Prietaisas ir veikimo principas yra pagrįsti savaime išsilaikančios branduolinės reakcijos inicijavimu ir valdymu. Jis naudojamas kaip tyrimų priemonė, radioaktyviesiems izotopams gaminti ir kaip energijos šaltinis atominėms elektrinėms.

veikimo principas (trumpai)

Tam naudojamas procesas, kurio metu sunkusis branduolys skyla į du mažesnius fragmentus. Šie fragmentai yra labai sužadintos būsenos ir išskiria neutronus, kitas subatomines daleles ir fotonus. Neutronai gali sukelti naujų skilimų, todėl jų išsiskiria daugiau ir pan. Tokia nuolatinė savaime išsilaikanti skilimų serija vadinama grandinine reakcija. Taip išsiskiria didelis kiekis energijos, kurios gamyba yra atominių elektrinių panaudojimo tikslas.

Branduolinio reaktoriaus veikimo principas yra toks, kad apie 85% dalijimosi energijos išsiskiria per labai trumpą laiką nuo reakcijos pradžios. Likusi dalis susidaro dėl radioaktyvaus skilimo produktų skilimo po to, kai jie išskiria neutronus. Radioaktyvusis skilimas yra procesas, kurio metu atomas pasiekia stabilesnę būseną. Jis tęsiamas ir pasibaigus padalijimui.

Atominėje bomboje grandininės reakcijos intensyvumas didėja, kol didžioji medžiagos dalis yra suskilusi. Tai įvyksta labai greitai, gaminant itin daug galingi sprogimai, būdingas tokioms bomboms. Branduolinio reaktoriaus konstrukcija ir veikimo principas grindžiami grandininės reakcijos palaikymu kontroliuojamu, beveik pastoviu lygiu. Jis sukurtas taip, kad negalėtų sprogti kaip atominė bomba.

Grandininė reakcija ir kritiškumas

Branduolio dalijimosi reaktoriaus fizika yra tokia, kad grandininę reakciją lemia branduolio skilimo tikimybė po neutronų išmetimo. Jei pastarųjų gyventojų skaičius mažės, dalijimosi greitis ilgainiui sumažės iki nulio. Tokiu atveju reaktorius bus subkritinėje būsenoje. Jei neutronų populiacija bus palaikoma pastoviame lygyje, dalijimosi greitis išliks stabilus. Reaktorius bus kritinės būklės. Galiausiai, jei laikui bėgant neutronų populiacija didės, padidės dalijimosi greitis ir galia. Šerdies būsena taps superkritinė.

Branduolinio reaktoriaus veikimo principas yra toks. Prieš paleidimą neutronų populiacija yra artima nuliui. Tada operatoriai pašalina valdymo strypus iš šerdies, padidindami branduolio dalijimąsi, o tai laikinai stumia reaktorių į superkritinę būseną. Pasiekę vardinę galią, operatoriai iš dalies grąžina valdymo strypus, pakoreguodami neutronų skaičių. Vėliau reaktorius palaikomas kritinės būklės. Kai jį reikia sustabdyti, operatoriai įkiša strypus iki galo. Tai slopina dalijimąsi ir perkelia šerdį į subkritinę būseną.

Reaktorių tipai

Dauguma pasaulio atominių elektrinių yra elektrinės, gaminančios šilumą, reikalingą generatorius varančioms turbinoms sukti. elektros energija. Taip pat yra daug mokslinių tyrimų reaktorių, o kai kurios šalys turi povandeninius ar antvandeninius laivus, varomus atominės energijos.

Energijos įrenginiai

Yra keletas šio tipo reaktorių tipų, tačiau plačiai naudojama lengvo vandens konstrukcija. Savo ruožtu jis gali naudoti suslėgtą vandenį arba verdantį vandenį. Pirmuoju atveju skystis po aukštas spaudimasįkaista nuo aktyviosios zonos šilumos ir patenka į garo generatorių. Ten šiluma iš pirminio kontūro perduodama antrinei grandinei, kurioje taip pat yra vandens. Galutinai susidaręs garas tarnauja kaip darbinis skystis garo turbinos cikle.

Verdančio vandens reaktorius veikia tiesioginio energijos ciklo principu. Vanduo, praeinantis per šerdį, užvirinamas esant vidutiniam slėgiui. Sotūs garai praeina per keletą separatorių ir džiovintuvų, esančių reaktoriaus inde, todėl jis perkaista. Tada perkaitinti vandens garai naudojami kaip darbinis skystis turbinai sukti.

Aukštos temperatūros dujomis aušinamas

Aukštos temperatūros dujomis aušinamas reaktorius (HTGR) – tai branduolinis reaktorius, kurio veikimo principas pagrįstas grafito ir kuro mikrosferų mišinio naudojimu kaip kuru. Yra du konkuruojantys dizainai:

• vokiška „užpildymo“ sistema, kurioje naudojami sferiniai 60 mm skersmens kuro elementai, kurie yra grafito ir kuro mišinys grafito apvalkale;
• amerikietiška versija grafito šešiakampių prizmių pavidalu, kurios susijungia ir sukuria šerdį.

Abiem atvejais aušinimo skystis susideda iš helio, kurio slėgis yra apie 100 atmosferų. Vokiečių sistemoje helis praeina pro sferinių kuro elementų sluoksnio tarpus, o amerikietiškoje – per skylutes grafito prizmėse, esančiose išilgai centrinės reaktoriaus zonos ašies. Abi parinktys gali dirbti su labai aukšta temperatūra ai, kadangi grafitas turi itin aukštą sublimacijos temperatūrą, o helis yra visiškai chemiškai inertiškas. Karštas helis gali būti naudojamas tiesiogiai kaip darbinis skystis dujų turbina esant aukštai temperatūrai arba jos šiluma gali būti naudojama vandens ciklo garams generuoti.

Skystas metalas ir darbo principas

Natriu aušinami greitieji reaktoriai sulaukė didelio dėmesio septintajame ir aštuntajame dešimtmečiuose. Tada atrodė, kad greitai besiplečiančiai branduolinei pramonei kuro gamybai prireiks jų veisimo galimybių. Kai devintajame dešimtmetyje paaiškėjo, kad šis lūkestis yra nerealus, entuziazmas išblėso. Tačiau nemažai tokio tipo reaktorių pastatyta JAV, Rusijoje, Prancūzijoje, Didžiojoje Britanijoje, Japonijoje ir Vokietijoje. Dauguma jų veikia urano dioksidu arba jo mišiniu su plutonio dioksidu. Tačiau Jungtinėse Valstijose didžiausia sėkmė buvo pasiekta naudojant metalinį kurą.

CANDU

Kanada sutelkia savo pastangas į reaktorius, kuriuose naudojamas natūralus uranas. Tai pašalina būtinybę pasinaudoti kitų šalių paslaugomis, kad ją praturtintų. Šios politikos rezultatas buvo deuterio-urano reaktorius (CANDU). Jis valdomas ir aušinamas sunkiu vandeniu. Branduolinio reaktoriaus konstrukcija ir veikimo principas susideda iš rezervuaro su šalto D 2 O naudojimas. Atmosferos slėgis. Šerdį perveria vamzdžiai, pagaminti iš cirkonio lydinio, kuriame yra natūralaus urano kuro, per kuriuos cirkuliuoja sunkusis jį vėsinantis vanduo. Elektra gaminama perduodant skilimo šilumą sunkiajame vandenyje į aušinimo skystį, kuris cirkuliuoja per garo generatorių. Tada antrinėje grandinėje esantis garas praeina per įprastą turbinos ciklą.

