Az atom atomreaktor szerkezete. Az atomreaktor működési elve

Az első atomreaktort 1942 decemberében építették az Egyesült Államokban E. Fermi . Európában az első atomreaktort 1946 decemberében helyezték üzembe Moszkvában I. V. vezetésével. Kurcsatov . 1978-ban már mintegy ezer különféle típusú atomreaktor működött a világon. Bármely atomreaktor alkatrészei a következők: mag val vel nukleáris üzemanyagáltalában neutronreflektor veszi körül, hűtőfolyadék, láncreakció vezérlő rendszer, sugárvédelem, távirányító rendszer ( rizs. egy). Az atomreaktor fő jellemzője a teljesítménye. Teljesítmény az 1-ben MV láncreakciónak felel meg, amelyben 3 10 16 hasadási esemény történik 1-ben mp.
Az erőművi atomreaktorok berendezése.

Az atomerőmű reaktor olyan berendezés, amelyben nehéz elemek maghasadásának szabályozott láncreakciója megy végbe, és az ezalatt felszabaduló hőenergiát a hűtőközeg eltávolítja. Az atomreaktor fő eleme a mag. Nukleáris üzemanyagot tartalmaz, és hasadási láncreakciót hajt végre. Az aktív zóna egy meghatározott módon elhelyezett nukleáris üzemanyagot tartalmazó fűtőelemek halmaza. A termikus neutronreaktorok moderátort használnak. A magon keresztül hűtőfolyadékot szivattyúznak, amely lehűti az üzemanyag-elemeket. Bizonyos típusú reaktorokban a moderátor és a hűtőközeg szerepét ugyanaz az anyag tölti be, például közönséges vagy nehéz víz.

A homogén reaktor vázlata: 1 reaktoros tartály, 2 magos zóna, 3 térfogat-kompenzátor, 4 hőcserélő, 5 gőzkimenet, 6 adagos vízbemenet, 7 cirkulációs szivattyú

A reaktor működésének szabályozására nagy neutronelnyelési keresztmetszetű anyagokból készült szabályozórudakat vezetnek a zónába. Az erősáramú reaktorok magját neutronreflektor veszi körül – egy réteg moderátoranyag, amely csökkenti a neutronok zónából való kiszivárgását. Ezen túlmenően a reflektornak köszönhetően a neutronsűrűség és az energiafelszabadulás kiegyenlítődik a mag térfogatán, ami lehetővé teszi az adott zónaméretekhez nagyobb teljesítmény elérését, egyenletesebb tüzelőanyag-égetés elérését, a reaktor időtartamának növelését. reaktor üzemanyag-utántöltés nélkül, valamint a hőelvezető rendszer egyszerűsítése érdekében. A reflektort a lelassuló és elnyelt neutronok és gamma-sugarak energiája melegíti fel, így hűtése biztosított. A mag, a reflektor és más elemek hermetikusan zárt házban vagy burkolatban vannak elhelyezve, általában biológiai árnyékolással körülvéve.

Az atomreaktor magja nukleáris üzemanyagot tartalmaz, maghasadási láncreakció megy végbe, és energia szabadul fel. Az atomreaktor állapotát effektív együttható jellemzi Kef neutronszaporodás vagy reaktivitás r:

R \u003d (K ¥ - 1) / K eff. (egy)

Ha egy K ef > 1, akkor a láncreakció idővel növekszik, az atomreaktor szuperkritikus állapotban van és reaktivitása r > 0; ha K ef< 1 , akkor a reakció lebomlik, a reaktor szubkritikus, r< 0; при Nak nek ¥ = 1, r = 0, a reaktor kritikus állapotban van, álló folyamat van folyamatban, a hasadások száma időben állandó. A nukleáris reaktor indításakor láncreakció megindításához általában neutronforrást (Ra és Be keveréke, 252 Cf stb.) vezetnek a zónába, bár ez nem szükséges, mivel az urán spontán hasadása és kozmikus sugarak megfelelő számú kezdeti neutront adjon a láncreakció kialakulásához at K ef > 1.

A legtöbb atomreaktor 235 U-t használ hasadóanyagként Ha a zóna a nukleáris üzemanyagon (természetes vagy dúsított urán) kívül neutronmoderátort is tartalmaz (grafit, víz és egyéb könnyű atommagot tartalmazó anyagok, lásd alább). Neutron moderálás), akkor a felosztások fő része az akció alatt történik termikus neutronok (termikus reaktor). Egy termikus neutronos atomreaktor 235 U-val nem dúsított természetes uránt használhat (ilyenek voltak az első atomreaktorok). Ha a magban nincs moderátor, akkor a hasadások nagy részét az x n > 10 energiájú gyors neutronok okozzák. kev (gyors reaktor). 1-1000 energiájú köztes neutronreaktorok ev.

Az atomreaktor kritikussági feltétele a következő:

K eff \u003d K ¥ × P = 1 , (1)

ahol 1 - P a neutronok kilépésének (kiszivárgásának) valószínűsége az atomreaktor aktív zónájából, Nak nek ¥ - a végtelenül nagy méretű magban a neutronsokszorozó tényező, amelyet a termikus atomreaktorok esetében az úgynevezett "4 tényezős képlet" határoz meg:

Nak nek¥ = neju. (2)

Itt n a 235 U atommag termikus neutronok általi hasadásából keletkező másodlagos (gyors) neutronok átlagos száma, e a gyorsneutronok szorzótényezője (a neutronok számának növekedése az atommagok hasadása miatt, főleg 238 U magok, gyors neutronok által); j annak a valószínűsége, hogy a neutront nem fogja be a 238 U atommag a lassítási folyamat során, u annak a valószínűsége, hogy a termikus neutron hasadást okoz. A h \u003d n / (l + a) értéket gyakran használják, ahol a az s p sugárzáselfogó keresztmetszet és az s d hasadási keresztmetszet aránya.

Az (1) feltétel határozza meg az atomreaktor méreteit Például egy természetes uránból és grafitból készült atomreaktorhoz n = 2.4. e » 1,03, eju » 0,44, honnan Nak nek¥=1,08. Ez azt jelenti, hogy Nak nek ¥ > 1 szükséges P<0,93, что соответствует (как показывает теория Ядерный реактор) размерам активной зоны Ядерный реактор ~ 5-10 m. Egy modern teljesítményű atomreaktor térfogata eléri a százakat m 3és elsősorban a hőelvonás lehetőségei határozzák meg, nem pedig a kritikusság feltételei. A kritikus állapotú atomreaktor aktív zónájának térfogatát az atomreaktor kritikus térfogatának, a hasadóanyag tömegét pedig kritikus tömegnek nevezzük. A legkisebb kritikus tömegű a tiszta hasadó izotópok sóinak vizes oldataként működő nukleáris reaktor és a vízneutron reflektor. 235 U esetében ez a tömeg 0,8 kg, for 239 Pu - 0,5 kg . 251 Cf rendelkezik a legkisebb kritikus tömeggel (elméletileg 10 g). Természetes uránt tartalmazó grafitos atomreaktor kritikus paraméterei: urán tömege 45 t, grafit térfogata 450 m 3 . A neutronok szivárgásának csökkentése érdekében a mag gömb alakú vagy ahhoz közeli alakot kap, például egy átmérőjű nagyságrendű magasságú hengert vagy egy kockát (a felület és a térfogat legkisebb aránya).

