti ja Ameerika oma - ainult 1 vatt. Võrdluseks: tänapäevaste jõureaktorite keskmine võimsus on 5 gigavatti. Vähem kui kümme aastat pärast esimese reaktori käivitamist avati Obninski linnas maailma esimene tööstuslik tuumaelektrijaam.

Tuuma(tuuma)reaktori tööpõhimõte

Igal tuumareaktoril on mitu osa: tuum Koos kütust Ja moderaator , neutron reflektor , jahutusvedelik , juhtimis- ja kaitsesüsteem . Isotoope kasutatakse kõige sagedamini reaktorites kütusena. uraan (235, 238, 233), plutoonium (239) ja toorium (232). Südamik on boiler, mille kaudu voolab tavaline vesi (jahutusvedelik). Muude jahutusvedelike hulgas kasutatakse harvemini “rasket vett” ja vedelat grafiiti. Kui rääkida tuumajaamade tööst, siis soojuse tootmiseks kasutatakse tuumareaktorit. Elekter ise toodetakse samal meetodil nagu muud tüüpi elektrijaamades – aur pöörab turbiini ja liikumisenergia muundatakse elektrienergiaks.

Allpool on diagramm tuumareaktori tööst.

Nagu me juba ütlesime, tekib raske uraani tuuma lagunemisel kergemaid elemente ja mitu neutronit. Tekkivad neutronid põrkuvad teiste tuumadega, põhjustades ka nende lõhustumise. Samal ajal kasvab neutronite arv nagu laviin.

Seda tuleks siin mainida neutronite korrutustegur . Seega, kui see koefitsient ületab väärtuse, mis on võrdne ühega, toimub tuumaplahvatus. Kui väärtus on väiksem kui üks, on neutroneid liiga vähe ja reaktsioon kustub. Kuid kui säilitate koefitsiendi väärtuse ühega, kulgeb reaktsioon kaua ja stabiilselt.

Küsimus on selles, kuidas seda teha? Reaktoris on kütus nö kütuseelemendid (TVELakh). Need on pulgad, mis sisaldavad väikeste tablettidena tuumakütus . Kütusevardad on ühendatud kuusnurkseteks kassettideks, mida reaktoris võib olla sadu. Kütusevarrastega kassetid on paigutatud vertikaalselt ja igal kütusevardal on süsteem, mis võimaldab reguleerida selle südamikusse sukeldamise sügavust. Lisaks kassettidele endile kuuluvad need kontrollvardad Ja hädakaitsevardad . Vardad on valmistatud materjalist, mis neelab hästi neutroneid. Seega saab juhtvardaid südamikus erinevatele sügavustele langetada, reguleerides seeläbi neutronite korrutustegurit. Avariivardad on ette nähtud reaktori väljalülitamiseks hädaolukorras.

Kuidas tuumareaktor käivitatakse?

Tööpõhimõtte enda oleme välja mõelnud, aga kuidas käivitada ja reaktor funktsioneerima panna? Jämedalt öeldes, siin see on - uraani tükk, kuid ahelreaktsioon ei alga selles iseenesest. Fakt on see, et tuumafüüsikas on kontseptsioon olemas kriitiline mass .

Kriitiline mass on tuuma ahelreaktsiooni käivitamiseks vajalik lõhustuva materjali mass.

Kütusevarraste ja kontrollvarraste abil luuakse reaktoris esmalt kriitiline mass tuumakütust ning seejärel viiakse reaktor mitmes etapis optimaalsele võimsustasemele.

Selles artiklis püüdsime anda teile üldise ettekujutuse tuuma(tuuma)reaktori struktuurist ja tööpõhimõttest. Kui Sul on teema kohta küsimusi või ülikoolis on küsitud tuumafüüsika alast probleemi, siis võta ühendust meie ettevõtte spetsialistidele. Nagu tavaliselt, oleme valmis teid aitama lahendada kõik teie õpingutega seotud pakilised probleemid. Ja kui me sellega tegeleme, on siin teie tähelepanuks veel üks õpetlik video!