Cihaz ve çalışma prensibi, kendi kendini idame ettiren bir nükleer reaksiyonun başlatılmasına ve kontrolüne dayanmaktadır. Araştırma aracı olarak, radyoaktif izotopların üretilmesinde ve nükleer santrallerde enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır.

çalışma prensibi (kısaca)

Bu, ağır bir çekirdeğin iki küçük parçaya bölündüğü bir süreci kullanır. Bu parçalar oldukça heyecanlı bir durumdadır ve nötronlar, diğer atom altı parçacıklar ve fotonlar yayar. Nötronlar yeni fisyonlara neden olabilir, bu da daha fazlasının yayılmasına neden olabilir ve bu böyle devam eder. Kendi kendine devam eden bu tür sürekli bölünmelere zincirleme reaksiyon denir. Bu, üretimi nükleer santrallerin kullanılmasının amacı olan büyük miktarda enerji açığa çıkarır.

Bir nükleer reaktörün çalışma prensibi, reaksiyonun başlamasından sonra çok kısa bir süre içinde fisyon enerjisinin yaklaşık %85'inin açığa çıkması şeklindedir. Geri kalanı, nötron yaydıktan sonra fisyon ürünlerinin radyoaktif bozunması ile üretilir. Radyoaktif bozunma, bir atomun daha kararlı bir duruma ulaştığı bir süreçtir. Bölme işlemi tamamlandıktan sonra devam eder.

Bir atom bombasında, malzemenin çoğu parçalanıncaya kadar zincirleme reaksiyonun yoğunluğu artar. Bu çok hızlı bir şekilde gerçekleşir ve son derece verimli olur. güçlü patlamalar, bu tür bombaların özelliği. Bir nükleer reaktörün tasarımı ve çalışma prensibi, zincirleme reaksiyonun kontrollü, neredeyse sabit bir seviyede tutulmasına dayanmaktadır. Atom bombası gibi patlamayacak şekilde tasarlanmıştır.

Zincirleme reaksiyon ve kritiklik

Nükleer fisyon reaktörünün fiziği, zincirleme reaksiyonun, nötronlar yayıldıktan sonra çekirdeğin parçalanma olasılığına göre belirlenmesine dayanır. İkincisinin nüfusu azalırsa, bölünme oranı sonunda sıfıra düşecektir. Bu durumda reaktör kritik altı durumda olacaktır. Nötron popülasyonu sabit bir seviyede tutulursa fisyon hızı da sabit kalacaktır. Reaktör kritik durumda olacak. Son olarak, eğer nötron popülasyonu zamanla artarsa, fisyon hızı ve gücü de artacaktır. Çekirdeğin durumu süperkritik hale gelecektir.

Nükleer reaktörün çalışma prensibi aşağıdaki gibidir. Fırlatılmadan önce nötron popülasyonu sıfıra yakındı. Operatörler daha sonra kontrol çubuklarını çekirdekten çıkararak nükleer fisyonu artırır ve bu da reaktörü geçici olarak süperkritik bir duruma iter. Nominal güce ulaştıktan sonra operatörler, nötron sayısını ayarlayarak kontrol çubuklarını kısmen geri getirir. Daha sonra reaktör kritik bir durumda tutulur. Durdurulması gerektiğinde operatörler çubukları sonuna kadar sokar. Bu, fisyonu bastırır ve çekirdeği kritik olmayan bir duruma aktarır.

Reaktör türleri

Dünyadaki nükleer enerji santrallerinin çoğu, jeneratörleri çalıştıran türbinleri döndürmek için gereken ısıyı üreten enerji santralleridir. elektrik enerjisi. Ayrıca çok sayıda araştırma reaktörü var ve bazı ülkelerde atom enerjisiyle çalışan denizaltılar veya yüzey gemileri var.

Enerji tesisleri

Bu tip reaktörlerin çeşitli türleri vardır, ancak hafif su tasarımı yaygın olarak kullanılmaktadır. Buna karşılık basınçlı su veya kaynar su kullanabilir. İlk durumda, altındaki sıvı yüksek basınç aktif bölgenin ısısıyla ısıtılır ve buhar jeneratörüne girer. Burada, birincil devreden gelen ısı, içinde su da bulunan ikincil devreye aktarılır. Nihai olarak üretilen buhar, buhar türbini döngüsünde çalışma sıvısı görevi görür.

Kaynar su reaktörü doğrudan enerji döngüsü prensibiyle çalışır. Çekirdekten geçen su orta basınçta kaynatılır. Doymuş buhar reaktör kabında bulunan bir dizi ayırıcı ve kurutucudan geçer ve bu da onu aşırı ısınmış bir duruma getirir. Aşırı ısıtılmış su buharı daha sonra türbini döndürmek için çalışma sıvısı olarak kullanılır.

Yüksek sıcaklıkta gaz soğutmalı

Yüksek sıcaklıkta gaz soğutmalı reaktör (HTGR), çalışma prensibi yakıt olarak grafit ve yakıt mikrokürelerinden oluşan bir karışımın kullanılmasına dayanan bir nükleer reaktördür. İki rakip tasarım var:

• bir grafit kabuk içinde grafit ve yakıt karışımı olan, 60 mm çapında küresel yakıt elemanları kullanan bir Alman "doldurma" sistemi;
• Bir çekirdek oluşturmak için birbirine kenetlenen grafit altıgen prizmalar biçimindeki Amerikan versiyonu.

Her iki durumda da soğutucu, yaklaşık 100 atmosfer basınç altındaki helyumdan oluşur. Alman sisteminde helyum, küresel yakıt elemanları tabakasındaki boşluklardan geçer ve Amerikan sisteminde helyum, reaktörün merkezi bölgesinin ekseni boyunca yer alan grafit prizmalardaki deliklerden geçer. Her iki seçenek de çok iyi çalışabilir yüksek sıcaklıklar ah, çünkü grafit son derece yüksek bir süblimleşme sıcaklığına sahiptir ve helyum kimyasal olarak tamamen etkisizdir. Sıcak helyum doğrudan çalışma sıvısı olarak kullanılabilir. gaz türbini yüksek sıcaklıkta veya ısısı, su döngüsü buharı üretmek için kullanılabilir.

Sıvı metal ve çalışma prensibi

Sodyum soğutmalı hızlı reaktörler 1960'larda ve 1970'lerde büyük ilgi gördü. O zamanlar hızla büyüyen nükleer endüstriye yakıt üretmek için üreme yeteneklerine yakında ihtiyaç duyulacak gibi görünüyordu. 1980'lerde bu beklentinin gerçekçi olmadığı anlaşılınca heyecan azaldı. Ancak ABD, Rusya, Fransa, İngiltere, Japonya ve Almanya'da bu türden çok sayıda reaktör inşa edildi. Çoğu uranyum dioksit veya bunun plütonyum dioksitle karışımıyla çalışıyor. Ancak Amerika Birleşik Devletleri'nde en büyük başarı metalik yakıtlarla elde edildi.

CANDU

Kanada, çabalarını doğal uranyum kullanan reaktörler üzerinde yoğunlaştırıyor. Bu, onu zenginleştirmek için diğer ülkelerin hizmetlerine başvurma ihtiyacını ortadan kaldırır. Bu politikanın sonucu döteryum-uranyum reaktörü (CANDU) oldu. Ağır su ile kontrol edilip soğutulur. Bir nükleer reaktörün tasarımı ve çalışma prensibi, soğuk D2O içeren bir rezervuarın kullanılmasından oluşur. atmosferik basınç. Çekirdek, doğal uranyum yakıtı içeren zirkonyum alaşımından yapılmış borularla deliniyor ve içinden kendisini soğutan ağır su dolaşıyor. Elektrik, ağır sudaki fisyon ısısının bir buhar jeneratörü boyunca dolaşan bir soğutucuya aktarılmasıyla üretilir. İkincil devredeki buhar daha sonra geleneksel bir türbin döngüsünden geçer.