Az n értéke a termikus neutronokra 0,3%-os pontossággal ismert (1. táblázat). A hasadást okozó neutron energiájának x n növekedésével n a törvény szerint növekszik: n \u003d n t + 0,15x n (x n in mev), ahol n t a termikus neutronok általi hasadásnak felel meg.

Tab. 1. - A termikus neutronok n és h értékei (1977-es adatok szerint)

Az (e-1) értéke általában csak néhány százalék, ennek ellenére a gyors neutronszaporodás szerepe jelentős, hiszen a nagy atomreaktoroknál ( Nak nek ¥ - 1) << 1 (графитовые Ядерный реактор с естественным ураном, в которых впервые была осуществлена цепная реакция, невозможно было бы создать, если бы не существовало деления на быстрых нейтронах).

A J maximális lehetséges értéke olyan atomreaktorban érhető el, amely csak hasadó atommagokat tartalmaz. Az erőművi atomreaktorok gyengén dúsított uránt használnak (koncentrációja 235 U ~ 3-5%), és a 238 U atommagok elnyelik a neutronok jelentős részét. Így az uránizotópok természetes keverékére a maximális nJ érték = 1.32. A neutronok abszorpciója a moderátorban és a szerkezeti anyagokban általában nem haladja meg a nukleáris üzemanyag összes izotópja általi abszorpció 5-20%-át. A moderátorok közül a nehézvíznek van a legkisebb a neutronelnyelése, a szerkezeti anyagok közül pedig az Al és a Zr.

A neutronok 238 U atommag általi rezonáns befogásának valószínűsége lassításkor (1-j) a heterogén atomreaktorokban jelentősen lecsökken A csökkenés (1 - j) abból adódik, hogy a rezonanciához közeli energiájú neutronok száma meredeken csökken az üzemanyagblokk belsejében és a rezonanciaelnyelésben csak a blokk külső rétege vesz részt. Heterogén szerkezet Az atomreaktor lehetővé teszi a természetes urán láncfolyamatának végrehajtását. Csökkenti az O értékét, de ez a reaktivitásveszteség sokkal kisebb, mint a rezonancia-abszorpció csökkenése miatti nyereség.

A termikus atomreaktor kiszámításához meg kell határozni a termikus neutronok spektrumát. Ha a neutronok abszorpciója nagyon gyenge, és a neutronnak van ideje sokszor ütközni a moderátor magjaival az abszorpció előtt, akkor termodinamikai egyensúly (neutronok termalizációja) jön létre a moderáló közeg és a neutrongáz, valamint a termikus spektrum között. neutronok leírása Maxwell eloszlás . Valójában az atomreaktor aktív zónájában a neutronok abszorpciója meglehetősen nagy. Ez a Maxwell-eloszlástól való eltéréshez vezet - a neutronok átlagos energiája nagyobb, mint a közeg molekuláinak átlagos energiája. A termikus folyamatot befolyásolják az atommagok mozgása, az atomok kémiai kötései stb.

A nukleáris üzemanyag elégetése és újratermelése. Az atomreaktor működése során a fűtőanyag összetétele megváltozik a benne felhalmozódó hasadási töredékek miatt (lásd 1. Atomhasadási magok) és végzettséggel transzurán elemek, főleg Pu izotópok. A hasadási fragmentumok hatása a reakciókészségre Az atomreaktort mérgezésnek (radioaktív töredékek esetén) és salakosodásnak (stabilok esetén) nevezik. A mérgezés oka elsősorban a 135 Xe, amely a legnagyobb neutronelnyelési keresztmetszetű (2,6 10 6 istálló). Felezési ideje T 1/2 = 9,2 óra, a hasadási hozam 6-7%. A 135 Xe fő része a 135 bomlása következtében képződik]( Tts = 6,8 h). Mérgezéskor a Kef 1-3%-kal változik. A nagy 135 Xe abszorpciós keresztmetszet és a közbenső 135 I izotóp jelenléte két fontos jelenséghez vezet: 1) a 135 Xe koncentráció növekedéséhez, és ennek következtében az atomreaktor leállítása utáni reakcióképességének csökkenéséhez. vagy a teljesítménye lecsökkent ("jódgödör"). Ez további reaktivitási tartalékot tesz szükségessé a szabályozó szerveknél, vagy lehetetlenné teszi a rövid távú leállásokat és a teljesítmény-ingadozásokat. A jódkút mélysége és időtartama a Ф neutronfluxustól függ: Ф = 5 10 13 neutron/cm 2 × mp jódgödör időtartama ~ 30 h, és a mélység 2-szer nagyobb, mint a stacionárius változás K ef 135 Xe mérgezés okozta. 2) A mérgezés következtében a Ф neutronfluxus, és ezáltal a teljesítmény tér-időbeli ingadozása léphet fel Atomreaktor Ezek az ingadozások Ф> 10 13 neutron / cm 2 × sec és nagy méreteknél Atomreaktor Oszcillációs periódusok ~ 10 h.

A maghasadásból származó különböző stabil töredékek száma nagy. Egy hasadó izotóp abszorpciós keresztmetszetéhez képest vannak nagy és kis abszorpciós keresztmetszetű töredékek. Előbbi koncentrációja az atomreaktor működésének első napjaiban eléri a telítést (főleg 149 Sm, ami 1%-kal változtatja meg a Keffet). Ez utóbbiak koncentrációja és az általuk bevitt negatív reaktivitás idővel lineárisan növekszik.

A transzurán elemek képződése egy atomreaktorban a következő sémák szerint történik:

Itt z neutronbefogást jelent, a nyíl alatti szám a felezési idő.

239 Pu (nukleáris fűtőanyag) felhalmozódása a működés kezdetén Egy atomreaktor lineárisan megy végbe időben, és minél gyorsabban (fix 235 U kiégésnél), annál alacsonyabb az urándúsítás. Ekkor a 239 Pu koncentrációja egy állandó értékre hajlik, ami nem függ a dúsítás mértékétől, hanem a 238 U és 239 Pu neutronbefogási keresztmetszeteinek aránya határozza meg. . Az egyensúlyi koncentráció létrejöttének jellemző ideje 239 Pu ~ 3/ F év (F egységekben 10 13 neutron/ cm 2×sec). A 240 Pu, 241 Pu izotópok csak akkor érnek el egyensúlyi koncentrációt, ha a fűtőanyagot a nukleáris üzemanyag regenerálása után újra elégetik egy atomreaktorba.

