Structura reactorului nuclear atomic. Principiul de funcționare al unui reactor nuclear

Acasă

fântâni

Primul reactor nuclear a fost construit în decembrie 1942 în SUA sub conducerea lui E. Fermi . În Europa, primul reactor nuclear a fost pus în funcțiune în decembrie 1946 la Moscova sub conducerea lui I.V. Kurchatov . Până în 1978, în lume funcționau deja aproximativ o mie de reactoare nucleare de diferite tipuri. Componentele oricărui reactor nuclear sunt: miez Cu combustibil nuclear, de obicei înconjurat de un reflector de neutroni, lichid de răcire, sistem de control al reacției în lanț, protecție împotriva radiațiilor, sistem de control de la distanță ( orez. unu). Principala caracteristică a unui reactor nuclear este puterea sa. Putere in 1 MV corespunde unei reacții în lanț în care 3 10 16 evenimente de fisiune au loc în 1 sec.
Dispozitivul reactoarelor nucleare de putere.

Un reactor nuclear este un dispozitiv în care se realizează o reacție controlată în lanț de fisiune nucleară a elementelor grele, iar energia termică eliberată în timpul acesteia este îndepărtată de lichidul de răcire. Elementul principal al unui reactor nuclear este miezul. Adăpostește combustibil nuclear și efectuează o reacție în lanț de fisiune. Zona activă este un set de elemente combustibile care conțin combustibil nuclear plasate într-un anumit mod. Reactoarele cu neutroni termici folosesc un moderator. Un lichid de răcire este pompat prin miez, care răcește elementele de combustibil. În unele tipuri de reactoare, rolul de moderator și de lichid de răcire este îndeplinit de aceeași substanță, de exemplu, apa obișnuită sau grea.

Schema unui reactor omogen: vas cu 1 reactor, zonă cu 2 miezuri, compensator cu 3 volume, schimbător de căldură cu 4, ieșire cu 5 abur, intrare apă cu 6 alimentare, pompă cu 7 circulații

Pentru a controla funcționarea reactorului, în miez sunt introduse tije de control din materiale cu o secțiune transversală mare de absorbție a neutronilor. Miezul reactoarelor de putere este înconjurat de un reflector de neutroni - un strat de material moderator pentru a reduce scurgerea de neutroni din miez. În plus, datorită reflectorului, densitatea neutronilor și eliberarea de energie sunt egalizate pe volumul miezului, ceea ce face posibilă obținerea unei puteri mai mari pentru dimensiunile zonelor date, pentru a obține o ardere mai uniformă a combustibilului, pentru a crește durata reactor fără realimentare cu combustibil și pentru a simplifica sistemul de îndepărtare a căldurii. Reflectorul este încălzit prin energia încetinirii și a neutronilor absorbiți și a cuantelor gamma, astfel încât este asigurată răcirea acestuia. Miezul, reflectorul și alte elemente sunt găzduite într-o carcasă sau carcasă închisă ermetic, de obicei înconjurate de ecranare biologică.

Miezul unui reactor nuclear conține combustibil nuclear, are loc o reacție în lanț de fisiune nucleară și se eliberează energie. Starea unui reactor nuclear este caracterizată de un coeficient efectiv Kef multiplicarea neutronilor sau reactivitatea r:

R \u003d (K ¥ - 1) / K eff. (unu)

În cazul în care un K ef > 1, atunci reacția în lanț crește cu timpul, reactorul nuclear este într-o stare supercritică și reactivitatea sa este r > 0; dacă K ef< 1 , apoi reacția decade, reactorul este subcritic, r< 0; при La ¥ = 1, r = 0, reactorul este într-o stare critică, un proces staționar este în desfășurare, iar numărul de fisiuni este constant în timp. Pentru a iniția o reacție în lanț în timpul pornirii unui reactor nuclear, o sursă de neutroni (un amestec de Ra și Be, 252 Cf etc.) este de obicei introdusă în miez, deși acest lucru nu este necesar, deoarece fisiunea spontană a uraniului. și raze cosmice da un număr suficient de neutroni inițiali pentru dezvoltarea unei reacții în lanț la K ef > 1.

Majoritatea reactoarelor nucleare folosesc ca material fisionabil 235 U. Dacă miezul, pe lângă combustibilul nuclear (uraniu natural sau îmbogățit), conține un moderator de neutroni (grafit, apă și alte substanțe care conțin nuclee ușoare, vezi mai jos). Moderare neutronică), atunci partea principală a diviziunilor are loc sub acțiune neutroni termici (reactor termic). Un reactor nuclear cu neutroni termici poate folosi uraniu natural care nu este îmbogățit cu 235 U (așa au fost primele reactoare nucleare). Dacă nu există un moderator în miez, atunci partea principală a fisiunilor este cauzată de neutroni rapizi cu energie x n > 10 kev (reactor rapid). Reactoare cu neutroni intermediari cu o energie de 1-1000 ev.

Condiția de criticitate Un reactor nuclear are forma:

K eff \u003d K ¥ × P = 1 , (1)

Unde 1 - P este probabilitatea de ieșire (scurgere) a neutronilor din zona activă a unui reactor nuclear, La ¥ - factorul de multiplicare a neutronilor în miez de dimensiuni infinit de mari, care este determinat pentru reactoarele nucleare termice prin așa-numita „formulă a 4 factori”:

La¥ = neju. (2)

Aici n este numărul mediu de neutroni secundari (rapidi) care rezultă din fisiunea nucleului de 235 U de către neutroni termici, e este factorul de multiplicare pe neutroni rapizi (o creștere a numărului de neutroni datorită fisiunii nucleelor, în principal 238 U nuclee, prin neutroni rapizi); j este probabilitatea ca neutronul să nu fie captat de nucleul de 238 U în timpul procesului de decelerare, u este probabilitatea ca neutronul termic să provoace fisiunea. Este adesea folosită valoarea h \u003d n / (l + a), unde a este raportul dintre secțiunea transversală de captare a radiațiilor s p și secțiunea transversală de fisiune s d.