Araştırma tesisleri

İçin bilimsel araştırmaÇoğu zaman, çalışma prensibi su soğutmalı ve plaka şeklindeki uranyum yakıt elemanlarının düzenekler halinde kullanılması olan bir nükleer reaktör kullanılır. Birkaç kilowatt'tan yüzlerce megawatt'a kadar geniş bir güç aralığında çalışma kapasitesine sahiptir. Güç üretimi araştırma reaktörlerinin birincil amacı olmadığından, bunlar üretilen termal enerji, yoğunluk ve çekirdek nötronların nominal enerjisi ile karakterize edilir. Bir araştırma reaktörünün belirli bir araştırma yürütme yeteneğini ölçmeye yardımcı olan bu parametrelerdir. Düşük güçlü sistemler genellikle üniversitelerde bulunur ve öğretim amaçlı kullanılırken, yüksek güçlü sistemlere araştırma laboratuvarlarında malzeme, performans testleri ve genel araştırmalar için ihtiyaç duyulur.

En yaygın olanı, yapısı ve çalışma prensibi aşağıdaki gibi olan bir araştırma nükleer reaktörüdür. Çekirdeği büyük, derin bir su havuzunun dibinde bulunur. Bu, nötron ışınlarının yönlendirilebileceği kanalların gözlemlenmesini ve yerleştirilmesini kolaylaştırır. Düşük güç seviyelerinde, soğutucunun doğal taşınımı, güvenli çalışma koşullarını sürdürmek için yeterli ısı giderme sağladığından, soğutucu pompalamaya gerek yoktur. Isı eşanjörü genellikle sıcak suyun biriktiği havuzun yüzeyinde veya tepesinde bulunur.

Gemi kurulumları

Nükleer reaktörlerin orijinal ve ana uygulaması denizaltılarda kullanılmasıdır. Başlıca avantajları fosil yakıtlı yakma sistemlerinden farklı olarak elektrik üretmek için havaya ihtiyaç duymamalarıdır. Bu nedenle, bir nükleer denizaltı uzun süre su altında kalabilirken, geleneksel bir dizel-elektrik denizaltının motorlarını havada ateşlemek için periyodik olarak yüzeye çıkması gerekir. askeri gemilere stratejik avantaj sağlar. Bu sayede yabancı limanlarda ya da kolayca zarar görebilecek tankerlerden yakıt ikmali yapılmasına gerek kalmıyor.

Bir denizaltıdaki nükleer reaktörün çalışma prensibi sınıflandırılmıştır. Ancak ABD'de yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum kullanıldığı ve hafif su ile yavaşlatılıp soğutulduğu biliniyor. Nükleer denizaltı USS Nautilus'un ilk reaktörünün tasarımı, güçlü nükleer denizaltılardan büyük ölçüde etkilenmiştir. Araştırma tesisleri. Benzersiz özellikleri, çok büyük bir reaktivite rezervi, yakıt ikmali yapmadan uzun bir çalışma süresi ve bir duruştan sonra yeniden başlama yeteneğidir. Denizaltılardaki enerji santralinin tespit edilmemesi için çok sessiz olması gerekiyor. Çeşitli denizaltı sınıflarının özel ihtiyaçlarını karşılamak için yaratıldı farklı modeller enerji santralleri.

ABD Donanması uçak gemileri, çalışma prensibinin en büyük denizaltılardan alındığına inanılan bir nükleer reaktör kullanıyor. Tasarımlarının ayrıntıları da yayınlanmadı.

ABD'nin yanı sıra İngiltere, Fransa, Rusya, Çin ve Hindistan'ın da nükleer denizaltıları var. Her durumda, tasarım açıklanmadı, ancak hepsinin çok benzer olduğuna inanılıyor - bu, onlar için aynı gereksinimlerin bir sonucudur. teknik özellikler. Rusya'nın ayrıca Sovyet denizaltılarıyla aynı reaktörleri kullanan küçük bir filosu var.

Endüstriyel tesisler

Üretim amacıyla, çalışma prensibi düşük enerji üretimi ile yüksek verimlilik olan bir nükleer reaktör kullanılmaktadır. Bunun nedeni, plütonyumun çekirdekte uzun süre kalmasının istenmeyen 240 Pu birikmesine yol açmasıdır.

Trityum üretimi

Şu anda, bu tür sistemler tarafından üretilen ana malzeme trityumdur (3H veya T) - Plütonyum-239'un şarjının 24.100 yıllık uzun bir yarı ömrü vardır, bu nedenle cephaneliği olan ülkeler nükleer silahlar Bu unsuru kullananlar genellikle gereğinden fazlasına sahip olurlar. 239 Pu'nun aksine trityumun yarı ömrü yaklaşık 12 yıldır. Bu nedenle, gerekli kaynakları sağlamak için hidrojenin bu radyoaktif izotopunun sürekli olarak üretilmesi gerekir. ABD'de Savannah Nehri'nde (eyalet Güney Carolina), örneğin trityum üreten birkaç ağır su reaktörü çalışıyor.

Yüzer güç üniteleri

Uzak izole alanlara elektrik ve buharla ısıtma sağlayabilen nükleer reaktörler oluşturuldu. Örneğin Rusya'da küçük enerji santralleri Arctic'e hizmet etmek için özel olarak tasarlanmış Yerleşmeler. Çin'de 10 MW HTR-10 ısı ve güç sağlıyor Araştırma Enstitüsü, bulunduğu yer. Benzer yeteneklere sahip küçük otomatik kontrollü reaktörlerin geliştirilmesi İsveç ve Kanada'da devam etmektedir. 1960 ile 1972 yılları arasında ABD Ordusu, Grönland ve Antarktika'daki uzak üslere güç sağlamak için kompakt su reaktörleri kullandı. Bunların yerini petrol yakıtlı enerji santralleri aldı.

Uzayın fethi

Ayrıca güç kaynağı ve hareket için reaktörler geliştirildi. uzay. 1967 ile 1988 yılları arasında Sovyetler Birliği, ekipman ve telemetriye güç sağlamak için Cosmos serisi uydularına küçük nükleer birimler kurdu, ancak bu politika eleştirilerin hedefi haline geldi. Bu uydulardan en az biri Dünya atmosferine girerek Kanada'nın uzak bölgelerinde radyoaktif kirlenmeye neden oldu. Amerika Birleşik Devletleri 1965'te nükleer enerjiyle çalışan yalnızca bir uydu fırlattı. Ancak bunların uzun mesafeli uzay uçuşlarında, diğer gezegenlerin insanlı keşiflerinde veya kalıcı bir ay üssünde kullanılmasına yönelik projeler geliştirilmeye devam ediyor. Kesinlikle gaz soğutmalı veya sıvı metal nükleer reaktör olacak, fiziksel prensipler Radyatörün boyutunu en aza indirmek için gerekli olan mümkün olan en yüksek sıcaklığı sağlayacak olan sistem. Ek olarak, uzay teknolojisine yönelik bir reaktör, koruma için kullanılan malzeme miktarını en aza indirmek ve fırlatma ve uzay uçuşu sırasında ağırlığı azaltmak için mümkün olduğu kadar kompakt olmalıdır. Yakıt tedariği, reaktörün uzay uçuşunun tamamı boyunca çalışmasını sağlayacaktır.

Ana ve çoğu tehlikeli unsur nükleer santraller nükleer (nükleer) reaktör. İlk Enrico Fermi nükleer reaktörünün 1942'de Chicago'daki (ABD) eski bir futbol stadyumunun tenis kortunda başlatılmasının üzerinden yarım yüzyıldan fazla zaman geçti. Bu süre zarfında dünyadaki birçok ülke gelişti ve inşa etti. Büyük sayı hem boyut hem de güç açısından farklılık gösteren çeşitli tiplerde reaktörler (bir watt'ın kesirlerinden yüzbinlerce kilowatt'a kadar). Rusya'da ilk nükleer reaktör 1946'da hizmete açıldı. Ne olursa olsun Tasarım özellikleri tüm reaktör türlerinin temel tasarımı, daha önce adlandırıldığı gibi ilk atomik “kazan” (reaktör) ile aynı kalır.