Tyrimų įrenginiai

Dėl moksliniai tyrimai Dažniausiai naudojamas branduolinis reaktorius, kurio veikimo principas yra vandens aušinimo ir plokštelės formos urano kuro elementų naudojimas mazgų pavidalu. Gali veikti įvairiais galios lygiais – nuo ​​kelių kilovatų iki šimtų megavatų. Kadangi energijos gamyba nėra pagrindinis mokslinių tyrimų reaktorių tikslas, jiems būdinga pagaminta šiluminė energija, tankis ir aktyviųjų neutronų nominali energija. Būtent šie parametrai padeda kiekybiškai įvertinti mokslinių tyrimų reaktoriaus galimybes atlikti konkrečius tyrimus. Mažos galios sistemos paprastai yra universitetuose ir naudojamos mokymui, o didelės galios sistemos reikalingos tyrimų laboratorijose medžiagų ir eksploatacinių savybių bandymams bei bendriesiems tyrimams.

Labiausiai paplitęs yra mokslinių tyrimų branduolinis reaktorius, kurio struktūra ir veikimo principas yra toks. Jo šerdis yra didelio, gilaus vandens baseino dugne. Tai supaprastina kanalų, kuriais galima nukreipti neutronų pluoštus, stebėjimą ir išdėstymą. Esant mažam galios lygiui, nereikia siurbti aušinimo skysčio, nes natūrali aušinimo skysčio konvekcija užtikrina pakankamą šilumos pašalinimą, kad būtų išlaikytos saugios eksploatavimo sąlygos. Šilumokaitis dažniausiai yra baseino paviršiuje arba viršuje, kur kaupiasi karštas vanduo.

Laivų įrengimas

Originalus ir pagrindinis branduolinių reaktorių pritaikymas yra jų naudojimas povandeniniuose laivuose. Pagrindinis jų privalumas yra tas, kad, skirtingai nei iškastinio kuro deginimo sistemoms, joms elektros energijai gaminti nereikia oro. Todėl branduolinis povandeninis laivas gali likti panardintas ilgą laiką, o įprastinis dyzelinis-elektrinis povandeninis laivas turi periodiškai pakilti į paviršių, kad ore paleistų savo variklius. suteikia strateginį pranašumą karinio jūrų laivyno laivams. Jo dėka nereikia pildytis degalų užsienio uostuose ar iš lengvai pažeidžiamų tanklaivių.

Branduolinio reaktoriaus veikimo principas povandeniniame laive yra klasifikuojamas. Tačiau yra žinoma, kad JAV jis naudoja labai prisodrintą uraną, o jį sulėtina ir vėsina lengvas vanduo. Pirmojo branduolinio povandeninio laivo USS Nautilus reaktoriaus konstrukcijai didelę įtaką padarė galingas tyrimų patalpos. Jo išskirtinės savybės – labai didelis reaktyvumo rezervas, užtikrinantis ilgą veikimo laikotarpį be degalų papildymo ir galimybę paleisti iš naujo po sustojimo. Povandeninių laivų elektrinė turi veikti labai tyliai, kad būtų išvengta aptikimo. Siekiant patenkinti specifinius įvairių klasių povandeninių laivų poreikius skirtingi modeliai elektrinės.

JAV karinio jūrų laivyno lėktuvnešiai naudoja branduolinį reaktorių, kurio veikimo principas, kaip manoma, pasiskolintas iš didžiausių povandeninių laivų. Jų dizaino detalės taip pat neskelbtos.

Be JAV, branduolinius povandeninius laivus turi Didžioji Britanija, Prancūzija, Rusija, Kinija ir Indija. Kiekvienu atveju dizainas nebuvo atskleistas, tačiau manoma, kad jie visi yra labai panašūs - tai yra tų pačių reikalavimų jiems pasekmė. Techninės specifikacijos. Rusija taip pat turi nedidelį laivyną, kuris naudoja tuos pačius reaktorius kaip ir sovietiniai povandeniniai laivai.

Pramoniniai įrenginiai

Gamybos tikslams naudojamas branduolinis reaktorius, kurio veikimo principas – didelis našumas su žemu energijos gamybos lygiu. Taip yra dėl to, kad ilgas plutonio buvimas šerdyje sukelia nepageidaujamų 240 Pu kaupimąsi.

Tričio gamyba

Šiuo metu pagrindinė tokių sistemų gaminama medžiaga yra tritis (3H arba T) – Plutonio-239 užtaiso pusinės eliminacijos laikas yra 24 100 metų, todėl šalys, turinčios arsenalus atominiai ginklai Tie, kurie naudoja šį elementą, paprastai turi daugiau nei reikia. Skirtingai nuo 239 Pu, tričio pusinės eliminacijos laikas yra maždaug 12 metų. Taigi, norint išlaikyti reikiamas atsargas, šis radioaktyvusis vandenilio izotopas turi būti gaminamas nuolat. JAV Savanos upėje (valst Pietų Karolina), pavyzdžiui, veikia keli sunkiojo vandens reaktoriai, gaminantys tritį.

Plaukiojantys jėgos agregatai

Sukurti branduoliniai reaktoriai, galintys aprūpinti elektra ir garu šildyti atokias izoliuotas vietoves. Pavyzdžiui, Rusijoje mažas elektrinės, specialiai sukurtas aptarnauti Arktį gyvenvietės. Kinijoje 10 MW HTR-10 tiekia šilumą ir energiją Tyrimų institutas, kuriame ji yra. Švedijoje ir Kanadoje vyksta mažų automatiškai valdomų, panašių pajėgumų reaktorių kūrimas. 1960–1972 metais JAV kariuomenė naudojo kompaktiškus vandens reaktorius, kad aprūpintų atokias bazes Grenlandijoje ir Antarktidoje. Juos pakeitė nafta kūrenamos elektrinės.

Kosmoso užkariavimas

Be to, buvo sukurti reaktoriai, skirti elektros tiekimui ir judėjimui kosmosas. 1967–1988 m. Sovietų Sąjunga savo „Cosmos“ serijos palydovuose įrengė nedidelius branduolinius blokus, kad maitintų įrangą ir telemetriją, tačiau ši politika tapo kritikos taikiniu. Bent vienas iš šių palydovų pateko į Žemės atmosferą, sukeldamas radioaktyvųjį užteršimą atokiose Kanados vietose. JAV paleido tik vieną branduolinį palydovą – 1965 m. Tačiau toliau plėtojami projektai, skirti jų panaudojimui tolimiems skrydžiams į kosmosą, pilotuojamam kitų planetų tyrinėjimui ar nuolatinėje Mėnulio bazėje. Tai tikrai bus dujomis aušinamas arba skysto metalo branduolinis reaktorius, fizinius principus kurių veikimas užtikrins aukščiausią įmanomą temperatūrą, reikalingą radiatoriaus dydžiui sumažinti. Be to, kosmoso technologijų reaktorius turi būti kuo kompaktiškesnis, kad būtų sumažintas ekranavimui naudojamos medžiagos kiekis ir svoris paleidimo ir skrydžio metu. Kuro tiekimas užtikrins reaktoriaus darbą visą skrydžio į kosmosą laikotarpį.

Pagrindinis ir labiausiai pavojingas elementas atominės elektrinės yra branduolinis (branduolinis) reaktorius. Praėjo daugiau nei pusė amžiaus nuo tada, kai 1942 metais Čikagoje (JAV) buvusio futbolo stadiono teniso korte buvo paleistas pirmasis Enrico Fermi branduolinis reaktorius. Per tą laiką daugelis pasaulio šalių kūrėsi ir statėsi didelis skaičiusįvairių tipų reaktoriai, kurie skiriasi tiek dydžiu, tiek galia (nuo vato dalių iki šimtų tūkstančių kilovatų). Rusijoje pirmasis branduolinis reaktorius buvo paleistas 1946 m. Nepriklausomai nuo to dizaino elementai visų tipų reaktorių pagrindinė konstrukcija išlieka tokia pati kaip pirmojo atominio „katilo“ (reaktoriaus), kaip jis buvo vadinamas anksčiau.

