Как изглежда реакторът? Ядрен реактор: принцип на работа, характеристики, описание

Ядреният реактор работи гладко и ефективно. В противен случай, както знаете, ще има проблеми. Но какво става вътре? Нека се опитаме да формулираме принципа на работа на ядрен (ядрен) реактор накратко, ясно, със спирания.

По същество там се случва същият процес, както при ядрен взрив. Само експлозията се случва много бързо, но в реактора всичко това се простира за дълго време. В резултат на това всичко остава безопасно и здраво и ние получаваме енергия. Не толкова, че всичко наоколо да бъде унищожено веднага, но напълно достатъчно, за да осигури електричество на града.

Как работи един реактор? Охладителните кули на атомната електроцентрала
Преди да разберете как протича контролирана ядрена реакция, трябва да знаете какво е ядрена реакция като цяло.

Ядрената реакция е процес на трансформация (деление) на атомни ядра, когато те взаимодействат с елементарни частици и гама лъчи.

Ядрените реакции могат да протичат както с поглъщане, така и с освобождаване на енергия. Реакторът използва вторите реакции.

Ядреният реактор е устройство, чиято цел е да поддържа контролирана ядрена реакция с освобождаване на енергия.

Често ядреният реактор се нарича още атомен реактор. Нека отбележим, че тук няма фундаментална разлика, но от гледна точка на науката е по-правилно да се използва думата „ядрен“. Сега има много видове ядрени реактори. Това са огромни индустриални реактори, предназначени да генерират енергия в електроцентрали, ядрени реактори на подводници, малки експериментални реактори, използвани в научни експерименти. Има дори реактори, използвани за обезсоляване на морска вода.

Историята на създаването на ядрен реактор

Първият ядрен реактор е пуснат през не толкова далечната 1942 година. Това се случи в САЩ под ръководството на Ферми. Този реактор беше наречен Chicago Woodpile.

През 1946 г. започва да работи първият съветски реактор, пуснат под ръководството на Курчатов. Тялото на този реактор беше топка с диаметър седем метра. Първите реактори нямаха система за охлаждане и мощността им беше минимална. Между другото, съветският реактор имаше средна мощност от 20 вата, а американският - само 1 ват. За сравнение: средната мощност на съвременните енергийни реактори е 5 гигавата. По-малко от десет години след пускането на първия реактор в град Обнинск е открита първата в света индустриална атомна електроцентрала.

Принципът на работа на ядрен (ядрен) реактор

Всеки ядрен реактор има няколко части: ядро ​​с гориво и модератор, неутронен рефлектор, охлаждаща течност, система за управление и защита. Най-често като гориво в реакторите се използват изотопи на уран (235, 238, 233), плутоний (239) и торий (232). Ядрото е котел, през който тече обикновена вода (охлаждаща течност). Сред другите охлаждащи течности по-рядко се използват „тежка вода“ и течен графит. Ако говорим за работата на атомни електроцентрали, тогава ядрен реактор се използва за производство на топлина. Самото електричество се генерира по същия метод, както при другите видове електроцентрали - парата върти турбина, а енергията на движение се преобразува в електрическа.

По-долу има диаграма на работата на ядрен реактор.

схема на работа на ядрен реактор Схема на ядрен реактор в атомна електроцентрала

Както вече казахме, разпадането на тежко ураново ядро ​​произвежда по-леки елементи и няколко неутрона. Получените неутрони се сблъскват с други ядра, което също ги кара да се делят. В същото време броят на неутроните расте лавинообразно.

Тук трябва да споменем коефициента на размножаване на неутрони. Така че, ако този коефициент надвишава стойност, равна на единица, възниква ядрена експлозия. Ако стойността е по-малка от единица, има твърде малко неутрони и реакцията замира. Но ако поддържате стойността на коефициента равна на единица, реакцията ще продължи дълго и стабилно.

Въпросът е как да стане това? В реактора горивото се съдържа в така наречените горивни елементи (горивни елементи). Това са пръти, които съдържат ядрено гориво под формата на малки таблетки. Горивните пръти са свързани в касети с шестоъгълна форма, които могат да бъдат стотици в реактора. Касетите с горивни пръти са разположени вертикално и всеки горивен прът има система, която ви позволява да регулирате дълбочината на потапянето му в ядрото. В допълнение към самите касети, сред тях има контролни пръти и аварийни защитни пръти. Пръчките са изработени от материал, който абсорбира добре неутроните. По този начин контролните пръти могат да бъдат спускани на различни дълбочини в активната зона, като по този начин се регулира коефициентът на размножаване на неутрони. Аварийните пръти са предназначени за спиране на реактора в случай на авария.