Amaçlarına bağlı olarak reaktörler çeşitli tiplere ayrılır. Araştırma reaktörleri, reaktör inşa etmek ve belirli teknolojik şemaları ve süreçleri test etmek için yeni yöntemleri incelemek üzere tasarlanmıştır. Nükleer yakıt üretmek için kullanılan reaktörlere (örneğin plütonyum 239) üretim reaktörleri adı verilir. Enerji üretmek için tasarlanan reaktörlere güç reaktörleri denir. İkincisi nükleer termik ve enerji santrallerine kurulur.

Bir nükleer (atomik) reaktör yalnızca bir enerji kaynağı değil, aynı zamanda bir izotop “fabrikasıdır”. Radyoaktif madde çekirdeklerinin fisyonu sırasında, birçoğu bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarında yaygın olarak kullanılan radyoaktif izotoplar (fisyon ürünleri) reaktörde birikir. Ek olarak, orada üretilen güçlü nötron akılarının etkisi altında (sözde indüklenen aktivitenin bir sonucu olarak) bir reaktöre kararlı elementler yerleştirildiğinde, bunlar yapay olarak radyoaktif izotoplara dönüştürülür. Şu anda yapay radyoaktif izotoplar yaygın olarak kullanılmaktadır. pratik kullanım. Kontrol amaçlı kullanılıyorlar üretim süreçleri tıbbi teşhis prosedürleri için metallerin ve transillüminasyonu, endokrinolojide hormonal durumun incelenmesi, onkolojik hastalıkların teşhisi, pansumanların radyasyonla sterilizasyonu için, ilaçlar, tahıl mahsullerinin ekim öncesi ışınlanması vb.

Dolayısıyla nükleer reaktörler, nükleer reaksiyonların meydana geldiği cihazlardır - bir kimyasal elementin diğerine dönüşümü. Bu reaksiyonlar, reaktörde, bozunması sırasında diğer çekirdeklerin bozunmasına neden olabilecek temel parçacıkları serbest bırakan bölünebilir bir maddenin varlığını gerektirir. Şu anda, uranyum izotopları - uranyum-235 ve uranyum-238'in yanı sıra plütonyum-239 - bölünebilir maddeler olarak kullanılabilir. Nükleer reaktörde zincirleme bir reaksiyon meydana gelir. Uranyum veya plütonyumun çekirdekleri bozunur ve periyodik tablonun ortasında 2-3 element çekirdeği oluşur, enerji açığa çıkar, gama ışınları yayılır ve 2-3 nötron oluşur, bunlar da diğerleriyle reaksiyona girebilir. atomlar ve onların bölünmesine neden olarak zincirleme reaksiyonu sürdürür. En yüksek değer Nükleer enerjide nötronlar nükleer fisyonun başlatıcılarıdır. Temel parçacığın hızına bağlı olarak 2 tür nötron vardır: hızlı ve yavaş. İÇİNDE farklı şekiller reaktörler kullanılıyor farklı şekiller nötronlar.

Nükleer reaktörler var yavaş (termal) nötronlar ve hızlı nötron reaktörleri. Birincisi nükleer yakıt olarak uranyum-235'i kullanıyor, ikincisi ise uranyum-238 (doğal) ve plütonyum-239'u kullanıyor.

Nükleer santrallerin çoğu termal nötron reaktörleriyle donatılmıştır. Termal nötron reaktörleri için gerekli üç unsur, bir ısı jeneratörü, bir moderatör ve bir soğutucudur. Gibi ısı jeneratörü Genellikle uranyumun (nükleer yakıt) izotopları kullanılır. Yakıt, yakıt elemanlarına (yakıt çubukları) yerleştirilir. Yakıt elemanlarının bulunduğu reaktör çekirdeğinde uranyum-235 çekirdeklerinin fisyon reaksiyonu meydana gelir. Reaksiyon sırasında yakıt çubuklarında radyoaktif fisyon ürünleri birikir. Moderatör Uranyum 235'te daha verimli bir zincirleme reaksiyon için gerekli olan nötronları yumuşatmak gerekir. Moderatörler su veya grafit olabilir. Soğutma sıvısı Nükleer fisyonun termal enerjisini elektriğe dönüştürmek için türbine aktarmak gerekir. Bu nedenle nükleer santrallerin çoğu termik santrallerdir. Isıtılmış ve yüksek basınçlı su genellikle soğutucu olarak kullanılır.

Hızlı nötron reaktörleri moderatör gerektirmez ve soğutucu olarak sıvı sodyum gibi sıvı metaller kullanılır. Şu anda, hızlı nötron reaktörleri, esas olarak tasarımın karmaşıklığı ve yapısal parçalar için yeterince kararlı malzemelerin elde edilmesi sorunu nedeniyle yaygın olarak kullanılmamaktadır. Rusya'da bu tipte tek bir reaktör var. Ancak hızlı nötron reaktörlerinin büyük bir geleceğe sahip olduğuna inanılıyor.

Dolayısıyla şu anda dünyada 5 tip nükleer reaktör bulunmaktadır (termal nötronlu 4 tip ve hızlı nötronlu 1 tip):

ü VVER – basınçlı su güç reaktörü,

ü RMBK – reaktör yüksek güç kanal,

ü Ağır su reaktörü,

ü Top yataklı ve gaz devreli reaktör,

ü Hızlı nötron reaktörü. ( EK B masa 2-B"Nükleer Reaktör Türleri")

Ülkemizdeki nükleer santrallerin çoğu VVER reaktörleriyle donatılmıştır. Açık Çernobil nükleer santrali RMBK reaktörü çalışıyordu. Aktif bölgelerin farklı yapısından dolayı bu reaktörlerin çalışma parametreleri de farklıdır. VVER bir basınçlı kap reaktörüdür (basınç reaktör kabı tarafından korunur), RMBK bir kanal reaktörüdür (basınç her kanalda bağımsız olarak korunur). Bir reaktörün güvenliği için, reaktivite katsayısı gibi bir parametre önemlidir - reaktörün bir veya başka parametresindeki değişikliklerin içindeki zincirleme reaksiyonun yoğunluğunu nasıl etkileyeceğini gösteren bir değer. Bu katsayı pozitifse, katsayının verildiği parametrenin artmasıyla reaktördeki zincirleme reaksiyon artacak ve kontrol edilemez hale gelecektir - reaktör hızlanacaktır. Reaktör hızlandığında yoğun ısı açığa çıkıyor, bu da yakıt çekirdeklerinin erimesine ve radyoaktif maddelerin çevreye salınmasıyla reaktör kabının tahrip olmasına yol açıyor.

Her ne zaman acil durumlar reaktörün çalışması, hızlanmasıyla birlikte VVER reaktörü duracak ve RMBK reaktörü artan yoğunlukla hızlanmaya devam edecek, bu da radyoaktif ürünlerin salınmasıyla bir kazaya yol açabilecek. Çernobil nükleer santralindeki kaza sırasında olaylar bu yolda gelişti. Bu nedenle, RMBK reaktöründe, reaktörün hızlanmasını önleyecek veya onu acilen soğutacak koruyucu sistemlerin rolü, başka herhangi bir yerden daha önemlidir. RMBK tipi modern reaktörler, kaza riskini pratik olarak ortadan kaldıran oldukça etkili benzer sistemlerle donatılmıştır (kaza gecesi Çernobil nükleer santralinde, cezai ihmal nedeniyle tüm acil koruma sistemleri tamamen kapatılmıştır. tüm talimatlar ve yasaklar), ancak bu olasılık unutulmamalıdır.

