उपकरण और संचालन का सिद्धांत एक आत्मनिर्भर परमाणु प्रतिक्रिया के आरंभीकरण और नियंत्रण पर आधारित है। इसका उपयोग अनुसंधान उपकरण के रूप में, रेडियोधर्मी समस्थानिकों के उत्पादन के लिए और परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में किया जाता है।

कार्य सिद्धांत (संक्षेप में)

यहाँ, एक ऐसी प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है जिसमें एक भारी नाभिक दो छोटे टुकड़ों में टूट जाता है। ये टुकड़े अत्यधिक उत्तेजित अवस्था में हैं और न्यूट्रॉन, अन्य उप-परमाण्विक कण और फोटॉन उत्सर्जित करते हैं। न्यूट्रॉन नए विखंडन का कारण बन सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अधिक न्यूट्रॉन उत्सर्जित होते हैं, और इसी तरह। विभाजन की ऐसी निरंतर आत्मनिर्भर श्रृंखला को चेन रिएक्शन कहा जाता है। इस मामले में, बड़ी मात्रा में ऊर्जा जारी की जाती है, जिसका उत्पादन परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के उपयोग का उद्देश्य है।

परमाणु रिएक्टर के संचालन का सिद्धांत ऐसा है कि लगभग 85% विखंडन ऊर्जा प्रतिक्रिया की शुरुआत के बाद बहुत कम समय के भीतर जारी होती है। बाकी का उत्पादन न्यूट्रॉन उत्सर्जित करने के बाद विखंडन उत्पादों के रेडियोधर्मी क्षय द्वारा किया जाता है। रेडियोधर्मी क्षय वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा एक परमाणु अधिक स्थिर अवस्था में पहुँचता है। यह विभाजन पूरा होने के बाद भी जारी है।

एक परमाणु बम में, श्रृंखला प्रतिक्रिया की तीव्रता तब तक बढ़ जाती है जब तक कि अधिकांश सामग्री विभाजित नहीं हो जाती। यह बहुत जल्दी होता है, अत्यंत उत्पादन होता है शक्तिशाली विस्फोटऐसे बमों की खासियत परमाणु रिएक्टर के संचालन का उपकरण और सिद्धांत एक नियंत्रित, लगभग स्थिर स्तर पर श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखने पर आधारित है। इसे इस तरह से डिजाइन किया गया है कि यह परमाणु बम की तरह फट नहीं सकता।

चेन रिएक्शन और क्रिटिकलिटी

परमाणु विखंडन रिएक्टर की भौतिकी यह है कि श्रृंखला प्रतिक्रिया न्यूट्रॉन के उत्सर्जन के बाद परमाणु विखंडन की संभावना से निर्धारित होती है। यदि उत्तरार्द्ध की जनसंख्या घट जाती है, तो विखंडन दर अंततः शून्य हो जाएगी। इस मामले में, रिएक्टर एक उप-राजनीतिक स्थिति में होगा। यदि न्यूट्रॉनों की जनसंख्या को स्थिर स्तर पर बनाए रखा जाता है, तो विखंडन दर स्थिर रहेगी। रिएक्टर गंभीर स्थिति में होगा। और अंत में, अगर न्यूट्रॉन की आबादी समय के साथ बढ़ती है, तो विखंडन दर और शक्ति में वृद्धि होगी। कोर की स्थिति सुपरक्रिटिकल हो जाएगी।

परमाणु रिएक्टर के संचालन का सिद्धांत इस प्रकार है। इसके लॉन्च से पहले, न्यूट्रॉन की आबादी शून्य के करीब है। इसके बाद ऑपरेटर परमाणु विखंडन को बढ़ाते हुए कोर से नियंत्रण छड़ों को हटा देते हैं, जो अस्थायी रूप से रिएक्टर को सुपरक्रिटिकल स्थिति में डाल देता है। नाममात्र की शक्ति तक पहुँचने के बाद, ऑपरेटर न्यूट्रॉन की संख्या को समायोजित करते हुए आंशिक रूप से नियंत्रण छड़ लौटाते हैं। भविष्य में, रिएक्टर को गंभीर स्थिति में रखा जाता है। जब इसे रोकने की आवश्यकता होती है, तो ऑपरेटर पूरी तरह से छड़ें डालते हैं। यह विखंडन को दबाता है और कोर को एक उप-राजनीतिक स्थिति में लाता है।

रिएक्टर के प्रकार

दुनिया के अधिकांश परमाणु प्रतिष्ठान ऊर्जा-उत्पादक हैं, जनरेटर चलाने वाले टर्बाइनों को चालू करने के लिए आवश्यक गर्मी पैदा करते हैं। विद्युतीय ऊर्जा. कई अनुसंधान रिएक्टर भी हैं, और कुछ देशों में परमाणु-संचालित पनडुब्बियां या सतह के जहाज हैं।

बिजली संयंत्रों

इस प्रकार के कई प्रकार के रिएक्टर हैं, लेकिन हल्के पानी के डिजाइन का व्यापक उपयोग हुआ है। बदले में, यह दबाव वाले पानी या उबलते पानी का उपयोग कर सकता है। पहले मामले में, तरल अधिक दबावकोर की गर्मी से गरम किया जाता है और भाप जनरेटर में प्रवेश करता है। वहां, प्राथमिक सर्किट से गर्मी को माध्यमिक में स्थानांतरित किया जाता है, जिसमें पानी भी होता है। अंततः उत्पन्न भाप भाप टरबाइन चक्र में काम कर रहे तरल पदार्थ के रूप में कार्य करती है।

क्वथन-प्रकार रिएक्टर प्रत्यक्ष ऊर्जा चक्र के सिद्धांत पर कार्य करता है। सक्रिय क्षेत्र से गुजरने वाले पानी को औसत दबाव स्तर पर उबाला जाता है। संतृप्त भापरिएक्टर पोत में स्थित विभाजक और ड्रायर की एक श्रृंखला के माध्यम से गुजरता है, जो इसे अतितापित अवस्था में लाता है। अतितापित जल वाष्प का उपयोग टर्बाइन को चालू करने के लिए कार्यशील द्रव के रूप में किया जाता है।

उच्च तापमान गैस ठंडा

एक उच्च तापमान गैस-कूल्ड रिएक्टर (HTGR) एक परमाणु रिएक्टर है जिसका संचालन सिद्धांत ईंधन के रूप में ग्रेफाइट और ईंधन माइक्रोस्फीयर के मिश्रण के उपयोग पर आधारित है। दो प्रतिस्पर्धी डिजाइन हैं:

• जर्मन "भरें" प्रणाली, जो 60 मिमी गोलाकार ईंधन तत्वों का उपयोग करती है, जो ग्रेफाइट खोल में ग्रेफाइट और ईंधन का मिश्रण है;
• ग्रेफाइट हेक्सागोनल प्रिज्म के रूप में एक अमेरिकी संस्करण जो एक सक्रिय क्षेत्र बनाने के लिए इंटरलॉक करता है।

दोनों ही मामलों में, शीतलक में लगभग 100 वायुमंडल के दबाव में हीलियम होता है। जर्मन प्रणाली में, हीलियम गोलाकार ईंधन तत्वों की परत में और अमेरिकी प्रणाली में, रिएक्टर के मध्य क्षेत्र के अक्ष के साथ स्थित ग्रेफाइट प्रिज्म में छेद के माध्यम से गुजरता है। दोनों विकल्प बहुत काम कर सकते हैं उच्च तापमानआह, चूंकि ग्रेफाइट में उच्च उच्च बनाने की क्रिया का तापमान होता है, और हीलियम पूरी तरह से रासायनिक रूप से निष्क्रिय है। गर्म हीलियम को सीधे काम कर रहे तरल पदार्थ के रूप में लगाया जा सकता है गैस टर्बाइनउच्च तापमान पर या इसकी गर्मी का उपयोग जल चक्र भाप उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।

तरल धातु और कार्य सिद्धांत

1960 और 1970 के दशक में सोडियम-कूल्ड फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टरों ने बहुत ध्यान आकर्षित किया। तब ऐसा लगा कि निकट भविष्य में पुन: उत्पन्न करने की उनकी क्षमता तेजी से विकसित हो रहे परमाणु उद्योग के लिए ईंधन के उत्पादन के लिए आवश्यक थी। 1980 के दशक में जब यह स्पष्ट हो गया कि यह उम्मीद अवास्तविक है, तो उत्साह फीका पड़ गया। हालाँकि, इस प्रकार के कई रिएक्टर संयुक्त राज्य अमेरिका, रूस, फ्रांस, ग्रेट ब्रिटेन, जापान और जर्मनी में बनाए गए हैं। उनमें से ज्यादातर यूरेनियम डाइऑक्साइड या प्लूटोनियम डाइऑक्साइड के साथ इसके मिश्रण पर चलते हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में, तथापि, सबसे बड़ी सफलता धात्विक प्रणोदकों के साथ रही है।

कैंडू

कनाडा ने अपने प्रयासों को रिएक्टरों पर केंद्रित किया है जो प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग करते हैं। यह अन्य देशों की सेवाओं का सहारा लेने के लिए इसके संवर्धन की आवश्यकता को समाप्त करता है। इस नीति का परिणाम ड्यूटेरियम-यूरेनियम रिएक्टर (CANDU) था। इसमें नियंत्रण और शीतलन भारी जल द्वारा किया जाता है। परमाणु रिएक्टर के संचालन का उपकरण और सिद्धांत ठंडे डी 2 ओ के साथ एक टैंक का उपयोग करना है वायुमण्डलीय दबाव. प्राकृतिक यूरेनियम ईंधन के साथ जिरकोनियम मिश्र धातु से बने पाइपों द्वारा कोर में छेद किया जाता है, जिसके माध्यम से भारी पानी इसे ठंडा करता है। भारी पानी में विखंडन की गर्मी को शीतलक में स्थानांतरित करके बिजली का उत्पादन किया जाता है जो भाप जनरेटर के माध्यम से परिचालित होता है। द्वितीयक सर्किट में भाप तब एक पारंपरिक टरबाइन चक्र से होकर गुजरती है।