Priklausomai nuo paskirties, reaktoriai skirstomi į keletą tipų. Tyrimo reaktoriai skirti tirti naujus reaktorių konstravimo metodus ir išbandyti tam tikras technologines schemas ir procesus. Branduoliniam kurui (pavyzdžiui, plutoniui 239) gaminti naudojami reaktoriai vadinami gamybos reaktoriais. Energijai gaminti skirti reaktoriai vadinami galios reaktoriais. Pastarosios įrengtos atominėse šiluminėse ir elektrinėse.

Branduolinis (atominis) reaktorius yra ne tik energijos šaltinis, bet ir izotopų „gamykla“. Radioaktyviųjų medžiagų branduolių dalijimosi metu reaktoriuje kaupiasi radioaktyvieji izotopai (skilimo produktai), kurių daugelis plačiai naudojami įvairiose mokslo ir technikos srityse. Be to, kai stabilūs elementai dedami į reaktorių, veikiami jame susidarančių galingų neutronų srautų (dėl vadinamosios indukuotos veiklos), jie paverčiami dirbtinai radioaktyviais izotopais. Šiuo metu plačiai naudojami dirbtinai radioaktyvūs izotopai praktinis naudojimas. Jie naudojami kontrolei gamybos procesai ir metalų peršvietimas, medicininės diagnostikos procedūroms, hormonų būklei tirti endokrinologijoje, onkologinėms ligoms diagnozuoti, tvarsčių spinduliuotei sterilizuoti, vaistai, grūdinių kultūrų švitinimas prieš sėją ir kt.

Taigi, branduoliniai reaktoriai yra įrenginiai, kuriuose vyksta branduolinės reakcijos – vieno cheminio elemento pavertimas kitu. Dėl šių reakcijų reaktoriuje turi būti skilioji medžiaga, kuriai irimo metu išsiskiria elementarios dalelės, galinčios sukelti kitų branduolių irimą. Šiuo metu kaip skiliosios medžiagos gali būti naudojami urano izotopai – uranas-235 ir uranas-238, taip pat plutonis-239. Branduoliniame reaktoriuje vyksta grandininė reakcija. Suyra urano arba plutonio branduoliai ir 2-3 elementų branduoliai periodinės lentelės viduryje, išsiskiria energija, gama spinduliai ir susidaro 2-3 neutronai, kurie savo ruožtu gali reaguoti su kitais. atomų ir, sukeldami jų dalijimąsi, tęsia grandininę reakciją. Aukščiausia vertė Branduolinėje energetikoje neutronai yra branduolio dalijimosi iniciatoriai. Priklausomai nuo elementariosios dalelės greičio, išskiriami 2 neutronų tipai: greitieji ir lėtieji. IN skirtingi tipai naudojami reaktoriai skirtingi tipai neutronų.

Yra branduoliniai reaktoriai lėtieji (terminiai) neutronai ir greitųjų neutronų reaktoriai. Pirmasis naudoja uraną-235 kaip branduolinį kurą, antrasis - uraną-238 (natūralų) ir plutonį-239.

Daugumoje atominių elektrinių įrengti šiluminiai neutroniniai reaktoriai. Trys būtini elementai šiluminiams neutroniniams reaktoriams yra šilumos generatorius, moderatorius ir aušinimo skystis. Kaip šilumos generatorius (branduolinio kuro) urano izotopai dažniausiai naudojami. Kuras dedamas į kuro elementus – kuro strypus. Reaktoriaus aktyvioje zonoje, kurioje yra kuro elementai, vyksta urano-235 branduolių dalijimosi reakcija. Reakcijos metu kuro strypuose kaupiasi radioaktyvieji skilimo produktai. Moderatorius reikalingas neutronams, būtiniems efektyvesnei grandininei reakcijai urane reguliuoti 235. Moderatoriai gali būti vanduo arba grafitas. Aušinimo skystis būtina perduoti branduolio dalijimosi šiluminę energiją į turbiną, kad ji būtų paversta elektra. Taigi dauguma atominių elektrinių yra šiluminės elektrinės. Šildomas ir aukšto slėgio vanduo dažniausiai naudojamas kaip aušinimo skystis.

Greitųjų neutronų reaktoriams nereikia moderatoriaus, o skysti metalai, pavyzdžiui, skystas natris, naudojami kaip aušinimo skystis. Šiuo metu greitųjų neutronų reaktoriai nėra plačiai naudojami, daugiausia dėl konstrukcijos sudėtingumo ir problemos gauti pakankamai stabilių medžiagų konstrukcijų dalims. Rusijoje yra tik vienas tokio tipo reaktorius. Tačiau manoma, kad greitųjų neutroninių reaktorių laukia puiki ateitis.

Taigi, šiuo metu pasaulyje yra 5 branduolinių reaktorių tipai (4 tipai su šiluminiais neutronais ir 1 su greitaisiais neutronais):

ü VVER – suslėgto vandens galios reaktorius,

ü RMBK – reaktorius Aukšta įtampa kanalas,

ü Sunkiojo vandens reaktorius,

ü Reaktorius su rutuliniu sluoksniu ir dujų kontūru,

ü Greitųjų neutronų reaktorius. ( B PRIEDAS stalo 2-B„Branduolinių reaktorių tipai“)

Daugumoje mūsų šalies atominių elektrinių įrengti VVER reaktoriai. Įjungta Černobylio atominė elektrinė RMBK reaktorius veikė. Dėl skirtingos aktyviųjų zonų struktūros šių reaktorių veikimo parametrai skiriasi. VVER – slėginis indų reaktorius (slėgį palaiko reaktoriaus indas), RMBK – kanalinis reaktorius (slėgis kiekviename kanale palaikomas nepriklausomai). Reaktoriaus saugumui svarbus toks parametras kaip reaktyvumo koeficientas – reikšmė, parodanti, kaip vieno ar kito reaktoriaus parametro pokyčiai paveiks grandininės reakcijos jame intensyvumą. Jei šis koeficientas yra teigiamas, tada padidėjus parametrui, kuriuo suteikiamas koeficientas, grandininė reakcija reaktoriuje padidės ir taps nekontroliuojama - reaktorius įsibėgės. Kai reaktorius įsibėgėja, išsiskiria intensyvi šiluma, dėl kurios tirpsta kuro šerdys ir sunaikinamas reaktoriaus indas, į aplinką patenkant radioaktyviosioms medžiagoms.

Kai kada avarinės situacijos reaktoriui veikiant, kartu su jo pagreitėjimu, VVER reaktorius sustos, o RMBK reaktorius ir toliau spartės didėjant intensyvumui, o tai gali sukelti avariją dėl radioaktyvių produktų išmetimo. Būtent šiuo keliu susiklostė įvykiai per avariją Černobylio atominėje elektrinėje. Todėl RMBK reaktoriuje labiau nei bet kur kitur svarbus apsauginių sistemų vaidmuo, kurios arba neleis reaktoriui įsibėgėti, arba skubiai jį atvėsins. Šiuolaikiniai RMBK tipo reaktoriai aprūpinti gana efektyviomis panašiomis sistemomis, kurios praktiškai pašalina avarijos riziką (Černobylio atominėje elektrinėje avarijos naktį visos avarinės apsaugos sistemos buvo visiškai išjungtos dėl nusikalstamo aplaidumo pažeidžiant visi nurodymai ir draudimai), tačiau šią galimybę reikia atsiminti.