Nükleer reaktör türleri hakkında yoğunlaşan bilgilere dayanarak şunları söyleyebiliriz. VVER reaktörlerinin çalıştırılması oldukça güvenlidir ancak yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum gerektirir. RMBK reaktörleri yalnızca doğru şekilde çalıştırıldıkları ve iyi gelişmiş koruma sistemlerine sahip oldukları takdirde güvenlidir, ancak düşük düzeyde zenginleştirilmiş yakıt ve hatta VVER reaktörlerinden gelen kullanılmış yakıtı bile kullanma kapasitesine sahiptirler. Ağır su reaktörleri herkes için iyidir ancak ağır su üretme süreci çok pahalıdır. Bilyeli doldurma reaktörlerinin üretimine yönelik teknoloji henüz iyi gelişmemiştir, ancak bu tip reaktörün en uygun reaktör olduğu kabul edilmelidir. geniş uygulamaözellikle reaktörün hızlanmasıyla meydana gelen bir kazada feci sonuçların olmaması nedeniyle. Hızlı nötron reaktörleri nükleer enerji için yakıt üretiminin geleceğidir, ancak tasarımları oldukça karmaşıktır ve hala güvenilmezdir.

İçin sıradan insan Modern yüksek teknolojili cihazlar o kadar gizemli ve esrarengiz ki, eskilerin yıldırıma taptığı gibi onlara da tapınılabilir. Matematiksel hesaplamalarla dolu okul fizik dersleri sorunu çözmüyor. Ancak çalışma prensibi bir genç için bile açık olan bir nükleer reaktör hakkında ilginç bir hikaye bile anlatabilirsiniz.

Nükleer reaktör nasıl çalışır?

Bu ileri teknoloji cihazın çalışma prensibi şu şekildedir:

1. Bir nötron emildiğinde nükleer yakıt (çoğunlukla bu uranyum-235 veya plütonyum-239) atom çekirdeğinin bölünmesi meydana gelir;
2. Kinetik enerji, gama radyasyonu ve serbest nötronlar açığa çıkar;
3. Kinetik enerji termal enerjiye dönüştürülür (çekirdekler çevredeki atomlarla çarpıştığında), gama radyasyonu reaktörün kendisi tarafından emilir ve aynı zamanda ısıya dönüşür;
4. Üretilen nötronların bir kısmı yakıt atomları tarafından emilir ve bu da zincirleme reaksiyona neden olur. Bunu kontrol etmek için nötron emiciler ve moderatörler kullanılır;
5. Bir soğutucu (su, gaz veya sıvı sodyum) yardımıyla reaksiyon bölgesinden ısı uzaklaştırılır;
6. Isıtılmış sudan elde edilen basınçlı buhar, buhar türbinlerini çalıştırmak için kullanılır;
7. Bir jeneratör yardımıyla türbin dönüşünün mekanik enerjisi alternatif elektrik akımına dönüştürülür.

Sınıflandırmaya yaklaşımlar

Reaktörlerin tipolojisinin birçok nedeni olabilir:

• Nükleer reaksiyon türüne göre. Fisyon (tüm ticari tesisler) veya füzyon (termonükleer enerji, yalnızca bazı araştırma enstitülerinde yaygındır);
• Soğutma sıvısı ile. Çoğu durumda bu amaç için su (kaynayan veya ağır) kullanılır. Bazen kullanılır alternatif çözümler: sıvı metal (sodyum, kurşun-bizmut alaşımı, cıva), gaz (helyum, karbondioksit veya nitrojen), erimiş tuz (florür tuzları);
• Nesle göre. Bunlardan ilki ticari anlamda hiçbir anlamı olmayan erken prototiplerdi. İkincisi, şu anda kullanımda olan nükleer santrallerin çoğu 1996'dan önce inşa edilmişti. Üçüncü nesil öncekinden yalnızca küçük iyileştirmelerle farklılık gösteriyor. Dördüncü nesil üzerinde çalışmalar halen devam ediyor;
• İle toplama durumu yakıt (gaz yakıt şu anda yalnızca kağıt üzerinde mevcuttur);
• Kullanım amacına göre(elektrik üretimi, motor çalıştırma, hidrojen üretimi, tuzdan arındırma, element dönüşümü, sinirsel radyasyon elde etme, teorik ve araştırma amaçlı).

Nükleer reaktör yapısı

Çoğu enerji santralindeki reaktörlerin ana bileşenleri şunlardır:

1. Nükleer yakıt, güç türbinleri için ısı üretmek için gerekli olan bir maddedir (genellikle düşük zenginleştirilmiş uranyum);
2. Nükleer reaktör çekirdeği, nükleer reaksiyonun gerçekleştiği yerdir;
3. Nötron moderatörü - hızlı nötronların hızını azaltır ve onları termal nötronlara dönüştürür;
4. Nötron kaynağının başlatılması - bir nükleer reaksiyonun güvenilir ve kararlı bir şekilde başlatılması için kullanılır;
5. Nötron emici - taze yakıtın yüksek reaktivitesini azaltmak için bazı enerji santrallerinde mevcuttur;
6. Nötron obüs - kapatıldıktan sonra reaksiyonu yeniden başlatmak için kullanılır;
7. Soğutma sıvısı (arıtılmış su);
8. Kontrol çubukları - uranyum veya plütonyum çekirdeklerinin fisyon hızını düzenlemek için;
9. Su pompası - suyu buhar kazanına pompalar;
10. Buhar türbini - dönüşler Termal enerji döner mekanikle eşleştirin;
11. Soğutma kulesi - aşırı ısıyı atmosfere çıkarmak için bir cihaz;
12. Radyoaktif atık alım ve depolama sistemi;
13. Güvenlik sistemleri (acil durum dizel jeneratörleri, acil durum çekirdek soğutma cihazları).

En son modeller nasıl çalışır?

En yeni 4. nesil reaktörler ticari kullanıma hazır olacak en erken 2030. Şu anda operasyonlarının prensibi ve yapısı geliştirme aşamasındadır. Modern verilere göre, bu değişiklikler mevcut modellerden şu şekilde farklı olacaktır: avantajlar:

• Hızlı gaz soğutma sistemi. Helyumun soğutucu olarak kullanılacağı varsayılmaktadır. Buna göre Proje belgeleri Bu sayede reaktörlerin 850 °C sıcaklıkta soğutulması mümkün olmaktadır. Bu kadar yüksek sıcaklıklarda çalışmak için özel hammaddeler gerekli olacaktır: kompozit seramik malzemeler ve aktinit bileşikleri;
• Birincil soğutucu olarak kurşun veya kurşun-bizmut alaşımını kullanmak mümkündür. Bu malzemeler düşük nötron soğurma oranına sahiptir ve nispeten düşük sıcaklık erime;
• Ayrıca ana soğutucu olarak erimiş tuzların bir karışımı da kullanılabilir. Bu, modern su soğutmalı muadillerine göre daha yüksek sıcaklıklarda çalışmayı mümkün kılacaktır.

Doğadaki doğal analoglar

Bir nükleer reaktör algılanıyor kamu bilinci yalnızca yüksek teknoloji ürünü olarak. Ancak aslında bu türden ilk cihaz var doğal köken . Orta Afrika'nın Gabon eyaletinin Oklo bölgesinde keşfedildi:

• Reaktör uranyum kayalarının taşması nedeniyle oluştu yeraltı suyu. Nötron moderatörleri olarak görev yaptılar;
• Uranyumun bozunması sırasında açığa çıkan termal enerji, suyu buhara dönüştürür ve zincirleme reaksiyon durur;
• Soğutucu sıcaklığı düştükten sonra her şey tekrar tekrarlanır;
• Eğer sıvı kaynayıp reaksiyonu durdurmasaydı insanlık yeni bir doğal afetle karşı karşıya kalacaktı;
• Kendi kendini idame ettirebilen nükleer fisyon bu reaktörde yaklaşık bir buçuk milyar yıl önce başladı. Bu süre zarfında yaklaşık 0,1 milyon watt güç çıkışı sağlandı;
• Böyle bir dünya harikası Dünya üzerinde bilinen tek harikadır. Yenilerinin ortaya çıkması imkansızdır: Uranyum-235'in doğal hammaddelerdeki payı, zincirleme reaksiyonu sürdürmek için gereken seviyeden çok daha düşüktür.

