Az első nukleáris reaktor története
Az energiatermelő reaktor olyan eszköz, amelyben a nehézelem magok hasadásának szabályozott láncreakcióját végezzük, és a hőenergia felszabadulását egy időben eltávolítjuk a hőhordozóval. Az atomreaktor fő eleme az aktív zóna. Magában foglalja a nukleáris üzemanyagot, és végrehajtja a hasadás láncreakcióját. Az aktív zóna egy olyan üzemanyaggyűjtemény, amely nukleáris üzemanyagot tartalmaz bizonyos módon. A termikus neutronokkal ellátott reaktorok retarderrel rendelkeznek. Az aktív zónán keresztül a hűtőfolyadékot, a hűtő tüzelőanyag-elemeket szivattyúzzák. Bizonyos típusú reaktorokban ugyanaz az ágens, pl. Normál vagy nehézvíz, moderátorként és hűtőközegként működik.
Homogén reaktor diagramja: 1-reaktorház, 2 aktív zóna, 3 térfogat kompenzátor, 4-hőcserélő, 5-gőzkibocsátás, 6 előtolású vízbevezetés, 7 keringető szivattyú
Az aktív zónában lévő reaktor működésének vezérlése céljából a vezérlő rudakat nagy neutronabszorpciós keresztmetszetű anyagból vezetik be. Az energia reaktorok aktív zónáját neutron-reflektor veszi körül - a retarder anyag rétege, amely csökkenti a magból a neutronok szivárgását. Továbbá, köszönhetően egy illesztési történik neutronenergia sűrűsége és térfogata a mag, amely lehetővé teszi az adatok méretét a zóna, hogy nagyobb teljesítmény elérése érdekében egy egységesebb a tüzelőanyag elégetése, növeli a hossza a reaktor tankolás nélküli működésének hűtőbordát és a rendszer egyszerűsítése. A fényvisszaverőt a lassított és felszívódó neutronok és gamma-kvantumok energiája hevíti, ezért hűtésre szolgál. Az aktív zóna, a reflektor és egyéb elemek zárt helyiségben vagy házban helyezkednek el, melyet általában biológiai védelem vesz körül.
Az atomreaktor magjában a nukleáris üzemanyag, az atommaghasadás láncreakciója megtörténik, és az energia felszabadul. Állapot Az atomreaktorot neutronok vagy reaktivitás effektív együtthatójával jellemezhetjük r:
Ha Kef> 1, akkor a láncreakció időben megnő, az atomreaktor szuperkritikus állapotban van és reaktivitása r> 0; ha a kef <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.
Mivel a legtöbb hasadóanyag nukleáris reaktorban alkalmazott 235 U. Amikor az aktív terület más, mint a nukleáris tüzelőanyag (természetes vagy dúsított urán) tartalmaz egy neutronmoderátor (grafit, víz és egyéb anyagok tartalmazó fény nucleus cm. Lassabb neutronok), a fő része a hasadás termikus neutronok (termikus reaktor) hatására történik. A termikus neutronok nukleáris reaktora 235 U-nál nem gazdag természetes uránt használhat (ilyenek voltak az első nukleáris reaktorok). Ha a magban nem létezik moderátor, akkor a legtöbben a gyors neutronok okozzák, melynek energiája xn> 10 keV (gyors reaktor). A közbülső neutronok reaktorai 1-1000 eV energiával is lehetségesek.
Kritériumfeltétel Az atomreaktornak a következő formája van:
1, ahol - P - valószínűség exit (szivárgási) a mag neutron atomreaktor, K ¥ - neutron szorzótényezőt a lényege végtelenül nagy méretei meghatározott termikus atomreaktor úgynevezett „általános képletű 4 tényezők”:
Ahol n - az átlagos száma a másodlagos (gyors) neutronok a hasadási U 235 atommagok termikus neutronok, e - aránya gyors neutron szorzás (növekedése a neutronok száma miatt hasadási elsősorban U 238 magok gyors neutronok); j a valószínűsége, hogy a 238 U magot a neutron nem rögzíti a lassulási folyamat során, u az a valószínűsége, hogy a termikus neutron hasadást okoz. Gyakran használja a h = n / (l + a) értéket, ahol a a sugárzás befogásának sp keresztmetszetének aránya az hasadási keresztmetszethez sd.