A nukleáris fűtőanyag elégetését az atomreaktorba 1-enként felszabaduló teljes energia jellemzi tüzemanyag. Természetes uránnal működő atomreaktornál a maximális égés ~ 10 gwt × nap/t(nehézvizes atomreaktor). Alacsony dúsítású (2-3% urántartalmú) atomreaktorban 235 U) kiégés ~ 20-30 GW-nap/t. Gyors neutronos atomreaktorban - akár 100 GW-nap/t. Kiégés 1 GW-nap/t a nukleáris üzemanyag 0,1%-ának elégetésének felel meg.

A nukleáris fűtőanyag elégetésével az atomreaktor reakcióképessége csökken (természetes uránnal üzemelő atomreaktorban kis égésnél a reaktivitás némileg megnövekszik). A kiégett üzemanyag cseréje azonnal végrehajtható a teljes zónából vagy fokozatosan az üzemanyagrudak mentén úgy, hogy a zónában minden korosztályú üzemanyagrudak legyenek - folyamatos tankolási mód (köztes lehetőségek is lehetségesek). Az első esetben a friss tüzelőanyaggal működő atomreaktor túlzott reaktivitással rendelkezik, amelyet kompenzálni kell. A második esetben ilyen kompenzációra csak az első indításkor van szükség, mielőtt a folyamatos túlterhelési üzemmódba lépne. A folyamatos üzemanyag-utántöltés lehetővé teszi az égési mélység növelését, hiszen az atomreaktor reakcióképességét a hasadó nuklidok átlagos koncentrációja határozza meg (a minimális hasadó nuklidkoncentrációjú TVEL-ek tehermentesítése) A 2. táblázat a kitermelt nukleáris üzemanyag összetételét mutatja be. (ban ben kg) ban ben túlnyomásos vizes reaktor teljesítmény 3 Gwt. A teljes zónát egyidejűleg tehermentesítik az atomreaktor 3 órás működése után évekés "részletek" 3 évek(F = 3 × 10 13 neutron / cm 2 × mp). Kezdeti összetétel: 238 U - 77350, 235 U - 2630, 234 U - 20.

Tab. 2. - A kirakott üzemanyag összetétele, kg

Vissza előre

Figyelem! A dia előnézete csak tájékoztató jellegű, és nem feltétlenül képviseli a bemutató teljes terjedelmét. Ha érdekli ez a munka, töltse le a teljes verziót.

Az óra céljai:

• Nevelési: a meglévő ismeretek frissítése; a fogalmak kialakításának folytatása: uránmagok hasadása, magláncreakció, előfordulásának feltételei, kritikus tömeg; új fogalmak bevezetése: atomreaktor, az atomreaktor fő elemei, az atomreaktor felépítése és működési elve, a nukleáris reakció szabályozása, az atomreaktorok osztályozása és felhasználása;
• Fejlesztés: folytassa a megfigyelő- és következtetési képesség kialakítását, valamint a tanulók értelmi képességeinek, kíváncsiságának fejlesztését;
• Nevelési: a fizikához, mint kísérleti tudományhoz való szemlélet nevelésének folytatása; a munkához való lelkiismeretes hozzáállás, a fegyelem, a tudáshoz való pozitív hozzáállás ápolására.

Az óra típusa:új anyagok tanulása.

Felszerelés: multimédiás telepítés.

Az órák alatt

1. Szervezési mozzanat.

Srácok! A mai órán megismételjük az urán atommagok hasadását, egy nukleáris láncreakciót, előfordulásának feltételeit, a kritikus tömeget, megtanuljuk, mi az atomreaktor, az atomreaktor fő elemei, az atommag tervezése reaktor és működési elve, nukleáris reakció szabályozása, az atomreaktorok osztályozása és felhasználása.

2. A tanult anyag ellenőrzése.

1. Az urán atommagok hasadási mechanizmusa.
2. Ismertesse a nukleáris láncreakció mechanizmusát!
3. Mondjon példát az uránmag maghasadási reakciójára!
4. Mit nevezünk kritikus tömegnek?
5. Hogyan megy végbe egy láncreakció az uránban, ha tömege kisebb a kritikusnál, nagyobb a kritikusnál?
6. Mekkora az urán 295 kritikus tömege, csökkenthető-e a kritikus tömeg?
7. Hogyan lehet megváltoztatni a nukleáris láncreakció lefolyását?
8. Mi a célja a gyors neutronok lassításának?
9. Milyen anyagokat használnak moderátorként?
10. Milyen tényezők hatására növelhető egy darab uránban a szabad neutronok száma, biztosítva ezzel a benne reakció bekövetkezésének lehetőségét?

3. Új anyag magyarázata.

Srácok, válaszoljatok erre a kérdésre: Mi a fő része egy atomerőműnek? ( nukleáris reaktor)

Szép munka. Szóval, srácok, most foglalkozzunk ezzel a kérdéssel részletesebben.

Történeti hivatkozás.

Igor Vasziljevics Kurcsatov kiváló szovjet fizikus, akadémikus, az Atomenergia Intézet alapítója és első igazgatója 1943 és 1960 között, a Szovjetunió atomproblémájának tudományos vezetője, az atomenergia békés célú felhasználásának egyik megalapozója. . A Szovjetunió Tudományos Akadémiájának akadémikusa (1943). Az első szovjet atombombát 1949-ben tesztelték. Négy évvel később sikeresen tesztelték a világ első hidrogénbombáját. És 1949-ben Igor Vasilievich Kurchatov elkezdett dolgozni egy atomerőmű projektjén. Az atomerőmű az atomenergia békés célú felhasználásának hírnöke. A projekt sikeresen lezárult: 1954. július 27-én atomerőművünk a világon az első lett! Kurcsatov örült és szórakozott, mint egy gyerek!

Az atomreaktor definíciója.

Az atomreaktor olyan berendezés, amelyben egyes nehéz atommagok hasadásának szabályozott láncreakcióját hajtják végre és tartják fenn.

Az első atomreaktor 1942-ben épült meg az USA-ban E. Fermi vezetésével. Hazánkban az első reaktor 1946-ban épült IV. Kurcsatov vezetésével.

Az atomreaktor fő elemei a következők:

• nukleáris üzemanyag (urán 235, urán 238, plutónium 239);
• neutron moderátor (nehézvíz, grafit stb.);
• hűtőközeg a reaktor működése során keletkező energia leadására (víz, folyékony nátrium stb.);
• Vezérlőrudak (bór, kadmium) - erősen elnyelő neutronok
• Védőhéj, amely késlelteti a sugárzást (vas töltőanyaggal ellátott beton).