Как се стартира ядрен реактор?

Разбрахме самия принцип на работа, но как да стартираме и накараме реактора да функционира? Грубо казано, ето го - парче уран, но верижната реакция не започва в него сама. Факт е, че в ядрената физика съществува понятието критична маса.

Ядрено гориво Ядрено гориво

Критичната маса е масата на делящия се материал, необходима за започване на ядрена верижна реакция.

С помощта на горивни пръти и управляващи пръти първо се създава критична маса ядрено гориво в реактора, след което реакторът се довежда до оптимално ниво на мощност на няколко етапа.

Ще ви хареса: Математически трикове за студенти по хуманитарни науки и не толкова (Част 1)
В тази статия се опитахме да ви дадем обща представа за структурата и принципа на работа на ядрен (ядрен) реактор. Ако имате въпроси по темата или ви е зададен проблем по ядрена физика в университета, моля, свържете се с специалистите на нашата компания. Както обикновено, ние сме готови да ви помогнем да разрешите всеки неотложен проблем, свързан с вашето обучение. И докато сме там, ето още едно образователно видео на вашето внимание!

блог/kak-rabotaet-yadernyj-reaktor/

: ... доста банално, но въпреки това все още не съм намерил информацията в усвоим вид - как ядрен реактор ЗАПОЧВА да работи. Всичко за принципа и структурата на работа вече е предъвкано над 300 пъти и е ясно, но ето как се получава горивото и от какво и защо не е толкова опасно докато е в реактора и защо не реагира преди да бъде потопени в реактора! - в края на краищата се загрява само вътре, въпреки това преди зареждането горивото е студено и всичко е наред, така че какво причинява нагряването на елементите не е напълно ясно, как те се отразяват и т.н., за предпочитане не научно).

Трудно е, разбира се, да се оформи такава тема по ненаучен начин, но ще се опитам. Нека първо да разберем какви са тези горивни пръти.

Ядреното гориво е черни таблетки с диаметър около 1 см и височина около 1,5 см. Те съдържат 2% уран 235 и 98% уран 238, 236, 239. Във всички случаи, с всяко количество ядрено гориво, a. не може да се развие ядрена експлозия, тъй като за лавинообразна бърза реакция на делене, характерна за ядрена експлозия, е необходима концентрация на уран 235 над 60%.

Двеста топчета ядрено гориво се зареждат в тръба, изработена от метален цирконий. Дължината на тази тръба е 3,5 м. диаметър 1,35 см. Тази тръба се нарича горивен елемент - горивен елемент. 36 горивни пръта са сглобени в касета (друго име е "монтаж").

Конструкция на горивния елемент на реактора RBMK: 1 - щепсел; 2 - таблетки с уранов диоксид; 3 - циркониева обвивка; 4 - пружина; 5 - втулка; 6 - съвет.

Трансформацията на веществото е придружена от освобождаване на свободна енергия само ако веществото има резерв от енергия. Последното означава, че микрочастиците от веществото са в състояние с енергия на покой, по-голяма от това в друго възможно състояние, към което има преход. Спонтанният преход винаги е възпрепятстван от енергийна бариера, за преодоляване на която микрочастицата трябва да получи определено количество енергия отвън - енергия на възбуждане. Екзоенергийната реакция се състои в това, че при трансформацията след възбуждане се освобождава повече енергия, отколкото е необходима за възбуждане на процеса. Има два начина за преодоляване на енергийната бариера: или поради кинетичната енергия на сблъскващи се частици, или поради енергията на свързване на свързващата се частица.