Az (1) feltétel meghatározza az atomreaktor méretét, például a természetes uránból és a grafitból származó atomreaktor esetében n = 2,4. e »1,03, eju» 0,44, ahol a k ¥ 1,08. Ez azt jelenti, hogy K> 1 esetén szükséges, hogy P<0,93, что соответствует (как показывает теория Ядерный реактор) размерам активной зоны Ядерный реактор
5-10 m. A kötet a modern energia atomreaktor eléri száz m 3, és döntően hő felszállási képesség és a nem kritikus körülmények között. A mag térfogata A kritikus állapotban lévő nukleáris reaktort az atomreaktor kritikus térfogatának nevezik, és a hasadóanyag tömege a kritikus tömeg. A legalacsonyabb kritikus tömeget az atomreaktor tüzelőanyaggal bocsátja ki tiszta, hasadó izotópok sói formájában, vízben és víz-neutron reflektorral. 235 U esetében ez a tömeg 0,8 kg. 239 Pa-ig 0,5 kg. A legalacsonyabb kritikus tömeg 251 Cf (elméletileg 10 g). Kritikus paraméterei a grafit atomreaktor természetes urán :. urán tömeg grafit 45 m térfogatú 450 m 3. csökkentése a szivárgás a neutronok mag, gömb alakú vagy közel gömb alakú, mint például egy henger, amelynek átmérője a sorrendben a magasságban vagy a kocka (a legalacsonyabb felület: térfogat arány).
Az n értékét a termikus neutronok esetében 0,3% pontossággal ismerjük (1. táblázat). A maghasadással járó neutron xn energia növekedésével n nő a törvény szerint: n = nt + 0,15xn (xn a MeV-ban), ahol nt a termikus neutronok hasadásának felel meg.
Táblázat. 1. - Az n és h értékek a termikus neutronok esetében (az 1977-es adatok szerint)
(beleértve az irodákat is 235 U-1585)
A betöltött tüzelőanyag teljes tömege 3 kg-kal meghaladja a terhelt üzemanyag tömegét (a felszabadított energia "súlya" 3 kg). Leállítása után az atomreaktor üzemanyag továbbra energia kibocsátás első elsősorban elosztjuk a késleltetett neutronok, majd, miután 1-2 percig, elsősorban a B- és g-kibocsátás hasadási és transzurán elemek. Ha a stop atomreaktor működött elég hosszú, 2 perc után a leállás után a energia-kibocsátás (mint egy töredéke az energia megállás előtt) 3%, 1 óra után - 1%, egy nap - 0,4% évente - 0,05%.
A Kk konverziós arány a Nukleáris Reaktorban képződött hasadó Pu izotópok számának és a 235 U-os fading mennyiségeinek aránya. 2. ábra KK = 0,25. A KK értéke a csökkenő dúsítással és kiégéssel növekszik. Így egy nehézvizes atomreaktor természetes urán egy kiégését tükrözi 10 GW × d / TKK = 0,55, és a nagyon kis kiégés (ebben az esetben, az úgynevezett kezdeti KK plutónium együttható) KK = 0,8. Ha az atomreaktor égések és ugyanazt az izotópok (tenyésztő reaktor), az arány a sebesség reprodukciós a kiégés mértéke az úgynevezett együttható reprodukció Ap. A Termikus Neutronok Nukleáris Reaktorban 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 ).