अनुसंधान सुविधाएं

के लिये वैज्ञानिक अनुसंधानसबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला परमाणु रिएक्टर, जिसके संचालन का सिद्धांत असेंबली के रूप में वाटर कूलिंग और प्लेट जैसे यूरेनियम ईंधन तत्वों का उपयोग है। कुछ किलोवाट से सैकड़ों मेगावाट तक बिजली के स्तर की एक विस्तृत श्रृंखला में काम करने में सक्षम। चूंकि बिजली उत्पादन अनुसंधान रिएक्टरों का मुख्य कार्य नहीं है, वे कोर में न्यूट्रॉन की उत्पन्न तापीय ऊर्जा, घनत्व और नाममात्र ऊर्जा की विशेषता है। यह ये पैरामीटर हैं जो विशिष्ट सर्वेक्षण करने के लिए एक शोध रिएक्टर की क्षमता को मापने में मदद करते हैं। शिक्षण के लिए विश्वविद्यालयों में आमतौर पर कम शक्ति वाली प्रणालियों का उपयोग किया जाता है, जबकि सामग्री और प्रदर्शन परीक्षण और सामान्य शोध के लिए अनुसंधान प्रयोगशालाओं में उच्च शक्ति की आवश्यकता होती है।

सबसे आम शोध परमाणु रिएक्टर, जिसकी संरचना और संचालन का सिद्धांत इस प्रकार है। इसका सक्रिय क्षेत्र पानी के एक बड़े गहरे पूल के तल पर स्थित है। यह उन चैनलों के अवलोकन और प्लेसमेंट को सरल करता है जिनके माध्यम से न्यूट्रॉन बीम को निर्देशित किया जा सकता है। कम बिजली के स्तर पर, कूलेंट को ब्लीड करने की कोई आवश्यकता नहीं है, क्योंकि कूलेंट का प्राकृतिक संवहन एक सुरक्षित संचालन स्थिति बनाए रखने के लिए पर्याप्त गर्मी लंपटता प्रदान करता है। हीट एक्सचेंजर आमतौर पर सतह पर या पूल के शीर्ष पर स्थित होता है जहां गर्म पानी जमा होता है।

जहाज की स्थापना

परमाणु रिएक्टरों का मूल और मुख्य अनुप्रयोग पनडुब्बियों में उनका उपयोग है। उनका मुख्य लाभ यह है कि जीवाश्म ईंधन दहन प्रणालियों के विपरीत, उन्हें बिजली उत्पन्न करने के लिए हवा की आवश्यकता नहीं होती है। इसलिए, एक परमाणु पनडुब्बी लंबे समय तक जलमग्न रह सकती है, जबकि एक पारंपरिक डीजल-इलेक्ट्रिक पनडुब्बी को हवा में अपने इंजन शुरू करने के लिए समय-समय पर सतह पर उठना पड़ता है। नौसेना के जहाजों को रणनीतिक लाभ देता है। इसके लिए धन्यवाद, विदेशी बंदरगाहों में या आसानी से कमजोर टैंकरों से ईंधन भरने की कोई आवश्यकता नहीं है।

पनडुब्बी पर परमाणु रिएक्टर के संचालन के सिद्धांत को वर्गीकृत किया गया है। हालांकि, यह ज्ञात है कि संयुक्त राज्य अमेरिका में यह अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम का उपयोग करता है, और धीमा और ठंडा पानी हल्के पानी से किया जाता है। परमाणु पनडुब्बी यूएसएस नॉटिलस के पहले रिएक्टर का डिजाइन शक्तिशाली से काफी प्रभावित था अनुसंधान सुविधाएं. इसकी अनूठी विशेषताएं एक बहुत बड़ी प्रतिक्रियाशीलता मार्जिन हैं, जो ईंधन भरने के बिना संचालन की लंबी अवधि और शटडाउन के बाद पुनरारंभ करने की क्षमता सुनिश्चित करती है। पता लगाने से बचने के लिए उप में पावर स्टेशन बहुत शांत होना चाहिए। पनडुब्बियों के विभिन्न वर्गों की विशिष्ट आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, विभिन्न मॉडलबिजली संयंत्रों।

अमेरिकी नौसेना के विमान वाहक एक परमाणु रिएक्टर का उपयोग करते हैं, जिसके सिद्धांत को सबसे बड़ी पनडुब्बियों से उधार लिया गया माना जाता है। उनके डिजाइन का विवरण भी प्रकाशित नहीं किया गया है।

संयुक्त राज्य अमेरिका के अलावा, ब्रिटेन, फ्रांस, रूस, चीन और भारत के पास परमाणु पनडुब्बी हैं। प्रत्येक मामले में, डिजाइन का खुलासा नहीं किया गया था, लेकिन यह माना जाता है कि वे सभी बहुत समान हैं - यह उनके लिए समान आवश्यकताओं का परिणाम है तकनीकी निर्देश. रूस के पास एक छोटा बेड़ा भी है जो सोवियत पनडुब्बियों के समान रिएक्टरों से लैस है।

औद्योगिक संयंत्र

उत्पादन उद्देश्यों के लिए, एक परमाणु रिएक्टर का उपयोग किया जाता है, जिसके संचालन का सिद्धांत ऊर्जा उत्पादन के निम्न स्तर के साथ उच्च उत्पादकता है। यह इस तथ्य के कारण है कि कोर में प्लूटोनियम के लंबे समय तक रहने से अवांछित 240 पु का संचय होता है।

ट्रिटियम उत्पादन

वर्तमान में, ऐसी प्रणालियों द्वारा उत्पादित मुख्य सामग्री ट्रिटियम (3 एच या टी) है - प्लूटोनियम -239 के चार्ज का आधा जीवन 24,100 वर्ष है, इसलिए शस्त्रागार वाले देश परमाणु हथियारइस तत्व का उपयोग करने वालों में इसकी आवश्यकता से अधिक होने की प्रवृत्ति होती है। 239 पु के विपरीत, ट्रिटियम का आधा जीवन लगभग 12 वर्ष है। इस प्रकार, आवश्यक आपूर्ति बनाए रखने के लिए, हाइड्रोजन के इस रेडियोधर्मी समस्थानिक का लगातार उत्पादन किया जाना चाहिए। संयुक्त राज्य अमेरिका में सवाना नदी में (राज्य दक्षिण कैरोलिना), उदाहरण के लिए, कई भारी जल रिएक्टर हैं जो ट्रिटियम का उत्पादन करते हैं।

फ्लोटिंग पावर यूनिट

परमाणु रिएक्टर बनाए गए हैं जो दूरस्थ पृथक क्षेत्रों में बिजली और भाप ताप प्रदान कर सकते हैं। रूस में, उदाहरण के लिए, छोटा बिजली संयंत्रों, विशेष रूप से आर्कटिक की सेवा के लिए डिज़ाइन किया गया बस्तियों. चीन में, एक 10 मेगावाट एचटीआर-10 संयंत्र गर्मी और बिजली की आपूर्ति करता है अनुसंधान संस्थानजिसमें यह स्थित है। स्वीडन और कनाडा में समान क्षमताओं वाले छोटे नियंत्रित रिएक्टर विकसित किए जा रहे हैं। 1960 और 1972 के बीच, अमेरिकी सेना ने ग्रीनलैंड और अंटार्कटिका में दूरस्थ ठिकानों को बिजली देने के लिए कॉम्पैक्ट जल रिएक्टरों का उपयोग किया। उनकी जगह तेल से चलने वाले बिजली संयंत्रों ने ले ली।

अंतरिक्ष की खोज

इसके अलावा, बिजली की आपूर्ति और अंदर आने-जाने के लिए रिएक्टर विकसित किए गए हैं वाह़य ​​अंतरिक्ष. 1967 और 1988 के बीच, सोवियत संघ ने कोस्मोस उपग्रहों पर बिजली उपकरण और टेलीमेट्री के लिए छोटे परमाणु प्रतिष्ठान स्थापित किए, लेकिन यह नीति आलोचना का लक्ष्य बन गई। इनमें से कम से कम एक उपग्रह ने पृथ्वी के वायुमंडल में प्रवेश किया, जिसके परिणामस्वरूप कनाडा के दूरस्थ क्षेत्रों में रेडियोधर्मी संदूषण हुआ। संयुक्त राज्य अमेरिका ने 1965 में केवल एक परमाणु-संचालित उपग्रह लॉन्च किया था। हालांकि, गहरी अंतरिक्ष उड़ानों में उनके उपयोग, अन्य ग्रहों के मानवयुक्त अन्वेषण, या स्थायी चंद्र आधार पर परियोजनाओं का विकास जारी है। यह निश्चित रूप से गैस-कूल्ड या तरल धातु परमाणु रिएक्टर होगा, भौतिक सिद्धांतजो रेडिएटर के आकार को कम करने के लिए आवश्यक उच्चतम संभव तापमान प्रदान करेगा। इसके अलावा, अंतरिक्ष यान रिएक्टर को ढाल के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री की मात्रा को कम करने और प्रक्षेपण और अंतरिक्ष उड़ान के दौरान वजन कम करने के लिए जितना संभव हो उतना कॉम्पैक्ट होना चाहिए। ईंधन आपूर्ति अंतरिक्ष उड़ान की पूरी अवधि के लिए रिएक्टर के संचालन को सुनिश्चित करेगी।

मुख्य और सबसे खतरनाक तत्वपरमाणु ऊर्जा संयंत्र है परमाणु (परमाणु) रिएक्टर. 1942 में शिकागो (यूएसए) के पूर्व फुटबॉल स्टेडियम के टेनिस कोर्ट पर पहले परमाणु रिएक्टर "एनरिको फर्मी" के लॉन्च के बाद से आधी सदी से अधिक समय बीत चुका है। इस समय के दौरान, दुनिया के कई देशों में विकसित और निर्मित हुए बड़ी संख्याविभिन्न प्रकार के रिएक्टर, आकार और शक्ति दोनों में भिन्न होते हैं (वाट के अंशों से सैकड़ों हजारों किलोवाट तक)। रूस में, पहला परमाणु रिएक्टर 1946 में परिचालन में लाया गया था। ध्यान दिए बिना डिज़ाइन विशेषताएँसभी प्रकार के रिएक्टरों का योजनाबद्ध आरेख पहले परमाणु "बॉयलर" (रिएक्टर) के समान ही रहता है, जैसा कि पहले कहा जाता था।