Ако имаме предвид макроскопичния мащаб на освобождаване на енергия, тогава всички или първоначално поне част от частиците на веществото трябва да имат кинетичната енергия, необходима за възбуждане на реакции. Това е постижимо само чрез повишаване на температурата на средата до стойност, при която енергията на топлинното движение се доближава до енергийния праг, ограничаващ протичането на процеса. В случай на молекулярни трансформации, тоест химични реакции, такова увеличение обикновено е стотици градуси по Келвин, но в случай на ядрени реакции е най-малко 107 K поради много високата височина на кулоновите бариери на сблъскващи се ядра. Термичното възбуждане на ядрените реакции се извършва на практика само по време на синтеза на най-леките ядра, при които бариерите на Кулон са минимални (термоядрен синтез).

Възбуждането чрез свързване на частици не изисква голяма кинетична енергия и следователно не зависи от температурата на средата, тъй като възниква поради неизползвани връзки, присъщи на силите на привличане на частиците. Но за да се възбудят реакциите, са необходими самите частици. И ако отново имаме предвид не отделен акт на реакция, а производство на енергия в макроскопичен мащаб, то това е възможно само при верижна реакция. Последното възниква, когато частиците, които възбуждат реакцията, се появят отново като продукти на екзоенергийна реакция.

За управление и защита на ядрен реактор се използват управляващи пръти, които могат да се движат по цялата височина на активната зона. Пръчките са направени от вещества, които силно абсорбират неутрони - например бор или кадмий. Когато прътите са вкарани дълбоко, верижната реакция става невъзможна, тъй като неутроните се абсорбират силно и се отстраняват от реакционната зона.

Пръчките се преместват дистанционно от контролния панел. С леко движение на прътите верижният процес или ще се развие, или ще избледнее. По този начин се регулира мощността на реактора.

Ленинградска АЕЦ, реактор РБМК

Начало на работа на реактора:

В началния момент след първото зареждане на гориво в реактора няма верижна реакция на делене, реакторът е в подкритично състояние. Температурата на охлаждащата течност е значително по-ниска от работната температура.

Както вече споменахме тук, за да започне верижна реакция, делящият се материал трябва да образува критична маса - достатъчно количество спонтанно делящ се материал в достатъчно малко пространство, условие, при което броят на неутроните, освободени по време на ядреното делене, трябва да бъде по-голям от броя на погълнатите неутрони. Това може да стане чрез увеличаване на съдържанието на уран-235 (количеството заредени горивни пръти) или чрез забавяне на скоростта на неутроните, така че да не летят покрай ядрата на уран-235.

Реакторът се пуска на мощност на няколко етапа. С помощта на регулатори на реактивността реакторът се превежда в свръхкритично състояние Kef>1 и мощността на реактора се повишава до ниво 1-2% от номиналната. На този етап реакторът се загрява до работните параметри на охлаждащата течност и скоростта на нагряване е ограничена. По време на процеса на нагряване контролите поддържат мощността на постоянно ниво. След това се стартират циркулационните помпи и се пуска в действие системата за отвеждане на топлината. След това мощността на реактора може да бъде увеличена до всяко ниво в диапазона от 2 до 100% от номиналната мощност.

Когато реакторът се нагрее, реактивността се променя поради промени в температурата и плътността на материалите на сърцевината. Понякога по време на нагряване относителната позиция на сърцевината и контролните елементи, които влизат или излизат от сърцевината, се променя, причинявайки ефект на реактивност при липса на активно движение на контролните елементи.

Регулиране чрез твърди, движещи се абсорбиращи елементи

За бърза промяна на реактивността в по-голямата част от случаите се използват твърди подвижни абсорбери. В реактора RBMK управляващите пръти съдържат втулки от борен карбид, затворени в тръба от алуминиева сплав с диаметър 50 или 70 mm. Всеки управляващ прът се поставя в отделен канал и се охлажда с вода от веригата на системата за управление и защита (система за управление и защита) при средна температура 50 ° C. Според предназначението си прътите се разделят на AZ (аварийна защита ) пръти; в RBMK има 24 такива пръта. Автоматични щанги - 12 броя, локални автоматични щанги - 12 броя, ръчни регулатори - 131 и 32 скъсени абсорбиращи щанги (USP). Има общо 211 пръта. Освен това скъсените пръчки се вкарват в сърцевината отдолу, а останалите отгоре.

реактор ВВЕР 1000 - задвижване на системата за управление; 2 - капак на реактора; 3 - тяло на реактора; 4 - блок от защитни тръби (BZT); 5 - вал; 6 - ядро ​​заграждение; 7 - горивни възли (FA) и контролни пръти;

Горими абсорбиращи елементи.