Turėdami koncentruotą informaciją apie branduolinių reaktorių tipus, galime pasakyti štai ką. VVER reaktoriai yra gana saugūs eksploatuoti, tačiau jiems reikia labai prisodrinto urano. RMBK reaktoriai yra saugūs tik tada, kai yra tinkamai eksploatuojami ir turi gerai išvystytas apsaugos sistemas, tačiau gali naudoti mažai įsodrintą kurą ar net panaudotą kurą iš VVER reaktorių. Sunkiojo vandens reaktoriai yra naudingi visiems, tačiau sunkaus vandens gamybos procesas yra per brangus. Rutulinių reaktorių gamybos technologija dar nėra gerai išvystyta, nors tokio tipo reaktoriai turėtų būti pripažinti tinkamiausiais platus pritaikymas, ypač dėl katastrofiškų pasekmių nebuvimo avarijos metu, kai reaktorius įsibėgėja. Greitųjų neutronų reaktoriai yra branduolinės energijos kuro gamybos ateitis, tačiau jų konstrukcija yra labai sudėtinga ir vis dar nepatikima.

Dėl paprastas žmogusŠiuolaikiniai aukštųjų technologijų įrenginiai yra tokie paslaptingi ir paslaptingi, kad juos galima garbinti taip, kaip senovės žmonės garbino žaibus. Mokyklinės fizikos pamokos, kupinos matematinių skaičiavimų, problemos neišsprendžia. Bet netgi galima įdomiai papasakoti apie branduolinį reaktorių, kurio veikimo principas aiškus net paaugliui.

Kaip veikia branduolinis reaktorius?

Šio aukštųjų technologijų įrenginio veikimo principas yra toks:

1. Kai neutronas absorbuojamas, branduolinis kuras (dažniausiai tai uranas-235 arba plutonis-239) vyksta atomo branduolio dalijimasis;
2. Išsiskiria kinetinė energija, gama spinduliuotė ir laisvieji neutronai;
3. Kinetinė energija paverčiama šilumine energija (branduoliams susidūrus su aplinkiniais atomais), gama spinduliuotę sugeria pats reaktorius ir taip pat virsta šiluma;
4. Dalį pagamintų neutronų sugeria kuro atomai, o tai sukelia grandininę reakciją. Jai valdyti naudojami neutronų absorberiai ir moderatoriai;
5. Aušinimo skysčio (vandens, dujų ar skysto natrio) pagalba pašalinama šiluma iš reakcijos vietos;
6. Garo turbinoms varyti naudojami suslėgti garai iš pašildyto vandens;
7. Generatoriaus pagalba turbinos sukimosi mechaninė energija paverčiama kintama elektros srove.

Klasifikavimo metodai

Reaktorių tipologijos priežastys gali būti daug:

• Pagal branduolinės reakcijos tipą. Dalijimasis (visi komerciniai įrenginiai) arba sintezė (termobranduolinė energija, plačiai paplitusi tik kai kuriuose mokslinių tyrimų institutuose);
• Pagal aušinimo skystį. Daugeliu atvejų tam naudojamas vanduo (verdantis arba sunkus). Kartais naudojamas alternatyvių sprendimų: skystas metalas (natris, švino ir bismuto lydinys, gyvsidabris), dujos (helis, anglies dioksidas arba azotas), išlydyta druska (fluorido druskos);
• Pagal kartą. Pirmasis buvo ankstyvieji prototipai, kurie neturėjo komercinės prasmės. Antra, dauguma šiuo metu naudojamų atominių elektrinių buvo pastatytos iki 1996 m. Trečioji karta nuo ankstesnės skiriasi tik nedideliais patobulinimais. Ketvirtosios kartos darbas vis dar vyksta;
• Autorius agregacijos būsena kuras (dujų kuras šiuo metu egzistuoja tik popieriuje);
• Pagal naudojimo paskirtį(elektros gamybai, variklio užvedimui, vandenilio gamybai, gėlinimui, elementų transmutacijai, nervinei spinduliuotei gauti, teoriniams ir tyrimo tikslams).

Branduolinio reaktoriaus projektavimas

Pagrindiniai reaktorių komponentai daugumoje elektrinių yra:

1. Branduolinis kuras – tai medžiaga, reikalinga šilumai elektros turbinoms gaminti (dažniausiai mažai prisodrintas uranas);
2. Branduolinio reaktoriaus aktyvioje erdvėje vyksta branduolinė reakcija;
3. Neutronų moderatorius – sumažina greitųjų neutronų greitį, paversdamas juos šiluminiais neutronais;
4. Pradinis neutronų šaltinis – naudojamas patikimam ir stabiliam branduolinės reakcijos paleidimui;
5. Neutronų sugėriklis – kai kuriose elektrinėse, siekiant sumažinti aukštą šviežio kuro reaktyvumą;
6. Neutroninė haubica – naudojama reakcijai iš naujo inicijuoti po išjungimo;
7. Aušinimo skystis (išgrynintas vanduo);
8. Valdymo strypai – urano ar plutonio branduolių dalijimosi greičiui reguliuoti;
9. Vandens siurblys – pumpuoja vandenį į garo katilą;
10. Garo turbina - sukasi šiluminė energija suporuoti į rotacinį mechaninį;
11. Aušinimo bokštas – šilumos pertekliaus pašalinimo į atmosferą įrenginys;
12. Radioaktyviųjų atliekų priėmimo ir saugojimo sistema;
13. Saugos sistemos (avariniai dyzeliniai generatoriai, avarinio šerdies aušinimo įrenginiai).

Kaip veikia naujausi modeliai

Naujausios 4-osios kartos reaktoriai bus pradėti eksploatuoti komerciniais tikslais ne anksčiau kaip 2030 m. Šiuo metu jų veikimo principas ir struktūra yra kūrimo stadijoje. Remiantis šiuolaikiniais duomenimis, šios modifikacijos skirsis nuo esamų modelių privalumų:

• Greito dujų aušinimo sistema. Manoma, kad helis bus naudojamas kaip aušinimo skystis. Pagal projekto dokumentacija, tokiu būdu galima atvėsinti 850 °C temperatūros reaktorius. Norint dirbti tokioje aukštoje temperatūroje, reikės specifinių žaliavų: kompozito keraminės medžiagos ir aktinidų junginiai;
• Kaip pirminį aušinimo skystį galima naudoti šviną arba švino ir bismuto lydinį. Šios medžiagos turi mažą neutronų sugerties greitį ir yra santykinai žema temperatūra lydymas;
• Taip pat kaip pagrindinis aušinimo skystis gali būti naudojamas išlydytų druskų mišinys. Tai leis dirbti aukštesnėje temperatūroje nei šiuolaikiniai vandeniu aušinami analogai.

Natūralūs analogai gamtoje

Branduolinis reaktorius suvokiamas visuomenės sąmonė išskirtinai kaip aukštųjų technologijų produktas. Tačiau iš tikrųjų pirmasis toks įrenginys turi natūralios kilmės . Jis buvo aptiktas Centrinės Afrikos Gabono valstijos Oklo regione:

• Reaktorius susidarė dėl urano uolienų užtvindymo požeminis vanduo. Jie veikė kaip neutronų moderatoriai;
• Urano skilimo metu išsiskirianti šiluminė energija vandenį paverčia garais, grandininė reakcija sustoja;
• Aušinimo skysčio temperatūrai nukritus, viskas kartojasi dar kartą;
• Jei skystis nebūtų užviręs ir nesustabdęs reakcijos, žmonija būtų susidūrusi su nauja stichine nelaime;
• Savaime išsilaikantis branduolių dalijimasis šiame reaktoriuje prasidėjo maždaug prieš pusantro milijardo metų. Per šį laiką buvo sukurta maždaug 0,1 milijono vatų išėjimo galia;
• Toks pasaulio stebuklas Žemėje yra vienintelis žinomas. Naujų atsiradimas neįmanomas: urano-235 dalis natūraliose žaliavose yra daug mažesnė, nei būtina grandininei reakcijai palaikyti.

