Reactor nuclear: principis de funcionament, i el circuit de la unitat

El disseny i funcionament d'un reactor nuclear basada en la inicialització i el control de la reacció nuclear autosostinguda. S'utilitza com una eina de recerca per a la producció d'isòtops radioactius i com a font d'energia per a les plantes d'energia nuclear.

Reactor nuclear: el principi de funcionament (curt)

S'utilitza en la present memòria procés de fissió en el qual un nucli pesat es divideix en dos fragments més petits. Aquests fragments estan en un estat molt excitat i emeten neutrons i altres partícules subatòmiques i fotons. Els neutrons poden causar noves divisions com a resultat de la qual cosa s'emeten encara més, i així successivament. Aquest número autosostenible contínua de desintegracions anomenada reacció en cadena. Al mateix temps, una gran quantitat d'energia, la producció del que és l'objectiu de la utilització de l'energia nuclear.

El principi de funcionament d'un reactor nuclear i una planta d'energia nuclear és tan gran que el 85% de l'energia colònies divisió s'allibera d'aquí a molt poc temps després del començament de la reacció. La part restant es produeix per la desintegració radioactiva dels productes de fissió, després que van rebutjar neutrons. El decaïment radioactiu és el procés en el qual l'àtom arriba a un estat estacionari. Va continuar i després de la divisió.

La reacció en cadena de la bomba atòmica augmenta en intensitat, fins que la majoria del material es dividirà. Això succeeix molt ràpidament, produint un potent explosions característics d'aquest tipus de bombes. Mecanisme i operació d'un reactor nuclear basat en el principi de mantenir la reacció en cadena en un nivell gairebé constant regulat. Està dissenyat perquè esclati la bomba atòmica que no es pot.

Reacció en cadena i la crítica

reactor Physics fissió es determina que una probabilitat reacció en cadena després de l'emissió de neutrons de fissió nuclear. Si recent de la població disminueix, la taxa de divisió, al final caurà a zero. En aquest cas, el reactor estarà en un estat subcrític. Si la població de neutrons es manté a un nivell constant, la taxa de fissió es mantindrà estable. El reactor estarà en un estat crític. I finalment, si amb el temps la població de neutrons creix, dividint la velocitat i la potència s'incrementarà. Estat central es torna supercrític.

El principi de funcionament d'un reactor nuclear de la propera. Abans de començar la població de neutrons és proper a zero. Després, els operadors de suprimir les barres de control del nucli, augmentant els nuclis de divisió que converteix temporalment el reactor en un estat supercrític. Després d'assolir els operadors de potència nominal tornen a part les barres de control, ajustant la quantitat de neutrons. Posteriorment, el reactor es manté en un estat crític. Quan és necessari per aturar, l'operador insereix varetes completament. Això suprimeix la divisió i posa el nucli en estat subcrític.

tipus de reactors

La major part de l'energia existent és generar la calor necessària per impulsar les turbines, que impulsen els generadors d'energia elèctrica de les instal·lacions nuclears al món. També, hi ha molts reactors de recerca, i alguns països tenen submarins o vaixells de superfície, impulsats per l'energia de l'àtom.

plantes d'energia

Hi ha diverses espècies d'aquest tipus de reactor, però àmpliament adoptats de disseny d'aigua lleugera. Al seu torn, es pot utilitzar en aigua a pressió o d'aigua bullint. En el primer cas el líquid d'alta pressió escalfat per la calor del nucli i entra al generador de vapor. Allà, la calor del primari al circuit secundari es passa, que comprèn a més aigua. El vapor generat serveix en última instància, com a fluid de treball en el cicle de turbina de vapor.

El reactor és un tipus de cocció funciona segons el principi de cicle d'energia directa. L'aigua que passa a través del nucli, porta a ebullició sobre el nivell de pressió mitjana. El vapor saturat passa a través d'una sèrie de separadors i assecadors estan disposats en el recipient del reactor, el que resulta en el seu estat sverhperegretoe. El vapor sobreescalfat s'utilitza llavors com el fluid de treball, la turbina giratòria.

refrigerat per gas d'alta temperatura

reactor d'alta temperatura refrigerat per gas (HTGR) - un reactor nuclear, el principi de funcionament es basa en la utilització de grafit com una barreja de combustible de combustible i microesferes. Hi ha dos dissenys de la competència:

• Alemany sistema de "farciment solt", que utilitza un esfèriques elements de combustible de 60 mm de diàmetre, que consisteix en una barreja de combustible i de grafit en una closca de grafit;
• la versió americana d'un grafit prismes hexagonals que s'entrellacen per crear el nucli.