Güney Kore'de kaç nükleer reaktör var?

Zavallı Doğal Kaynaklar ancak sanayileşmiş ve aşırı nüfuslu Kore Cumhuriyeti'nin olağanüstü bir enerji ihtiyacı var. Almanya'nın barışçıl atomu kullanmayı reddetmesi karşısında, bu ülkenin nükleer teknolojiyi dizginleme konusunda büyük umutları var:

• 2035 yılına kadar nükleer santrallerin ürettiği elektriğin payının %60'a ulaşması ve toplam üretimin 40 gigawatt'ın üzerine çıkması planlanıyor;
• Ülkede yok atom silahları ancak nükleer fizik alanındaki araştırmalar devam ediyor. Koreli bilim adamları modern reaktörler için tasarımlar geliştirdiler: modüler, hidrojen, sıvı metalli vb.;
• Yerli araştırmacıların başarıları teknolojilerin yurtdışına satılmasını mümkün kılıyor. Ülkenin önümüzdeki 15-20 yıl içinde bu türden 80 adet ihraç etmesi bekleniyor;
• Ancak bugün itibariyle nükleer santrallerin çoğu Amerikalı veya Fransız bilim adamlarının yardımıyla inşa edildi;
• İşletim istasyonlarının sayısı nispeten azdır (sadece dört), ancak her birinin önemli sayıda reaktörü vardır - toplam 40 ve bu rakam artacaktır.

Nükleer yakıt, nötron bombardımanına uğradığında zincirleme reaksiyona girerek büyük miktarda ısı açığa çıkar. Sistemdeki su bu ısıyı alarak buhara dönüşür ve bu da elektrik üreten türbinleri döndürür. Burada basit devre Dünyadaki en güçlü enerji kaynağı olan nükleer reaktörün işletilmesi.

Video: nükleer reaktörler nasıl çalışır?

Bu videoda nükleer fizikçi Vladimir Chaikin nükleer reaktörlerde elektriğin nasıl üretildiğini ve detaylı yapısını anlatacak:

Küçücük bir atomun muazzam enerjisi

“İyi bilim - fizik! Sadece hayat kısa." Bu sözler fizikte şaşırtıcı derecede başarılı olmuş bir bilim adamına aittir. Bir zamanlar bir akademisyen söylemişti bunlar İgor Vasilyeviç Kurçatov dünyanın ilk nükleer santralinin yaratıcısı.

27 Haziran 1954'te bu eşsiz enerji santrali faaliyete geçti. İnsanlığın artık başka bir güçlü elektrik kaynağı var.

Atomun enerjisine hakim olmanın yolu uzun ve zordu. Her şey 20. yüzyılın ilk onyıllarında Curie'lerin doğal radyoaktiviteyi keşfetmesiyle, Bohr'un önermeleriyle, Rutherford'un atomun gezegensel modeliyle ve artık açık bir gerçek gibi görünen şeyin kanıtıyla başladı: Herhangi bir atomun çekirdeği şunlardan oluşur: pozitif yüklü protonlar ve nötr nötronlar.

1934'te Frédéric ve Irène Joliot-Curie çifti (Marie Skłodowska-Curie ve Pierre Curie'nin kızları), onları alfa parçacıklarıyla (helyum atomlarının çekirdekleri) bombardıman etmenin sıradan kimyasal elementleri radyoaktif olanlara dönüştürebileceğini keşfetti. Yeni fenomenin adı yapay radyoaktivite.

I.V. Kurchatov (sağda) ve A.I. Alikhanov (ortada) öğretmenleri A.F. Ioffe ile birlikte. (30'lu yaşların başı.)

Eğer böyle bir bombardıman çok hızlı ve ağır parçacıklarla yapılırsa, bir dizi kimyasal dönüşüm başlar. Yapay radyoaktiviteye sahip elementler yavaş yavaş yerlerini artık bozunmayacak olan kararlı elementlere bırakacak.

Işınlama veya bombardımanın yardımıyla simyacıların diğer kimyasal elementlerden altın elde etme hayalini gerçeğe dönüştürmek kolaydır. Yalnızca böyle bir dönüşümün maliyeti, ortaya çıkan altının fiyatını önemli ölçüde aşacaktır...

Uranyum nükleer fisyonu

1938-1939'da bir grup Alman fizikçi ve kimyager tarafından keşfedilen şey insanlığa daha fazla fayda (ve maalesef kaygı) getirdi. uranyum çekirdeğinin bölünmesi. Nötronlarla ışınlandığında ağır uranyum çekirdekleri orta kısma ait daha hafif kimyasal elementlere bozunur periyodik tablo Mendeleev ve birkaç nötron serbest bıraktı. Hafif elementlerin çekirdekleri için bu nötronların gereksiz olduğu ortaya çıkıyor... Uranyum çekirdekleri "bölündüğünde" bir zincirleme reaksiyon başlayabilir: ortaya çıkan iki veya üç nötronun her biri, sırayla birkaç nötron üretebilir ve düşebilir. Komşu bir atomun çekirdeğine.

Bilim adamlarının hesapladığı gibi, böyle bir nükleer reaksiyonun ürünlerinin toplam kütlesinin, orijinal maddenin - uranyumun çekirdeklerinin kütlesinden daha az olduğu ortaya çıktı.

Kütleyi enerjiyle ilişkilendiren Einstein'ın denklemine göre, bu durumda muazzam bir enerjinin açığa çıkması gerektiği kolaylıkla belirlenebilir! Ve bu ihmal edilebilecek kadar kısa bir sürede gerçekleşecek. Tabii zincirleme reaksiyon kontrol edilemez hale gelir ve sonuna kadar giderse...

Konferans sonrası yürüyüşte E. Fermi (sağda) öğrencisi B. Pontecorvo ile birlikte. (Basel, 1949)

Uranyum fisyonu sürecinde gizli olan muazzam fiziksel ve teknik yetenekleri ilk takdir edenlerden biriydi. Enrico Fermi Yüzyılımızın o uzak otuzlu yaşlarında, hala çok gençti, ancak İtalyan fizikçiler okulunun başı olarak zaten tanınıyordu. İkinci Dünya Savaşı'ndan çok önce, o ve bir grup yetenekli işbirlikçi, çeşitli maddelerin nötron ışınlaması altındaki davranışlarını incelediler ve nötronların hareketini yavaşlatarak uranyum fisyon sürecinin verimliliğinin önemli ölçüde artırılabileceğini belirlediler. İlk bakışta tuhaf görünse de nötronların hızı azaldıkça uranyum çekirdekleri tarafından yakalanma olasılıkları artıyor. Nötronların etkili "moderatörleri" oldukça erişilebilir maddelerdir: parafin, karbon, su...

Fermi, Amerika Birleşik Devletleri'ne taşındıktan sonra orada yürütülen nükleer araştırmaların beyni ve kalbi olmaya devam etti. Genellikle birbirini dışlayan iki yetenek Fermi'de birleştirildi: olağanüstü bir teorisyen ve parlak bir deneyci. Tanınmış bilim adamı W. Zinn, Fermi'nin zamansız ölümünün ardından, "Ona eşit bir adam görmemiz için hâlâ uzun bir zaman geçmesi gerekecek" diye yazdı. kötü huylu tümör 1954'te 53 yaşındayken.

İkinci Dünya Savaşı sırasında Fermi'nin etrafında toplanan bilim adamlarından oluşan bir ekip, uranyum fisyonunun zincirleme reaksiyonuna dayanan eşi benzeri görülmemiş yıkıcı güce sahip bir silah yaratmaya karar verdi. atom bombası. Bilim adamlarının acelesi vardı: Ya Nazi Almanyası herkesten önce yeni silahlar üretmeyi başarır ve bunları diğer halkları köleleştirmek için insanlık dışı arayışında kullanırsa?