Kiek branduolinių reaktorių yra Pietų Korėjoje?

Vargšas na Gamtos turtai, tačiau pramoninė ir perpildyta Korėjos Respublika turi nepaprastą energijos poreikį. Atsižvelgiant į tai, kad Vokietija atsisakė naudoti taikų atomą, ši šalis deda daug vilčių pažaboti branduolines technologijas:

• Planuojama, kad iki 2035 metų atominėse elektrinėse pagaminamos elektros energijos dalis pasieks 60 proc., o bendra gamyba sieks daugiau nei 40 gigavatų;
• Šalis neturi atominiai ginklai, tačiau branduolinės fizikos tyrimai vyksta. Korėjos mokslininkai sukūrė modernių reaktorių konstrukcijas: modulinius, vandenilinius, su skystu metalu ir kt.;
• Vietos mokslininkų sėkmė leidžia parduoti technologijas užsienyje. Tikimasi, kad per artimiausius 15-20 metų šalis eksportuos 80 tokių vienetų;
• Tačiau šiandien dauguma atominių elektrinių buvo pastatytos padedant amerikiečių ar prancūzų mokslininkams;
• Veikiančių stočių skaičius palyginti nedidelis (tik keturios), tačiau kiekvienoje iš jų yra nemažai reaktorių – iš viso po 40, ir šis skaičius augs.

Kai bombarduojamas neutronų, branduolinis kuras patenka į grandininę reakciją, dėl kurios susidaro didžiulis šilumos kiekis. Sistemoje esantis vanduo paima šią šilumą ir virsta garais, kurie paverčia turbinas, gaminančias elektrą. Čia paprasta grandinė branduolinio reaktoriaus, galingiausio energijos šaltinio Žemėje, veikimas.

Vaizdo įrašas: kaip veikia branduoliniai reaktoriai

Šiame vaizdo įraše branduolio fizikas Vladimiras Čaikinas papasakos, kaip branduoliniuose reaktoriuose generuojama elektra ir kokia jų struktūra:

Didžiulė mažo atomo energija

„Geras mokslas – fizika! Tik gyvenimas trumpas“. Šie žodžiai priklauso mokslininkui, kuris fizikos srityje nuveikė stebėtinai daug. Jas kartą pasakė akademikas Igoris Vasiljevičius Kurchatovas, pirmosios pasaulyje atominės elektrinės kūrėjas.

1954 metų birželio 27 dieną ši unikali elektrinė pradėjo veikti. Žmonija dabar turi dar vieną galingą elektros šaltinį.

Kelias į atomo energijos įsisavinimą buvo ilgas ir sunkus. Jis prasidėjo pirmaisiais XX amžiaus dešimtmečiais, kai Curie atrado natūralų radioaktyvumą, Bohro postulatus, Rutherfordo planetinį atomo modelį ir įrodymą, kas dabar atrodo akivaizdus faktas – bet kurio atomo branduolį sudaro teigiamai įkrauti protonai ir neutralūs neutronai.

1934 m. pora Frédéric ir Irène Joliot-Curie (Marie Skłodowska-Curie ir Pierre'o Curie dukra) atrado, kad bombarduojant juos alfa dalelėmis (helio atomų branduoliais), įprasti cheminiai elementai gali virsti radioaktyviais. Naujasis reiškinys vadinamas dirbtinis radioaktyvumas.

I.V.Kurchatovas (dešinėje) ir A.I.Alikhanovas (centre) su savo mokytoju A.F.Ioffe. (30-ųjų pradžioje.)

Jei toks bombardavimas atliekamas labai greitomis ir sunkiomis dalelėmis, prasideda cheminių virsmų kaskada. Dirbtinio radioaktyvumo elementai pamažu užleis vietą stabiliems elementams, kurie nebeskils.

Švitinimo ar bombardavimo pagalba nesunku įgyvendinti alchemikų svajonę – pagaminti auksą iš kitų cheminių elementų. Tik tokios transformacijos kaina gerokai viršys gauto aukso kainą...

Urano branduolio dalijimasis

Tai, ką 1938–1939 metais atrado vokiečių fizikų ir chemikų grupė, žmonijai atnešė daugiau naudos (ir, deja, nerimo). urano branduolių dalijimasis. Apšvitinti neutronais sunkieji urano branduoliai skyla į lengvesnius cheminius elementus, priklausančius vidurinei daliai. Periodinė elementų lentelė Mendelejevas ir išlaisvinti kelis neutronus. Lengvųjų elementų branduoliams šie neutronai pasirodo esą pertekliniai... Kai urano branduoliai „skilimo“, gali prasidėti grandininė reakcija: kiekvienas iš dviejų ar trijų susidarančių neutronų savo ruožtu gali pagaminti po kelis neutronus, nukrisdamas. į gretimo atomo branduolį.

Bendra tokios branduolinės reakcijos produktų masė, kaip apskaičiavo mokslininkai, buvo mažesnė už pradinės medžiagos - urano - branduolių masę.

Pagal Einšteino lygtį, susiejančią masę su energija, galima nesunkiai nustatyti, kad tokiu atveju turi išsiskirti milžiniška energija! Ir tai įvyks per nežymiai trumpą laiką. Jei, žinoma, grandininė reakcija taps nevaldoma ir eina iki galo...

Pasivaikščioję po konferencijos E. Fermi (dešinėje) su mokiniu B. Pontecorvo. (Bazelis, 1949 m.)

Jis vienas pirmųjų įvertino milžiniškas fizines ir technines galimybes, slypinčias urano dalijimosi procese. Enrico Fermi, tais tolimais mūsų amžiaus trisdešimtaisiais, dar labai jauna, bet jau pripažinta Italijos fizikų mokyklos vadovu. Dar gerokai prieš Antrąjį pasaulinį karą jis su grupe talentingų bendradarbių ištyrė įvairių medžiagų elgseną apšvitinant neutronais ir nustatė, kad urano dalijimosi proceso efektyvumą galima gerokai padidinti... sulėtinus neutronų judėjimą. Kad ir kaip iš pirmo žvilgsnio atrodytų keista, mažėjant neutronų greičiui, didėja tikimybė, kad juos pagaus urano branduoliai. Veiksmingi neutronų „moderatoriai“ yra gana prieinamos medžiagos: parafinas, anglis, vanduo...

Persikėlęs į JAV, Fermi ir toliau buvo ten atliekamų branduolinių tyrimų smegenys ir širdis. Fermyje buvo sujungti du talentai, paprastai vienas kitą paneigiantys: puikus teoretikas ir puikus eksperimentuotojas. „Dar praeis daug laiko, kol pamatysime jam prilygstantį žmogų“, – rašė žymus mokslininkas W. Zinnas po Fermio ankstyvos mirties piktybinis navikas 1954 m., būdamas 53 metų.

Per Antrąjį pasaulinį karą aplink Fermį susibūrusi mokslininkų komanda nusprendė sukurti precedento neturinčios griaunamosios galios ginklą, pagrįstą grandinine urano dalijimosi reakcija. atominė bomba. Mokslininkai skubėjo: o jei nacistinė Vokietija sugebės pagaminti naujus ginklus prieš kitus ir panaudos juos nežmoniškai siekdama pavergti kitas tautas?