En ambdós casos, el fluid de refrigeració consisteix en heli a una pressió d'aproximadament 100 atmosferes. L'heli sistema alemany passa a través dels buits en la capa d'esfèriques elements de combustible, i als Estats Units - a través d'obertures en els prismes de grafit disposades al llarg de l'eix central del nucli del reactor. Les dues opcions poden funcionar a temperatures molt altes, ja que el grafit té una temperatura de sublimació extremadament alta, i l'heli químicament inert per complet. heli calenta pot ser utilitzat directament com un fluid de treball en una turbina de gas a alta temperatura o la calor es pot utilitzar per a la generació d'aigua cicle de vapor.

Liquid-metall de reactor nuclear: circuit i principi de funcionament

Els reactors ràpids amb refrigerant de sodi ha rebut considerable atenció en els anys 1960-1970. Llavors semblava que la seva capacitat de reproducció de combustible nuclear són necessaris en un futur proper per produir combustible per a una indústria nuclear que evoluciona ràpidament. Quan es va fer evident que aquesta expectativa no és realista, l'entusiasme va decaure en la dècada de 1980. No obstant això, en els Estats Units, Rússia, França, Gran Bretanya, Japó i Alemanya van construir una sèrie de reactors d'aquest tipus. La majoria d'ells treballen en el diòxid d'urani o una barreja de diòxid de plutoni. Als Estats Units, però, el major èxit es va aconseguir amb combustible de metall.

CANDU

Canadà ha centrat els seus esforços en els reactors, que utilitzen urani natural. Això elimina la necessitat de la seva enriquiment a utilitzar els serveis d'altres països. El resultat d'aquesta política va ser el reactor de deuteri-urani (CANDU). Control i de refredament que va produir aigua pesada. Disseny i operació d'un reactor nuclear és l'ús d'un tanc amb D fred ₂ O a pressió atmosfèrica. Àrea activa impregnada tubs d'aliatge de zirconi de combustible d'urani natural, a través del qual circula el refrigerant seva aigua pesada. L'electricitat es produeix dividint la transferència de calor al refrigerant d'aigua pesada, que es distribueix a través del generador de vapor. El vapor d'aigua en el bucle secundari passa a través d'un cicle de turbina convencional.

instal·lacions de recerca

Per reactor nuclear d'investigació s'usa més sovint, el principi que consisteix en l'ús d'elements de placa de refredament d'aigua i de combustible d'urani en els conjunts de formulari. Capaç d'operar en un ampli rang de nivells de potència des d'uns pocs centenars de quilowatts a megawatts. Atès que la generació de potència no és l'objectiu principal dels reactors de recerca, es caracteritzen per l'energia tèrmica generada, i la densitat dels neutrons d'energia nominals de nucli. Són aquests paràmetres ajudaran a quantificar la capacitat d'un reactor d'investigació per dur a terme estudis específics. sistemes de baix consum tendeixen a operar a les universitats i s'utilitzen per a la formació, i es requereix alta potència en els laboratoris d'investigació de materials i característiques de les proves, així com per a la recerca en general.

El reactor d'investigació nuclear més comú, l'estructura i principi de funcionament és el següent. La seva àrea activa es troba a la part inferior de la piscina gran de profunditat d'aigua. Això facilita l'assignació d'observació i el canal pel qual els feixos de neutrons poden ser dirigides. A nivells de baixa potència que no hi ha necessitat de bombar el líquid refrigerant, per mantenir un estat de funcionament segur de la convecció natural del refrigerant assegura una suficient dissipació de la calor. L'intercanviador de calor es troba normalment en la superfície o en la part superior de la piscina, on s'acumula l'aigua calenta.

instal·lació de la nau

Ús original i primari de reactors nuclears és el seu ús en submarins. El seu principal avantatge és que, a diferència dels sistemes de combustió de combustibles fòssils per a la generació d'electricitat que no requereixen d'aire. En conseqüència, submarí nuclear pot romandre submergit durant molt de temps, i submarí dièsel-elèctric convencional s'ha d'elevar periòdicament a la superfície, per executar els seus motors d'aire. L'energia nuclear proporciona un avantatge estratègic vaixells de l'Armada. Gràcies a ella, no hi ha necessitat de repostar a ports estrangers o des de vaixells cisterna fàcilment vulnerables.