Működési elve nukleáris reaktor

A nukleáris üzemanyag az aktív zónában található, függőleges rudak, úgynevezett fűtőelemek (TVEL) formájában. Az üzemanyagrudakat a reaktor teljesítményének szabályozására tervezték.

Az egyes tüzelőanyag-rudak tömege jóval kisebb, mint a kritikus tömeg, így láncreakció nem léphet fel egy rúdban. Az összes uránrúd aktív zónájába való bemerítés után kezdődik.

Az aktív zónát egy neutronokat visszaverő anyagréteg (reflektor) és egy beton védőhéj veszi körül, amely megfogja a neutronokat és egyéb részecskéket.

Hőelvonás az üzemanyagcellákból. A hűtőfolyadék - víz mossa a rudat, 300 ° C-ra melegítve magas nyomáson, belép a hőcserélőkbe.

A hőcserélő szerepe - a 300 ° C-ra melegített víz hőt ad le a közönséges víznek, gőzzé alakul.

Nukleáris reakció szabályozása

A reaktort kadmiumot vagy bórt tartalmazó rudak vezérlik. A reaktormagból kinyújtott rudak esetén K > 1, és teljesen visszahúzott rudak esetén K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Reaktor lassú neutronokon.

Az urán-235 atommagok leghatékonyabb hasadása lassú neutronok hatására megy végbe. Az ilyen reaktorokat lassú neutronos reaktoroknak nevezzük. A hasadási reakció során keletkező másodlagos neutronok gyorsak. Annak érdekében, hogy a láncreakció során az urán-235 atommagokkal való későbbi kölcsönhatásuk a leghatékonyabb legyen, lelassítják őket egy moderátor bejuttatásával a magba - egy anyag, amely csökkenti a neutronok kinetikus energiáját.

Gyors neutron reaktor.

A gyorsneutronos reaktorok nem működhetnek természetes uránnal. A reakció csak legalább 15% uránizotópot tartalmazó dúsított keverékben tartható fenn. A gyorsneutronreaktorok előnye, hogy működésük során jelentős mennyiségű plutónium keletkezik, amely aztán nukleáris üzemanyagként hasznosítható.

Homogén és heterogén reaktorok.

Az atomreaktorokat az üzemanyag és a moderátor kölcsönös elrendezésétől függően homogén és heterogén reaktorokra osztják. Egy homogén reaktorban a mag egy homogén tömegű tüzelőanyag, moderátor és hűtőközeg oldat, keverék vagy olvadék formájában. Heterogénnek nevezzük azt a reaktort, amelyben blokkok vagy fűtőelem-kazetták formájában lévő üzemanyagot helyeznek a moderátorba, szabályos geometriai rácsot képezve benne.

Az atommagok belső energiájának átalakítása elektromos energiává.

Az atomreaktor az atomerőmű (Atomerőmű) fő eleme, amely a termikus atomenergiát elektromos energiává alakítja. Az energiaátalakítás a következő séma szerint történik:

• az urán atommagok belső energiája -
• neutronok és atommagtöredékek kinetikus energiája -
• a víz belső energiája -
• gőz belső energia -
• gőz kinetikus energia -
• a turbina és a generátor forgórészének mozgási energiája -
• Elektromos energia.

Atomreaktorok alkalmazása.

A céltól függően az atomreaktorok energia-, átalakító- és tenyésztő-, kutatási és többcélú, szállítási és ipari reaktorok.

Az atomerőműveket atomerőművekben, hajóerőművekben, nukleáris kapcsolt hő- és erőművekben, valamint nukleáris hőszolgáltató állomásokon villamosenergia-termelésre használják.

A természetes uránból és tóriumból másodlagos nukleáris üzemanyag előállítására tervezett reaktorokat konvertereknek vagy tenyésztőknek nevezik. A reaktor-konverterben a másodlagos nukleáris üzemanyag kevesebb keletkezik, mint az eredetileg felhasznált.

A nemesítő reaktorban a nukleáris üzemanyag kiterjesztett reprodukálását végzik, azaz. többről kiderül, mint amennyit elköltöttek.

A kutatóreaktorokat a neutronok anyaggal való kölcsönhatásának folyamatainak tanulmányozására, a reaktor anyagainak viselkedésének tanulmányozására a neutron- és gamma-sugárzás intenzív tereiben, a radiokémiai és biológiai kutatásokat, az izotópok előállítását, valamint az atomreaktorok fizikájának kísérleti kutatását használják.

A reaktorok különböző teljesítményűek, álló vagy impulzus üzemmódúak. A többcélú reaktorok olyan reaktorok, amelyek többféle célt szolgálnak, például energiatermelést és nukleáris üzemanyag-termelést.

Környezeti katasztrófák az atomerőművekben

• 1957 – baleset az Egyesült Királyságban
• 1966 – A zóna részleges olvadása a reaktor hűtési meghibásodása után Detroit közelében.
• 1971 – Sok szennyezett víz került az Egyesült Államok folyójába
• 1979 - a legnagyobb baleset az Egyesült Államokban
• 1982 - radioaktív gőz kibocsátása a légkörbe
• 1983 - szörnyű baleset Kanadában (20 percig radioaktív víz folyt ki - percenként egy tonna)
• 1986 – baleset az Egyesült Királyságban
• 1986 - baleset Németországban
• 1986 – Csernobili atomerőmű
• 1988 - tűz egy atomerőműben Japánban

A modern atomerőművek PC-vel vannak felszerelve, és korábban, egy baleset után is tovább működtek a reaktorok, mivel nem volt automatikus leállítás.

4. Az anyag rögzítése.

1. Mi az atomreaktor?
2. Mi a nukleáris üzemanyag egy reaktorban?
3. Milyen anyag szolgál neutronmoderátorként egy atomreaktorban?
4. Mi a célja a neutronmoderátornak?
5. Mire valók a vezérlőrudak? Hogyan használják őket?
6. Mit használnak hűtőközegként az atomreaktorokban?
7. Miért szükséges, hogy az egyes uránrudak tömege kisebb legyen a kritikus tömegnél?