Condiția (1) determină dimensiunile reactorului nuclear De exemplu, pentru un reactor nuclear realizat din uraniu natural și grafit n = 2.4. e » 1,03, eju » 0,44, de unde La¥=1,08. Aceasta înseamnă că pentru La ¥ > 1 necesar P<0,93, что соответствует (как показывает теория Ядерный реактор) размерам активной зоны Ядерный реактор ~ 5-10 m. Volumul unui reactor nuclear de putere modern ajunge la sute m 3și este determinată în principal de posibilitățile de îndepărtare a căldurii, și nu de condițiile de criticitate. Volumul zonei active a unui reactor nuclear în stare critică se numește volumul critic al reactorului nuclear, iar masa materialului fisionabil se numește masă critică. Reactorul nuclear cu combustibil sub formă de soluții de săruri de izotopi fisionali puri în apă și cu un reflector de neutroni de apă au cea mai mică masă critică. Pentru 235 U această masă este 0,8 kg, pentru 239 Pu - 0,5 kg . 251 Cf are cea mai mică masă critică (teoretic 10 g). Parametri critici ai unui reactor nuclear de grafit cu uraniu natural: masa de uraniu 45 t, volum de grafit 450 m 3 . Pentru a reduce scurgerea de neutroni, miezului i se dă o formă sferică sau apropiată de sferică, de exemplu, un cilindru cu o înălțime de ordinul diametrului sau un cub (cel mai mic raport dintre suprafață și volum).

Valoarea lui n este cunoscută pentru neutronii termici cu o precizie de 0,3% (Tabelul 1). Cu o creștere a energiei x n a neutronului care a provocat fisiunea, n crește conform legii: n \u003d n t + 0,15x n (x n în mev), unde n t corespunde fisiunii de către neutroni termici.

Tab. 1. - Valorile n și h) pentru neutroni termici (conform datelor pentru 1977)

233 U

235 U

239 Pu

241 Pu

Valoarea lui (e-1) este de obicei doar de câteva %; cu toate acestea, rolul înmulțirii rapide a neutronilor este semnificativ, deoarece pentru reactoarele nucleare mari ( La ¥ - 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).

Valoarea maximă posibilă a lui J este atinsă într-un reactor nuclear care conține doar nuclee fisionabile. Reactoarele nucleare de putere folosesc uraniu slab îmbogățit (concentrație de 235 U ~ 3-5%), iar nucleele de 238 U absorb o parte apreciabilă a neutronilor. Astfel, pentru un amestec natural de izotopi de uraniu, valoarea maximă a lui nJ = 1.32. Absorbția neutronilor în moderator și în materialele structurale nu depășește de obicei 5-20% din absorbția de către toți izotopii combustibilului nuclear. Dintre moderatori, apa grea are cea mai scăzută absorbție de neutroni și de materiale structurale, Al și Zr.

Probabilitatea captării rezonante a neutronilor de către 238 nuclee U în timpul decelerației (1-j) este redusă semnificativ în reactoarele nucleare eterogene.Scăderea (1 - j) se datorează faptului că numărul de neutroni cu energii apropiate de rezonanță scade brusc. în interiorul blocului de combustibil și în absorbția rezonantă este implicat doar stratul exterior al blocului. Structură eterogenă Un reactor nuclear face posibilă efectuarea unui proces în lanț pe uraniu natural. Reduce valoarea lui O, dar această pierdere de reactivitate este mult mai mică decât câștigul datorită scăderii absorbției rezonante.

Pentru a calcula un reactor nuclear termic, este necesar să se determine spectrul neutronilor termici. Dacă absorbția neutronilor este foarte slabă și neutronul are timp să se ciocnească de mai multe ori cu nucleele moderatorului înainte de absorbție, atunci se stabilește echilibrul termodinamic (termalizarea neutronilor) între mediul de moderare și gazul neutron, iar spectrul de termodinamic. neutronii sunt descriși Distribuția Maxwell . În realitate, absorbția neutronilor în zona activă a unui reactor nuclear este destul de mare. Acest lucru duce la o abatere de la distribuția Maxwell - energia medie a neutronilor este mai mare decât energia medie a moleculelor mediului. Procesul de termalizare este influențat de mișcările nucleelor, de legăturile chimice ale atomilor etc.

Arderea și reproducerea combustibilului nuclear. În timpul funcționării unui reactor nuclear, compoziția combustibilului se modifică datorită acumulării de fragmente de fisiune în acesta (vezi Fig. Nuclee de fisiune atomică) și cu educația elemente transuranice, în principal izotopi Pu. Influența fragmentelor de fisiune asupra reactivității Un reactor nuclear se numește otrăvire (pentru fragmentele radioactive) și zgură (pentru cele stabile). Otrăvirea se datorează în principal 135 Xe care are cea mai mare secțiune transversală de absorbție a neutronilor (2,6 10 6 hambar). Timpul său de înjumătățire T 1/2 = 9,2 ore, randamentul de fisiune este de 6-7%. Partea principală a lui 135 Xe se formează ca urmare a dezintegrarii lui 135 ]( Tts = 6,8 h). Când este otrăvit, Kef se modifică cu 1-3%. Secțiunea transversală mare de absorbție a 135 Xe și prezența izotopului intermediar 135 I duc la două fenomene importante: 1) o creștere a concentrației de 135 Xe și, în consecință, o scădere a reactivității unui reactor nuclear după ce acesta a fost oprit. sau puterea sa a fost redusă („groapă de iod”). Acest lucru face necesară o marjă suplimentară de reactivitate în organele de reglementare sau face imposibile opririle pe termen scurt și fluctuațiile de putere. Adâncimea și durata puțului de iod depind de fluxul de neutroni Ф: la Ф = 5 10 13 neutroni/cm 2 × sec durata gropii de iod ~ 30 h, iar adâncimea este de 2 ori mai mare decât schimbarea staționară K ef cauzate de otrăvirea cu 135 Xe. 2) Din cauza otrăvirii, pot apărea fluctuații spațio-temporale ale fluxului de neutroni Ф și, prin urmare, puterea Reactorul nuclear Aceste fluctuații apar la Ф> 10 13 neutroni / cm 2 × sec și dimensiuni mari Reactorul nuclear Perioade de oscilație ~ 10 h.

Numărul de fragmente stabile diferite care decurg din fisiunea nucleară este mare. Există fragmente cu secțiuni transversale de absorbție mari și mici în comparație cu secțiunea transversală de absorbție a unui izotop fisionabil. Concentrația celor dintâi ajunge la saturație în primele zile de funcționare a unui reactor nuclear (în principal 149 Sm, care modifică Keff cu 1%). Concentrația acestora din urmă și reactivitatea negativă introdusă de acestea cresc liniar cu timpul.

Formarea elementelor transuraniu într-un reactor nuclear are loc conform schemelor:

Aici z înseamnă captarea neutronilor, numărul de sub săgeată este timpul de înjumătățire.

