Nuklearni reaktor: princip rada, a jedinica kolo

Dizajn i rad nuklearnog reaktora na osnovu inicijalizacije i kontrolu samoodrživa nuklearna reakcija. Ona se koristi kao istraživački alat za proizvodnju radioaktivnih izotopa i kao izvor energije za nuklearne elektrane.

Nuklearni reaktor: princip rada (kratki)

Upotrijebljeni u ovom fisija proces u kojem težak nukleus dijeli na dva manja fragmenta. Ovi fragmenti su u vrlo pobuđenom stanju i emituju neutrona i drugih subatomskih čestica i fotona. Neutroni mogu izazvati nove podjele kao rezultat koji se emituju još više, i tako dalje. Ovaj kontinuirani broj samoodržive od dezintegracije zove lančana reakcija. U isto vrijeme, veliku količinu energije, proizvodnja što je i cilj upotrebe nuklearne energije.

Princip rada nuklearnog reaktora i nuklearne elektrane je takva da 85% energije kolonija razdvajanje je objavljen u vrlo kratkom vremenu nakon početka reakcije. Preostali dio je proizveden od strane radioaktivnog raspada fisije proizvoda, nakon što su odbacili neutrona. Radioaktivnog raspada je proces u kojem je atom dosegne stabilno stanje. On je nastavio i nakon podjele.

Atomske reakcije bomba lanac povećava u intenzitetu, dok je većina materijala će biti podijeljen. To se događa vrlo brzo, stvarajući izuzetno snažne eksplozije karakteristika takvih bombi. Mehanizam i rad nuklearnog reaktora zasniva na principu održavanja lančanu reakciju na reguliran gotovo konstantnom nivou. To je dizajniran tako da eksplodiraju kao atomska bomba ne mogu.

Lančana reakcija i kritike

Fizika fisije reaktora se utvrdi da je lančanu reakciju vjerojatnost nakon nuklearne fisije emisije neutrona. Ako nedavne stanovništvo smanjuje, stopa podjele na kraju će pasti na nulu. U ovom slučaju reaktor će biti u podkritičnih državi. Ako se neutron stanovništvo se održava na konstantnoj razini, stopa fisije će ostati stabilna. Reaktor će biti u kritičnom stanju. I na kraju, ako vremenom neutrona populacija raste, dijeljenjem brzine i snage će se povećati. core država postaje natkritičnim.

Princip rada nuklearnog reaktora dalje. Pre pokretanja neutron stanovništva blizu nule. Zatim, operatori ukloniti kontrolne šipke iz jezgre, povećavajući podjela jezgre koje privremeno pretvara reaktor u natkritičnim državi. Nakon postizanja nazivne operateri moći djelomično vratio kontrolne šipke, podešavanje količine neutrona. Nakon toga reaktor se održava u kritičnom stanju. Kada je potrebno da se zaustavi, operator ubacuje šipke u potpunosti. Ovo potiskuje podjela i stavlja jezgra u podkritičnih državi.

vrste reaktora

Većina postojećih energetskih generira toplinu potrebno voziti turbine, koji vozi proizvođača električne energije iz nuklearnih postrojenja u svijetu. Također, postoji mnogo istraživačkih reaktora, a neke zemlje imaju podmornica i površinskih brodova, vođena energija atoma.

elektrane

Postoji nekoliko vrsta ovog tipa reaktora, ali široko prihvaćena dizajn svjetla vode. S druge strane, može se koristiti u pod pritiskom vode ili kipuće vode. U prvom slučaju tekućine pod visokim pritiskom grije toplina jezgre i ulazi u generator pare. Tamo, toplotu iz primarnog u sekundarni krug je prošlo, dalje se sastoji od vode. Generisani pare na kraju služi kao radni fluid u ciklusu parne turbine.

Reaktor je vrsta ključanja radi na principu neposredne energije ciklusa. Voda prolazi kroz jezgru, uzavrelo preko nivo srednjeg pritiska. Zasićene pare prolazi kroz niz separatora i sušila se odlaže u posude reaktora, što je rezultiralo u sverhperegretoe državi. Pregrijane pare se onda koristi kao radni fluid, rotirajuće turbine.

Visoke temperature plina hlađenjem

Visoke temperature plina hlađenjem reaktora (HTGR) - nuklearni reaktor, princip rada zasniva se na upotrebi grafita kao mješavina goriva goriva i mikrosfera. Postoje dva konkurentna dizajna:

• Njemačkom sistemu "Loose-fill", koji koristi sferični elementi goriva 60 mm u promjeru, koji se sastoji od mješavine goriva i grafita u grafit ljuske;
• američka verzija grafita heksagonalne prizme koje blokadu stvoriti jezgru.