5. Teszt végrehajtása.

1. Milyen részecskék vesznek részt az uránmagok hasadásában?
   A. protonok;
   B. neutronok;
   B. elektronok;
   G. hélium magok.
2. Milyen tömegű urán kritikus?
   A. a legnagyobb, amelynél láncreakció lehetséges;
   B. bármilyen tömeg;
   V. a legkisebb, amelynél láncreakció lehetséges;
   D. a tömeg, amelynél a reakció leáll.
3. Mennyi az urán-235 hozzávetőleges kritikus tömege?
   A. 9 kg;
   B. 20 kg;
   B. 50 kg;
   G. 90 kg.
4. Az alábbi anyagok közül melyek használhatók nukleáris reaktorokban neutronmoderátorként?
   A. grafit;
   B. kadmium;
   B. nehéz víz;
   G. bor.
5. Ahhoz, hogy egy atomerőműben nukleáris láncreakció játszódjon le, szükséges, hogy a neutronsokszorozó tényező:
   A. egyenlő 1-gyel;
   B. több mint 1;
   V. kevesebb, mint 1.
6. A nehéz atomok maghasadási sebességének szabályozása az atomreaktorokban történik:
   A. a neutronok abszorpciója miatt, amikor a rudakat abszorberrel leengedik;
   B. a hőelvonás növekedése miatt a hűtőfolyadék sebességének növekedésével;
   B. a fogyasztók villamosenergia-ellátásának növelésével;
   G. a fűtőelem-rudak eltávolításakor a zónában lévő nukleáris üzemanyag tömegének csökkentésével.
7. Milyen energiaátalakítások mennek végbe egy atomreaktorban?
   A. az atommagok belső energiája fényenergiává alakul;
   B. az atommagok belső energiája mechanikai energiává alakul át;
   B. az atommagok belső energiája elektromos energiává alakul;
   G. a válaszok között nincs helyes válasz.
8. 1946-ban megépült az első atomreaktor a Szovjetunióban. Ki volt ennek a projektnek a vezetője?
   A. S. Koroljev;
   B. I. Kurcsatov;
   V. D. Szaharov;
   G. A. Prohorov.
9. Milyen módszert tart a legmegfelelőbbnek az atomerőművek megbízhatóságának növelésére és a külső környezet szennyeződésének megelőzésére?
   A. A reaktormag automatikus hűtésére alkalmas reaktorok fejlesztése, függetlenül az üzemeltető akaratától;
   B. az atomerőmű-üzemeltetési műveltség, az atomerőmű-üzemeltetők szakmai felkészültségének növelése;
   B. rendkívül hatékony technológiák fejlesztése az atomerőművek leszerelésére és a radioaktív hulladékok feldolgozására;
   D. a reaktorok elhelyezkedése mélyen a föld alatt;
   E. atomerőművek építésének és üzemeltetésének megtagadása.
10. Milyen környezetszennyező források kapcsolódnak az atomerőművek működéséhez?
    A. uránipar;
    B. különféle típusú atomreaktorok;
    B. radiokémiai ipar;
    D. a radioaktív hulladékok feldolgozásának és elhelyezésének helyei;
    E. radionuklidok felhasználása a nemzetgazdaságban;
    E. nukleáris robbanások.

Válaszok: 1 B; 2 V; 3 V; 4 A, B; 5 A; 6 A; 7 V;. 8 B; 9 B. V; 10 A, B, C, D, F.

6. Az óra eredményei.

Milyen újdonságokat tanultál a mai órán?

mi tetszett az órán?

Mik a kérdések?

KÖSZÖNJÜK A LECKE MUNKÁJÁT!

A hasadás láncreakciója mindig hatalmas energiafelszabadulással jár. Ennek az energiának a gyakorlati felhasználása az atomreaktor fő feladata.

Az atomreaktor olyan berendezés, amelyben szabályozott vagy szabályozott maghasadási reakció megy végbe.

A működési elv szerint az atomreaktorokat két csoportra osztják: termikus neutronreaktorokra és gyorsneutronreaktorokra.

Hogyan működik egy termikus neutron atomreaktor?

Egy tipikus atomreaktor rendelkezik:

• Core és moderátor;
• Neutron reflektor;
• Hűtőfolyadék;
• Láncreakció vezérlő rendszer, vészvédelem;
• Ellenőrzési és sugárvédelmi rendszer;
• Távirányító rendszer.

1 - aktív zóna; 2 - reflektor; 3 - védelem; 4 - vezérlőrudak; 5 - hűtőfolyadék; 6 - szivattyúk; 7 - hőcserélő; 8 - turbina; 9 - generátor; 10 - kondenzátor.

Core és moderátor

A magban zajlik le a szabályozott hasadási láncreakció.

A legtöbb atomreaktor az urán-235 nehéz izotópjain működik. De az uránérc természetes mintáiban annak tartalma csak 0,72%. Ez a koncentráció nem elegendő a láncreakció kialakulásához. Ezért az ércet mesterségesen dúsítják, így ennek az izotópnak a tartalma 3%-ra emelkedik.

A hasadóanyagot vagy nukleáris üzemanyagot pellet formájában hermetikusan lezárt rudakba helyezik, amelyeket TVEL-eknek (fűtőelemeknek) neveznek. Áthatja az egész aktív zónát, tele van moderátor neutronok.

Miért van szükség neutronmoderátorra egy atomreaktorban?

Az a tény, hogy az urán-235 atommagok bomlása után született neutronok nagyon nagy sebességgel rendelkeznek. Más uránmagok általi befogásuk valószínűsége százszor kisebb, mint a lassú neutronok befogásának valószínűsége. És ha nem csökkenti a sebességüket, a nukleáris reakció idővel elhalványulhat. A moderátor megoldja a neutronok sebességének csökkentését. Ha vizet vagy grafitot helyezünk a gyors neutronok útjába, mesterségesen csökkenthető a sebességük, és így növelhető az atomok által befogott részecskék száma. Ugyanakkor egy reaktorban a láncreakcióhoz kisebb mennyiségű nukleáris üzemanyagra van szükség.

A lassítási folyamat eredményeként termikus neutronok, amelynek sebessége gyakorlatilag megegyezik a gázmolekulák szobahőmérsékletű hőmozgási sebességével.

Az atomreaktorokban moderátorként vizet, nehézvizet (deutérium-oxid D 2 O), berilliumot és grafitot használnak. De a legjobb moderátor a D 2 O nehézvíz.

Neutron reflektor

A neutronok környezetbe való szivárgásának elkerülése érdekében az atomreaktor zónáját körbe kell venni neutron reflektor. A reflektorok anyagaként gyakran ugyanazokat az anyagokat használják, mint a moderátorokban.

hűtőfolyadék

A magreakció során felszabaduló hőt hűtőközeg segítségével távolítják el. Az atomreaktorokban hűtőközegként gyakran használnak közönséges természetes vizet, amelyet korábban különféle szennyeződésektől és gázoktól tisztítottak. De mivel a víz már 100 0 C hőmérsékleten és 1 atm nyomáson forr, a forráspont növelése érdekében a nyomást az elsődleges hűtőkörben növelik. A primer kör vize a reaktormagon keresztül keringve átmossa a fűtőelem rudakat, miközben 320 0 C hőmérsékletre melegszik. A hőcserélőn belül tovább a második kör vizének ad le hőt. A csere a hőcserélő csöveken halad át, így nincs érintkezés a szekunder kör vizével. Ez kizárja a radioaktív anyagok bejutását a hőcserélő második körébe.