Ülkemizde nükleer reaktör inşaatı

Zaten 1942'de, bilim adamları onu Chicago Üniversitesi stadyumunun topraklarında toplayıp fırlatmayı başardılar. ilk nükleer reaktör. Reaktördeki uranyum çubukları, karbon "tuğlaları" - moderatörlerle serpiştirilmişti ve eğer zincirleme reaksiyon hala çok şiddetli hale gelirse, uranyum çubuklarını ayıran ve nötronları tamamen emen kadmiyum plakalarının reaktöre yerleştirilmesiyle hızlı bir şekilde durdurulabilirdi.

Araştırmacılar buldukları şeyden çok gurur duyuyorlardı basit cihazlarşimdi bizi gülümseten reaktöre. Fermi'nin Chicago'daki işbirlikçilerinden biri olan ünlü fizikçi G. Anderson, kadmiyum kalayının tahta bir bloğa çivilendiğini, gerekirse kendi yerçekiminin etkisi altında anında kazanın içine düştüğünü ve bu da ona verilmesinin nedeni olduğunu hatırlıyor. adı "anlık". G. Anderson şöyle yazıyor: “Kazan çalıştırılmadan önce bu çubuğun yukarı çekilmesi ve bir ip ile sabitlenmesi gerekirdi. Kaza anında halat kesilebilir ve “an” kazanın içindeki yerini alabilir.”

Bir nükleer reaktörde kontrollü bir zincirleme reaksiyon sağlandı ve teorik hesaplamalar ve tahminler test edildi. Reaktörde, yeni bir kimyasal element olan plütonyumun birikmesi sonucu bir kimyasal dönüşüm zinciri meydana geldi. Uranyum gibi atom bombası yapımında kullanılabilir.

Bilim adamları, uranyum veya plütonyumun "kritik kütlesinin" bulunduğunu belirlediler. Yeterince büyük miktarda atomik madde varsa, zincirleme reaksiyon patlamaya yol açar; eğer küçükse, "kritik kütleden" daha azsa, o zaman sadece ısı açığa çıkar.

Nükleer enerji santrali inşaatı

En basit tasarıma sahip bir atom bombasında, iki parça uranyum veya plütonyum yan yana yerleştirilir ve her birinin kütlesi kritik değerden biraz daha azdır. İÇİNDE doğru an her zamanki gibi sigorta patlayıcı Parçaları birleştirdiğinde, atomik yakıtın kütlesi kritik bir değeri aşar ve anında korkunç bir gücün yıkıcı enerjisi açığa çıkar...

Kör edici ışık radyasyonu, yoluna çıkan her şeyi silip süpüren bir şok dalgası ve delici radyoaktif radyasyon, iki kişinin sakinlerini vurdu. Japon şehirleri- Hiroşima ve Nagazaki - Amerikan patlamasından sonra atom bombaları 1945'te, o zamandan bu yana insanların kalplerine endişe yerleştirdik. korkunç sonuçlar atom silahlarının kullanılması.

IV Kurchatov'un birleştirici bilimsel liderliği altında Sovyet fizikçileri atom silahları geliştirdiler.

Ancak bu çalışmaların lideri atom enerjisinin barışçıl kullanımı konusunda düşünmekten vazgeçmedi. Sonuçta, bir nükleer reaktörün yoğun bir şekilde soğutulması gerekiyor, öyleyse neden bu ısıyı bir buhar veya gaz türbinine "vermiyoruz" veya bunu evleri ısıtmak için kullanmıyoruz?

Sıvıyla dolu tüpler bir nükleer reaktörden geçirildi. düşük erime noktalı metal. Isıtılan metal ısı eşanjörüne girerek ısısını suya aktardı. Su aşırı ısınmış buhara dönüştü ve türbin çalışmaya başladı. Reaktör, metal dolgulu betondan yapılmış koruyucu bir kabukla çevrelendi: radyoaktif radyasyon dışarıya kaçmamalı.

Nükleer reaktör haline geldi nükleer enerji santraliİnsanlara sakin bir ışık, rahat bir sıcaklık ve arzu edilen huzuru getiriyor...

Nükleer enerji üretimi, elektrik üretmenin modern ve hızla gelişen bir yöntemidir. Nükleer santrallerin nasıl çalıştığını biliyor musunuz? Nükleer santralin çalışma prensibi nedir? Bugün ne tür nükleer reaktörler var? Bir nükleer santralin çalışma planını ayrıntılı olarak ele almaya çalışacağız, bir nükleer reaktörün yapısını inceleyeceğiz ve nükleer elektrik üretme yönteminin ne kadar güvenli olduğunu öğreneceğiz.

Herhangi bir istasyon, yerleşim bölgesinden uzakta kapalı bir alandır. Kendi topraklarında birkaç bina var. En önemli yapı reaktör binası, onun yanında ise reaktörün kontrol edildiği türbin odası ve güvenlik binası bulunmaktadır.

Plan nükleer reaktör olmadan imkansızdır. Atomik (nükleer) reaktör, bu işlem sırasında zorunlu enerji salınımı ile nötron fisyonunun zincirleme reaksiyonunu düzenlemek için tasarlanmış bir nükleer santral cihazıdır. Peki nükleer santralin çalışma prensibi nedir?

Reaktör kurulumunun tamamı, reaktörü gizleyen ve bir kaza durumunda nükleer reaksiyonun tüm ürünlerini içerecek olan büyük bir beton kule olan reaktör binasında yer alıyor. Bu büyük kuleye muhafaza, hermetik kabuk veya muhafaza bölgesi adı verilir.

Yeni reaktörlerdeki hermetik bölgenin 2 kalın beton duvarı - kabukları vardır.
80 cm kalınlığındaki dış kabuk, muhafaza bölgesini dış etkenlerden korur.

1 metre 20 cm kalınlığındaki iç kabukta, betonun mukavemetini neredeyse üç kat artıran ve yapının parçalanmasını önleyecek özel çelik halatlar bulunuyor. İç kısmı, muhafaza için ek koruma görevi görecek ve bir kaza durumunda reaktörün içeriğini muhafaza bölgesinin dışına salmayacak şekilde tasarlanmış ince bir özel çelik levha ile kaplanmıştır.

Nükleer santralin bu tasarımı, 200 tona kadar ağırlığa sahip bir uçak kazasına, 8 büyüklüğündeki bir depreme, bir kasırgaya ve bir tsunamiye dayanabilmesini sağlıyor.

İlk mühürlü kabuk 1968'de Amerika Connecticut Yankee nükleer santralinde inşa edildi.

Muhafaza bölgesinin toplam yüksekliği 50-60 metredir.

Bir nükleer reaktör nelerden oluşur?

Bir nükleer reaktörün çalışma prensibini ve dolayısıyla bir nükleer enerji santralinin çalışma prensibini anlamak için reaktörün bileşenlerini anlamanız gerekir.

• Aktif bölge. Nükleer yakıtın (yakıt jeneratörü) ve moderatörün yerleştirildiği alandır. Yakıt atomları (çoğunlukla yakıt uranyumdur) zincirleme bir fisyon reaksiyonuna girer. Moderatör, fisyon sürecini kontrol etmek için tasarlanmıştır ve hız ve güç açısından gerekli reaksiyonun sağlanmasına olanak tanır.
• Nötron reflektörü. Çekirdeği çevreleyen bir reflektör vardır. Moderatörle aynı malzemeden oluşur. Esasında bu, asıl amacı nötronların çekirdekten çıkıp çevreye girmesini engellemek olan bir kutudur.
• Soğutucu. Soğutucu, yakıt atomlarının bölünmesi sırasında açığa çıkan ısıyı emmeli ve diğer maddelere aktarmalıdır. Soğutucu büyük ölçüde bir nükleer santralin nasıl tasarlanacağını belirler. Günümüzde en popüler soğutucu sudur.
  Reaktör kontrol sistemi. Bir nükleer santral reaktörüne güç sağlayan sensörler ve mekanizmalar.