A nukleáris reaktor kezelése Az atomreaktor szabályozása érdekében fontos, hogy a hasadékokban lévő neutronok némelyike késleltetéssel távozzon a fragmensekből. A aránya késleltetett neutronok alacsony (0,68% a 235 U, 0,22%, 239 Pu; az 1. táblázatban, az n - n0 pillanatnyi összege számának késleltetett neutronok és neutron N3.). Időzítés Tzap 0,2-től 55 másodpercig. Ha (Kef - 1) £ n3 / n0. akkor a nukleáris reaktorban lévő részek száma növekszik (Kef> 1) vagy csökken (Kef <1), с характерным временем
T3. Késleltetett neutronok nélkül ezek az idők kisebb nagyságrendekkel kisebbek lennének, ami nagymértékben megnehezítené az atomreaktor ellenőrzését
Az atomreaktor irányítása egy ellenőrzési és védelmi rendszer (CPS). A CPS hatóságai a következőkre oszthatók: vészhelyzet, a reaktivitás csökkentése (negatív reaktivitás bevezetése az atomreaktorba), vészjelző jelek megjelenésével; automatikus szabályozók, amelyek állandóan tartják a neutronáramot (és így a teljesítményt); kompenzáció (mérgezés, kiégés, hőmérséklethatások kompenzálása). A legtöbb esetben ezek a rudak az atomreaktor magjától (felülről vagy alulról) injektálhatók olyan anyagokból, amelyek erősen felszívják a neutronokat (Cd, B stb.). Mozgásukat olyan mechanizmusok vezérlik, amelyeket a neutronfluxus nagyságára érzékeny műszerek jelzése indít el. Ahhoz, hogy kompenzálják kiégésértékeknél lehet használni éghető abszorberek, amelynek hatékonyságát csökkenti a capture neutronok (Cd, V, ritka földfémek), vagy oldatok az abszorbens anyag a moderátor. Stabilitás Az atomreaktor elősegíti a reaktivitás negatív hőmérsékleti tényezője (csökkenő hőmérséklet-csökkenés mellett). Ha ez az együttható pozitív, akkor a vezérlőrendszer működése lényegesen bonyolultabb.
Atomreaktor felszerelt műszerrendszer tájékoztatja a kezelőt állapotát egy atomreaktor :. neutron fluxus különböző pontjain, a mag áramlási sebessége és hőmérséklete a hűtőfolyadék szintjét az ionizáló sugárzás különböző részein az atomreaktor és a kiegészítő létesítmények, az állapot szervek CPS stb szerzett információk ilyen eszközökkel érkezik, a számítógép, amely engedélyezi az üzemeltető saját feldolgozott formában (számviteli funkció), vagy annak alapján matematikai ezen információk feldolgozása, ajánlásokat tesz az üzemeltető a a szükséges változtatásokat a működési mód a nukleáris reaktor (gép-tanácsadó), vagy végül kezelni atomreaktor bizonyos határokon belül a kezelő beavatkozása nélkül (kontroll számítógép).
Cél szerinti besorolással nukleáris reaktor és atomerőmű vannak osztva csoportokra: 1) kísérleti reaktor (a kritikus rendszer) tanulmányozására különböző fizikai mennyiségek érték szükséges a tervezési és működését a nukleáris reaktor; ereje a nukleáris reaktor nem több, mint néhány kilowatt. „2) a kutatás reaktorok, amelyekben a neutronáramok és g-sugarak generáltak a magban, arra használják, hogy a nukleáris fizika, szilárdtestfizika, sugárzás kémia, biológia, anyagvizsgálat, való működésre szánt intenzív neutronáramok (. t h atomreaktor alkatrészeket.) a gyártási izotópok Power Research atomreaktor nem haladja meg a 100 mW. felszabaduló energia általában nem használják a vizsgálatot. Atomreaktor Sumer tárgya pulzáló reaktorban. " 3) izotóp-nukleáris reaktor, amelyben neutronfluxust használnak izotópok előállítására, beleértve a Pu és a 3H katonai célokra (lásd Nukleáris fegyverek); 4) atomreaktor, amelyben az energia maghasadás során felszabadult, használják energiatermelésre, a fűtés, a tengervíz sótalanítására erőművekben, és így a hajók. G. teljesítmény (hő) energia a modern nukleáris reaktor hőmérséklete eléri a 3-5 GW ( lásd: Atomerőmű, Atomerőmű).
A nukleáris reaktor szintén különbözhetnek típusú nukleáris tüzelőanyag (természetes urán, enyhén dúsított, tiszta hasadó izotóp), amely a kémiai összetétel (fém U, UO2. UC és t. D.) A hűtőközeg látvány (H2 O, Gáz, D2 O szerves folyadék, az olvadt fém), a természet a retarder (C, H2 O, D2 O, Be, BeO, fém-hidridek inhibitor nélkül). A leggyakoribb heterogén nukleáris reaktor termikus neutronmoderátor - H2 O, C, D2 és hűtőfolyadékok O - H2 O, Gáz, D2 O. A következő évtizedben lesz, hogy dolgozzon intenzíven gyorsreaktorok. Ők „égett” 238U, amely lehetővé teszi, hogy jobban használják ki a nukleáris üzemanyag (tízszer) esetében a termikus atomreaktor Ez jelentősen növeli a források a nukleáris energia.