За да се компенсира излишната реактивност след зареждане на прясно гориво, често се използват горими абсорбери. Принципът на действие на който е, че те, подобно на горивото, след като уловят неутрон, впоследствие престават да абсорбират неутрони (изгарят). Освен това скоростта на намаляване в резултат на поглъщането на неутрони от ядрата на абсорбатора е по-малка или равна на скоростта на намаляване в резултат на делене на ядрата на гориво. Ако заредим ядрото на реактора с гориво, предназначено да работи една година, тогава е очевидно, че броят на ядрата на делящото се гориво в началото на работата ще бъде по-голям, отколкото в края, и трябва да компенсираме излишната реактивност чрез поставяне на абсорбери в сърцевината. Ако управляващите пръти се използват за тази цел, трябва непрекъснато да ги движим, тъй като броят на горивните ядра намалява. Използването на горими абсорбери намалява използването на движещи се пръти. В наши дни горимите абсорбенти често се добавят директно към горивните пелети по време на тяхното производство.

Контрол на реактивността на течността.

Такова регулиране се използва, по-специално, по време на работа на реактор тип VVER, в охлаждащата течност се въвежда борна киселина H3BO3, съдържаща 10B неутронно-абсорбиращи ядра. Чрез промяна на концентрацията на борна киселина в пътя на охлаждащата течност, ние променяме реактивността в сърцевината. През началния период на работа на реактора, когато има много горивни ядра, концентрацията на киселина е максимална. Тъй като горивото изгаря, концентрацията на киселината намалява.

Механизъм на верижна реакция

Ядреният реактор може да работи на дадена мощност дълго време само ако има резерв на реактивност в началото на работа. Изключение правят подкритичните реактори с външен източник на топлинни неутрони. Освобождаването на свързаната реактивност при намаляването й по естествени причини осигурява поддържането на критичното състояние на реактора във всеки момент от неговата работа. Първоначалният резерв на реактивност се създава чрез изграждане на активна зона с размери, значително надвишаващи критичните. За да се предотврати реакторът да стане суперкритичен, k0 на хранителната среда едновременно се намалява изкуствено. Това се постига чрез въвеждане на вещества, поглъщащи неутрони, в активната зона, които впоследствие могат да бъдат отстранени от активната зона. Както в елементите за управление на верижната реакция, абсорбиращите вещества са включени в материала на пръчките с едно или друго напречно сечение, движещи се през съответните канали в сърцевината. Но ако един или два или няколко пръта са достатъчни за регулиране, тогава за компенсиране на първоначалната излишна реактивност броят на прътите може да достигне стотици. Тези пръти се наричат ​​компенсаторни пръти. Контролните и компенсаторните пръти не представляват непременно различни конструктивни елементи. Редица компенсаторни пръти могат да бъдат управляващи пръти, но функциите и на двата са различни. Контролните пръти са проектирани да поддържат критично състояние по всяко време, да спират и пускат реактора и да преминават от едно ниво на мощност към друго. Всички тези операции изискват малки промени в реактивността. Компенсиращите пръти се отстраняват постепенно от активната зона на реактора, осигурявайки критично състояние през цялото време на неговата работа.

Понякога управляващите пръти са направени не от абсорбиращи материали, а от делящ се материал или разпръскващ материал. В топлинните реактори това са главно абсорбери на неутрони; няма ефективни абсорбери на бързи неутрони. Поглъщатели като кадмий, хафний и други силно поглъщат само термични неутрони поради близостта на първия резонанс до топлинната област, а извън последната не се различават от другите вещества по своите абсорбиращи свойства. Изключение прави борът, чието напречно сечение на поглъщане на неутрони намалява с енергия много по-бавно от това на посочените вещества, съгласно закона l / v. Следователно борът абсорбира бързи неутрони, макар и слабо, но малко по-добре от други вещества. Абсорбиращият материал в реактора на бързи неутрони може да бъде само бор, ако е възможно обогатен с изотопа 10B. В допълнение към бора, делящите се материали се използват и за управляващи пръти в реакторите на бързи неутрони. Компенсиращ прът, направен от делящ се материал, изпълнява същата функция като прът за поглъщане на неутрони: той увеличава реактивността на реактора, докато тя естествено намалява. Въпреки това, за разлика от абсорбера, такъв прът се намира извън активната зона в началото на работата на реактора и след това се въвежда в активната зона.