Branduolinio reaktoriaus statyba mūsų šalyje

Jau 1942 m. mokslininkams pavyko jį surinkti ir paleisti Čikagos universiteto stadiono teritorijoje. pirmasis branduolinis reaktorius. Į urano strypus reaktoriuje buvo įsiterpusios anglies „plytos“ – moderatoriai, o jei grandininė reakcija vis tiek taptų per stipri, ją būtų galima greitai sustabdyti į reaktorių įvedant kadmio plokštes, kurios atskyrė urano strypus ir visiškai sugėrė neutronus.

Tyrėjai labai didžiavosi tuo, ką sugalvojo paprasti įrenginiai prie reaktoriaus, kuri dabar mums kelia šypseną. Vienas iš Fermi bendradarbių Čikagoje, garsus fizikas G. Andersonas, prisimena, kad kadmio skarda buvo prikalta prie medinio bloko, kuris, esant reikalui, veikiamas savo gravitacijos, akimirksniu įkrito į katilą, dėl ko jį ir buvo suteikta. pavadinimas „momentinis“. G. Andersonas rašo: „Prieš paleidžiant katilą, šis strypas turėjo būti ištrauktas ir pritvirtintas virve. Nelaimės atveju virvė galėtų nupjauti ir „akimirka“ užimtų vietą katilo viduje.

Branduoliniame reaktoriuje buvo pasiekta valdoma grandininė reakcija, išbandyti teoriniai skaičiavimai ir prognozės. Reaktoryje įvyko cheminių virsmų grandinė, dėl kurios susikaupė naujas cheminis elementas – plutonis. Jis, kaip ir uranas, gali būti panaudotas atominei bombai sukurti.

Mokslininkai nustatė, kad yra urano arba plutonio „kritinė masė“. Jei atominės medžiagos yra pakankamai daug, grandininė reakcija sukelia sprogimą; jei ji yra maža, mažesnė už „kritinę masę“, tada tiesiog išsiskiria šiluma.

Atominės elektrinės statyba

Paprasčiausios konstrukcijos atominėje bomboje du urano arba plutonio gabalai dedami vienas šalia kito, o kiekvieno masė yra šiek tiek mažesnė nei kritinė. IN tinkamas momentas saugiklis nuo įprasto sprogstamasis sujungia gabalėlius, atominio kuro masė viršija kritinę vertę – ir siaubingos jėgos griaunančios energijos išsiskyrimas įvyksta akimirksniu...

Akinanti šviesos spinduliuotė, smūginė banga, kuri nunešė viską savo kelyje, ir prasiskverbianti radioaktyvioji spinduliuotė smogė dviejų gyventojų Japonijos miestai- Hirosima ir Nagasakis - po amerikiečių sprogimo atominės bombos 1945 m., nuo tada įdėjęs nerimą žmonių širdyse dėl skaudžios pasekmės atominių ginklų panaudojimas.

I. V. Kurchatovui vadovaujant vienijančiam moksliniam vadovavimui, sovietų fizikai sukūrė atominius ginklus.

Tačiau šių darbų vadovas nenustojo galvoti apie taikų atominės energijos panaudojimą. Juk branduolinis reaktorius turi būti intensyviai aušinamas, tad kodėl šios šilumos „neatidavus“ garo ar dujų turbinai ar nepanaudojus namų šildymui?

Vamzdžiai, užpildyti skysčiu, buvo praleidžiami per branduolinį reaktorių. žemo lydymosi metalas. Įkaitęs metalas pateko į šilumokaitį, kur savo šilumą perdavė vandeniui. Vanduo virto perkaitintais garais ir pradėjo veikti turbina. Reaktorius buvo apjuostas apsauginiu apvalkalu iš betono su metaliniu užpildu: radioaktyvioji spinduliuotė neturėtų išeiti į lauką.

Branduolinis reaktorius tapo atominė jėgainė, atnešantis žmonėms ramią šviesą, jaukią šilumą, trokštamą ramybę...

Branduolinės energijos gamyba yra modernus ir sparčiai besivystantis elektros gamybos būdas. Ar žinote, kaip veikia atominės elektrinės? Koks yra atominės elektrinės veikimo principas? Kokių tipų branduoliniai reaktoriai egzistuoja šiandien? Pabandysime išsamiai apsvarstyti atominės elektrinės veikimo schemą, įsigilinti į branduolinio reaktoriaus sandarą ir išsiaiškinti, kiek saugus yra branduolinis elektros gamybos būdas.

Bet kuri stotis yra uždara zona, nutolusi nuo gyvenamojo rajono. Jo teritorijoje yra keli pastatai. Svarbiausia konstrukcija – reaktoriaus pastatas, šalia jo – turbinų patalpa, iš kurios valdomas reaktorius, ir saugos pastatas.

Schema neįmanoma be branduolinio reaktoriaus. Atominis (branduolinis) reaktorius yra atominės elektrinės įrenginys, skirtas organizuoti grandininę neutronų dalijimosi reakciją su privalomu energijos išsiskyrimu šio proceso metu. Tačiau koks yra atominės elektrinės veikimo principas?

Visa reaktoriaus instaliacija įrengta reaktoriaus pastate – dideliame betoniniame bokšte, kuris slepia reaktorių ir avarijos atveju jame bus visi branduolinės reakcijos produktai. Šis didelis bokštas vadinamas izoliacija, hermetišku apvalkalu arba izoliavimo zona.

Hermetinė zona naujuose reaktoriuose turi 2 storas betonines sienas – korpusus.
Išorinis 80 cm storio apvalkalas apsaugo izoliavimo zoną nuo išorinių poveikių.

Vidinis 1 metro 20 cm storio apvalkalas turi specialius plieninius trosus, kurie betono stiprumą padidina beveik tris kartus ir neleis konstrukcijai byrėti. Viduje jis išklotas plonu specialaus plieno lakštu, kuris skirtas papildomai apsaugai izoliacijai ir avarijos atveju neišleisti reaktoriaus turinio už izoliavimo zonos ribų.

Tokia atominės elektrinės konstrukcija leidžia jai atlaikyti iki 200 tonų sveriančią lėktuvo katastrofą, 8 balų žemės drebėjimą, viesulą ir cunamį.

Pirmasis sandarus korpusas buvo pastatytas Amerikos Konektikuto Jankių atominėje elektrinėje 1968 m.

Bendras izoliavimo zonos aukštis yra 50-60 metrų.

Iš ko susideda branduolinis reaktorius?

Norint suprasti branduolinio reaktoriaus veikimo principą, taigi ir atominės elektrinės veikimo principą, reikia suprasti reaktoriaus komponentus.

• Aktyvi zona. Tai vieta, kurioje yra branduolinis kuras (kuro generatorius) ir moderatorius. Kuro atomuose (dažniausiai uranas yra kuras) vyksta grandininio dalijimosi reakcija. Moderatorius yra skirtas valdyti dalijimosi procesą ir leidžia reaguoti reikiamą greitį ir stiprumą.
• Neutronų reflektorius. Šerdį supa atšvaitas. Ją sudaro ta pati medžiaga kaip ir moderatorius. Iš esmės tai yra dėžė, kurios pagrindinis tikslas – neleisti neutronams išeiti iš šerdies ir patekti į aplinką.
• Aušinimo skystis. Aušinimo skystis turi sugerti kuro atomų dalijimosi metu išsiskiriančią šilumą ir perduoti ją kitoms medžiagoms. Aušinimo skystis daugiausia lemia, kaip suprojektuota atominė elektrinė. Populiariausias aušinimo skystis šiandien yra vanduo.
  Reaktoriaus valdymo sistema. Jutikliai ir mechanizmai, maitinantys atominės elektrinės reaktorių.