Acumularea de 239 Pu (combustibil nuclear) la începutul funcționării Un reactor nuclear are loc liniar în timp și cu cât mai rapid (la o ardere fixă de 235 U), cu atât este mai mică îmbogățirea cu uraniu. Atunci concentrația de 239 Pu tinde spre o valoare constantă, care nu depinde de gradul de îmbogățire, ci este determinată de raportul dintre secțiunile transversale de captare a neutronilor de 238 U și 239 Pu . Timpul caracteristic de stabilire a concentrației de echilibru 239 Pu ~ 3/ F ani (F în unități 10 13 neutroni/ cm 2×sec). Izotopii 240 Pu, 241 Pu ating o concentrație de echilibru numai atunci când combustibilul este ards din nou într-un reactor nuclear după regenerarea combustibilului nuclear.

Arderea combustibilului nuclear este caracterizată prin energia totală eliberată în reactorul nuclear la 1 t combustibil. Pentru un reactor nuclear care funcționează cu uraniu natural, arderea maximă este de ~ 10 gwt × zi/t(reactor nuclear cu apă grea). Într-un reactor nuclear cu uraniu slab îmbogățit (2-3% 235 U) burnout ~ 20-30 GW-zi/t.Într-un reactor nuclear cu neutroni rapidi - până la 100 GW-zi/t. Burnout 1 GW-zi/t corespunde arderii a 0,1% din combustibil nuclear.

Pe măsură ce combustibilul nuclear arde, reactivitatea reactorului nuclear scade (într-un reactor nuclear care funcționează cu uraniu natural, o oarecare creștere a reactivității are loc la arderi scăzute). Înlocuirea combustibilului ars poate fi efectuată imediat din întregul miez sau treptat de-a lungul tijelor de combustibil, astfel încât să existe tije de combustibil de toate vârstele în miez - modul de realimentare continuă (sunt posibile opțiuni intermediare). În primul caz, un reactor nuclear cu combustibil proaspăt are un exces de reactivitate care trebuie compensat. În al doilea caz, o astfel de compensare este necesară doar la pornirea inițială, înainte de a intra în modul de suprasarcină continuă. Alimentarea continuă face posibilă creșterea adâncimii de ardere, deoarece reactivitatea unui reactor nuclear este determinată de concentrațiile medii de nuclizi fisionali (TVEL-urile cu o concentrație minimă de nuclizi fisionali sunt descărcate).Tabelul 2 prezintă compoziția combustibilului nuclear extras. (în kg) în reactor cu apă sub presiune putere 3 Gwt.Întregul miez este descărcat simultan după funcționarea reactorului nuclear timp de 3 aniși „extrase” 3 ani(F \u003d 3 × 10 13 neutroni / cm 2 × sec). Compozitie initiala: 238 U - 77350, 235 U - 2630, 234 U - 20.

Tab. 2. - Compoziția combustibilului descărcat, kg

Inapoi inainte

Atenţie! Previzualizarea slide-ului are doar scop informativ și este posibil să nu reprezinte întreaga amploare a prezentării. Dacă sunteți interesat de această lucrare, vă rugăm să descărcați versiunea completă.

Obiectivele lecției:

Educational: actualizarea cunoștințelor existente; continuă formarea conceptelor: fisiunea nucleelor de uraniu, reacția nucleară în lanț, condițiile de apariție a acesteia, masa critică; introducerea unor concepte noi: un reactor nuclear, principalele elemente ale unui reactor nuclear, proiectarea unui reactor nuclear și principiul funcționării acestuia, controlul unei reacții nucleare, clasificarea reactoarelor nucleare și utilizarea acestora;
În curs de dezvoltare: continuă formarea capacității de observare și de a trage concluzii, precum și dezvoltarea abilităților intelectuale și a curiozității elevilor;
Educational: să continue educația atitudinii față de fizică ca știință experimentală; să cultive o atitudine conștiincioasă față de muncă, disciplina, o atitudine pozitivă față de cunoaștere.

Tip de lecție:învăţarea de materiale noi.

Echipament: instalare multimedia.

În timpul orelor

1. Moment organizatoric.

Baieti! Astăzi în lecție vom repeta fisiunea nucleelor de uraniu, o reacție nucleară în lanț, condițiile de apariție a acesteia, masa critică, vom afla ce este un reactor nuclear, elementele principale ale unui reactor nuclear, proiectarea unui reactor nuclear. reactorul și principiul funcționării acestuia, controlul unei reacții nucleare, clasificarea reactoarelor nucleare și utilizarea lor.

2. Verificarea materialului studiat.

Mecanismul de fisiune a nucleelor de uraniu.
Descrieți mecanismul unei reacții nucleare în lanț.
Dați un exemplu de reacție de fisiune nucleară a nucleului de uraniu.
Ce se numește masa critică?
Cum decurge o reacție în lanț în uraniu dacă masa sa este mai mică decât critică, mai mult decât critică?
Care este masa critică a uraniului 295, este posibil să se reducă masa critică?
Cum poți schimba cursul unei reacții nucleare în lanț?
Care este scopul încetinirii neutronilor rapizi?
Ce substanțe sunt folosite ca moderatori?
Datorită ce factori poate fi crescut numărul de neutroni liberi dintr-o bucată de uraniu, asigurând astfel posibilitatea ca o reacție să aibă loc în aceasta?

3. Explicarea materialului nou.

Băieți, răspundeți la această întrebare: care este partea principală a oricărei centrale nucleare? ( reactor nuclear)

Bine făcut. Deci, băieți, acum să ne oprim asupra acestei probleme mai detaliat.

Referință istorică.

Igor Vasilyevich Kurchatov este un fizician sovietic remarcabil, academician, fondator și prim director al Institutului de Energie Atomică din 1943 până în 1960, lider științific șef al problemei atomice în URSS, unul dintre fondatorii utilizării energiei nucleare în scopuri pașnice. . Academician al Academiei de Științe a URSS (1943). Prima bombă atomică sovietică a fost testată în 1949. Patru ani mai târziu, prima bombă cu hidrogen din lume a fost testată cu succes. Și în 1949, Igor Vasilievich Kurchatov a început să lucreze la proiectul unei centrale nucleare. Centrala nucleară este un mesager al utilizării pașnice a energiei atomice. Proiectul a fost finalizat cu succes: la 27 iulie 1954, centrala noastră nucleară a devenit prima din lume! Kurchatov s-a bucurat și s-a distrat ca un copil!

Definiția reactorului nuclear.

Un reactor nuclear este un dispozitiv în care se realizează și se menține o reacție controlată în lanț de fisiune a unor nuclee grele.

Primul reactor nuclear a fost construit în 1942 în SUA sub conducerea lui E. Fermi. În țara noastră, primul reactor a fost construit în 1946 sub conducerea lui IV Kurchatov.