Материалите за разсейване, използвани в бързите реактори, са никел, който има напречно сечение на разсейване за бързи неутрони, което е малко по-голямо от напречното сечение на други вещества. Разпръскващите пръти са разположени по периферията на активната зона и тяхното потапяне в съответния канал води до намаляване на изтичането на неутрони от активната зона и съответно повишаване на реактивността. В някои специални случаи целта на контрола на верижната реакция се обслужва от движещи се части на неутронни рефлектори, които при движение променят изтичането на неутрони от активната зона. Контролните, компенсационните и аварийните пръти, заедно с цялото оборудване, което осигурява нормалното им функциониране, образуват системата за управление и защита (СУЗ) на реактора.

Аварийна защита:

Аварийната защита на ядрен реактор е набор от устройства, предназначени за бързо спиране на ядрена верижна реакция в активната зона на реактора.

Активната аварийна защита се задейства автоматично, когато един от параметрите на ядрен реактор достигне стойност, която може да доведе до авария. Такива параметри могат да включват: температура, налягане и поток на охлаждащата течност, ниво и скорост на увеличаване на мощността.

Изпълнителните елементи на аварийната защита в повечето случаи са пръти с вещество, което абсорбира добре неутроните (бор или кадмий). Понякога, за да се изключи реакторът, течен абсорбер се инжектира в контура на охлаждащата течност.

В допълнение към активната защита, много съвременни дизайни включват и елементи на пасивна защита. Например съвременните версии на реакторите VVER включват „Система за аварийно охлаждане на активната зона“ (ECCS) - специални резервоари с борна киселина, разположени над реактора. В случай на максимална проектна авария (разкъсване на първия охладителен кръг на реактора), съдържанието на тези резервоари се озовава вътре в активната зона на реактора под действие на гравитацията и верижната ядрена реакция се потушава от голямо количество вещество, съдържащо бор , който поглъща добре неутроните.

Съгласно „Правилата за ядрена безопасност на реакторните съоръжения на атомните електроцентрали“ поне една от предвидените системи за спиране на реактора трябва да изпълнява функцията на аварийна защита (ЕР). Аварийната защита трябва да има най-малко две независими групи работни елементи. При сигнал AZ, работните части AZ трябва да се задействат от всякакви работни или междинни позиции.

Оборудването AZ трябва да се състои от поне два независими комплекта.

Всеки комплект AZ оборудване трябва да бъде проектиран по такъв начин, че да се осигури защита в диапазона на промените в плътността на неутронния поток от 7% до 120% от номиналната:

1. По плътност на неутронния поток - не по-малко от три независими канала;
2. Според скоростта на нарастване на плътността на неутронния поток - не по-малко от три независими канала.

Всеки комплект оборудване за аварийна защита трябва да бъде проектиран по такъв начин, че в целия диапазон от промени в технологичните параметри, установени в проекта на реакторната централа (РЦ), аварийната защита да се осигурява от най-малко три независими канала за всеки технологичен параметър за които е необходима защита.

Командите за управление на всеки комплект за задвижки AZ трябва да се предават през поне два канала. Когато един канал в един от комплектите AZ оборудване бъде изведен от работа, без да бъде изведен от работа този комплект, трябва автоматично да се генерира алармен сигнал за този канал.

Аварийната защита трябва да се задейства поне в следните случаи:

1. При достигане на настройката AZ за плътност на неутронния поток.
2. При достигане на настройката AZ за скоростта на нарастване на плътността на неутронния поток.
3. При изчезване на напрежението в който и да е комплект аварийни защитни съоръжения и захранващи шини на CPS, които не са изведени от експлоатация.
4. При повреда на който и да е два от трите защитни канала за плътност на неутронния поток или за скорост на нарастване на неутронния поток в който и да е комплект АЗ оборудване, което не е изведено от експлоатация.
5. При достигане на настройките AZ от технологичните параметри, за които трябва да се извърши защита.
6. При задействане на АЗ от ключ от блокова контролна точка (БКП) или резервна контролна точка (РКП).