उनके उद्देश्य के आधार पर, रिएक्टरों को कई प्रकारों में बांटा गया है। अनुसंधान रिएक्टरों का उद्देश्य रिएक्टरों को डिजाइन करने के नए तरीकों का अध्ययन करना और कुछ तकनीकी योजनाओं और प्रक्रियाओं का परीक्षण करना है। परमाणु ईंधन (उदाहरण के लिए, प्लूटोनियम 239) का उत्पादन करने वाले रिएक्टरों को उत्पादन रिएक्टर कहा जाता है। ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किए गए रिएक्टरों को पावर रिएक्टर कहा जाता है। बाद वाले परमाणु ताप और बिजली संयंत्रों में स्थापित हैं।

एक परमाणु (परमाणु) रिएक्टर न केवल ऊर्जा का स्रोत है, बल्कि समस्थानिकों का "कारखाना" भी है। एक रेडियोधर्मी पदार्थ के परमाणु विखंडन की प्रक्रिया में, रेडियोधर्मी समस्थानिक (विखंडन उत्पाद) रिएक्टर में जमा होते हैं, जिनमें से कई विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। इसके अलावा, जब रिएक्टर में स्थिर तत्वों को रखा जाता है, तो वहां बने शक्तिशाली न्यूट्रॉन फ्लक्स के प्रभाव में (तथाकथित प्रेरित गतिविधि के परिणामस्वरूप), वे कृत्रिम रूप से रेडियोधर्मी समस्थानिकों में परिवर्तित हो जाते हैं। वर्तमान में, कृत्रिम रूप से रेडियोधर्मी समस्थानिकों का व्यापक उपयोग हुआ है। प्रायोगिक उपयोग. इन्हें नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है उत्पादन प्रक्रियाएंचिकित्सा निदान प्रक्रियाओं के लिए धातु और पारभासी, एंडोक्रिनोलॉजी में हार्मोनल स्थिति का अध्ययन, ऑन्कोलॉजिकल रोगों का निदान, ड्रेसिंग के विकिरण नसबंदी के लिए, दवाई, अनाज फसलों की पूर्व बुवाई विकिरण, आदि।

तो, परमाणु रिएक्टर ऐसे उपकरण हैं जिनमें परमाणु प्रतिक्रियाएँ होती हैं - एक रासायनिक तत्व का दूसरे में परिवर्तन। इन प्रतिक्रियाओं के लिए रिएक्टर में फिशाइल सामग्री की उपस्थिति की आवश्यकता होती है, जो इसके क्षय के दौरान अन्य नाभिकों के क्षय का कारण बनने में सक्षम प्राथमिक कणों को छोड़ती है। यूरेनियम समस्थानिक - यूरेनियम -235 और यूरेनियम -238, साथ ही प्लूटोनियम -239 को वर्तमान में विखंडनीय सामग्री के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। परमाणु रिएक्टर में एक चेन रिएक्शन होता है। यूरेनियम या प्लूटोनियम के नाभिक क्षय होते हैं, जबकि आवर्त सारणी के मध्य में तत्वों के 2-3 नाभिक बनते हैं, ऊर्जा निकलती है, गामा क्वांटा उत्सर्जित होता है और 2-3 न्यूट्रॉन बनते हैं, जो बदले में अन्य परमाणुओं के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं। और, उनके विखंडन के कारण, चेन रिएक्शन जारी रखें। उच्चतम मूल्यपरमाणु ऊर्जा इंजीनियरिंग में, न्यूट्रॉन का उपयोग परमाणु विखंडन के आरंभकर्ता के रूप में किया जाता है। एक प्राथमिक कण की गति के आधार पर, 2 प्रकार के न्यूट्रॉन प्रतिष्ठित होते हैं: तेज और धीमा। पर अलग - अलग प्रकाररिएक्टरों का प्रयोग किया जाता है अलग - अलग प्रकारन्यूट्रॉन।

परमाणु रिएक्टर हैं धीमे (थर्मल) न्यूट्रॉन और तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर. पहले में यूरेनियम-235 का इस्तेमाल परमाणु ईंधन के रूप में होता है, दूसरे में- यूरेनियम-238 (प्राकृतिक) और प्लूटोनियम-239 का।

अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्र थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों से लैस हैं। थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों के लिए तीन आवश्यक तत्व ईंधन, मंदक और शीतलक हैं। जैसा गर्मी निकालने वाला (परमाणु ईंधन) यूरेनियम समस्थानिक आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं। ईंधन को ईंधन तत्वों - ईंधन छड़ों में रखा जाता है। रिएक्टर कोर में, जहां ईंधन तत्व स्थित हैं, यूरेनियम-235 नाभिक के विखंडन की प्रतिक्रिया होती है। प्रतिक्रिया के दौरान, रेडियोधर्मी विखंडन उत्पाद ईंधन की छड़ों में जमा हो जाते हैं। मध्यस्थ यूरेनियम 235 में अधिक कुशल श्रृंखला प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक न्यूट्रॉन को धीमा करने के लिए आवश्यक है। मॉडरेटर पानी या ग्रेफाइट हो सकते हैं। शीतलक परमाणु विखंडन की तापीय ऊर्जा को टर्बाइन में स्थानांतरित करने के लिए इसे बिजली में बदलने के लिए आवश्यक है। इस प्रकार, थोक में परमाणु ऊर्जा संयंत्र थर्मल पावर प्लांट हैं। ताप वाहक आमतौर पर गर्म और दबावयुक्त पानी होता है।

फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टरों को मॉडरेटर की आवश्यकता नहीं होती है, और तरल धातु, जैसे तरल सोडियम, को शीतलक के रूप में उपयोग किया जाता है। वर्तमान में, तेजी से न्यूट्रॉन रिएक्टरों का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है, मुख्य रूप से डिजाइन की जटिलता और संरचनात्मक भागों के लिए पर्याप्त रूप से स्थिर सामग्री प्राप्त करने की समस्या के कारण। रूस में इस प्रकार का केवल एक रिएक्टर है। हालांकि, यह माना जाता है कि फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टरों का भविष्य बहुत अच्छा है।

इस प्रकार, इस समय दुनिया में 5 प्रकार के परमाणु रिएक्टर हैं (थर्मल न्यूट्रॉन पर 4 प्रकार और तेज़ न्यूट्रॉन पर 1):

ü VVER - दाबित जल विद्युत रिएक्टर,

ü आरएमबीसी - रिएक्टर उच्च शक्तिनहर,

ü भारी जल रिएक्टर,

ü गोलाकार भरने और गैस सर्किट के साथ रिएक्टर,

ü फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर। ( परिशिष्ट बी टैब। 2-बी"परमाणु रिएक्टरों के प्रकार")

हमारे देश में अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्र वीवीईआर रिएक्टरों से लैस हैं। पर चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्रआरएमबीसी रिएक्टर संचालित। सक्रिय क्षेत्रों की अलग-अलग संरचना के कारण, इन रिएक्टरों के ऑपरेटिंग पैरामीटर अलग-अलग हैं। VVER - दबाव पोत रिएक्टर (रिएक्टर दबाव पोत द्वारा बनाए रखा जाता है), RMBC - चैनल रिएक्टर (प्रत्येक चैनल में दबाव स्वतंत्र रूप से बनाए रखा जाता है)। रिएक्टर की सुरक्षा के लिए, प्रतिक्रियाशीलता गुणांक के रूप में इस तरह के एक पैरामीटर महत्वपूर्ण है - रिएक्टर के एक या दूसरे पैरामीटर में परिवर्तन कैसे दिखाता है, इसमें श्रृंखला प्रतिक्रिया की तीव्रता को प्रभावित करेगा। यदि यह गुणांक धनात्मक है, तो गुणांक दिए जाने वाले पैरामीटर में वृद्धि के साथ, रिएक्टर में चेन रिएक्शन बढ़ेगा और बेकाबू हो जाएगा - रिएक्टर में तेजी आएगी। रिएक्टर के त्वरण के दौरान, तीव्र गर्मी का विमोचन होता है, जिससे ऊष्मा उत्सर्जकों का पिघलना और पर्यावरण में रेडियोधर्मी पदार्थों की रिहाई के साथ रिएक्टर पोत का विनाश होता है।

कब आपातकालीन क्षणरिएक्टर का संचालन, इसके त्वरण के साथ, VVER रिएक्टर ठप हो जाएगा, और RMBC रिएक्टर बढ़ती तीव्रता के साथ गति करना जारी रखेगा, जिससे रेडियोधर्मी उत्पादों की रिहाई के साथ दुर्घटना हो सकती है। यह इस रास्ते पर था कि चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र में दुर्घटना के दौरान घटनाएं विकसित हुईं। इसलिए, आरएमबीसी रिएक्टर में, कहीं और की तुलना में सुरक्षात्मक प्रणालियों की भूमिका अधिक महत्वपूर्ण है, जो या तो रिएक्टर के त्वरण को रोक देगी या इसे तत्काल ठंडा कर देगी। आरएमबीसी प्रकार के आधुनिक रिएक्टर इस तरह की पर्याप्त प्रभावी प्रणालियों से लैस हैं, जो व्यावहारिक रूप से दुर्घटना के जोखिम को कम करते हैं (दुर्घटना की रात चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र में, आपराधिक लापरवाही के कारण सभी आपातकालीन सुरक्षा प्रणालियां पूरी तरह से बंद कर दी गईं सभी निर्देशों और निषेधों के उल्लंघन में), लेकिन इस संभावना को याद रखना चाहिए।