És akkor minden úgy történik, mint egy hőerőműben. A második körben lévő víz gőzzé alakul. A gőz egy turbinát forgat, amely egy elektromos generátort hajt meg, amely elektromosságot termel.

A nehézvizes reaktorokban a hűtőközeg D 2 O nehézvíz, a folyékony fém hűtőközegekkel működő reaktorokban pedig az olvadt fém.

Láncreakciót vezérlő rendszer

A reaktor pillanatnyi állapotát az ún reakcióképesség.

ρ = ( k-1)/ k ,

k = n i / n i -1 ,

ahol k a neutronszorzótényező,

n i a következő generációs neutronok száma egy maghasadási reakcióban,

n i -1 , az előző generációs neutronok száma ugyanabban a reakcióban.

Ha egy k ˃ 1 , a láncreakció felépül, a rendszer ún szuperkritikus th. Ha egy k< 1 , a láncreakció lebomlik, és a rendszer ún szubkritikus. Nál nél k = 1 bent van a reaktor stabil kritikus állapot, mivel a hasadó magok száma nem változik. Ebben az állapotban reaktivitás ρ = 0 .

A reaktor kritikus állapotát (az atomreaktorban szükséges neutronsokszorozó tényezőt) mozgatással tartják fenn. vezérlő rudak. Az anyag, amelyből készülnek, olyan anyagokat tartalmaz, amelyek elnyelik a neutronokat. A maghasadási reakció sebességét szabályozza, ha ezeket a rudakat a magba tolja vagy tolja.

A vezérlőrendszer biztosítja a reaktor vezérlését annak indítása, tervezett leállítása, áramellátása során, valamint az atomreaktor vészhelyzeti védelmét. Ez a vezérlőrudak helyzetének megváltoztatásával érhető el.

Ha a reaktor bármely paramétere (hőmérséklet, nyomás, teljesítmény fordulatszám, üzemanyag-fogyasztás stb.) eltér a normától, és ez balesethez vezethet, speciális vészrudakés gyorsan leáll a magreakció.

Annak biztosítása érdekében, hogy a reaktor paraméterei megfeleljenek a szabványoknak, ellenőrizze monitoring és sugárvédelmi rendszerek.

A környezet radioaktív sugárzás elleni védelme érdekében a reaktort vastag betonházba helyezik.

Távirányító rendszerek

Az atomreaktor állapotára vonatkozó összes jel (hűtőfolyadék hőmérséklete, sugárzási szint a reaktor különböző részeiben stb.) a reaktor vezérlőpultjára kerül, és számítógépes rendszerekben feldolgozzák. Az üzemeltető megkapja az összes szükséges információt és ajánlást bizonyos eltérések kiküszöbölésére.

Gyors neutronreaktorok

Az ilyen típusú reaktorok és a termikus neutronreaktorok között az a különbség, hogy az urán-235 bomlása után keletkező gyors neutronok nem lassulnak le, hanem az urán-238 elnyeli, majd plutónium-239-vé alakul. Ezért a gyorsneutronreaktorokat fegyveres minőségű plutónium-239 és hőenergia előállítására használják, amelyet atomerőművi generátorok alakítanak át elektromos energiává.

Az ilyen reaktorok nukleáris üzemanyaga urán-238, nyersanyaga pedig urán-235.

A természetes uránércben 99,2745% urán-238. Amikor egy termikus neutron elnyelődik, nem hasad, hanem az urán-239 izotópjává válik.

Néhány idővel a β-bomlás után az urán-239 a neptúnium-239 magjává alakul:

239 92 U → 239 93 Np + 0 -1 e

A második β-bomlás után hasadó plutónium-239 képződik:

239 9 3 Np → 239 94 Pu + 0 -1 e

És végül a plutónium-239 atommag alfa-bomlása után urán-235-öt kapnak:

239 94 Pu → 235 92 U + 4 2 He

A nyersanyagot tartalmazó fűtőelemek (dúsított urán-235) a reaktor zónájában helyezkednek el. Ezt a zónát egy tenyésztési zóna veszi körül, amely üzemanyag-rudak üzemanyaggal (szegényített urán-238). Az urán-235 bomlása után a magból kibocsátott gyors neutronokat az urán-238 atommagok fogják be. Az eredmény plutónium-239. Így új nukleáris üzemanyagot állítanak elő gyorsneutronos reaktorokban.

A folyékony fémeket vagy ezek keverékeit hűtőközegként használják a gyorsneutronos atomreaktorokban.

Az atomreaktorok osztályozása és alkalmazása

Az atomreaktorokat főként atomerőművekben használják. Segítségükkel ipari méretekben nyerik az elektromos és hőenergiát. Az ilyen reaktorokat ún energia .

Az atomreaktorokat széles körben használják a modern nukleáris tengeralattjárók, felszíni hajók meghajtórendszereiben és az űrtechnológiában. Elektromos energiával látják el a motorokat, és hívják szállító reaktorok .

A magfizika és a sugárzáskémia területén végzett tudományos kutatáshoz neutron- és gammasugár-fluxusokat használnak, amelyeket a magban nyernek. kutatóreaktorok. Az általuk megtermelt energia nem haladja meg a 100 MW-ot, ipari célokra nem használják fel.

Erő kísérleti reaktorok még kevesebb. Csak néhány kW értéket ér el. Ezekben a reaktorokban különféle fizikai mennyiségeket vizsgálnak, amelyek jelentősége a magreakciók tervezésében fontos.

Nak nek ipari reaktorok ide tartoznak az orvosi célokra, valamint az ipar és a technológia különböző területein használt radioaktív izotópok előállítására szolgáló reaktorok. A tengervíz-sótalanító reaktorok egyben ipari reaktorok is.

Egy hétköznapi ember számára a modern csúcstechnológiás készülékek annyira titokzatosak és titokzatosak, hogy éppenséggel illik imádni őket, ahogyan a régiek a villámokat imádták. Az iskolai fizika órák, amelyek tele vannak matematikai számításokkal, nem oldják meg a problémát. De érdekes még egy atomreaktorról is beszélni, amelynek működési elve még egy tinédzser számára is világos.

Hogyan működik egy atomreaktor?

Ennek a csúcstechnológiás eszköznek a működési elve a következő:

1. Amikor egy neutron elnyelődik, a nukleáris üzemanyag (leggyakrabban ez urán-235 vagy plutónium-239) megtörténik az atommag osztódása;
2. Kinetikus energia, gamma-sugárzás és szabad neutronok szabadulnak fel;
3. A mozgási energia hőenergiává alakul (amikor az atommagok ütköznek a környező atomokkal), a gamma-sugárzást maga a reaktor nyeli el, és szintén hővé alakul;
4. A keletkező neutronok egy részét az üzemanyag atomok elnyelik, ami láncreakciót vált ki. Szabályozására neutronelnyelőket és moderátorokat használnak;
5. Hűtőfolyadék (víz, gáz vagy folyékony nátrium) segítségével a hőt eltávolítják a reakció helyéről;
6. A felmelegített víz nyomás alatti gőzét gőzturbinák meghajtására használják;
7. Generátor segítségével a turbinák forgásából származó mechanikai energiát váltakozó elektromos árammá alakítják át.