Може би някой може да обясни накратко по още по-ненаучен начин как започва да работи блок на атомна централа? :-)

Запомнете тема като Оригиналната статия е на уебсайта InfoGlaz.rfВръзка към статията, от която е направено това копие -

Всеки ден използваме електричество и не се замисляме как се произвежда и как е стигнало до нас. Въпреки това, това е една от най-важните части на съвременната цивилизация. Без електричество не би имало нищо – нито светлина, нито топлина, нито движение.

Всеки знае, че електричеството се генерира в електроцентрали, включително атомни. Сърцето на всяка атомна електроцентрала е ядрен реактор. Това е, което ще разгледаме в тази статия.

Ядрен реактор, устройство, в което протича контролирана ядрена верижна реакция с отделяне на топлина. Тези устройства се използват главно за генериране на електричество и за задвижване на големи кораби. За да си представим мощността и ефективността на ядрените реактори, можем да дадем пример. Когато среден ядрен реактор ще изисква 30 килограма уран, средната топлоелектрическа централа ще изисква 60 вагона въглища или 40 резервоара мазут.

Прототип ядрен реакторе построен през декември 1942 г. в САЩ под ръководството на Е. Ферми. Това беше така нареченият „Чикагски стек“. Chicago Pile (по-късно думата„Купчина“, заедно с други значения, означава ядрен реактор).Дадено му е това име, защото прилича на голяма купчина графитни блокове, поставени един върху друг.

Между блоковете бяха поставени сферични „работни течности“, направени от естествен уран и неговия диоксид.

В СССР първият реактор е построен под ръководството на академик И.В.Курчатов. Реакторът F-1 е пуснат в експлоатация на 25 декември 1946 г. Реакторът е със сферична форма и диаметър около 7,5 метра. Нямаше охладителна система, така че работеше на много ниски нива на мощност.

Изследванията продължават и на 27 юни 1954 г. в Обнинск влиза в експлоатация първата атомна електроцентрала в света с мощност 5 MW.

Принципът на работа на ядрен реактор.

При разпадането на уран U 235 се отделя топлина, придружена от отделянето на два или три неутрона. Според статистиката - 2,5. Тези неутрони се сблъскват с други атоми на уран U235. По време на сблъсък уран U 235 се превръща в нестабилен изотоп U 236, който почти веднага се разпада на Kr 92 и Ba 141 + същите тези 2-3 неутрона. Разпадът е придружен от освобождаване на енергия под формата на гама лъчение и топлина.

Това се нарича верижна реакция. Атомите се делят, броят на разпаданията се увеличава експоненциално, което в крайна сметка води до светкавично, според нашите стандарти, освобождаване на огромно количество енергия - атомна експлозия възниква в резултат на неконтролируема верижна реакция.

Въпреки това, в ядрен реакторимаме работа с контролирана ядрена реакция.Как това става възможно е описано по-нататък.

Структурата на ядрен реактор.

В момента има два типа ядрени реактори: ВВЕР (мощен енергиен реактор с водно охлаждане) и РБМК (мощен канален реактор). Разликата е, че РБМК е кипящ реактор, а ВВЕР използва вода под налягане от 120 атмосфери.

реактор ВВЕР 1000 - задвижване на системата за управление; 2 - капак на реактора; 3 - тяло на реактора; 4 - блок от защитни тръби (BZT); 5 - вал; 6 - ядро ​​заграждение; 7 - горивни възли (FA) и контролни пръти;

Всеки промишлен ядрен реактор е котел, през който тече охлаждаща течност. Като правило това е обикновена вода (около 75% в света), течен графит (20%) и тежка вода (5%). За експериментални цели е използван берилий и се приема, че е въглеводород.

ТВЕЛ- (горивен елемент). Това са пръти в циркониева обвивка с ниобиева сплав, вътре в която са разположени таблетки с уранов диоксид.

Горивните пръти в касетата са маркирани в зелено.

Монтаж на горивна касета.

Активната зона на реактора се състои от стотици касети, разположени вертикално и обединени заедно с метална обвивка - тяло, което играе и ролята на отражател на неутрони. Между касетите на равни интервали са поставени управляващи пръти и пръти за аварийна защита на реактора, които са предназначени да изключат реактора в случай на прегряване.