परमाणु रिएक्टरों के प्रकारों के बारे में जानकारी केंद्रित करने के बाद, हम निम्नलिखित कह सकते हैं। VVER रिएक्टर संचालित करने के लिए काफी सुरक्षित हैं, लेकिन अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम की आवश्यकता होती है। आरएमबीसी रिएक्टर तभी सुरक्षित होते हैं जब वे ठीक से संचालित होते हैं और उनके पास अच्छी तरह से डिज़ाइन की गई सुरक्षा प्रणालियाँ होती हैं, लेकिन वे कम-समृद्ध ईंधन का उपयोग करने में सक्षम होते हैं या वीवीईआर रिएक्टरों से खर्च किए गए ईंधन का भी उपयोग करने में सक्षम होते हैं। भारी पानी के रिएक्टर सभी के लिए अच्छे हैं, लेकिन भारी पानी प्राप्त करने की प्रक्रिया बहुत महंगी है। गोलाकार बिस्तर वाले रिएक्टरों के उत्पादन की तकनीक अभी तक अच्छी तरह से विकसित नहीं हुई है, हालांकि इस प्रकार के रिएक्टर को इसके लिए सबसे उपयुक्त माना जाना चाहिए। विस्तृत आवेदन, विशेष रूप से, भगोड़ा रिएक्टर के साथ दुर्घटना में विनाशकारी परिणामों की अनुपस्थिति के कारण। फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर परमाणु ऊर्जा के लिए ईंधन के उत्पादन के लिए भविष्य हैं, लेकिन उनका डिजाइन बहुत जटिल और अभी भी अविश्वसनीय है।

के लिये समान्य व्यक्तिआधुनिक हाई-टेक डिवाइस इतने रहस्यमय और रहस्यमय हैं कि उनकी पूजा करना ठीक उसी तरह है जैसे पूर्वजों ने बिजली की पूजा की थी। स्कूल भौतिकी के पाठ, गणितीय गणनाओं से भरे हुए, समस्या का समाधान नहीं करते हैं। लेकिन एक परमाणु रिएक्टर के बारे में भी बताना दिलचस्प है, जिसके संचालन का सिद्धांत एक किशोर के लिए भी स्पष्ट है।

परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है?

इस हाई-टेक डिवाइस के संचालन का सिद्धांत इस प्रकार है:

1. जब एक न्यूट्रॉन अवशोषित होता है, परमाणु ईंधन (अक्सर यह यूरेनियम-235या प्लूटोनियम -239) परमाणु नाभिक का विभाजन होता है;
2. गतिज ऊर्जा, गामा विकिरण और मुक्त न्यूट्रॉन मुक्त होते हैं;
3. गतिज ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है (जब नाभिक आसपास के परमाणुओं से टकराते हैं), गामा विकिरण को रिएक्टर द्वारा ही अवशोषित किया जाता है और गर्मी में भी परिवर्तित किया जाता है;
4. कुछ उत्पन्न न्यूट्रॉन ईंधन परमाणुओं द्वारा अवशोषित होते हैं, जो एक श्रृंखला प्रतिक्रिया का कारण बनता है। इसे नियंत्रित करने के लिए न्यूट्रॉन अवशोषक और मॉडरेटर का उपयोग किया जाता है;
5. एक शीतलक (पानी, गैस या तरल सोडियम) की मदद से प्रतिक्रिया स्थल से गर्मी को हटा दिया जाता है;
6. भाप टर्बाइनों को चलाने के लिए गर्म पानी से दबाव वाली भाप का उपयोग किया जाता है;
7. जनरेटर की मदद से टर्बाइनों के घूमने की यांत्रिक ऊर्जा को प्रत्यावर्ती विद्युत धारा में परिवर्तित किया जाता है।

वर्गीकरण के दृष्टिकोण

रिएक्टरों की टाइपोलॉजी के कई कारण हो सकते हैं:

• परमाणु प्रतिक्रिया के प्रकार से. विखंडन (सभी व्यावसायिक प्रतिष्ठान) या संलयन (थर्मोन्यूक्लियर पावर, केवल कुछ शोध संस्थानों में व्यापक है);
• शीतलक द्वारा. अधिकांश मामलों में, इस उद्देश्य के लिए पानी (उबलते या भारी) का उपयोग किया जाता है। कभी कभी इस्तेमाल किया वैकल्पिक समाधान: तरल धातु (सोडियम, सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु, पारा), गैस (हीलियम, कार्बन डाइऑक्साइड या नाइट्रोजन), पिघला हुआ नमक (फ्लोराइड लवण);
• पीढ़ी से।पहला शुरुआती प्रोटोटाइप है, जिसका कोई व्यावसायिक अर्थ नहीं था। दूसरा वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्र हैं जो 1996 से पहले बनाए गए थे। तीसरी पीढ़ी पिछले वाले से केवल मामूली सुधारों में भिन्न है। चौथी पीढ़ी पर काम अभी भी चल रहा है;
• द्वारा एकत्रीकरण की स्थिति ईंधन (गैस अभी भी केवल कागज पर मौजूद है);
• उपयोग के उद्देश्य से(बिजली के उत्पादन के लिए, इंजन शुरू, हाइड्रोजन उत्पादन, विलवणीकरण, तत्वों का रूपांतरण, तंत्रिका विकिरण, सैद्धांतिक और खोजी उद्देश्यों को प्राप्त करना)।

परमाणु रिएक्टर डिवाइस

अधिकांश बिजली संयंत्रों में रिएक्टरों के मुख्य घटक हैं:

1. परमाणु ईंधन - एक पदार्थ जो बिजली टर्बाइनों (आमतौर पर कम समृद्ध यूरेनियम) के लिए गर्मी के उत्पादन के लिए जरूरी है;
2. परमाणु रिएक्टर का सक्रिय क्षेत्र - यह वह जगह है जहाँ परमाणु प्रतिक्रिया होती है;
3. न्यूट्रॉन मॉडरेटर - तेज न्यूट्रॉन की गति को कम करता है, उन्हें थर्मल न्यूट्रॉन में बदल देता है;
4. न्यूट्रॉन स्रोत शुरू करना - परमाणु प्रतिक्रिया के विश्वसनीय और स्थिर प्रक्षेपण के लिए उपयोग किया जाता है;
5. न्यूट्रॉन अवशोषक - ताजा ईंधन की उच्च प्रतिक्रियाशीलता को कम करने के लिए कुछ बिजली संयंत्रों में उपलब्ध;
6. न्यूट्रॉन हॉवित्जर - बंद होने के बाद प्रतिक्रिया को फिर से शुरू करने के लिए प्रयोग किया जाता है;
7. शीतलक (शुद्ध पानी);
8. नियंत्रण छड़ें - यूरेनियम या प्लूटोनियम नाभिक के विखंडन की दर को नियंत्रित करने के लिए;
9. पानी पंप - भाप बॉयलर को पानी पंप करता है;
10. भाप टरबाइन - मुड़ता है तापीय ऊर्जाघूर्णी यांत्रिक में भाप;
11. कूलिंग टावर - वातावरण में अतिरिक्त गर्मी को दूर करने के लिए एक उपकरण;
12. रेडियोधर्मी अपशिष्ट प्राप्त करने और भंडारण के लिए प्रणाली;
13. सुरक्षा प्रणाली (आपातकालीन डीजल जनरेटर, आपातकालीन कोर कूलिंग के लिए उपकरण)।

नवीनतम मॉडल कैसे काम करते हैं

नवीनतम चौथी पीढ़ी के रिएक्टर वाणिज्यिक संचालन के लिए उपलब्ध होंगे 2030 से पहले नहीं. वर्तमान में, उनके कार्य का सिद्धांत और व्यवस्था विकास के स्तर पर है। मौजूदा आंकड़ों के मुताबिक, ये संशोधन ऐसे में मौजूदा मॉडलों से अलग होंगे फ़ायदे:

• रैपिड गैस शीतलन प्रणाली। यह माना जाता है कि हीलियम का उपयोग शीतलक के रूप में किया जाएगा। के अनुसार परियोजना प्रलेखनइस प्रकार रिएक्टरों को 850 डिग्री सेल्सियस के तापमान के साथ ठंडा करना संभव है। ऐसे उच्च तापमान पर काम करने के लिए विशिष्ट कच्चे माल की भी आवश्यकता होगी: समग्र सिरेमिक सामग्रीऔर एक्टिनाइड यौगिक;
• प्राथमिक शीतलक के रूप में सीसा या सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु का उपयोग करना संभव है। इन सामग्रियों में कम न्यूट्रॉन अवशोषण होता है और अपेक्षाकृत अधिक होते हैं हल्का तापमानपिघलना;
• इसके अलावा, मुख्य शीतलक के रूप में पिघला हुआ नमक का मिश्रण इस्तेमाल किया जा सकता है। इस प्रकार, आधुनिक वाटर-कूल्ड समकक्षों की तुलना में उच्च तापमान पर काम करना संभव होगा।

प्रकृति में प्राकृतिक अनुरूप

परमाणु रिएक्टर के रूप में माना जाता है सार्वजनिक चेतनाविशेष रूप से उच्च प्रौद्योगिकी के उत्पाद के रूप में। हालाँकि, वास्तव में पहला उपकरण है प्राकृतिक उत्पत्ति . यह मध्य अफ्रीकी राज्य गैबॉन में ओक्लो क्षेत्र में खोजा गया था:

• रिएक्टर का निर्माण यूरेनियम चट्टानों की बाढ़ के कारण हुआ था भूजल. उन्होंने न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में कार्य किया;
• यूरेनियम के क्षय के दौरान निकलने वाली ऊष्मीय ऊर्जा पानी को भाप में बदल देती है, और श्रृंखला प्रतिक्रिया बंद हो जाती है;
• शीतलक तापमान गिरने के बाद, सब कुछ फिर से दोहराता है;
• यदि तरल उबलकर प्रतिक्रिया के क्रम को नहीं रोकता, तो मानवता को एक नई प्राकृतिक आपदा का सामना करना पड़ता;
• लगभग डेढ़ अरब साल पहले इस रिएक्टर में आत्मनिर्भर परमाणु विखंडन शुरू हुआ था। इस समय के दौरान, लगभग 0.1 मिलियन वाट उत्पादन शक्ति आवंटित की गई थी;
• पृथ्वी पर दुनिया का ऐसा अजूबा केवल एक ही ज्ञात है। नए की उपस्थिति असंभव है: प्राकृतिक कच्चे माल में यूरेनियम -235 का अनुपात श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए आवश्यक स्तर से बहुत कम है।

दक्षिण कोरिया में कितने परमाणु रिएक्टर हैं?