Principalele elemente ale unui reactor nuclear sunt:

combustibil nuclear (uraniu 235, uraniu 238, plutoniu 239);
moderator de neutroni (apă grea, grafit etc.);
lichid de răcire pentru producția de energie generată în timpul funcționării reactorului (apă, sodiu lichid etc.);
Tije de control (bor, cadmiu) - absorb puternic neutroni
Înveliș de protecție care întârzie radiația (beton cu umplutură de fier).

Principiul de funcționare reactor nuclear

Combustibilul nuclear este situat în zona activă sub formă de tije verticale numite elemente de combustibil (TVEL). Barele de combustibil sunt proiectate pentru a controla puterea reactorului.

Masa fiecărei bare de combustibil este mult mai mică decât masa critică, astfel încât o reacție în lanț nu poate avea loc într-o tijă. Începe după scufundarea în zona activă a tuturor tijelor de uraniu.

Zona activă este înconjurată de un strat de materie care reflectă neutronii (reflector) și de un înveliș protector din beton care prinde neutroni și alte particule.

Eliminarea căldurii din celulele de combustibil. Lichidul de răcire - apa spală tija, încălzită la 300 ° C la presiune mare, intră în schimbătoarele de căldură.

Rolul schimbătorului de căldură - apa încălzită la 300 ° C, eliberează căldură apei obișnuite, se transformă în abur.

Controlul reacției nucleare

Reactorul este controlat de tije care conțin cadmiu sau bor. Cu tijele extinse de la miezul reactorului, K > 1, iar cu tijele complet retractate, K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Reactor pe neutroni lenți.

Cea mai eficientă fisiune a nucleelor de uraniu-235 are loc sub acțiunea neutronilor lenți. Astfel de reactoare sunt numite reactoare cu neutroni lenți. Neutronii secundari produși în reacția de fisiune sunt rapizi. Pentru ca interacțiunea lor ulterioară cu nucleele de uraniu-235 într-o reacție în lanț să fie cea mai eficientă, acestea sunt încetinite prin introducerea unui moderator în miez - o substanță care reduce energia cinetică a neutronilor.

Reactor rapid cu neutroni.

Reactoarele cu neutroni rapidi nu pot funcționa cu uraniu natural. Reacția poate fi menținută numai într-un amestec îmbogățit care conține cel puțin 15% izotop de uraniu. Avantajul reactoarelor cu neutroni rapizi este că în timpul funcționării lor se formează o cantitate semnificativă de plutoniu, care poate fi apoi folosit ca combustibil nuclear.

Reactoare omogene și eterogene.

Reactoarele nucleare, în funcție de aranjarea reciprocă a combustibilului și a moderatorului, sunt împărțite în omogene și eterogene. Într-un reactor omogen, miezul este o masă omogenă de combustibil, moderator și lichid de răcire sub formă de soluție, amestec sau topitură. Un reactor se numește eterogen în care combustibilul sub formă de blocuri sau ansambluri de combustibil este plasat în moderator, formând în el o rețea geometrică regulată.

Transformarea energiei interne a nucleelor atomice în energie electrică.

Un reactor nuclear este elementul principal al unei centrale nucleare (CNP), care transformă energia nucleară termică în energie electrică. Conversia energiei are loc conform următoarei scheme:

energia internă a nucleelor de uraniu -
energia cinetică a neutronilor și a fragmentelor de nuclee -
energia internă a apei -
energie interna a aburului -
energia cinetică a aburului -
energia cinetică a rotorului turbinei și a rotorului generatorului -
Energie electrica.

Utilizarea reactoarelor nucleare.

În funcție de scop, reactoarele nucleare sunt de putere, convertoare și amelioratoare, de cercetare și polivalente, de transport și industriale.

Reactoarele nucleare sunt folosite pentru a genera energie electrică în centralele nucleare, în centralele de navă, în centralele nucleare combinate de căldură și energie, precum și în stațiile de alimentare cu căldură nucleară.

Reactoarele concepute pentru a produce combustibil nuclear secundar din uraniu natural și toriu se numesc convertoare sau generatoare. În reactor-convertor, combustibilul nuclear secundar se formează mai puțin decât a fost consumat inițial.

În reactorul de reproducere se realizează reproducerea extinsă a combustibilului nuclear, adică. se dovedește mai mult decât s-a cheltuit.

Reactoarele de cercetare sunt folosite pentru a studia procesele de interacțiune a neutronilor cu materia, a studia comportamentul materialelor reactoarelor în câmpuri intense de radiații neutronice și gama, cercetare radiochimică și biologică, producerea de izotopi și cercetarea experimentală în fizica reactoarelor nucleare.

Reactoarele au putere diferită, mod de funcționare staționar sau în impulsuri. Reactoarele multifuncționale sunt reactoare care servesc mai multe scopuri, cum ar fi generarea de energie și producția de combustibil nuclear.

Dezastre de mediu la centralele nucleare

1957 - accident în Marea Britanie
1966 - Topirea parțială a miezului după cedarea de răcire a reactorului lângă Detroit.
1971 - O mulțime de apă poluată a intrat în râul SUA
1979 - cel mai mare accident din SUA
1982 - eliberarea de abur radioactiv în atmosferă
1983 - un accident groaznic în Canada (apa radioactivă a curs timp de 20 de minute - o tonă pe minut)
1986 - accident în Marea Britanie
1986 - accident în Germania
1986 - Centrala nucleara de la Cernobîl
1988 - incendiu la o centrală nucleară din Japonia

Centralele nucleare moderne sunt echipate cu un PC, iar mai devreme, chiar și după un accident, reactoarele au continuat să funcționeze, deoarece nu exista un sistem de oprire automată.

4. Fixarea materialului.

Ce este un reactor nuclear?
Ce este combustibilul nuclear într-un reactor?
Ce substanță servește ca moderator de neutroni într-un reactor nuclear?
Care este scopul unui moderator de neutroni?
Pentru ce sunt tijele de control? Cum se folosesc?
Ce este folosit ca lichid de răcire în reactoarele nucleare?
De ce este necesar ca masa fiecărei bare de uraniu să fie mai mică decât masa critică?