Kuras atominėms elektrinėms

Kuo veikia atominė elektrinė? Kuras atominėms elektrinėms yra radioaktyviųjų savybių turintys cheminiai elementai. Visose atominėse elektrinėse šis elementas yra uranas.

Stočių konstrukcija reiškia, kad atominės elektrinės naudoja sudėtingą sudėtinį kurą, o ne gryną cheminį elementą. O norint išgauti urano kurą iš gamtinio urano, kuris kraunamas į branduolinį reaktorių, reikia atlikti daugybę manipuliacijų.

Prisodrintas uranas

Uranas susideda iš dviejų izotopų, tai yra, jame yra skirtingos masės branduoliai. Jie buvo pavadinti pagal protonų ir neutronų skaičių izotopais -235 ir izotopais-238. XX amžiaus tyrinėtojai uraną 235 pradėjo išgauti iš rūdos, nes... buvo lengviau suskaidyti ir transformuoti. Paaiškėjo, kad tokio urano gamtoje yra tik 0,7% (likęs procentas atitenka 238-ajam izotopui).

Ką tokiu atveju daryti? Jie nusprendė sodrinti uraną. Urano sodrinimas yra procesas, kurio metu jame lieka daug reikalingų 235x izotopų ir mažai nereikalingų 238x izotopų. Urano sodrinimo įrenginių užduotis – 0,7 % paversti beveik 100 % uranu-235.

Uraną galima sodrinti naudojant dvi technologijas: dujų difuziją arba dujų centrifugą. Norint juos panaudoti, iš rūdos išgaunamas uranas paverčiamas dujine būsena. Jis yra praturtintas dujų pavidalu.

Urano milteliai

Prisodrintos urano dujos paverčiamos kietu pavidalu – urano dioksidu. Šis grynas kietas uranas 235 atrodo kaip dideli balti kristalai, kurie vėliau susmulkinami į urano miltelius.

Urano tabletės

Urano tabletės yra tvirti metaliniai, poros centimetrų ilgio diskai. Norint suformuoti tokias tabletes iš urano miltelių, jis sumaišomas su medžiaga - plastifikatoriumi, pagerina tablečių presavimo kokybę.

Presuoti rituliai kepami 1200 laipsnių Celsijaus temperatūroje ilgiau nei parą, kad tabletės būtų ypatingo tvirtumo ir atsparumo aukštai temperatūrai. Kaip veikia atominė elektrinė, tiesiogiai priklauso nuo to, kaip gerai suspaustas ir iškeptas urano kuras.

Tabletės kepamos molibdeno dėžutėse, nes tik šis metalas gali neištirpti „pragariškoje“ temperatūroje, viršijančioje pusantro tūkstančio laipsnių. Po to urano kuras atominėms elektrinėms laikomas paruoštu.

Kas yra TVEL ir FA?

Reaktoriaus šerdis atrodo kaip didžiulis diskas ar vamzdis su skylutėmis sienose (priklausomai nuo reaktoriaus tipo), 5 kartus didesnis už žmogaus kūną. Šiose skylėse yra urano kuro, kurio atomai vykdo norimą reakciją.

Neįmanoma tiesiog įmesti kuro į reaktorių, na, nebent norima sukelti visos stoties sprogimą ir avariją su pasekmėmis kelioms šalia esančioms valstybėms. Todėl urano kuras dedamas į kuro strypus ir surenkamas į kuro rinkles. Ką reiškia šie sutrumpinimai?

• TVEL yra kuro elementas (nepainioti su tuo pačiu juos gaminančios Rusijos įmonės pavadinimu). Iš esmės tai plonas ir ilgas cirkonio vamzdelis, pagamintas iš cirkonio lydinių, į kurį dedamos urano tabletės. Būtent kuro strypuose urano atomai pradeda sąveikauti tarpusavyje, reakcijos metu išskirdami šilumą.

Cirkonis buvo pasirinktas kaip medžiaga kuro strypų gamybai dėl savo ugniai atsparumo ir antikorozinių savybių.

Kuro strypų tipas priklauso nuo reaktoriaus tipo ir konstrukcijos. Paprastai kuro strypų struktūra ir paskirtis nesikeičia, vamzdžio ilgis ir plotis gali skirtis.

Mašina į vieną cirkonio vamzdį sukrauna daugiau nei 200 urano granulių. Iš viso reaktoriuje vienu metu dirba apie 10 milijonų urano granulių.
FA – kuro rinkinys. AE darbuotojai kuro rinkles vadina ryšuliais.

Iš esmės tai yra keli kuro strypai, pritvirtinti kartu. FA yra baigtas branduolinis kuras, su kuo veikia atominė elektrinė. Tai kuro rinklės, kurios kraunamos į branduolinį reaktorių. Viename reaktoriuje dedama apie 150 – 400 kuro rinklių.
Priklausomai nuo reaktoriaus, kuriame veiks kuro rinklės, jos būna įvairių formų. Kartais ryšuliai sulankstyti į kubinį, kartais į cilindrą, kartais į šešiakampį.

Viena kuro rinklė per 4 eksploatavimo metus pagamina tiek pat energijos, kiek deginant 670 vagonų anglies, 730 cisternų su gamtinių dujų arba 900 cisternų prikrautų naftos.
Šiandien kuro rinklės daugiausia gaminamos Rusijos, Prancūzijos, JAV ir Japonijos gamyklose.

Kuro atominėms elektrinėms pristatyti į kitas šalis kuro rinklės sandariai uždaromos į ilgus ir plačius metalinius vamzdžius, iš vamzdžių išpumpuojamas oras ir specialiomis mašinomis tiekiamas krovininiuose lėktuvuose.

Branduolinis kuras atominėms elektrinėms sveria nepaprastai daug, nes... uranas yra vienas iš sunkiausių metalų planetoje. Jo savitasis sunkis yra 2,5 karto didesnis nei plieno.

Atominė elektrinė: veikimo principas

Koks yra atominės elektrinės veikimo principas? Atominių elektrinių veikimo principas pagrįstas grandinine radioaktyviosios medžiagos – urano – atomų dalijimosi reakcija. Ši reakcija vyksta branduolinio reaktoriaus zonoje.

SVARBU ŽINOTI:

Nesileidžiant į smulkmenas branduolinė fizika, atominės elektrinės veikimo principas atrodo taip:
Paleidus branduolinį reaktorių, nuo kuro strypų pašalinami absorberiniai strypai, kurie neleidžia uranui reaguoti.

Kai strypai pašalinami, urano neutronai pradeda sąveikauti vienas su kitu.

Kai neutronai susiduria, atominiame lygmenyje įvyksta mini sprogimas, išsiskiria energija ir gimsta nauji neutronai, prasideda grandininė reakcija. Šis procesas gamina šilumą.

Šiluma perduodama aušinimo skysčiui. Priklausomai nuo aušinimo skysčio tipo, jis virsta garais arba dujomis, kurios suka turbiną.

Turbina varo elektros generatorių. Būtent jis iš tikrųjų sukuria elektros srovę.

Jei proceso nestebėsite, urano neutronai gali susidurti vienas su kitu, kol susprogdins reaktorių ir sudaužys visą atominę elektrinę. Procesą valdo kompiuteriniai jutikliai. Jie nustato temperatūros padidėjimą arba slėgio pasikeitimą reaktoriuje ir gali automatiškai sustabdyti reakcijas.

Kuo atominių elektrinių veikimo principas skiriasi nuo šiluminių elektrinių (šiluminių elektrinių)?