बेचारा चालू प्राकृतिक संसाधन, लेकिन कोरिया के औद्योगिक और अधिक आबादी वाले गणराज्य को ऊर्जा की सख्त जरूरत है। शांतिपूर्ण परमाणु की जर्मनी की अस्वीकृति की पृष्ठभूमि के खिलाफ, इस देश को परमाणु प्रौद्योगिकी पर अंकुश लगाने की बहुत उम्मीदें हैं:

• यह योजना बनाई गई है कि 2035 तक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा उत्पन्न बिजली का हिस्सा 60% तक पहुंच जाएगा, और कुल उत्पादन - 40 गीगावाट से अधिक;
• देश के पास नहीं है परमाणु हथियार, लेकिन परमाणु भौतिकी में अनुसंधान जारी है। कोरियाई वैज्ञानिकों ने आधुनिक रिएक्टरों के लिए डिज़ाइन विकसित किए हैं: मॉड्यूलर, हाइड्रोजन, तरल धातु आदि के साथ;
• स्थानीय शोधकर्ताओं की सफलता आपको विदेशों में तकनीक बेचने की अनुमति देती है। उम्मीद है कि अगले 15-20 वर्षों में देश ऐसी 80 इकाइयों का निर्यात करेगा;
• लेकिन आज तक, अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का निर्माण अमेरिकी या फ्रांसीसी वैज्ञानिकों की सहायता से किया गया है;
• ऑपरेटिंग स्टेशनों की संख्या अपेक्षाकृत कम है (केवल चार), लेकिन उनमें से प्रत्येक में रिएक्टरों की एक महत्वपूर्ण संख्या है - कुल 40, और यह आंकड़ा बढ़ेगा।

जब न्यूट्रॉन के साथ बमबारी की जाती है, तो परमाणु ईंधन एक श्रृंखला प्रतिक्रिया में प्रवेश करता है, जिसके परिणामस्वरूप बड़ी मात्रा में गर्मी उत्पन्न होती है। सिस्टम में पानी इस गर्मी को लेता है और इसे भाप में बदल देता है, जो बिजली पैदा करने वाली टर्बाइनों को बदल देता है। यहां सरल सर्किटपरमाणु रिएक्टर का संचालन, पृथ्वी पर ऊर्जा का सबसे शक्तिशाली स्रोत।

वीडियो: परमाणु रिएक्टर कैसे काम करते हैं

इस वीडियो में, परमाणु भौतिक विज्ञानी व्लादिमीर चैकिन आपको बताएंगे कि परमाणु रिएक्टरों में बिजली कैसे उत्पन्न होती है, उनकी विस्तृत संरचना:

एक छोटे से परमाणु की अपार ऊर्जा

"अच्छा विज्ञान भौतिकी है! केवल जीवन छोटा है।" ये शब्द एक ऐसे वैज्ञानिक के हैं जिन्होंने भौतिकी में बहुत कमाल किया है। वे एक बार एक शिक्षाविद द्वारा उच्चारित किए गए थे इगोर वासिलिविच कुरचटोव, दुनिया के पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्र के निर्माता।

27 जून, 1954 को यह अनोखा बिजली संयंत्र चालू हुआ। मानवता के पास बिजली का एक और शक्तिशाली स्रोत है।

परमाणु की ऊर्जा में महारत हासिल करने का मार्ग लंबा और कठिन था। यह 20वीं शताब्दी के पहले दशकों में क्यूरीज़ द्वारा प्राकृतिक रेडियोधर्मिता की खोज के साथ शुरू हुआ, बोह्र की अभिधारणाओं के साथ, परमाणु के रदरफोर्ड के ग्रहीय मॉडल, और इसका प्रमाण, जैसा कि अब लगता है, एक स्पष्ट तथ्य - किसी भी परमाणु का केंद्रक परमाणु में सकारात्मक रूप से आवेशित प्रोटॉन और तटस्थ न्यूट्रॉन होते हैं।

1934 में, फ्रेडरिक और इरीन जूलियट-क्यूरी (मैरी स्कोलोडोस्का-क्यूरी और पियरे क्यूरी की बेटी) ने पाया कि अल्फा कणों (हीलियम परमाणुओं के नाभिक) के साथ बमबारी करके, साधारण रासायनिक तत्वों को रेडियोधर्मी में बदल दिया जा सकता है। नवीन परिघटना कहलाती है कृत्रिम रेडियोधर्मिता.

I. V. Kurchatov (दाएं) और A. I. अलीखानोव (बीच में) अपने शिक्षक A. F. Ioffe के साथ। (प्रारंभिक 30 के दशक।)

यदि इस तरह की बमबारी बहुत तेज और भारी कणों से की जाती है, तो रासायनिक परिवर्तनों का एक झरना शुरू हो जाता है। कृत्रिम रेडियोधर्मिता वाले तत्व धीरे-धीरे स्थिर तत्वों का स्थान लेंगे जो अब क्षय नहीं करेंगे।

विकिरण या बमबारी की मदद से, रसायनज्ञों के सपने को साकार करना आसान है - अन्य रासायनिक तत्वों से सोना बनाने के लिए। केवल इस तरह के परिवर्तन की लागत प्राप्त सोने की कीमत से काफी अधिक होगी ...

यूरेनियम नाभिक का विखंडन

जर्मन भौतिकविदों और रसायनज्ञों के एक समूह द्वारा 1938-1939 में खोज से मानव जाति को अधिक लाभ (और, दुर्भाग्य से, चिंता) लाया गया था। यूरेनियम नाभिक का विखंडन. न्यूट्रॉन से विकिरणित होने पर, भारी यूरेनियम नाभिक मध्य भाग से संबंधित हल्के रासायनिक तत्वों में क्षय हो जाता है आवधिक प्रणालीमेंडेलीव, और कई न्यूट्रॉन उत्सर्जित करते हैं। प्रकाश तत्वों के नाभिक के लिए, ये न्यूट्रॉन अतिश्योक्तिपूर्ण हो जाते हैं ... जब यूरेनियम के नाभिक "विभाजित" होते हैं, तो एक श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू हो सकती है: दो या तीन परिणामी न्यूट्रॉन में से प्रत्येक बदले में कई न्यूट्रॉन का उत्पादन करने में सक्षम होता है, पड़ोसी परमाणु के नाभिक से टकराना।

ऐसी परमाणु प्रतिक्रिया के उत्पादों का कुल द्रव्यमान निकला, जैसा कि वैज्ञानिकों ने गणना की, मूल पदार्थ - यूरेनियम के नाभिक के द्रव्यमान से कम होना।

आइंस्टीन के समीकरण के अनुसार, जो द्रव्यमान को ऊर्जा से संबंधित करता है, यह आसानी से निर्धारित किया जा सकता है कि इस मामले में बड़ी मात्रा में ऊर्जा जारी की जानी चाहिए! और यह बहुत ही कम समय में हो जाएगा। जब तक, निश्चित रूप से, श्रृंखला प्रतिक्रिया बेकाबू हो जाती है और अंत तक जाती है ...

सम्मेलन के बाद अपने छात्र बी पोंटेकोर्वो के साथ ई. फर्मी (दाएं) चलते हुए। (बेसल, 1949)

यूरेनियम विखंडन की प्रक्रिया में छिपी विशाल भौतिक और तकनीकी संभावनाओं की सराहना करने वाले पहले लोग थे एनरिको फर्मी, हमारी सदी के उन दूर के तीसवें दशक में, अभी भी एक बहुत ही युवा, लेकिन पहले से ही भौतिकविदों के इतालवी स्कूल के मान्यता प्राप्त प्रमुख हैं। द्वितीय विश्व युद्ध से बहुत पहले, उन्होंने और प्रतिभाशाली कर्मचारियों के एक समूह ने न्यूट्रॉन विकिरण के तहत विभिन्न पदार्थों के व्यवहार की जांच की और निर्धारित किया कि न्यूट्रॉन के संचलन को धीमा करके यूरेनियम विखंडन प्रक्रिया की दक्षता में काफी वृद्धि की जा सकती है। यह पहली नज़र में कितना अजीब लग सकता है, न्यूट्रॉन की गति में कमी के साथ, यूरेनियम नाभिकों द्वारा उनके कब्जे की संभावना बढ़ जाती है। काफी सुलभ पदार्थ न्यूट्रॉन के प्रभावी "मॉडरेटर" के रूप में काम करते हैं: पैराफिन, कार्बन, पानी ...

अमेरिका जाने के बाद, फर्मी वहां के परमाणु अनुसंधान का दिमाग और दिल बना रहा। दो प्रतिभाएँ, आमतौर पर परस्पर अनन्य, फर्मी में संयुक्त थीं: एक उत्कृष्ट सिद्धांतकार और एक शानदार प्रयोगकर्ता। फर्मी की असामयिक मृत्यु के बाद प्रमुख वैज्ञानिक डब्ल्यू. ज़िन ने लिखा, "हमें उसके बराबर के व्यक्ति को देखने में बहुत लंबा समय लगेगा।" मैलिग्नैंट ट्यूमर 1954 में 53 साल की उम्र में।

द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान फर्मी के आसपास एकत्र हुए वैज्ञानिकों की एक टीम ने यूरेनियम विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रिया के आधार पर अभूतपूर्व विनाशकारी शक्ति का हथियार बनाने का फैसला किया - परमाणु बम. वैज्ञानिक जल्दी में थे: क्या होगा अगर नाज़ी जर्मनी सबसे पहले एक नया हथियार बनाएगा और अन्य लोगों को गुलाम बनाने की अपनी अमानवीय इच्छा में इसका इस्तेमाल करेगा?