Nükleer santraller için yakıt

Nükleer santral neyle çalışır? Nükleer santraller için yakıt, radyoaktif özelliklere sahip kimyasal elementlerdir. Tüm nükleer santrallerde bu element uranyumdur.

İstasyonların tasarımı, nükleer santrallerin saf bir kimyasal elementle değil, karmaşık kompozit yakıtla çalıştığını ima ediyor. Ve nükleer reaktöre yüklenen doğal uranyumdan uranyum yakıtı çıkarmak için birçok manipülasyonun yapılması gerekiyor.

Zenginleştirilmiş uranyum

Uranyum iki izotoptan oluşur, yani farklı kütlelere sahip çekirdekler içerir. Proton ve nötron izotop -235 ve izotop-238 sayısına göre adlandırıldılar. 20. yüzyılın araştırmacıları uranyum 235'i cevherden çıkarmaya başladılar çünkü... ayrıştırmak ve dönüştürmek daha kolaydı. Doğada bu tür uranyumun yalnızca% 0,7 olduğu ortaya çıktı (kalan yüzde 238. izotopa gidiyor).

Bu durumda ne yapmalı? Uranyumu zenginleştirmeye karar verdiler. Uranyum zenginleştirme, gerekli 235x izotopların çoğunun ve birkaç gereksiz 238x izotopun içinde kaldığı bir süreçtir. Uranyum zenginleştiricilerin görevi %0,7'yi neredeyse %100 uranyum-235'e dönüştürmektir.

Uranyum iki teknoloji kullanılarak zenginleştirilebilir: gaz difüzyonu veya gaz santrifüjü. Bunları kullanmak için cevherden çıkarılan uranyum gaz haline dönüştürülür. Gaz şeklinde zenginleştirilmiştir.

Uranyum tozu

Zenginleştirilmiş uranyum gazı katı hal olan uranyum dioksite dönüştürülür. Bu saf katı uranyum 235, daha sonra uranyum tozuna ezilen büyük beyaz kristaller halinde görünür.

Uranyum tabletleri

Uranyum tabletleri birkaç santimetre uzunluğunda katı metal disklerdir. Uranyum tozundan bu tür tabletler oluşturmak için, bir maddeyle (plastikleştirici) karıştırılır, tabletlerin preslenmesinin kalitesi artar.

Preslenmiş diskler, tabletlere özel güç ve yüksek sıcaklıklara dayanıklılık kazandırmak için 1200 santigrat derece sıcaklıkta bir günden fazla pişiriliyor. Bir nükleer santralin nasıl çalışacağı doğrudan uranyum yakıtının ne kadar iyi sıkıştırılıp pişirildiğine bağlıdır.

Tabletler molibden kutularda pişiriliyor çünkü yalnızca bu metal bir buçuk bin derecenin üzerindeki "cehennem" sıcaklıklarda erimeyebilir. Bundan sonra nükleer santraller için uranyum yakıtı hazır kabul ediliyor.

TVEL ve FA nedir?

Reaktör çekirdeği, insan vücudundan 5 kat daha büyük, duvarlarında delikler bulunan (reaktör tipine bağlı olarak) devasa bir disk veya boruya benziyor. Bu delikler, atomları istenen reaksiyonu gerçekleştiren uranyum yakıtını içerir.

Tüm istasyonun patlamasına ve yakınlardaki birkaç eyalet için sonuçları olacak bir kazaya neden olmak istemediğiniz sürece, reaktöre yakıt atmak imkansızdır. Bu nedenle uranyum yakıtı, yakıt çubuklarına yerleştirilmekte ve daha sonra yakıt düzeneklerinde toplanmaktadır. Bu kısaltmalar ne anlama geliyor?

• TVEL bir yakıt elementidir (bunları üreten Rus firmasının aynı adı ile karıştırılmamalıdır). Esasen içine uranyum tabletlerinin yerleştirildiği zirkonyum alaşımlarından yapılmış ince ve uzun bir zirkonyum tüptür. Uranyum atomlarının birbirleriyle etkileşime girmeye başladığı yer yakıt çubuklarıdır ve reaksiyon sırasında ısı açığa çıkar.

Zirkonyum, refrakterlik ve korozyon önleyici özelliklerinden dolayı yakıt çubuklarının üretimi için malzeme olarak seçilmiştir.

Yakıt çubuklarının tipi reaktörün tipine ve yapısına bağlıdır. Kural olarak yakıt çubuklarının yapısı ve amacı değişmez, tüpün uzunluğu ve genişliği farklı olabilir.

Makine, bir zirkonyum tüpüne 200'den fazla uranyum peleti yüklüyor. Toplamda yaklaşık 10 milyon uranyum peleti reaktörde aynı anda çalışıyor.
FA – yakıt tertibatı. Nükleer santral çalışanları yakıt montajlarını paketler olarak adlandırıyor.

Temel olarak bunlar birbirine bağlanmış birkaç yakıt çubuğudur. FA, bir nükleer santralin çalıştığı bitmiş nükleer yakıttır. Nükleer reaktöre yüklenen yakıt düzenekleridir. Bir reaktöre yaklaşık 150 – 400 yakıt grubu yerleştirilmiştir.
Yakıt düzeneklerinin çalışacağı reaktöre bağlı olarak farklı şekillerde olabilirler. Bazen demetler kübik, bazen silindirik, bazen de altıgen şeklinde katlanır.

4 yıllık çalışma süresi boyunca bir yakıt tertibatı, 670 vagon kömür, 730 tankın yakılmasıyla aynı miktarda enerji üretir. doğal gaz veya petrol yüklü 900 tank.
Günümüzde yakıt düzenekleri ağırlıklı olarak Rusya, Fransa, ABD ve Japonya'daki fabrikalarda üretilmektedir.

Nükleer santraller için yakıtın diğer ülkelere dağıtılması için yakıt düzenekleri uzun ve geniş metal borularla kapatılır, borulardan hava pompalanır ve kargo uçaklarındaki özel makineler tarafından dağıtılır.

Nükleer santraller için nükleer yakıt çok fazla ağırlığa sahiptir, çünkü... uranyum gezegendeki en ağır metallerden biridir. Özgül ağırlığı çeliğinkinden 2,5 kat daha fazladır.

Nükleer santral: çalışma prensibi

Nükleer santralin çalışma prensibi nedir? Nükleer santrallerin çalışma prensibi, radyoaktif bir madde olan uranyumun atomlarının fisyonunun zincirleme reaksiyonuna dayanmaktadır. Bu reaksiyon bir nükleer reaktörün çekirdeğinde meydana gelir.

BİLİNMESİ ÖNEMLİDİR:

Detaylara girmeden nükleer Fizik Bir nükleer santralin çalışma prensibi şuna benzer:
Bir nükleer reaktörün çalıştırılmasından sonra, uranyumun reaksiyona girmesini önleyen emici çubuklar yakıt çubuklarından çıkarılır.

Çubuklar çıkarıldığında uranyum nötronları birbirleriyle etkileşime girmeye başlar.

Nötronlar çarpıştığında atom seviyesinde mini bir patlama meydana gelir, enerji açığa çıkar ve yeni nötronlar doğar, zincirleme bir reaksiyon oluşmaya başlar. Bu işlem ısı üretir.

Isı soğutucuya aktarılır. Soğutucunun türüne bağlı olarak türbini döndüren buhar veya gaza dönüşür.

Türbin bir elektrik jeneratörünü çalıştırır. Aslında elektrik akımını üreten odur.

Süreci izlemezseniz, uranyum nötronları reaktörü patlatana ve tüm nükleer santrali paramparça edene kadar birbirleriyle çarpışabilir. Süreç bilgisayar sensörleri tarafından kontrol edilir. Reaktördeki sıcaklık artışını veya basınçtaki değişikliği tespit ederler ve reaksiyonları otomatik olarak durdurabilirler.