5. Executarea testului.

Ce particule sunt implicate în fisiunea nucleelor de uraniu?
A. protoni;
B. neutroni;
B. electroni;
G. nuclee de heliu.
Ce masă de uraniu este critică?
A. cea mai mare la care este posibilă o reacție în lanț;
B. orice masă;
V. cel mai mic la care este posibilă o reacție în lanț;
D. masa la care se va opri reacţia.
Care este masa critică aproximativă a uraniului 235?
A. 9 kg;
B. 20 kg;
B. 50 kg;
G. 90 kg.
Care dintre următoarele substanțe pot fi utilizate în reactoare nucleare ca moderatori de neutroni?
A. grafit;
B. cadmiu;
B. apă grea;
G. bor.
Pentru ca o reacție nucleară în lanț să aibă loc la o centrală nucleară, este necesar ca factorul de multiplicare a neutronilor să fie:
A. este egal cu 1;
B. mai mult de 1;
V. mai puțin de 1.
Reglarea vitezei de fisiune a nucleelor atomilor grei din reactoarele nucleare se realizează:
A. datorita absorbtiei neutronilor la coborarea tijelor cu un absorbant;
B. datorită creșterii eliminării căldurii cu creșterea vitezei lichidului de răcire;
B. prin creșterea furnizării de energie electrică a consumatorilor;
G. prin reducerea masei de combustibil nuclear din miez la scoaterea barelor de combustibil.
Ce transformări energetice au loc într-un reactor nuclear?
A. energia internă a nucleelor atomice este transformată în energie luminoasă;
B. energia internă a nucleelor atomice este transformată în energie mecanică;
B. energia internă a nucleelor atomice este transformată în energie electrică;
G. între răspunsuri nu există un răspuns corect.
În 1946, primul reactor nuclear a fost construit în Uniunea Sovietică. Cine a fost liderul acestui proiect?
A. S. Korolev;
B. I. Kurchatov;
V. D. Saharov;
G. A. Prohorov.
Care considerați că este cea mai potrivită pentru creșterea fiabilității centralelor nucleare și prevenirea contaminării mediului extern?
A. dezvoltarea de reactoare capabile să răcească automat miezul reactorului, indiferent de voința operatorului;
B. creșterea nivelului de alfabetizare în funcționarea CNE, a nivelului de pregătire profesională a operatorilor CNE;
B. dezvoltarea unor tehnologii foarte eficiente pentru dezmembrarea centralelor nucleare și prelucrarea deșeurilor radioactive;
D. amplasarea reactoarelor la adâncimea subteranului;
E. refuzul de a construi și exploata centrale nucleare.
Ce surse de poluare a mediului sunt asociate cu funcționarea centralelor nucleare?
A. industria uraniului;
B. reactoare nucleare de diferite tipuri;
B. industria radiochimică;
D. locuri de prelucrare și eliminare a deșeurilor radioactive;
E. utilizarea radionuclizilor în economia naţională;
E. explozii nucleare.

Răspunsuri: 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. Rezultatele lecției.

Ce nou ai învățat la lecția de astăzi?

Ce ți-a plăcut la lecție?

Care sunt întrebările?

MULȚUMESC PENTRU MUNCĂ LA LECȚIE!

Reacția în lanț a fisiunii este întotdeauna însoțită de eliberarea de energie de o magnitudine enormă. Utilizarea practică a acestei energii este sarcina principală a unui reactor nuclear.

Un reactor nuclear este un dispozitiv în care are loc o reacție de fisiune nucleară controlată sau controlată.

Conform principiului de funcționare, reactoarele nucleare sunt împărțite în două grupe: reactoare cu neutroni termici și reactoare cu neutroni rapizi.

Cum funcționează un reactor nuclear cu neutroni termici?

Un reactor nuclear tipic are:

Core și moderator;
reflector de neutroni;
Lichid de răcire;
Sistem de control al reacției în lanț, protecție în caz de urgență;
Sistem de control și protecție împotriva radiațiilor;
Sistem de control de la distanță.

1 - zona activa; 2 - reflector; 3 - protectie; 4 - tije de control; 5 - lichid de răcire; 6 - pompe; 7 - schimbător de căldură; 8 - turbină; 9 - generator; 10 - condensator.

Core și moderator

În miez are loc reacția în lanț de fisiune controlată.

Majoritatea reactoarelor nucleare funcționează pe izotopi grei de uraniu-235. Dar în probele naturale de minereu de uraniu, conținutul său este de doar 0,72%. Această concentrație nu este suficientă pentru a se dezvolta o reacție în lanț. Prin urmare, minereul este îmbogățit artificial, aducând conținutul acestui izotop la 3%.

Materialul fisionabil, sau combustibilul nuclear, sub formă de pelete este plasat în tije închise ermetic numite TVEL-uri (elemente combustibile). Ele pătrund în întreaga zonă activă umplută cu moderator neutroni.

De ce este necesar un moderator de neutroni într-un reactor nuclear?

Cert este că neutronii născuți după dezintegrarea nucleelor de uraniu-235 au o viteză foarte mare. Probabilitatea captării lor de către alte nuclee de uraniu este de sute de ori mai mică decât probabilitatea captării neutronilor lenți. Și dacă nu le reduceți viteza, reacția nucleară se poate estompa în timp. Moderatorul rezolvă problema reducerii vitezei neutronilor. Daca apa sau grafitul sunt plasate in calea neutronilor rapizi, viteza acestora poate fi redusa artificial si astfel numarul de particule captate de atomi poate fi crescut. În același timp, este necesară o cantitate mai mică de combustibil nuclear pentru o reacție în lanț într-un reactor.

Ca urmare a procesului de decelerare, neutroni termici, a cărui viteză este practic egală cu viteza mișcării termice a moleculelor de gaz la temperatura camerei.

Ca moderator în reactoarele nucleare, se utilizează apă, apă grea (oxid de deuteriu D 2 O), beriliu și grafit. Dar cel mai bun moderator este apa grea D 2 O.

Reflector de neutroni

Pentru a evita scurgerea neutronilor în mediu, miezul unui reactor nuclear este înconjurat de reflector de neutroni. Ca material pentru reflectoare, se folosesc adesea aceleași substanțe ca și la moderatori.

lichid de răcire

Căldura eliberată în timpul unei reacții nucleare este îndepărtată folosind un lichid de răcire. Ca agent de răcire în reactoarele nucleare, este adesea folosită apa naturală obișnuită, purificată anterior din diverse impurități și gaze. Dar, deoarece apa fierbe deja la o temperatură de 100 0 C și o presiune de 1 atm, pentru a crește punctul de fierbere, presiunea în circuitul primar de răcire este crescută. Apa circuitului primar, care circulă prin miezul reactorului, spală elementele de combustibil, în timp ce se încălzește până la o temperatură de 320 0 C. Mai în interiorul schimbătorului de căldură, eliberează căldură apei celui de-al doilea circuit. Schimbul trece prin tuburile de schimb de căldură, deci nu există contact cu apa circuitului secundar. Aceasta exclude pătrunderea substanțelor radioactive în al doilea circuit al schimbătorului de căldură.