हमारे देश में एक परमाणु रिएक्टर का निर्माण

पहले से ही 1942 में, वैज्ञानिक शिकागो विश्वविद्यालय के स्टेडियम के क्षेत्र में इकट्ठा होने और लॉन्च करने में कामयाब रहे पहला परमाणु रिएक्टर. रिएक्टर में यूरेनियम की छड़ें कार्बन "ईंटों" - मध्यस्थों के साथ मिलाई गई थीं, और अगर श्रृंखला प्रतिक्रिया फिर भी बहुत हिंसक हो गई, तो इसे रिएक्टर में कैडमियम प्लेटों को पेश करके जल्दी से रोका जा सकता था, जिसने यूरेनियम की छड़ों को अलग कर दिया और न्यूट्रॉन को पूरी तरह से अवशोषित कर लिया।

शोधकर्ताओं को अपने आविष्कारों पर बहुत गर्व था। साधारण जुड़नाररिएक्टर के लिए, जो अब हमें मुस्कुराता है। शिकागो में फर्मी के कर्मचारियों में से एक, प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी जी। एंडरसन याद करते हैं कि कैडमियम टिन को एक लकड़ी के ब्लॉक पर कील से ठोंक दिया गया था, जो यदि आवश्यक हो, तो तुरंत अपने गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में बॉयलर में उतारा गया, जो इसे देने का कारण था। नाम "तत्काल"। जी एंडरसन लिखते हैं: "बॉयलर शुरू करने से पहले, इस रॉड को खींचकर रस्सी से सुरक्षित किया जाना चाहिए था। किसी दुर्घटना की स्थिति में, रस्सी को काटा जा सकता था और "पल" बॉयलर के अंदर अपना स्थान ले लेता था।

एक परमाणु रिएक्टर में एक नियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया प्राप्त की गई, सैद्धांतिक गणना और भविष्यवाणियों को सत्यापित किया गया। रिएक्टर में रासायनिक परिवर्तनों की एक श्रृंखला हुई, जिसके परिणामस्वरूप एक नया रासायनिक तत्व प्लूटोनियम जमा हुआ। यह, यूरेनियम की तरह, परमाणु बम बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

वैज्ञानिकों ने निर्धारित किया है कि यूरेनियम या प्लूटोनियम का एक "महत्वपूर्ण द्रव्यमान" है। यदि पर्याप्त परमाणु पदार्थ है, तो श्रृंखला प्रतिक्रिया एक विस्फोट की ओर ले जाती है, यदि यह छोटा है, "महत्वपूर्ण द्रव्यमान" से कम है, तो गर्मी बस जारी होती है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र का निर्माण

सबसे सरल डिजाइन के एक परमाणु बम में, यूरेनियम या प्लूटोनियम के दो टुकड़े अगल-बगल रखे जाते हैं, और प्रत्येक का द्रव्यमान महत्वपूर्ण से थोड़ा कम होता है। पर सही वक्तसामान्य से फ्यूज विस्फोटकटुकड़ों को जोड़ता है, परमाणु ईंधन का द्रव्यमान महत्वपूर्ण मूल्य से अधिक हो जाता है - और राक्षसी बल की विनाशकारी ऊर्जा की रिहाई तुरंत होती है ...

अंधा प्रकाश विकिरण, एक सदमे की लहर जो अपने रास्ते में सब कुछ मिटा देती है, और मर्मज्ञ रेडियोधर्मी विकिरण ने दो निवासियों को मारा जापानी शहर- हिरोशिमा और नागासाकी - अमेरिकी विस्फोट के बाद परमाणु बम 1945 में, तब से पहले लोगों के दिलों में चिंता का बीजारोपण किया गंभीर परिणामपरमाणु हथियारों का उपयोग।

IV Kurchatov के एकीकृत वैज्ञानिक नेतृत्व के तहत, सोवियत भौतिकविदों ने परमाणु हथियार विकसित किए।

लेकिन इन कार्यों के नेता ने परमाणु ऊर्जा के शांतिपूर्ण उपयोग के बारे में सोचना बंद नहीं किया। आखिरकार, एक परमाणु रिएक्टर को गहन रूप से ठंडा करना पड़ता है, यह गर्मी भाप या गैस टरबाइन को "दूर" क्यों नहीं दी जाती है, इसका उपयोग घरों को गर्म करने के लिए नहीं किया जाता है?

द्रव वाले पाइपों को एक परमाणु रिएक्टर से गुजारा गया। पिघलने योग्य धातु. गर्म धातु ने हीट एक्सचेंजर में प्रवेश किया, जहां उसने अपनी गर्मी को पानी में स्थानांतरित कर दिया। पानी सुपरहिट स्टीम में बदल गया, टरबाइन ने काम करना शुरू कर दिया। रिएक्टर धातु भराव के साथ कंक्रीट के एक सुरक्षात्मक खोल से घिरा हुआ था: रेडियोधर्मी विकिरण बाहर नहीं निकलना चाहिए।

परमाणु रिएक्टर बन गया है परमाणु ऊर्जा संयंत्र, लोगों को एक शांत प्रकाश, आरामदायक गर्मी, एक स्वागत योग्य दुनिया ला रहा है ...

परमाणु ऊर्जा बिजली पैदा करने का एक आधुनिक और तेजी से विकसित होने वाला तरीका है। क्या आप जानते हैं कि परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की व्यवस्था कैसे की जाती है? परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत क्या है? आज किस प्रकार के परमाणु रिएक्टर मौजूद हैं? हम परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन की योजना पर विस्तार से विचार करने का प्रयास करेंगे, परमाणु रिएक्टर की संरचना में तल्लीन होंगे और यह पता लगाएंगे कि बिजली पैदा करने की परमाणु विधि कितनी सुरक्षित है।

कोई भी स्टेशन आवासीय क्षेत्र से दूर एक बंद क्षेत्र है। इसके क्षेत्र में कई इमारतें हैं। सबसे महत्वपूर्ण इमारत रिएक्टर बिल्डिंग है, इसके बगल में टरबाइन हॉल है जिससे रिएक्टर को नियंत्रित किया जाता है, और सुरक्षा भवन।

परमाणु रिएक्टर के बिना योजना असंभव है। एक परमाणु (परमाणु) रिएक्टर एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र का एक उपकरण है, जिसे इस प्रक्रिया में ऊर्जा की अनिवार्य रिहाई के साथ न्यूट्रॉन विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रिया को व्यवस्थित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। लेकिन परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत क्या है?

पूरे रिएक्टर प्लांट को रिएक्टर बिल्डिंग में रखा गया है, एक बड़ा कंक्रीट टॉवर जो रिएक्टर को छुपाता है और दुर्घटना की स्थिति में, परमाणु प्रतिक्रिया के सभी उत्पादों को शामिल करेगा। इस बड़े टॉवर को कंटेनमेंट, हर्मेटिक शेल या कंटेनमेंट कहा जाता है।

नए रिएक्टरों में कंटेनमेंट जोन में 2 मोटी कंक्रीट की दीवारें - गोले हैं।
80 सेंटीमीटर मोटा बाहरी आवरण कंटेनमेंट क्षेत्र को बाहरी प्रभावों से बचाता है।

1 मीटर 20 सेमी की मोटाई वाले आंतरिक खोल में इसके उपकरण में विशेष स्टील केबल होते हैं, जो कंक्रीट की ताकत को लगभग तीन गुना बढ़ा देते हैं और संरचना को उखड़ने नहीं देंगे। अंदर की तरफ, यह विशेष स्टील की एक पतली शीट के साथ पंक्तिबद्ध है, जो कि रोकथाम के लिए अतिरिक्त सुरक्षा के रूप में काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और दुर्घटना की स्थिति में, रिएक्टर की सामग्री को नियंत्रण क्षेत्र के बाहर जारी होने से रोकता है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र का ऐसा उपकरण 200 टन तक के विमान के गिरने, 8 तीव्रता के भूकंप, बवंडर और सुनामी का सामना कर सकता है।

1968 में अमेरिकी परमाणु ऊर्जा संयंत्र कनेक्टिकट यांकी में पहला दबावयुक्त घेरा बनाया गया था।

कंटेनमेंट एरिया की कुल ऊंचाई 50-60 मीटर है।

परमाणु रिएक्टर किससे बना होता है?