Нека дадем примерни данни за реактора ВВЕР-440:

Контролерите могат да се движат нагоре и надолу, потапяйки се или обратно, напускайки активната зона, където реакцията е най-интензивна. Това се осигурява от мощни електродвигатели, в комбинация със система за аварийна защита, предназначени да изключат реактора в случай на авария, попадайки в активната зона и поглъщайки повече свободни неутрони.

Всеки реактор има капак, през който се зареждат и изваждат използвани и нови касети.

Топлоизолацията обикновено се монтира отгоре на корпуса на реактора. Следващата бариера е биологичната защита. Обикновено това е стоманобетонен бункер, чийто вход е затворен от въздушен шлюз с херметизирани врати. Биологичната защита е предназначена да предотврати изпускането на радиоактивна пара и парчета от реактора в атмосферата, ако възникне експлозия.

Ядрена експлозия в съвременните реактори е изключително малко вероятна. Тъй като горивото е доста слабо обогатено и разделено на горивни елементи. Дори сърцевината да се разтопи, горивото няма да може да реагира толкова активно. Най-лошото, което може да се случи, е термична експлозия като в Чернобил, когато налягането в реактора достигна такива стойности, че металният корпус просто се спука, а капакът на реактора, тежащ 5000 тона, направи обърнат скок, пробивайки покрива на реакторното отделение и изпускане на пара навън. Ако атомната електроцентрала в Чернобил беше оборудвана с подходяща биологична защита, като днешния саркофаг, тогава бедствието щеше да струва много по-малко на човечеството.

Експлоатация на атомна електроцентрала.

Накратко, така изглежда рабобоа.

Атомна електроцентрала. (може да се кликне)

След като влезе в активната зона на реактора с помощта на помпи, водата се загрява от 250 до 300 градуса и излиза от „другата страна“ на реактора. Това се нарича първа верига. След което се изпраща в топлообменника, където се среща с втория кръг. След това парата под налягане се стича върху лопатките на турбината. Турбините генерират електричество.

Ядрен (ядрен) реактор
ядрен реактор

Ядрен (ядрен) реактор – инсталация, в която се осъществява самоподдържаща се контролирана верижна реакция на ядрено делене. Ядрените реактори се използват в ядрената енергетика и за изследователски цели. Основната част на реактора е неговата сърцевина, където се извършва ядрено делене и се освобождава ядрена енергия. Активната зона, която обикновено има формата на цилиндър с обем от част от литър до много кубически метри, съдържа делящ се материал (ядрено гориво) в количество, надвишаващо критичната маса. Ядреното гориво (уран, плутоний) обикновено се поставя в горивни елементи (горивни пръти), чийто брой в сърцевината може да достигне десетки хиляди. Горивните пръти са групирани в пакети от няколко десетки или стотици парчета. Ядрото в повечето случаи представлява колекция от горивни пръти, потопени в модерираща среда (модератор) - вещество, поради еластични сблъсъци с атоми, на което енергията на неутроните, които причиняват и съпътстват деленето, се редуцира до енергията на топлинно равновесие с среден. Такива „топлинни“ неутрони имат повишена способност да предизвикват делене. Вода (включително тежка вода, D 2 O) и графит обикновено се използват като модератор. Активната зона на реактора е заобиколена от рефлектор, изработен от материали, способни да разпръскват добре неутрони. Този слой връща неутроните, излъчени от ядрото, обратно в тази зона, увеличавайки скоростта на верижната реакция и намалявайки критичната маса. Радиационната биологична защита от бетон и други материали е поставена около рефлектора, за да се намали радиацията извън реактора до приемливо ниво.
В ядрото деленето освобождава огромна енергия под формата на топлина. Той се отстранява от активната зона с помощта на газ, вода или друго вещество (охлаждаща течност), което непрекъснато се изпомпва през сърцевината, измивайки горивните пръти. Тази топлина може да се използва за създаване на гореща пара, която завърта турбина на електроцентрала.
За контролиране на скоростта на верижната реакция на делене се използват управляващи пръти, изработени от материали, които силно абсорбират неутрони. Въвеждането им в активната зона намалява скоростта на верижната реакция и, ако е необходимо, я спира напълно, въпреки факта, че масата на ядреното гориво надвишава критичната маса. Тъй като контролните пръти се отстраняват от активната зона, абсорбцията на неутрони намалява и верижната реакция може да бъде доведена до етап на самоподдържане.
Първият реактор е пуснат в САЩ през 1942 г. В Европа първият реактор е пуснат през 1946 г. в СССР.