Și atunci totul se întâmplă ca într-o centrală termică. Apa din al doilea circuit se transformă în abur. Aburul transformă o turbină, care antrenează un generator electric, care produce energie electrică.

În reactoarele cu apă grea, lichidul de răcire este apă grea D 2 O, iar în reactoarele cu lichid de răcire din metal, este metal topit.

Sistem de control al reacției în lanț

Starea actuală a reactorului este caracterizată de o mărime numită reactivitate.

ρ = ( k-1)/ k ,

k = n i / n i -1 ,

Unde k este factorul de multiplicare a neutronilor,

n i este numărul de neutroni din generația următoare într-o reacție de fisiune nucleară,

n i -1 , este numărul de neutroni din generația anterioară în aceeași reacție.

În cazul în care un k ˃ 1 , reacția în lanț se acumulează, sistemul este numit supercritic al. În cazul în care un k< 1 , reacția în lanț scade și sistemul este numit subcritic. La k = 1 reactorul este în stare critică stabilă, deoarece numărul de nuclee fisionabile nu se modifică. În această stare, reactivitate ρ = 0 .

Starea critică a reactorului (factorul de multiplicare a neutronilor necesar într-un reactor nuclear) este menținută prin mișcare tije de control. Materialul din care sunt fabricate include substanțe care absorb neutronii. Împingerea sau împingerea acestor tije în miez controlează viteza reacției de fisiune nucleară.

Sistemul de control asigură controlul reactorului în timpul pornirii, opririi planificate, funcționării la putere, precum și protecția de urgență a reactorului nuclear. Acest lucru se realizează prin schimbarea poziției tijelor de control.

Dacă vreunul dintre parametrii reactorului (temperatura, presiunea, viteza de deplasare a puterii, consumul de combustibil etc.) se abate de la normă, iar acest lucru poate duce la un accident, special tije de urgențăși are loc o încetare rapidă a reacției nucleare.

Pentru a vă asigura că parametrii reactorului respectă standardele, monitorizați sisteme de monitorizare și radioprotecție.

Pentru a proteja mediul de radiațiile radioactive, reactorul este plasat într-o carcasă groasă de beton.

Sisteme de control de la distanță

Toate semnalele despre starea reactorului nuclear (temperatura lichidului de răcire, nivelul de radiație în diferite părți ale reactorului etc.) sunt trimise către panoul de control al reactorului și procesate în sisteme informatice. Operatorul primește toate informațiile și recomandările necesare pentru a elimina anumite abateri.

Reactoare rapide cu neutroni

Diferența dintre acest tip de reactoare și reactoarele cu neutroni termici este că neutronii rapizi care apar după dezintegrarea uraniului-235 nu sunt încetiniți, ci sunt absorbiți de uraniul-238 cu transformarea sa ulterioară în plutoniu-239. Prin urmare, reactoarele cu neutroni rapizi sunt folosite pentru a produce plutoniu-239 de calitate pentru arme și energie termică, care este convertită în energie electrică de către generatoarele centralei nucleare.

Combustibilul nuclear din astfel de reactoare este uraniu-238, iar materia primă este uraniu-235.

În minereul de uraniu natural, 99,2745% este uraniu-238. Când un neutron termic este absorbit, acesta nu se fisiază, ci devine un izotop al uraniului-239.

La ceva timp după degradarea β, uraniul-239 se transformă în nucleul neptuniului-239:

239 92 U → 239 93 Np + 0 -1 e

După a doua dezintegrare β, se formează plutoniu-239 fisionabil:

239 9 3 Np → 239 94 Pu + 0 -1 e

Și, în sfârșit, după dezintegrarea alfa a nucleului plutoniu-239, se obține uraniu-235:

239 94 Pu → 235 92 U + 4 2 He

Barele de combustibil cu materii prime (uraniu îmbogățit-235) sunt amplasate în miezul reactorului. Această zonă este înconjurată de o zonă de reproducere, care este tije de combustibil cu combustibil (uraniu sărăcit-238). Neutronii rapizi emiși din nucleu după degradarea uraniului-235 sunt capturați de nucleele de uraniu-238. Rezultatul este plutoniu-239. Astfel, combustibilul nuclear nou este produs în reactoare cu neutroni rapizi.

Metalele lichide sau amestecurile lor sunt utilizate ca agenți de răcire în reactoarele nucleare cu neutroni rapidi.

Clasificarea si aplicarea reactoarelor nucleare

Reactoarele nucleare sunt utilizate în principal în centralele nucleare. Cu ajutorul lor se obține energie electrică și termică la scară industrială. Astfel de reactoare se numesc energie .

Reactoarele nucleare sunt utilizate pe scară largă în sistemele de propulsie ale submarinelor nucleare moderne, navelor de suprafață și în tehnologia spațială. Ele furnizează energie electrică motoarelor și sunt numite reactoare de transport .

Pentru cercetarea științifică în domeniul fizicii nucleare și al chimiei radiațiilor se folosesc fluxuri de neutroni și raze gamma, care se obțin în miez. reactoare de cercetare. Energia generată de acestea nu depășește 100 MW și nu este utilizată în scopuri industriale.

Putere reactoare experimentale chiar mai puțin. Atinge o valoare de doar câțiva kW. În aceste reactoare sunt studiate diferite mărimi fizice, a căror semnificație este importantă în proiectarea reacțiilor nucleare.

La reactoare industriale includ reactoare pentru producerea de izotopi radioactivi utilizați în scopuri medicale, precum și în diverse domenii ale industriei și tehnologiei. Reactoarele de desalinizare a apei de mare sunt, de asemenea, reactoare industriale.

Pentru o persoană obișnuită, dispozitivele moderne de înaltă tehnologie sunt atât de misterioase și misterioase încât este corect să le venere, așa cum anticii se închinau fulgerelor. Lecțiile școlare de fizică, pline de calcule matematice, nu rezolvă problema. Dar este interesant să spunem chiar și despre un reactor nuclear, al cărui principiu de funcționare este clar chiar și pentru un adolescent.

Cum funcționează un reactor nuclear?

Principiul de funcționare al acestui dispozitiv de înaltă tehnologie este următorul:

Când un neutron este absorbit, combustibil nuclear (cel mai adesea acesta uraniu-235 sau plutoniu-239) are loc fisiunea nucleului atomic;
Se eliberează energia cinetică, radiația gamma și neutronii liberi;
Energia cinetică este transformată în energie termică (când nucleele se ciocnesc cu atomii din jur), radiațiile gamma sunt absorbite de reactor însuși și sunt, de asemenea, transformate în căldură;
Unii dintre neutronii generați sunt absorbiți de atomii de combustibil, ceea ce provoacă o reacție în lanț. Pentru a-l controla se folosesc absorbante de neutroni si moderatori;
Cu ajutorul unui lichid de răcire (apă, gaz sau sodiu lichid), căldura este îndepărtată din locul de reacție;
Aburul sub presiune din apa încălzită este utilizat pentru a antrena turbinele cu abur;
Cu ajutorul unui generator, energia mecanică de rotație a turbinelor este transformată în curent electric alternativ.