Az osztályozás megközelítései

A reaktorok tipológiájának számos oka lehet:

• A magreakció típusa szerint. Hasadás (minden kereskedelmi létesítmény) vagy fúzió (termonukleáris energia, csak néhány kutatóintézetben terjedt el);
• Hűtőfolyadékkal. Az esetek túlnyomó többségében vizet (forrásban lévő vagy nehéz) használnak erre a célra. Néha alternatív megoldásokat is alkalmaznak: folyékony fém (nátrium, ólom-bizmut ötvözet, higany), gáz (hélium, szén-dioxid vagy nitrogén), olvadt só (fluorid sók);
• Nemzedékenként. Az első a korai prototípusok, amelyeknek nem volt kereskedelmi értelme. A második a jelenleg használt atomerőművek többsége, amelyek 1996 előtt épültek. A harmadik generáció csak apróbb fejlesztésekben tér el az előzőtől. A negyedik generáció munkálatai még mindig folyamatban vannak;
• Összesített állapot szerintüzemanyag (gáz még mindig csak papíron létezik);
• Felhasználási cél szerint(villamosenergia-termeléshez, motorindításhoz, hidrogéntermeléshez, sótalanításhoz, elemek transzmutációjához, idegi sugárzás szerzéséhez, elméleti és vizsgálati célokra).

Atomreaktor berendezés

A legtöbb erőműben a reaktorok fő összetevői a következők:

1. Nukleáris üzemanyag - olyan anyag, amely az erőturbinák hőtermeléséhez szükséges (általában alacsony dúsítású urán);
2. Az atomreaktor aktív zónája - itt megy végbe a nukleáris reakció;
3. Neutron moderátor - csökkenti a gyors neutronok sebességét, termikus neutronokká alakítva őket;
4. Indító neutronforrás - nukleáris reakció megbízható és stabil elindítására szolgál;
5. Neutron abszorber - egyes erőművekben elérhető a friss üzemanyag magas reakcióképességének csökkentésére;
6. Neutron tarack – a reakció újraindítására szolgál, miután kikapcsolták;
7. Hűtőfolyadék (tisztított víz);
8. Szabályozó rudak - az urán- vagy plutóniummagok hasadási sebességének szabályozására;
9. Vízszivattyú - vizet pumpál a gőzkazánhoz;
10. Gőzturbina - a gőz hőenergiáját forgási mechanikai energiává alakítja;
11. Hűtőtorony - eszköz a felesleges hő légkörbe történő eltávolítására;
12. Radioaktív hulladék fogadására és tárolására szolgáló rendszer;
13. Biztonsági rendszerek (vészhelyzeti dízelgenerátorok, zóna vészhűtésére szolgáló berendezések).

Hogyan működnek a legújabb modellek

A reaktorok legújabb, 4. generációja kereskedelmi forgalomba kerül legkorábban 2030. Jelenleg a munkájuk elve és elrendezése fejlesztési szakaszban van. A jelenlegi adatok szerint ezek a módosítások annyiban térnek el a meglévő modellektől előnyöket:

• Gyors gázhűtő rendszer. Feltételezhető, hogy héliumot használnak majd hűtőfolyadékként. A tervdokumentáció szerint ily módon 850 °C hőmérsékletű reaktorok hűtése lehetséges. Az ilyen magas hőmérsékleten történő munkához speciális nyersanyagokra is szükség van: kompozit kerámia anyagok és aktinidvegyületek;
• Elsődleges hűtőközegként ólom vagy ólom-bizmut ötvözet használható. Ezeknek az anyagoknak alacsony a neutronabszorpciós indexe és viszonylag alacsony az olvadáspontjuk;
• Fő hűtőközegként olvadt sók keveréke is használható. Így magasabb hőmérsékleten is lehet majd dolgozni, mint a modern vízhűtéses társaiké.

Természetes analógok a természetben

A köztudatban az atomreaktort kizárólag a csúcstechnológia termékeként érzékelik. Valójában azonban az első a készülék természetes eredetű. Az Oklo régióban, a közép-afrikai Gabon államban fedezték fel:

• A reaktor az uránkőzetek talajvíz általi elárasztása miatt jött létre. Neutron-moderátorként működtek;
• Az urán bomlása során felszabaduló hőenergia a vizet gőzzé alakítja, a láncreakció leáll;
• A hűtőfolyadék hőmérsékletének csökkenése után minden újra megismétlődik;
• Ha a folyadék nem forr ki és nem állítja meg a reakció lefolyását, az emberiség új természeti katasztrófával szembesült volna;
• Az önfenntartó atommaghasadás körülbelül másfél milliárd éve kezdődött ebben a reaktorban. Ez idő alatt körülbelül 0,1 millió watt kimenő teljesítményt osztottak ki;
• Ilyen világcsoda a Földön az egyetlen ismert. Újak megjelenése lehetetlen: a természetes nyersanyagokban az urán-235 aránya jóval alacsonyabb, mint a láncreakció fenntartásához szükséges szint.

Hány atomreaktor van Dél-Koreában?

A természeti erőforrásokban szegény, de iparosodott és túlnépesedett Koreai Köztársaságnak égető szüksége van energiára. Annak hátterében, hogy Németország elutasítja a békés atomot, ez az ország nagy reményeket fűz a nukleáris technológia megfékezéséhez:

• A tervek szerint 2035-re az atomerőművek által termelt villamos energia aránya eléri a 60%-ot, a teljes termelés pedig több mint 40 gigawattot;
• Az országnak nincs atomfegyvere, de a nukleáris fizikai kutatások folyamatban vannak. Koreai tudósok modern reaktorok tervezését fejlesztették ki: moduláris, hidrogénes, folyékony fémes stb.;
• A helyi kutatók sikere lehetővé teszi a technológia külföldi értékesítését. A következő 15-20 évben várhatóan 80 ilyen egységet exportál majd az ország;
• De máig az atomerőművek többsége amerikai vagy francia tudósok közreműködésével épült;
• Az üzemelő állomások száma viszonylag kicsi (csak négy), de mindegyikben jelentős számú reaktor található - összesen 40, és ez a szám növekedni fog.

A nukleáris üzemanyag neutronokkal bombázva láncreakcióba lép, amelynek eredményeként hatalmas mennyiségű hő keletkezik. A rendszerben lévő víz felveszi ezt a hőt, és gőzzé alakítja, ami elektromos áramot termelő turbinákat alakít. Íme egy egyszerű diagram egy atomreaktor működéséről, amely a Föld legerősebb energiaforrása.