U oba slučaja, rashladnog fluida sastoji od helija pod pritiskom od oko 100 atmosfera. Njemačkom sistemu helijum prolazi kroz rupe u sloju sfernih elemenata goriva, au SAD - kroz otvore na grafit prizme uređen duž središnje ose jezgra reaktora. Obe opcije mogu raditi na veoma visokim temperaturama, jer je grafit ima izuzetno visoke temperature sublimacija, i kemijski inertan helij u potpunosti. Hot helijem može direktno koristiti kao radni fluid u plinske turbine na visokoj temperaturi ili topline može se koristiti za proizvodnju pare ciklus vode.

Liquid-metal nuklearni reaktor: kola i princip rada

Brzo reaktori s natrij za hlađenje je dobila značajnu pažnju u 1960-1970-a. Tada se činilo da je njihova sposobnost da se razmnožavaju nuklearnog goriva u bliskoj budućnosti su potrebne za proizvodnju goriva za brzo razvija nuklearne industrije. Kada je postalo jasno da je to očekivanje je nerealno, entuzijazam splasnuo u 1980. Međutim, u Sjedinjene Države, Rusija, Francuska, Velika Britanija, Japan i Njemačka izgradio niz reaktora ovog tipa. Većina njih radi na dioksida uranijum ili mješavinu plutonija dioksida. U Sjedinjenim Američkim Državama, međutim, najveći uspjeh je postignut sa metalnim goriva.

KANDU

Kanada je usmjerio svoje napore na reaktora, koji koriste prirodni uran. Ovo eliminira potrebu za obogaćivanje da koriste usluge drugih zemalja. Rezultat takve politike je reaktor deuterija-urana (KANDU). Kontrolirati i hlađenje je proizvodila teške vode. Dizajn i rad nuklearnog reaktora je da koristite rezervoar sa hladnom D ₂ O na atmosferskom pritisku. Aktivno područje prožimala cijevi legure cirkonijuma goriva prirodnog urana, kroz koje cirkulira rashladna svoje teške vode. Električna energija se proizvodi tako što se prijenos topline u teškoj voda za hlađenje, koji cirkuliše kroz generator pare. Pare u sekundarnom petlju zatim prolazi kroz konvencionalne turbine ciklusa.

istraživačkih kapaciteta

Za istraživanje nuklearnog reaktora se najčešće koristi, princip koji se sastoji u upotrebi vodenog hlađenja ploče i goriva urana elemenata u obliku skupština. Sposobne za rad u širokom rasponu stupnjeva snage od nekoliko stotina kilovata na megavata. Od proizvodnje električne energije nije primarni cilj istraživanja reaktora, oni se odlikuju termalne energije proizvedene, a gustina jezgra nominalne energije neutrona. To je ovih parametara će pomoći da se kvantificirati sposobnost istraživačkog reaktora za obavljanje posebne studije. sistema male snage imaju tendenciju da rade na univerzitetima i koriste za obuku, i velika snaga je potrebno u istraživačkim laboratorijima za ispitivanje materijala i karakteristike, kao i za opšte istraživanje.

Najčešći istraživanje nuklearnog reaktora, struktura i princip rada je kako slijedi. Njegova aktivno područje se nalazi u dnu velikog dubokog bazena vode. To olakšava praćenje i kanal raspodjele kojim neutrona grede mogu biti usmjereni. Na niskom nivou snage nema potrebe za pumpanje rashladne tečnosti, kao da održava sigurno radno stanje prirodne konvekcije rashladnog sredstva osigurava dovoljnu disipaciju topline. Izmjenjivača topline se obično nalazi na površini ili u gornjem dijelu bazena gdje se akumulira toplu vodu.

brod instalacija

Original i primarna upotreba nuklearnog reaktora je njihova upotreba u podmornicama. Njihova glavna prednost je u tome, za razliku od sistema sagorijevanja fosilnih goriva za proizvodnju električne energije oni ne zahtijevaju zraka. Shodno tome, nuklearna podmornica može ostati pod vodom dugo vremena, i konvencionalne dizel-električnih podmornica mora periodično isplivaju na površinu, da vode svoje zraka motora. Nuklearna energija daje stratešku prednost mornarice brodova. Zahvaljujući njoj, nema potrebe da se gorivo u stranim lukama ili iz lako ranjive pumpom.