Abordări ale clasificării

Pot exista multe motive pentru tipologia reactoarelor:

După tipul de reacție nucleară. Fisiunea (toate instalațiile comerciale) sau fuziunea (puterea termonucleară, este răspândită doar în unele institute de cercetare);
Prin lichid de răcire. In marea majoritate a cazurilor se foloseste in acest scop apa (fiarta sau grea). Se folosesc uneori soluții alternative: metal lichid (sodiu, aliaj plumb-bismut, mercur), gaz (heliu, dioxid de carbon sau azot), sare topită (săruri fluorurate);
După generație. Primul este prototipurile timpurii, care nu aveau niciun sens comercial. A doua este majoritatea centralelor nucleare utilizate în prezent, care au fost construite înainte de 1996. A treia generație diferă de cea anterioară doar prin îmbunătățiri minore. Lucrările la a patra generație sunt încă în desfășurare;
După starea agregată combustibil (gazul mai există doar pe hârtie);
După scopul utilizării(pentru producerea energiei electrice, pornirea motorului, producerea hidrogenului, desalinizarea, transmutarea elementelor, obținerea radiațiilor neuronale, în scopuri teoretice și de investigare).

Dispozitiv cu reactor nuclear

Principalele componente ale reactoarelor din majoritatea centralelor electrice sunt:

Combustibil nuclear - o substanță care este necesară pentru producerea de căldură pentru turbinele de putere (de obicei uraniu slab îmbogățit);
Zona activă a reactorului nuclear - aici are loc reacția nucleară;
Moderator de neutroni - reduce viteza neutronilor rapizi, transformându-i în neutroni termici;
Sursă de neutroni de pornire - utilizată pentru lansarea fiabilă și stabilă a unei reacții nucleare;
Absorbant de neutroni - disponibil în unele centrale electrice pentru a reduce reactivitatea ridicată a combustibilului proaspăt;
Obuzier cu neutroni - folosit pentru a reiniția o reacție după ce a fost oprit;
Lichid de răcire (apă purificată);
Tije de control - pentru a controla viteza de fisiune a nucleelor de uraniu sau plutoniu;
Pompa de apa - pompeaza apa la cazanul de abur;
Turbină cu abur - transformă energia termică a aburului în energie mecanică de rotație;
Turn de răcire - un dispozitiv pentru îndepărtarea excesului de căldură în atmosferă;
Sistem de recepție și depozitare a deșeurilor radioactive;
Sisteme de siguranță (generatoare diesel de urgență, dispozitive pentru răcirea miezului de urgență).

Cum funcționează cele mai recente modele

Cea mai recentă generație de reactoare va fi disponibilă pentru funcționare comercială nu mai devreme de 2030. În prezent, principiul și aranjarea muncii lor sunt în stadiul de dezvoltare. Conform datelor actuale, aceste modificări vor diferi de modelele existente în acest sens beneficii:

Sistem rapid de racire cu gaz. Se presupune că heliul va fi folosit ca lichid de răcire. Conform documentației de proiectare, reactoarele cu o temperatură de 850 °C pot fi răcite în acest fel. Pentru a lucra la temperaturi atât de ridicate sunt necesare și materii prime specifice: materiale ceramice compozite și compuși actinidici;
Este posibil să se folosească plumb sau un aliaj plumb-bismut ca agent de răcire primar. Aceste materiale au un indice scăzut de absorbție a neutronilor și un punct de topire relativ scăzut;
De asemenea, un amestec de săruri topite poate fi folosit ca agent de răcire principal. Astfel, va fi posibil să se lucreze la temperaturi mai ridicate decât omologii moderni răciți cu apă.

Analogi naturali în natură

Un reactor nuclear este perceput în mintea publicului doar ca un produs de înaltă tehnologie. Cu toate acestea, de fapt primul dispozitivul este de origine naturală. A fost descoperit în regiunea Oklo, în statul Gabon central din Africa:

Reactorul s-a format din cauza inundării rocilor de uraniu de către apele subterane. Ei au acționat ca moderatori de neutroni;
Energia termică eliberată în timpul descompunerii uraniului transformă apa în abur, iar reacția în lanț se oprește;
După ce temperatura lichidului de răcire scade, totul se repetă din nou;
Dacă lichidul nu ar fi fiert și nu ar fi oprit cursul reacției, omenirea s-ar fi confruntat cu un nou dezastru natural;
Fisiunea nucleară auto-susținută a început în acest reactor în urmă cu aproximativ un miliard și jumătate de ani. În acest timp, au fost alocați aproximativ 0,1 milioane de wați de putere de ieșire;
O astfel de minune a lumii de pe Pământ este singura cunoscută. Apariția altora noi este imposibilă: proporția de uraniu-235 din materiile prime naturale este mult mai mică decât nivelul necesar pentru a menține o reacție în lanț.

Câte reactoare nucleare sunt în Coreea de Sud?

Săracă în resurse naturale, dar industrializată și suprapopulată, Republica Coreea are mare nevoie de energie. Pe fundalul respingerii de către Germania a atomului pașnic, această țară are mari speranțe pentru a reduce tehnologia nucleară:

Este planificat ca până în 2035 ponderea energiei electrice generate de centralele nucleare să ajungă la 60%, iar producția totală - mai mult de 40 gigawați;
Țara nu are arme atomice, dar cercetările în fizica nucleară sunt în desfășurare. Oamenii de știință coreeni au dezvoltat modele pentru reactoare moderne: modulare, cu hidrogen, cu metal lichid etc.;
Succesul cercetătorilor locali vă permite să vindeți tehnologie în străinătate. Este de așteptat ca în următorii 15-20 de ani țara să exporte 80 de astfel de unități;
Dar de astăzi, majoritatea centralelor nucleare au fost construite cu ajutorul oamenilor de știință americani sau francezi;
Numărul de stații de operare este relativ mic (doar patru), dar fiecare dintre ele are un număr semnificativ de reactoare - 40 în total, iar această cifră va crește.

Când este bombardat cu neutroni, combustibilul nuclear intră într-o reacție în lanț, în urma căreia se generează o cantitate imensă de căldură. Apa din sistem preia această căldură și o transformă în abur, care transformă turbinele care produc energie electrică. Iată o diagramă simplă a funcționării unui reactor atomic, cea mai puternică sursă de energie de pe Pământ.