Videó: hogyan működnek az atomreaktorok

Ebben a videóban Vlagyimir Csajkin atomfizikus elmondja, hogyan keletkezik az áram az atomreaktorokban, részletes felépítésüket:

Az atomreaktor zökkenőmentesen és pontosan működik. Ellenkező esetben, mint tudod, bajok lesznek. De mi történik odabent? Próbáljuk meg röviden, érthetően, megállásokkal megfogalmazni egy nukleáris (atomi) reaktor működési elvét.

Valójában ott is ugyanaz a folyamat megy végbe, mint egy atomrobbanásnál. Csak most a robbanás nagyon gyorsan történik, és a reaktorban mindez hosszú ideig húzódik. Végül minden épségben marad, és energiát kapunk. Annyira nem, hogy azonnal minden összetört körülötte, de eléggé ahhoz, hogy a város áramellátását biztosítsa.

hogyan működik egy reaktor Atomerőmű hűtőtornyok
Mielőtt megértené, hogyan működik egy szabályozott nukleáris reakció, tudnod kell, mi a nukleáris reakció általában.

A magreakció az atommagok átalakulási (hasadási) folyamata az elemi részecskékkel és a gamma-kvantumokkal való kölcsönhatás során.

A magreakciók mind abszorpcióval, mind energiafelszabadulással lejátszódhatnak. A második reakciókat a reaktorban alkalmazzák.

Az atomreaktor olyan berendezés, amelynek célja szabályozott nukleáris reakció fenntartása energia felszabadításával.

Az atomreaktort gyakran atomreaktornak is nevezik. Vegyük észre, hogy itt nincs alapvető különbség, de a tudomány szempontjából helyesebb az „nukleáris” szó használata. Manapság sokféle atomreaktor létezik. Ezek hatalmas ipari reaktorok, amelyeket erőművek energia előállítására terveztek, nukleáris tengeralattjáró reaktorok, tudományos kísérletekben használt kis kísérleti reaktorok. Vannak még tengervíz sótalanítására használt reaktorok is.

Az atomreaktor létrehozásának története

Az első atomreaktort a nem is olyan távoli 1942-ben indították el. Ez az USA-ban történt Fermi vezetésével. Ezt a reaktort "chicagói farakásnak" hívták.

1946-ban Kurcsatov vezetésével beindult az első szovjet reaktor. A reaktor teste hét méter átmérőjű golyó volt. Az első reaktorokban nem volt hűtőrendszer, teljesítményük minimális volt. Egyébként a szovjet reaktor átlagos teljesítménye 20 watt volt, míg az amerikaié csak 1 watt. Összehasonlításképpen: a modern reaktorok átlagos teljesítménye 5 Gigawatt. Kevesebb mint tíz évvel az első reaktor elindítása után Obnyinszk városában megnyílt a világ első ipari atomerőműve.

A nukleáris (atomi) reaktor működési elve

Bármely atomreaktornak több része van: mag üzemanyaggal és moderátorral, neutron reflektor, hűtőfolyadék, vezérlő és védelmi rendszer. Az urán izotópjait (235, 238, 233), a plutóniumot (239) és a tóriumot (232) használják leggyakrabban üzemanyagként a reaktorokban. Az aktív zóna egy kazán, amelyen keresztül közönséges víz (hűtőfolyadék) áramlik. Egyéb hűtőfolyadékok között ritkábban használják a „nehézvizet” és a folyékony grafitot. Ha egy atomerőmű működéséről beszélünk, akkor az atomreaktort hőtermelésre használják. Magát az elektromosságot ugyanúgy állítják elő, mint más típusú erőművekben - a gőz forgatja a turbinát, és a mozgás energiája elektromos energiává alakul.

Az alábbiakban egy atomreaktor működési diagramja látható.

atomreaktor működési sémája Atomerőmű atomreaktorának sémája

Mint már említettük, a nehéz uránmag bomlása során könnyebb elemek és néhány neutron keletkezik. A keletkező neutronok más atommagokkal ütköznek, és ezek is hasadást okoznak. Ebben az esetben a neutronok száma lavinaszerűen nő.

Itt szükséges megemlíteni a neutronszorzótényezőt. Tehát, ha ez az együttható meghaladja az eggyel egyenlő értéket, akkor nukleáris robbanás következik be. Ha az érték kisebb, mint egy, akkor túl kevés a neutron, és a reakció kialszik. De ha az együttható értékét eggyel egyenlőnek tartja, a reakció hosszú ideig és stabilan megy végbe.

A kérdés az, hogyan kell csinálni? A reaktorban az üzemanyag az úgynevezett fűtőelemekben (TVEL) van. Ezek olyan rudak, amelyek nukleáris üzemanyagot tartalmaznak kis pellet formájában. A tüzelőanyag-rudak hatszögletű kazettákba vannak kötve, amelyekből több száz is lehet a reaktorban. Az üzemanyagrudakkal ellátott kazetták függőlegesen helyezkednek el, míg minden üzemanyagrúdnak van egy olyan rendszere, amely lehetővé teszi a magba merülés mélységének beállítását. Magukon a kazettákon kívül vannak köztük vezérlőrudak és vészvédelmi rudak is. A rudak olyan anyagból készülnek, amely jól elnyeli a neutronokat. Így a vezérlőrudak a magban különböző mélységekbe süllyeszthetők le, ezáltal beállítható a neutronszorzótényező. A vészrudakat úgy tervezték, hogy vészhelyzet esetén leállítsák a reaktort.

Hogyan indul el egy atomreaktor?

A működési elvet kitaláltuk, de hogyan kell elindítani és működőképessé tenni a reaktort? Nagyjából itt van - egy darab urán, de végül is láncreakció nem indul be benne magától. A tény az, hogy a magfizikában létezik a kritikus tömeg fogalma.

Nukleáris üzemanyag Nukleáris üzemanyag

A kritikus tömeg a nukleáris láncreakció elindításához szükséges hasadóanyag tömege.

A fűtőelemek és vezérlőrudak segítségével először a nukleáris üzemanyag kritikus tömegét hozzuk létre a reaktorban, majd több lépésben hozzák a reaktort az optimális teljesítményszintre.

Tetszeni fog: Matematikai trükkök bölcsész és nem humán hallgatók számára (1. rész)
Ebben a cikkben megpróbáltunk általános képet adni az atomreaktor felépítéséről és működési elvéről. Ha továbbra is kérdése van a témával kapcsolatban, vagy az egyetem magfizikai problémát intézett, forduljon cégünk szakembereihez. Szokás szerint készen állunk a segítségére lenni tanulmányai minden sürgető problémájának megoldásában. Addig is ezt tesszük, a figyelmetek egy újabb oktatóvideó!

blog/kak-rabotaet-yadernyj-reaktor/