परमाणु रिएक्टर के संचालन के सिद्धांत को समझने के लिए, और इसलिए परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन के सिद्धांत को समझने के लिए, आपको रिएक्टर के घटकों को समझने की आवश्यकता है।

• सक्रिय क्षेत्र। यह वह क्षेत्र है जहां परमाणु ईंधन (हीट रिलीजर) और मॉडरेटर रखा जाता है। ईंधन के परमाणु (अक्सर यूरेनियम ही ईंधन होता है) एक विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया करते हैं। मॉडरेटर को विखंडन प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और आपको गति और ताकत के मामले में आवश्यक प्रतिक्रिया करने की अनुमति देता है।
• न्यूट्रॉन परावर्तक। परावर्तक सक्रिय क्षेत्र को घेरता है। इसमें मॉडरेटर के समान सामग्री होती है। वास्तव में, यह एक बॉक्स है, जिसका मुख्य उद्देश्य न्यूट्रॉन को कोर छोड़ने और पर्यावरण में प्रवेश करने से रोकना है।
• शीतलक। शीतलक को ईंधन परमाणुओं के विखंडन के दौरान निकलने वाली गर्मी को अवशोषित करना चाहिए और इसे अन्य पदार्थों में स्थानांतरित करना चाहिए। शीतलक काफी हद तक निर्धारित करता है कि परमाणु ऊर्जा संयंत्र कैसे डिजाइन किया गया है। सबसे लोकप्रिय शीतलक आज पानी है।
  रिएक्टर नियंत्रण प्रणाली। सेंसर और तंत्र जो परमाणु ऊर्जा संयंत्र रिएक्टर को क्रिया में लाते हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन

परमाणु ऊर्जा संयंत्र क्या करता है? परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन रेडियोधर्मी गुणों वाले रासायनिक तत्व हैं। सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में यूरेनियम एक ऐसा तत्व है।

स्टेशनों के डिजाइन का अर्थ है कि परमाणु ऊर्जा संयंत्र जटिल समग्र ईंधन पर काम करते हैं, न कि शुद्ध रासायनिक तत्व पर। और प्राकृतिक यूरेनियम से यूरेनियम ईंधन निकालने के लिए, जिसे परमाणु रिएक्टर में लोड किया जाता है, आपको कई जोड़तोड़ करने की आवश्यकता होती है।

समृद्ध यूरेनियम

यूरेनियम में दो समस्थानिक होते हैं, अर्थात इसमें विभिन्न द्रव्यमान वाले नाभिक होते हैं। इन्हें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या आइसोटोप -235 और आइसोटोप -238 द्वारा नामित किया गया था। 20वीं सदी के शोधकर्ताओं ने अयस्क से यूरेनियम 235 निकालना शुरू किया, क्योंकि। विघटित और रूपांतरित करना आसान था। यह पता चला कि प्रकृति में इस तरह के यूरेनियम का केवल 0.7% है (शेष प्रतिशत 238 वें आइसोटोप में चला गया)।

इस मामले में क्या करें? उन्होंने यूरेनियम को समृद्ध करने का फैसला किया। यूरेनियम का संवर्धन एक ऐसी प्रक्रिया है जब इसमें कई आवश्यक 235x समस्थानिक और कुछ अनावश्यक 238x समस्थानिक शेष रह जाते हैं। यूरेनियम समृद्ध करने वालों का काम 0.7% से लगभग 100% यूरेनियम-235 बनाना है।

यूरेनियम को दो तकनीकों - गैस प्रसार या गैस सेंट्रीफ्यूज का उपयोग करके समृद्ध किया जा सकता है। उनके उपयोग के लिए, अयस्क से निकाले गए यूरेनियम को गैसीय अवस्था में परिवर्तित किया जाता है। गैस के रूप में यह समृद्ध होता है।

यूरेनियम पाउडर

समृद्ध यूरेनियम गैस को ठोस अवस्था में परिवर्तित किया जाता है - यूरेनियम डाइऑक्साइड। यह शुद्ध ठोस यूरेनियम 235 बड़े सफेद क्रिस्टल जैसा दिखता है जिसे बाद में यूरेनियम पाउडर में कुचल दिया जाता है।

यूरेनियम की गोलियां

यूरेनियम छर्रों ठोस धातु के वाशर होते हैं, जो कुछ सेंटीमीटर लंबे होते हैं। यूरेनियम पाउडर से ऐसी गोलियों को ढालने के लिए, इसे एक पदार्थ - प्लास्टिसाइज़र के साथ मिलाया जाता है, यह टैबलेट प्रेसिंग की गुणवत्ता में सुधार करता है।

टैबलेट को विशेष शक्ति और उच्च तापमान के लिए प्रतिरोध देने के लिए दबाए गए वाशर को एक दिन से अधिक समय तक 1200 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर बेक किया जाता है। जिस तरह से एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र सीधे काम करता है वह इस बात पर निर्भर करता है कि यूरेनियम ईंधन को कितनी अच्छी तरह से संपीड़ित और बेक किया जाता है।

गोलियाँ मोलिब्डेनम बक्से में बेक की जाती हैं, क्योंकि। केवल यह धातु डेढ़ हजार डिग्री से अधिक "नारकीय" तापमान पर पिघलने में सक्षम नहीं है। उसके बाद, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए यूरेनियम ईंधन तैयार माना जाता है।

टीवीईएल और टीवीएस क्या है?

रिएक्टर कोर दीवारों में छेद (रिएक्टर के प्रकार के आधार पर) के साथ एक विशाल डिस्क या पाइप जैसा दिखता है, जो मानव शरीर से 5 गुना बड़ा है। इन छिद्रों में यूरेनियम ईंधन होता है, जिसके परमाणु वांछित प्रतिक्रिया करते हैं।

यदि आप पूरे स्टेशन का विस्फोट नहीं करना चाहते हैं और आस-पास के कुछ राज्यों के परिणामों के साथ दुर्घटना नहीं करना चाहते हैं, तो केवल एक रिएक्टर में ईंधन फेंकना असंभव है। इसलिए, यूरेनियम ईंधन को ईंधन की छड़ों में रखा जाता है, और फिर ईंधन असेंबलियों में एकत्र किया जाता है। इन संक्षेपों का क्या अर्थ है?

• टीवीईएल - ईंधन तत्व (रूसी कंपनी के उसी नाम से भ्रमित नहीं होना चाहिए जो उन्हें पैदा करता है)। वास्तव में, यह एक पतली और लंबी ज़िरकोनियम ट्यूब है जो ज़िरकोनियम मिश्र धातुओं से बनी होती है, जिसमें यूरेनियम छर्रों को रखा जाता है। यह ईंधन की छड़ों में है कि यूरेनियम परमाणु एक दूसरे के साथ बातचीत करना शुरू करते हैं, प्रतिक्रिया के दौरान गर्मी जारी करते हैं।

जिरकोनियम को इसकी दुर्दम्यता और जंग-रोधी गुणों के कारण ईंधन की छड़ के उत्पादन के लिए एक सामग्री के रूप में चुना गया था।

ईंधन तत्वों का प्रकार रिएक्टर के प्रकार और संरचना पर निर्भर करता है। एक नियम के रूप में, ईंधन छड़ की संरचना और उद्देश्य नहीं बदलता है, ट्यूब की लंबाई और चौड़ाई भिन्न हो सकती है।

मशीन एक ज़िरकोनियम ट्यूब में 200 से अधिक यूरेनियम छर्रों को लोड करती है। कुल मिलाकर, लगभग 10 मिलियन यूरेनियम छर्रों रिएक्टर में एक साथ काम करते हैं।
एफए - ईंधन विधानसभा। एनपीपी कार्यकर्ता ईंधन असेंबलियों को बंडल कहते हैं।

वास्तव में, ये कई टीवीईएल एक साथ जुड़े हुए हैं। ईंधन समुच्चय रेडी-मेड परमाणु ईंधन होते हैं, जिस पर परमाणु ऊर्जा संयंत्र चलता है। यह ईंधन असेंबलियाँ हैं जिन्हें परमाणु रिएक्टर में लोड किया जाता है। एक रिएक्टर में लगभग 150 - 400 ईंधन असेंबलियाँ लगाई जाती हैं।
ईंधन असेंबली किस रिएक्टर में काम करेगी, इसके आधार पर वे अलग-अलग आकार में आते हैं। कभी-कभी बंडलों को घन में, कभी-कभी बेलनाकार में, कभी-कभी षट्कोणीय आकार में मोड़ दिया जाता है।

4 साल के ऑपरेशन के लिए एक ईंधन असेंबली 670 कोयला कारों, 730 टैंकों को जलाने पर उतनी ही ऊर्जा उत्पन्न करती है प्राकृतिक गैसया 900 टैंक तेल से लदे हुए।
आज, ईंधन असेंबलियों का उत्पादन मुख्य रूप से रूस, फ्रांस, संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान के कारखानों में किया जाता है।

दूसरे देशों में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन पहुंचाने के लिए, ईंधन असेंबलियों को लंबे और चौड़े धातु के पाइपों में सील कर दिया जाता है, पाइपों से हवा निकाली जाती है और विशेष मशीनों द्वारा कार्गो विमानों पर पहुंचाई जाती है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए परमाणु ईंधन निषेधात्मक रूप से बहुत अधिक वजन का होता है, tk। यूरेनियम ग्रह पर सबसे भारी धातुओं में से एक है। इसका विशिष्ट गुरुत्व स्टील के 2.5 गुना है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र: संचालन का सिद्धांत

परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत क्या है? परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के संचालन का सिद्धांत एक रेडियोधर्मी पदार्थ - यूरेनियम के परमाणुओं के विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रिया पर आधारित है। यह प्रतिक्रिया परमाणु रिएक्टर के कोर में होती है।

यह जानना महत्वपूर्ण है:

यदि आप विवरण में नहीं जाते हैं परमाणु भौतिकी, परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत इस प्रकार है:
परमाणु रिएक्टर शुरू होने के बाद, ईंधन की छड़ों से अवशोषित छड़ें हटा दी जाती हैं, जो यूरेनियम को प्रतिक्रिया करने से रोकती हैं।

जैसे ही छड़ें हटा दी जाती हैं, यूरेनियम न्यूट्रॉन एक दूसरे के साथ बातचीत करना शुरू कर देते हैं।

जब न्यूट्रॉन टकराते हैं, तो परमाणु स्तर पर एक मिनी-विस्फोट होता है, ऊर्जा निकलती है और नए न्यूट्रॉन पैदा होते हैं, एक चेन रिएक्शन होने लगता है। यह प्रक्रिया गर्मी छोड़ती है।

गर्मी को शीतलक में स्थानांतरित कर दिया जाता है। शीतलक के प्रकार के आधार पर, यह भाप या गैस में बदल जाता है, जो टरबाइन को घुमाता है।

टर्बाइन एक विद्युत जनरेटर चलाता है। यह वह है जो वास्तव में बिजली पैदा करता है।

यदि आप इस प्रक्रिया का पालन नहीं करते हैं, तो यूरेनियम न्यूट्रॉन एक दूसरे से तब तक टकरा सकते हैं जब तक कि रिएक्टर को उड़ा नहीं दिया जाता है और पूरे परमाणु ऊर्जा संयंत्र को चकनाचूर कर दिया जाता है। कंप्यूटर सेंसर प्रक्रिया को नियंत्रित करते हैं। वे तापमान में वृद्धि या रिएक्टर में दबाव में बदलाव का पता लगाते हैं और स्वचालित रूप से प्रतिक्रियाओं को रोक सकते हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और ताप विद्युत संयंत्रों (थर्मल पावर प्लांट) के संचालन के सिद्धांत में क्या अंतर है?