El principi de funcionament d'un reactor nuclear en un submarí classificat. No obstant això, se sap que als EUA que utilitza urani altament enriquit, i la desacceleració i el refredament és aigua lleugera. El disseny del primer reactor del submarí nuclear USS Nautilus va ser fortament influenciat per les instal·lacions de recerca de gran abast. La seva característica única és el molt alt marge de reactivitat, proporcionant un període prolongat de funcionament sense recàrrega de combustible i la capacitat de reiniciar després d'aturar. Central elèctrica a submarins ha de ser molt tranquil, per evitar la detecció. Per satisfer les necessitats específiques de les diferents classes de submarins s'han establert diferents models de centrals elèctriques.

Marina dels Estats Units en portaavions utilitza un reactor nuclear, el principi del que es creu que és pres dels submarins més grans. Els detalls de la seva construcció i no s'han publicat.

A més dels Estats Units, submarins nuclears estan al Regne Unit, França, Rússia, la Xina i l'Índia. En cada cas, el disseny no va ser revelat, però es creu que són tots molt similars - això és una conseqüència dels mateixos requisits de les seves característiques tècniques. Rússia també té una petita flota de trencaglaç nuclears, que va establir el mateix reactor que en els submarins soviètics.

instal·lacions industrials

A l'efecte de la producció de grau d'armes de plutoni-239 utilitza un reactor nuclear, el principi consisteix en una alta productivitat amb l'energia de baix nivell. Això es deu al fet que l'estada a llarg termini de plutoni en el nucli condueix a l'acumulació no desitjada de ²⁴⁰ Pu.

producció de triti

Actualment, el material principal que es pot obtenir per tals sistemes és triti ⁽³ H o T) - la càrrega per les bombes d'hidrogen. El plutoni-239 té una llarga vida mitjana de 24.100 anys, de manera que un país amb armes nuclears que utilitzen aquest element, per regla general, tenen més del necessari. En contrast amb el ²³⁹ Pu, la vida mitjana del triti és d'aproximadament 12 anys. Per tant, per mantenir l'inventari necessari, aquest isòtop radioactiu de l'hidrogen s'ha de dur a terme de forma contínua. Als EUA, el riu Savannah (Carolina del Sud), per exemple, té diversos reactors d'aigua pesada, que produeixen triti.

alimentació flotant

Creat pels reactors nuclears, capaços de proporcionar calefacció elèctrica i vapor eliminen zones aïllades. A Rússia, per exemple, trobem l'ús de petits sistemes d'energia, especialment dissenyat per atendre els assentaments de l'Àrtic. A la Xina, la planta de 10 megawatts HTR-10 subministra calor i l'institut de recerca d'energia elèctrica, en el qual es troba. Desenvolupament de petits reactors controlats de forma automàtica amb capacitats similars es duen a terme a Suècia i Canadà. Entre 1960 i 1972, l'Exèrcit d'Estats Units utilitza reactors d'aigua compactes per proporcionar bases remotes a Groenlàndia i l'Antàrtida. Van ser reemplaçats per les centrals elèctriques de fuel-oil.

l'exploració espacial

A més, els reactors van ser dissenyats per a l'energia i el moviment en l'espai. En el període de 1967 a 1988, la Unió Soviètica va establir un petit instal·lacions nuclears en els satèl·lits "Kosmos" per al subministrament d'equips i telemetria, però aquesta política s'ha convertit en blanc de crítiques. Almenys un d'aquests satèl·lits van entrar en l'atmosfera de la Terra, causant àrees remotes contaminació radioactiva del Canadà. Estats Units va llançar un sol satèl·lit amb un reactor nuclear a 1965. No obstant això, els projectes en el seu ús en missions d'espai profund, investigació tripulada altres planetes o en una base lunar permanent es segueixen desenvolupant. Això és segur per ser un reactor nuclear refrigerat per gas o líquid-metall, els principis físics dels quals proporciona la temperatura més alta possible és necessari per minimitzar la mida del radiador. A més, l'espai del reactor per a l'equip que sigui tan compacte com sigui possible per minimitzar la quantitat de material utilitzat per al blindatge, i per reduir el pes durant el vol de llançament i l'espai. Capacitat de combustible s'ha d'assegurar el funcionament del reactor durant la durada del vol espacial.