Nükleer santrallerin çalışma prensibi termik santrallerden (termik santraller) nasıl farklıdır?

Sadece ilk aşamalarda iş farklılıkları vardır. Bir nükleer santralde soğutucu, uranyum yakıt atomlarının bölünmesinden ısı alır; termik santralde soğutucu, organik yakıtın (kömür, gaz veya petrol) yanmasından ısı alır. Uranyum atomları ya da gaz ve kömür ısı açığa çıkardıktan sonra nükleer santraller ile termik santrallerin çalışma şemaları aynıdır.

Nükleer reaktör türleri

Bir nükleer santralin nasıl çalışacağı, nükleer reaktörün tam olarak nasıl çalıştığına bağlıdır. Günümüzde nöron spektrumuna göre sınıflandırılan iki ana tip reaktör vardır:
Yavaş nötron reaktörüne termal reaktör de denir.

Operasyonu için, zenginleştirme, uranyum topaklarının oluşturulması vb. aşamalarından geçen uranyum 235 kullanılır. Günümüzde reaktörlerin büyük çoğunluğu yavaş nötronlar kullanıyor.
Hızlı nötron reaktörü.

Bu reaktörler gelecek, çünkü... Doğada on kuruş olan uranyum-238 üzerinde çalışıyorlar ve bu elementi zenginleştirmeye gerek yok. Bu tür reaktörlerin tek dezavantajı tasarım, inşaat ve devreye alma maliyetlerinin çok yüksek olmasıdır. Bugün hızlı nötron reaktörleri yalnızca Rusya'da çalışıyor.

Hızlı nötron reaktörlerindeki soğutucu, cıva, gaz, sodyum veya kurşundur.

Bugün dünyadaki tüm nükleer santrallerin kullandığı yavaş nötron reaktörlerinin de çeşitli türleri bulunmaktadır.

IAEA organizasyonu (Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı), küresel nükleer enerji endüstrisinde en sık kullanılan kendi sınıflandırmasını oluşturmuştur. Bir nükleer santralin çalışma prensibi büyük ölçüde soğutucu ve moderatörün seçimine bağlı olduğundan, UAEA sınıflandırmasını bu farklılıklara dayandırmıştır.

Kimyasal açıdan bakıldığında döteryum oksit ideal bir moderatör ve soğutucudur çünkü atomları diğer maddelere kıyasla uranyumun nötronlarıyla en etkili şekilde etkileşime girer. Basitçe söylemek gerekirse, ağır su görevini minimum kayıp ve maksimum sonuçla yerine getirir. Bununla birlikte, üretimi maliyetlidir ve sıradan "hafif" ve tanıdık suyun kullanımı çok daha kolaydır.

Nükleer reaktörler hakkında birkaç gerçek...

Bir nükleer santral reaktörünün inşasının en az 3 yıl sürmesi ilginç!
Bir reaktör inşa etmek için çalışan ekipmana ihtiyacınız vardır. elektrik akımı 210 kilo Amperde, bu da bir insanı öldürebilecek akımın milyon katı kadardır.

Bir nükleer reaktörün bir kabuğu (yapısal elemanı) 150 ton ağırlığındadır. Bir reaktörde bu tür 6 element vardır.

Basınçlı su reaktörü

Bir nükleer enerji santralinin genel olarak nasıl çalıştığını zaten öğrendik; her şeyi bir perspektife oturtmak için en popüler basınçlı su nükleer reaktörünün nasıl çalıştığına bakalım.
Bugün dünyanın her yerinde 3+ nesil basınçlı su reaktörleri kullanılıyor. En güvenilir ve güvenli olarak kabul edilirler.

Dünyadaki tüm basınçlı su reaktörleri, çalıştıkları yıllar boyunca zaten 1000 yılı aşkın bir süredir sorunsuz bir şekilde çalışmış ve hiçbir zaman ciddi sapmalar vermemiştir.

Basınçlı su reaktörleri kullanan nükleer santrallerin yapısı, 320 dereceye kadar ısıtılan damıtılmış suyun yakıt çubukları arasında dolaştığını ima etmektedir. Buhar durumuna geçmesini önlemek için 160 atmosfer basınç altında tutulur. Nükleer santral diyagramı buna birincil devre suyu diyor.

Isıtılan su buhar jeneratörüne girer ve ısısını ikincil devre suyuna verir, ardından tekrar reaktöre "geri döner". Dışarıdan, ilk devrenin su boruları diğer borularla temas halinde gibi görünüyor - ikinci devrenin suyu, ısıyı birbirlerine aktarıyorlar, ancak sular temas etmiyor. Tüpler temas halindedir.

Böylece, elektrik üretme sürecine daha fazla katılacak olan ikincil devre suyuna radyasyon girme olasılığı ortadan kaldırılmıştır.

NGS'nin işletme güvenliği

Nükleer santrallerin çalışma prensibini öğrendikten sonra güvenliğin nasıl çalıştığını anlamalıyız. Günümüzde nükleer santrallerin inşası güvenlik kurallarına daha fazla dikkat edilmesini gerektirmektedir.
NPP güvenlik maliyetleri tesisin toplam maliyetinin yaklaşık %40'ını oluşturmaktadır.

Nükleer santral tasarımı, radyoaktif maddelerin salınmasını önleyen 4 fiziksel bariyer içerir. Peki bu bariyerler ne işe yarayacak? Doğru anda nükleer reaksiyonu durdurabilmeli, çekirdekten ve reaktörün kendisinden sürekli ısı uzaklaştırılmasını sağlayabilmeli ve radyonüklidlerin muhafazanın (hermetik bölge) dışına salınmasını önleyebilmelidir.

• İlk engel uranyum peletlerinin gücüdür. Nükleer reaktördeki yüksek sıcaklıklar nedeniyle yok edilmemeleri önemlidir. Bir nükleer enerji santralinin nasıl çalışacağı pek çok açıdan uranyum tabletlerinin sıcaklıkta nasıl "pişirildiğine" bağlıdır. İlk aşamaüretme. Uranyum yakıt peletleri doğru şekilde pişirilmezse, reaktördeki uranyum atomlarının reaksiyonları öngörülemez olacaktır.
• İkinci engel ise yakıt çubuklarının sıkılığıdır. Zirkonyum tüpler sıkıca kapatılmalıdır; eğer conta kırılırsa, en iyi ihtimalle reaktör hasar görür ve iş durur; en kötü ihtimalle her şey havaya uçar.
• Üçüncü bariyer ise dayanıklı çelik reaktör kabıdır. a, (aynısı büyük kule– tüm radyoaktif süreçleri “içeren” hermetik bölge. Muhafaza hasar görürse radyasyon atmosfere kaçacaktır.
• Dördüncü bariyer acil koruma çubuklarıdır. Moderatörlü çubuklar, tüm nötronları 2 saniyede emebilen ve zincir reaksiyonunu durdurabilen mıknatıslarla çekirdeğin üzerinde asılı duruyor.

Nükleer santralin birçok koruma derecesine sahip tasarımına rağmen reaktör çekirdeğinin doğru zamanda soğutulması mümkün olmazsa ve yakıt sıcaklığı 2600 dereceye çıkarsa güvenlik sisteminin son umudu devreye giriyor. - sözde erime tuzağı.

Gerçek şu ki, bu sıcaklıkta reaktör kabının tabanı eriyecek ve nükleer yakıt ve erimiş yapıların tüm kalıntıları, reaktör çekirdeğinin üzerinde asılı duran özel bir "cam" içine akacaktır.

Eriyik tuzağı soğutulur ve yanmaz. Fisyon zincirleme reaksiyonunu kademeli olarak durduran sözde "kurban malzemesi" ile doldurulur.

Bu nedenle, nükleer enerji santralinin tasarımı, herhangi bir kaza olasılığını neredeyse tamamen ortadan kaldıran çeşitli koruma derecelerine sahiptir.