Princip rada nuklearnog reaktora u podmornici tajna. Međutim, poznato je da je u SAD-u koristi visoko obogaćenog urana, a usporavanje i hlađenje je laka voda. Dizajn prvog reaktora nuklearne podmornice USS Nautilus je pod jakim utjecajem moćnih istraživačkih instalacija. Njegova jedinstvena značajka je vrlo visoka reaktivnost marža, pružajući dužeg perioda rada bez dopune goriva i mogućnost da ponovo nakon zaustavljanja. Elektrana u podmornica mora biti vrlo miran, da ne bi otkrili. Da bi se zadovoljile specifične potrebe različitih klasa podmornica su uspostavljeni različiti modeli elektrana.

Američke mornarice na nosača aviona koji se koriste nuklearnom reaktoru, čiji je princip se veruje da je pozajmio od najvećih podmornica. Detalji njihove izgradnje i nisu objavljeni.

Osim SAD-a, nuklearne podmornice su u Velikoj Britaniji, Francuskoj, Rusiji, Kini i Indiji. U svakom slučaju, dizajn nije otkriven, ali se smatra da su svi oni veoma slično - ovo je posljedica iste zahtjeve za svojim tehničkim karakteristikama. Rusija također ima malu flotu nuklearnih ledolomaca, koji je uspostavio isti reaktor kao u Sovjetskom podmornice.

industrijska postrojenja

Za potrebe proizvodnje oružja plutonij-239 koristi nuklearnog reaktora, od kojih je princip se sastoji u visoku produktivnost energijom niskom nivou. To je zbog činjenice da je za dugoročni boravak plutonijuma u jezgru dovodi do nakupljanja neželjenih ²⁴⁰ Pu.

proizvodnju tricija

Trenutno, glavni materijal dobiti od takvih sistema je tricij ⁽³ H ili T) - naknada za hidrogenskih bombi. Plutonij-239 ima dug poluživot od 24.100 godina, tako da je zemlja s nuklearnim oružjem koje koriste ovaj element, kao po pravilu, imati više nego što je potrebno. Za razliku od ²³⁹ Pu, poluživot tricija je oko 12 godina. Dakle, za održavanje potrebnim inventarom, ovaj radioaktivni izotop vodika mora se obaviti u kontinuitetu. U SAD-u, na rijeci Savannah (South Carolina), na primjer, ima nekoliko teške vode reaktora koji proizvode tricij.

plutajući moć

Kreirao nuklearnih reaktora, stanju pružiti električne energije i parno grijanje izbrisani izolovanim područjima. U Rusiji, na primjer, našli smo upotreba malih sistema vlasti, posebno dizajniran za snabdjevanje hranom na Arktik naselja. U Kini, 10 megavata postrojenja HTR-10 zalihe zagrijati i istraživanje električne energije instituta, u kojem se nalazi. Razvoj malih reaktora automatski kontroliše sa sličnim sposobnostima obavljaju se u Švedskoj i Kanadi. Između 1960. i 1972. godine, američka vojska koristi kompaktni reaktora vode pružiti udaljenim bazama na Grenlandu i Antarktiku. Oni su zamenili mazut elektrana.

istraživanje svemira

Osim toga, reaktori su dizajnirani za vlast i kretanje u prostoru. U periodu od 1967. godine do 1988. godine, Sovjetski Savez osnovan mali nuklearnih postrojenja na "Kosmos" satelita za opskrbu opreme i telemetrija, ali politika je postala meta kritika. Najmanje jedan od ovih satelita ušao u Zemljinu atmosferu, izazivajući radioaktivne kontaminacije udaljenim područjima Kanade. Sjedinjene Države pokrenule samo jedan satelit sa nuklearni reaktor u 1965. Međutim, projekti na njihovo korištenje u dubokom svemiru misijama, ljudskom posadom istraživanja drugih planeta ili na trajnoj lunarnu bazu i dalje se razvija. Ovo je sigurno biti plina hlađenjem ili tečnost-metal nuklearnog reaktora, od kojih je fizičkih principa pružaju najveću moguću temperaturu potrebno kako bi se smanjila veličina radijatora. Također, reaktor prostor za opremu da bude što kompaktnija da se smanji količina materijala koji se koristi za oklop, i da se smanji težinu tokom lansiranja i let u svemir. spremnik za gorivo će osigurati rad reaktora za vrijeme trajanja svemirskih letova.