Video: cum funcționează reactoarele nucleare

În acest videoclip, fizicianul nuclear Vladimir Chaikin vă va spune cum este generată electricitatea în reactoarele nucleare, structura lor detaliată:

Reactorul nuclear funcționează fără probleme și cu precizie. Altfel, după cum știți, vor fi probleme. Dar ce se întâmplă înăuntru? Să încercăm să formulăm principiul de funcționare a unui reactor nuclear (atomic) pe scurt, clar, cu opriri.

De fapt, acolo are loc același proces ca într-o explozie nucleară. Abia acum explozia are loc foarte repede, iar în reactor toate acestea se întind mult timp. În cele din urmă, totul rămâne în siguranță și primim energie. Nu atât de mult încât totul în jur s-a spulberat imediat, dar destul de mult pentru a furniza energie electrică orașului.

cum funcționează un reactor Turnuri de răcire NPP
Înainte de a înțelege cum funcționează o reacție nucleară controlată, trebuie să știți ce este o reacție nucleară în general.

O reacție nucleară este un proces de transformare (fisiune) a nucleelor atomice în timpul interacțiunii lor cu particulele elementare și cuante gamma.

Reacțiile nucleare pot avea loc atât cu absorbție, cât și cu eliberare de energie. În reactor se utilizează a doua reacție.

Un reactor nuclear este un dispozitiv al cărui scop este menținerea unei reacții nucleare controlate cu eliberare de energie.

Adesea, un reactor nuclear este numit și reactor nuclear. Rețineți că aici nu există nicio diferență fundamentală, dar din punct de vedere al științei, este mai corect să folosiți cuvântul „nuclear”. Acum există multe tipuri de reactoare nucleare. Acestea sunt reactoare industriale uriașe menite să genereze energie la centralele electrice, reactoare submarine nucleare, reactoare experimentale mici folosite în experimente științifice. Există chiar reactoare folosite pentru desalinizarea apei de mare.

Istoria creării unui reactor nuclear

Primul reactor nuclear a fost lansat în 1942, nu atât de îndepărtat. S-a întâmplat în SUA sub conducerea lui Fermi. Acest reactor s-a numit „morda de lemne din Chicago”.

În 1946, primul reactor sovietic a pornit sub conducerea lui Kurchatov. Corpul acestui reactor era o minge de șapte metri în diametru. Primele reactoare nu aveau sistem de răcire, iar puterea lor era minimă. Apropo, reactorul sovietic avea o putere medie de 20 de wați, în timp ce cel american avea doar 1 watt. Pentru comparație: puterea medie a reactoarelor de putere moderne este de 5 gigawați. La mai puțin de zece ani de la lansarea primului reactor, în orașul Obninsk a fost deschisă prima centrală nucleară industrială din lume.

Principiul de funcționare al unui reactor nuclear (atomic).

Orice reactor nuclear are mai multe părți: miez cu combustibil și moderator, reflector de neutroni, lichid de răcire, sistem de control și protecție. Izotopii de uraniu (235, 238, 233), plutoniu (239) și toriu (232) sunt cel mai des folosiți ca combustibil în reactoare. Zona activă este un cazan prin care curge apa obișnuită (lichid de răcire). Printre alți agenți de răcire, „apa grea” și grafitul lichid sunt mai puțin utilizate. Dacă vorbim despre funcționarea unei centrale nucleare, atunci un reactor nuclear este folosit pentru a genera căldură. Electricitatea în sine este generată în același mod ca și în alte tipuri de centrale electrice - aburul rotește o turbină, iar energia mișcării este convertită în energie electrică.

Mai jos este o diagramă a funcționării unui reactor nuclear.

schema de funcționare a unui reactor nuclearSchema unui reactor nuclear la o centrală nucleară

După cum am spus deja, degradarea unui nucleu greu de uraniu produce elemente mai ușoare și câțiva neutroni. Neutronii rezultați se ciocnesc cu alte nuclee, provocându-le și fisiunea. În acest caz, numărul de neutroni crește ca o avalanșă.

Aici este necesar să menționăm factorul de multiplicare a neutronilor. Deci, dacă acest coeficient depășește o valoare egală cu unu, are loc o explozie nucleară. Dacă valoarea este mai mică de unu, sunt prea puțini neutroni și reacția se stinge. Dar dacă mențineți valoarea coeficientului egală cu unu, reacția va decurge mult timp și stabil.

Întrebarea este cum se face? În reactor, combustibilul se află în așa-numitele elemente de combustibil (TVEL). Acestea sunt tije care conțin combustibil nuclear sub formă de pelete mici. Barele de combustibil sunt conectate în casete hexagonale, dintre care pot fi sute în reactor. Casetele cu tije de combustibil sunt amplasate vertical, în timp ce fiecare tijă de combustibil are un sistem care vă permite să reglați adâncimea imersiei sale în miez. Pe lângă casetele în sine, există și tije de control și tije de protecție în caz de urgență. Tijele sunt realizate dintr-un material care absoarbe bine neutronii. Astfel, tijele de control pot fi coborâte la diferite adâncimi în miez, ajustând astfel factorul de multiplicare a neutronilor. Tijele de urgență sunt proiectate pentru a opri reactorul în caz de urgență.

Cum pornește un reactor nuclear?

Ne-am dat seama chiar principiul de funcționare, dar cum să pornim și să facem funcționarea reactorului? În linii mari, aici este o bucată de uraniu, dar, la urma urmei, o reacție în lanț nu începe în ea de la sine. Cert este că în fizica nucleară există conceptul de masă critică.

Combustibil nuclearCombustibil nuclear

Masa critică este masa de material fisionabil necesară pentru a începe o reacție nucleară în lanț.

Cu ajutorul elementelor de combustibil și a tijelor de control, se creează mai întâi o masă critică de combustibil nuclear în reactor, iar apoi reactorul este adus la nivelul optim de putere în mai multe etape.

Îți va plăcea: Trucuri de matematică pentru studenți umaniști și non-umani (Partea 1)
În acest articol, am încercat să vă oferim o idee generală a structurii și principiului de funcționare a unui reactor nuclear (atomic). Dacă mai aveți întrebări pe această temă sau universitatea a pus o problemă în fizica nucleară - vă rugăm să contactați specialiștii companiei noastre. Noi, ca de obicei, suntem gata să vă ajutăm să rezolvați orice problemă presantă a studiilor dumneavoastră. Între timp, facem asta, atenția voastră este un alt videoclip educațional!

blog/kak-rabotaet-yadernyj-reaktor/

Secțiuni