Толкова сме свикнали с електричеството, че не се замисляме откъде идва. По принцип се произвежда в електроцентрали, които използват различни източници за това. Електроцентралите могат да бъдат топлинни, вятърни, геотермални, слънчеви, водноелектрически и ядрени. Именно последното предизвиква най-много спорове. Те спорят за тяхната необходимост и надеждност.

По отношение на производителността ядрената енергия днес е една от най-ефективните и нейният дял в световното производство на електроенергия е доста значителен, повече от една четвърт.

Как работи атомната електроцентрала и как генерира енергия? Основният елемент на атомната електроцентрала е ядреният реактор. В него възниква ядрена верижна реакция, в резултат на която се отделя топлина. Тази реакция е контролирана, поради което можем да използваме енергията постепенно, вместо да получаваме ядрена експлозия.

Основни елементи на ядрен реактор

• Ядрено гориво: обогатен уран, изотопи на уран и плутоний. Най-често използваният е уран 235;
• Охлаждаща течност за отстраняване на енергията, генерирана по време на работа на реактора: вода, течен натрий и др.;
• Контролни пръти;
• Неутронен модератор;
• Радиационна защитна обвивка.

Видео на работещ ядрен реактор

Как работи ядрен реактор?

В активната зона на реактора има горивни елементи (горивни елементи) - ядрено гориво. Те са събрани в касети, съдържащи няколко десетки горивни пръти. Охлаждащата течност протича през каналите през всяка касета. Горивните пръти регулират мощността на реактора. Ядрена реакция е възможна само при определена (критична) маса на горивния прът. Масата на всеки прът поотделно е под критичната. Реакцията започва, когато всички пръчки са в активната зона. Чрез поставяне и премахване на горивни пръти реакцията може да се контролира.

Така че, когато критичната маса бъде превишена, радиоактивните горивни елементи излъчват неутрони, които се сблъскват с атоми. Резултатът е нестабилен изотоп, който веднага се разпада, освобождавайки енергия под формата на гама радиация и топлина. Частиците, които се сблъскват, предават една на друга кинетична енергия и броят на разпадите нараства експоненциално. Това е верижна реакция – принципът на действие на ядрения реактор. Без контрол се случва със светкавична скорост, което води до експлозия. Но в ядрен реактор процесът е под контрол.

Така в сърцевината се отделя топлинна енергия, която се предава на водата, измиваща тази зона (първи контур). Тук температурата на водата е 250-300 градуса. След това водата предава топлина на втория кръг и след това на лопатките на турбината, които генерират енергия. Преобразуването на ядрената енергия в електрическа може да бъде представено схематично:

1. Вътрешна енергия на урановото ядро,
2. Кинетична енергия на фрагменти от разпаднали се ядра и освободени неутрони,
3. Вътрешна енергия на вода и пара,
4. Кинетична енергия на вода и пара,
5. Кинетична енергия на роторите на турбината и генератора,
6. Електрическа енергия.

Активната зона на реактора се състои от стотици касети, обединени от метална обвивка. Тази обвивка играе и ролята на рефлектор на неутрони. Между касетите са поставени управляващи пръти за регулиране на скоростта на реакция и пръти за аварийна защита на реактора. След това се монтира топлоизолация около рефлектора. Върху топлоизолацията има защитна обвивка от бетон, която улавя радиоактивните вещества и не им позволява да преминават в околното пространство.

Къде се използват ядрените реактори?

• Ядрените енергийни реактори се използват в атомни електроцентрали, в корабни електрически инсталации и в ядрени топлоцентрали.
• За производството на вторично ядрено гориво се използват конвекторни и размножителни реактори.
• Изследователските реактори са необходими за радиохимични и биологични изследвания и производство на изотопи.

Въпреки всички противоречия и противоречия по отношение на ядрената енергия, атомните електроцентрали продължават да се изграждат и експлоатират. Една от причините е ефективността на разходите. Прост пример: 40 цистерни мазут или 60 вагона въглища произвеждат същото количество енергия като 30 килограма уран.