काम में अंतर केवल पहले चरण में हैं। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में, शीतलक यूरेनियम ईंधन के परमाणुओं के विखंडन से ऊष्मा प्राप्त करता है, ताप विद्युत संयंत्रों में शीतलक कार्बनिक ईंधन (कोयला, गैस या तेल) के दहन से ऊष्मा प्राप्त करता है। या तो यूरेनियम के परमाणुओं या कोयले के साथ गैस ने गर्मी जारी की है, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और ताप विद्युत संयंत्रों के संचालन की योजनाएं समान हैं।

परमाणु रिएक्टरों के प्रकार

परमाणु ऊर्जा संयंत्र कैसे काम करता है यह इस बात पर निर्भर करता है कि उसका परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है। आज दो मुख्य प्रकार के रिएक्टर हैं, जिन्हें न्यूरॉन्स के स्पेक्ट्रम के अनुसार वर्गीकृत किया गया है:
एक धीमा न्यूट्रॉन रिएक्टर, जिसे थर्मल रिएक्टर भी कहा जाता है।

इसके संचालन के लिए, 235 यूरेनियम का उपयोग किया जाता है, जो संवर्धन, यूरेनियम की गोलियों के निर्माण आदि के चरणों से गुजरता है। आज, धीमी न्यूट्रॉन रिएक्टर विशाल बहुमत में हैं।
फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर।

ये रिएक्टर भविष्य हैं, क्योंकि वे यूरेनियम -238 पर काम करते हैं, जो प्रकृति में एक दर्जन से अधिक है और इस तत्व को समृद्ध करना आवश्यक नहीं है। ऐसे रिएक्टरों का नुकसान केवल डिजाइन, निर्माण और प्रक्षेपण के लिए बहुत अधिक लागत में है। आज, फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर केवल रूस में काम करते हैं।

फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टरों में शीतलक पारा, गैस, सोडियम या सीसा है।

स्लो न्यूट्रॉन रिएक्टर, जिनका उपयोग आज दुनिया के सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा किया जाता है, भी कई प्रकार के होते हैं।

IAEA संगठन (अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी) ने अपना स्वयं का वर्गीकरण बनाया है, जिसका उपयोग विश्व परमाणु उद्योग में सबसे अधिक बार किया जाता है। चूंकि एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत काफी हद तक शीतलक और मंदक की पसंद पर निर्भर करता है, IAEA ने इन अंतरों पर अपना वर्गीकरण आधारित किया है।

रासायनिक दृष्टिकोण से, ड्यूटेरियम ऑक्साइड एक आदर्श मंदक और शीतलक है, क्योंकि इसके परमाणु अन्य पदार्थों की तुलना में यूरेनियम के न्यूट्रॉन के साथ सबसे प्रभावी ढंग से बातचीत करते हैं। सीधे शब्दों में कहें तो भारी पानी न्यूनतम नुकसान और अधिकतम परिणामों के साथ अपना कार्य करता है। हालांकि, इसके उत्पादन में पैसा खर्च होता है, जबकि हमारे लिए सामान्य "प्रकाश" और परिचित पानी का उपयोग करना बहुत आसान होता है।

परमाणु रिएक्टर के बारे में कुछ तथ्य...

यह दिलचस्प है कि एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र का रिएक्टर कम से कम 3 साल के लिए बनाया जाता है!
रिएक्टर बनाने के लिए, आपको ऐसे उपकरण की आवश्यकता होती है जो काम करता हो विद्युत प्रवाह 210 किलो एम्पीयर, जो उस करंट का एक लाख गुना है जो एक व्यक्ति को मार सकता है।

परमाणु रिएक्टर के एक खोल (संरचनात्मक तत्व) का वजन 150 टन होता है। एक रिएक्टर में ऐसे 6 तत्व होते हैं।

दाबित जल रिएक्टर

हम पहले ही पता लगा चुके हैं कि परमाणु ऊर्जा संयंत्र सामान्य रूप से कैसे काम करता है, "इसे छाँटने" के लिए आइए देखें कि सबसे लोकप्रिय दबाव वाले परमाणु रिएक्टर कैसे काम करते हैं।
आज पूरी दुनिया में, पीढ़ी 3+ दाबित जल रिएक्टरों का उपयोग किया जाता है। उन्हें सबसे विश्वसनीय और सुरक्षित माना जाता है।

अपने संचालन के सभी वर्षों में दुनिया के सभी दबाव वाले जल रिएक्टर कुल मिलाकर 1000 से अधिक वर्षों के परेशानी से मुक्त संचालन हासिल करने में सफल रहे हैं और कभी भी गंभीर विचलन नहीं किया है।

दबाव वाले पानी के रिएक्टरों पर आधारित परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की संरचना का तात्पर्य है कि आसुत जल ईंधन की छड़ों के बीच घूमता है, जिसे 320 डिग्री तक गर्म किया जाता है। इसे वाष्प अवस्था में जाने से रोकने के लिए इसे 160 वायुमंडल के दबाव में रखा जाता है। एनपीपी योजना इसे प्राथमिक जल कहती है।

गर्म पानी भाप जनरेटर में प्रवेश करता है और माध्यमिक सर्किट के पानी को अपनी गर्मी देता है, जिसके बाद यह फिर से रिएक्टर में "वापसी" करता है। बाह्य रूप से, ऐसा लगता है कि प्राथमिक जल सर्किट के पाइप अन्य पाइपों के संपर्क में हैं - दूसरे सर्किट का पानी, वे एक दूसरे को गर्मी स्थानांतरित करते हैं, लेकिन पानी संपर्क नहीं करते हैं। ट्यूब संपर्क में हैं।

इस प्रकार, माध्यमिक सर्किट के पानी में विकिरण की संभावना, जो आगे बिजली पैदा करने की प्रक्रिया में भाग लेगी, को बाहर रखा गया है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र सुरक्षा

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के संचालन के सिद्धांत को जानने के बाद, हमें यह समझना चाहिए कि सुरक्षा की व्यवस्था कैसे की जाती है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के डिजाइन को आज सुरक्षा नियमों पर अधिक ध्यान देने की आवश्यकता है।
परमाणु ऊर्जा संयंत्र की सुरक्षा की लागत संयंत्र की कुल लागत का लगभग 40% है।

एनपीपी योजना में 4 भौतिक अवरोध शामिल हैं जो रेडियोधर्मी पदार्थों की रिहाई को रोकते हैं। इन बाधाओं को क्या करना चाहिए? सही समय पर, परमाणु प्रतिक्रिया को रोकने में सक्षम हो, कोर और रिएक्टर से लगातार गर्मी हटाने को सुनिश्चित करें, और रेडियोन्यूक्लाइड्स को रोकथाम (रोकथाम क्षेत्र) से मुक्त होने से रोकें।

• पहली बाधा यूरेनियम छर्रों की ताकत है।यह महत्वपूर्ण है कि परमाणु रिएक्टर में उच्च तापमान के प्रभाव में वे नष्ट न हों। कई मायनों में, परमाणु ऊर्जा संयंत्र कैसे काम करता है यह इस बात पर निर्भर करता है कि यूरेनियम छर्रों को "बेक्ड" कैसे किया जाता है आरंभिक चरणउत्पादन। यदि यूरेनियम ईंधन छर्रों को गलत तरीके से बेक किया जाता है, तो रिएक्टर में यूरेनियम परमाणुओं की प्रतिक्रिया अप्रत्याशित होगी।
• दूसरा अवरोध ईंधन की छड़ों की जकड़न है।जिरकोनियम ट्यूबों को कसकर सील किया जाना चाहिए, अगर जकड़न टूट जाती है, तो सबसे अच्छा रिएक्टर क्षतिग्रस्त हो जाएगा और काम बंद हो जाएगा, कम से कम सब कुछ हवा में उड़ जाएगा।
• तीसरा अवरोध एक मजबूत स्टील रिएक्टर पोत हैए, (वही बड़ा टॉवर- सम्‍मिलन क्षेत्र) जो अपने आप में सभी रेडियोधर्मी प्रक्रियाओं को "रखता है"। पतवार क्षतिग्रस्त है - विकिरण वातावरण में छोड़ा जाएगा।
• चौथा अवरोध आपातकालीन सुरक्षा छड़ें हैं।सक्रिय क्षेत्र के ऊपर, मॉडरेटर वाली छड़ें मैग्नेट पर निलंबित होती हैं, जो 2 सेकंड में सभी न्यूट्रॉन को अवशोषित कर सकती हैं और श्रृंखला प्रतिक्रिया को रोक सकती हैं।

अगर, कई डिग्री सुरक्षा वाले परमाणु ऊर्जा संयंत्र के निर्माण के बावजूद, रिएक्टर कोर को सही समय पर ठंडा करना संभव नहीं है, और ईंधन का तापमान 2600 डिग्री तक बढ़ जाता है, तो सुरक्षा प्रणाली की आखिरी उम्मीद चलन में आ जाती है - तथाकथित पिघला हुआ जाल।

तथ्य यह है कि इस तरह के तापमान पर रिएक्टर पोत का तल पिघल जाएगा, और परमाणु ईंधन और पिघली हुई संरचनाओं के सभी अवशेष रिएक्टर कोर के ऊपर निलंबित एक विशेष "ग्लास" में प्रवाहित होंगे।

पिघला हुआ जाल प्रशीतित और दुर्दम्य है। यह तथाकथित "बलि सामग्री" से भरा है, जो धीरे-धीरे विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया को रोकता है।

इस प्रकार, एनपीपी योजना कई डिग्री की सुरक्षा का अर्थ है, जो दुर्घटना की किसी भी संभावना को लगभग पूरी तरह से बाहर कर देती है।