Darbo skirtumai yra tik pirmuosiuose etapuose. Atominėje elektrinėje aušinimo skystis gauna šilumą dalijantis urano kuro atomams, šiluminėje elektrinėje aušinimo skystis gauna šilumą degant organiniam kurui (anglies, dujų ar naftos). Po to, kai urano atomai arba dujos ir anglis išskiria šilumą, atominių elektrinių ir šiluminių elektrinių veikimo schemos yra vienodos.

Branduolinių reaktorių tipai

Kaip veikia atominė elektrinė, priklauso nuo to, kaip tiksliai veikia jos branduolinis reaktorius. Šiandien yra du pagrindiniai reaktorių tipai, klasifikuojami pagal neuronų spektrą:
Lėtų neutronų reaktorius, dar vadinamas terminiu reaktoriumi.

Jo veikimui naudojamas uranas 235, kuris pereina sodrinimo, urano granulių kūrimo etapus ir kt. Šiandien didžioji dauguma reaktorių naudoja lėtuosius neutronus.
Greitųjų neutronų reaktorius.

Šie reaktoriai yra ateitis, nes... Jie dirba su uranu-238, kuris iš prigimties yra keliolika centų ir šio elemento sodrinti nereikia. Vienintelis tokių reaktorių minusas – labai didelės projektavimo, statybos ir paleidimo išlaidos. Šiandien greitųjų neutronų reaktoriai veikia tik Rusijoje.

Greitųjų neutroninių reaktorių aušinimo skystis yra gyvsidabris, dujos, natris arba švinas.

Lėtųjų neutronų reaktoriai, kuriuos šiandien naudoja visos pasaulio atominės elektrinės, taip pat būna kelių tipų.

TATENA organizacija (Tarptautinė atominės energijos agentūra) sukūrė savo klasifikaciją, kuri dažniausiai naudojama pasaulinėje branduolinės energetikos pramonėje. Kadangi atominės elektrinės veikimo principas labai priklauso nuo aušinimo skysčio ir moderatoriaus pasirinkimo, TATENA klasifikuodama šiuos skirtumus grindė.

Cheminiu požiūriu deuterio oksidas yra idealus moderatorius ir aušinimo skystis, nes jo atomai efektyviausiai sąveikauja su urano neutronais, palyginti su kitomis medžiagomis. Paprasčiau tariant, sunkusis vanduo atlieka savo užduotį su minimaliais nuostoliais ir maksimaliais rezultatais. Tačiau jo gamyba kainuoja, o įprastą „lengvą“ ir pažįstamą vandenį naudoti daug lengviau.

Keletas faktų apie branduolinius reaktorius...

Įdomu tai, kad vienam atominės elektrinės reaktoriui pastatyti reikia mažiausiai 3 metų!
Norėdami pastatyti reaktorių, jums reikia įrangos, kuri veikia elektros srovė esant 210 kilogramų amperų, ​​o tai yra milijoną kartų didesnė už srovę, galinčią nužudyti žmogų.

Vienas branduolinio reaktoriaus korpusas (struktūrinis elementas) sveria 150 tonų. Viename reaktoriuje yra 6 tokie elementai.

Slėginio vandens reaktorius

Jau išsiaiškinome, kaip apskritai veikia atominė elektrinė, kad viską pažvelgtume į perspektyvą, pažiūrėkime, kaip veikia populiariausias slėginio vandens atominis reaktorius.
Šiandien visame pasaulyje naudojami 3+ kartos suslėgto vandens reaktoriai. Jie laikomi patikimiausiais ir saugiausiais.

Visi pasaulio slėginio vandens reaktoriai per visus savo eksploatavimo metus jau yra sukaupę daugiau nei 1000 be rūpesčių veikimo metų ir niekada nedavė rimtų nukrypimų.

Atominių elektrinių, naudojančių suslėgto vandens reaktorius, struktūra reiškia, kad distiliuotas vanduo, pašildytas iki 320 laipsnių, cirkuliuoja tarp kuro strypų. Kad jis nepatektų į garų būseną, jis laikomas 160 atmosferų slėgyje. Atominės elektrinės diagramoje tai vadinama pirminės grandinės vandeniu.

Pašildytas vanduo patenka į garo generatorių ir atiduoda šilumą antrinio kontūro vandeniui, po kurio vėl „sugrįžta“ į reaktorių. Iš išorės atrodo, kad pirmosios grandinės vandens vamzdžiai liečiasi su kitais vamzdžiais - antrojo kontūro vandeniu, jie perduoda šilumą vienas kitam, tačiau vandenys nesiliečia. Vamzdžiai liečiasi.

Taigi spinduliuotės galimybė patekti į antrinės grandinės vandenį, kuri toliau dalyvaus elektros energijos gamybos procese, yra atmesta.

AE eksploatavimo sauga

Išmokę atominių elektrinių veikimo principą, turime suprasti, kaip veikia sauga. Atominių elektrinių statyba šiandien reikalauja didesnio dėmesio saugos taisyklėms.
AE saugos sąnaudos sudaro apie 40% visos elektrinės kainos.

Atominės elektrinės projekte yra 4 fiziniai barjerai, neleidžiantys išsiskirti radioaktyviosioms medžiagoms. Ką turėtų daryti šios kliūtys? Tinkamu momentu sugebėti sustabdyti branduolinę reakciją, užtikrinti nuolatinį šilumos pašalinimą iš aktyviosios zonos ir paties reaktoriaus bei užkirsti kelią radionuklidų išsiskyrimui už izoliacijos (hermetinės zonos).

• Pirmasis barjeras yra urano granulių stiprumas. Svarbu, kad branduoliniame reaktoriuje jų nesunaikintų aukšta temperatūra. Daugeliu atžvilgių atominės elektrinės veikimas priklauso nuo to, kaip „kepamos“ urano tabletės Pradinis etapas gamyba. Jei urano kuro granulės nebus tinkamai iškeptos, urano atomų reakcijos reaktoriuje bus nenuspėjami.
• Antroji kliūtis – kuro strypų sandarumas. Cirkonio vamzdžiai turi būti sandariai uždaryti, jei sandariklis sulaužytas, geriausiu atveju bus pažeistas reaktorius ir darbas sustos, blogiausiu – viskas išskris į orą.
• Trečioji kliūtis – patvarus plieninis reaktoriaus indas a, (tas pats didelis bokštas– hermetinė zona), kurioje „yra“ visi radioaktyvūs procesai. Jei korpusas bus pažeistas, radiacija pateks į atmosferą.
• Ketvirtasis barjeras – avarinės apsaugos strypai. Strypai su moderatoriais virš šerdies pakabinami magnetais, kurie per 2 sekundes gali sugerti visus neutronus ir sustabdyti grandininę reakciją.

Jei, nepaisant daugelio apsaugos laipsnių atominės elektrinės konstrukcijos, reaktoriaus aktyviosios zonos neįmanoma laiku atvėsti, o kuro temperatūra pakyla iki 2600 laipsnių, tada atsiranda paskutinė saugos sistemos viltis. - vadinamoji lydalo gaudyklė.

Faktas yra tas, kad esant tokiai temperatūrai reaktoriaus indo dugnas išsilydys, o visos branduolinio kuro likučiai ir išlydytos konstrukcijos pateks į specialų „stiklą“, pakabintą virš reaktoriaus aktyviosios zonos.

Lydymosi gaudyklė yra šaldoma ir atspari ugniai. Jis pripildytas vadinamosios „aukos medžiagos“, kuri palaipsniui sustabdo dalijimosi grandininę reakciją.

Taigi atominės elektrinės projektas reiškia keletą apsaugos laipsnių, kurie beveik visiškai pašalina bet kokią avarijos galimybę.