Atom və nüvə reaktoru fərqi. AES-in istismarı təhlükəsizliyi. Çernobıl Atom Elektrik Stansiyasında baş verənlər

Kiçik bir atomun böyük enerjisi

“Yaxşı elm fizikadır! Yalnız həyat qısadır." Bu sözlər fizikada heyrətamiz işlər görmüş bir alimə məxsusdur. Onları bir dəfə bir akademik tələffüz etmişdi İqor Vasilieviç Kurçatov, dünyanın ilk atom elektrik stansiyasının yaradıcısı.

1954-cü il iyunun 27-də bu unikal elektrik stansiyası işə düşdü. Bəşəriyyətin daha bir güclü elektrik mənbəyi var.

Atomun enerjisini mənimsəməyin yolu uzun və çətin idi. O, 20-ci əsrin ilk onilliklərində Kürilər tərəfindən təbii radioaktivliyin kəşfi, Bor postulatları, Rezerfordun atomun planetar modeli və indi göründüyü kimi, aşkar bir faktın - hər hansı bir atomun nüvəsinin sübutu ilə başladı. atom müsbət yüklü protonlardan və neytral neytronlardan ibarətdir.

1934-cü ildə Frederik və İren Coliot-Küri (Mari Sklodovska-Küri və Pyer Kürinin qızı) onları alfa hissəcikləri (helium atomlarının nüvələri) ilə bombalamaqla adi kimyəvi elementlərin radioaktiv elementlərə çevrilə biləcəyini kəşf etdilər. Yeni fenomen adlanır süni radioaktivlik.

İ. V. Kurçatov (sağda) və A. İ. Əlixanov (ortada) müəllimləri A. F. İoffe ilə. (30-cu illərin əvvəlləri.)

Əgər belə bir bombardman çox sürətli və ağır hissəciklərlə həyata keçirilərsə, o zaman kimyəvi çevrilmələr kaskadı başlayır. Süni radioaktivliyə malik elementlər tədricən öz yerini daha çürüməyəcək sabit elementlərə verəcək.

Şüalanma və ya bombardmanın köməyi ilə kimyagərlərin arzusunu gerçəkləşdirmək asandır - digər kimyəvi elementlərdən qızıl hazırlamaq. Yalnız belə bir çevrilmənin dəyəri alınan qızılın qiymətini əhəmiyyətli dərəcədə aşacaqdır ...

Uran nüvələrinin parçalanması

Bəşəriyyətə daha çox fayda (və təəssüf ki, narahatlıq) 1938-1939-cu illərdə bir qrup alman fizik və kimyaçısı tərəfindən kəşf edildi. uran nüvələrinin parçalanması. Ağır uran nüvələri neytronlarla şüalandıqda orta hissəyə aid daha yüngül kimyəvi elementlərə parçalanır. dövri sistem Mendeleyev və bir neçə neytron buraxır. Yüngül elementlərin nüvələri üçün bu neytronlar artıq olur... Uranın nüvələri “parçalananda” zəncirvari reaksiya başlaya bilər: yaranan iki və ya üç neytronun hər biri öz növbəsində bir neçə neytron istehsal etməyə qadirdir. qonşu atomun nüvəsinə dəyən neytronlar.

Belə bir nüvə reaksiyasının məhsullarının ümumi kütləsi, alimlərin hesabladıqları kimi, ilkin maddənin - uranın nüvələrinin kütləsindən az olduğu ortaya çıxdı.

Kütləni enerji ilə əlaqələndirən Eynşteynin tənliyinə görə, asanlıqla müəyyən etmək olar ki, bu halda böyük miqdarda enerji buraxılmalıdır! Və bu, çox qısa müddətdə baş verəcək. Əlbəttə ki, zəncirvari reaksiya idarəolunmaz hala gəlməsə və sona çatmasa ...

Konfransdan sonra E. Fermi (sağda) tələbəsi B. Pontecorvo ilə gəzinti. (Bazel, 1949)

böyük fiziki və texniki imkanlar uranın parçalanma prosesində gizləndiyini ilk təxmin edənlərdən biri oldu Enriko Fermi, əsrimizin o uzaq otuzuncu illərində, hələ çox gənc, lakin artıq tanınmış İtalyan fiziklər məktəbinin rəhbəri. İkinci Dünya Müharibəsindən çox əvvəl o, bir qrup istedadlı işçi ilə davranışı araşdırdı müxtəlif maddələr neytron şüalanması altında və müəyyən edilmişdir ki, uranın parçalanması prosesinin səmərəliliyi əhəmiyyətli dərəcədə artırıla bilər ... neytronların hərəkətini yavaşlatmaqla. İlk baxışdan qəribə görünsə də, neytronların sürətinin azalması ilə onların uran nüvələri tərəfindən tutulma ehtimalı artır. Kifayət qədər əlçatan maddələr neytronların effektiv "moderatorları" kimi xidmət edir: parafin, karbon, su ...

ABŞ-a köçən Fermi oradakı nüvə tədqiqatlarının beyni və ürəyi olmağa davam etdi. Fermidə adətən bir-birini istisna edən iki istedad birləşdirildi: görkəmli nəzəriyyəçi və parlaq təcrübəçi. Görkəmli alim V.Zin Ferminin 1954-cü ildə 53 yaşında bədxassəli şişdən vaxtsız vəfat etməsindən sonra yazırdı: “Biz ona bərabər olan insanı görə bilməyimiz çox vaxt keçəcək”.

İkinci Dünya Müharibəsi zamanı Ferminin ətrafında toplaşan bir qrup elm adamı uranın parçalanmasının zəncirvari reaksiyasına əsaslanan misli görünməmiş dağıdıcı gücə malik silah yaratmağa qərar verdi - atom bombası. Alimlər tələsirdilər: əgər faşist Almaniyası ilk olaraq yeni silah düzəldəcək və ondan başqa xalqları əsarət altına almaq üçün qeyri-insani istəyində istifadə etsə necə olacaq?

Ölkəmizdə nüvə reaktorunun tikintisi

Artıq 1942-ci ildə elm adamları Çikaqo Universitetinin stadionunun ərazisində toplayıb işə salmağı bacardılar. ilk nüvə reaktoru. Reaktordakı uran çubuqları karbon "kərpicləri" - moderatorlarla səpələnmişdi və əgər zəncirvari reaksiya buna baxmayaraq çox şiddətli olarsa, uran çubuqlarını ayıran və neytronları tamamilə udan reaktora kadmium plitələrinin daxil edilməsi ilə onu tez dayandırmaq olardı.

Tədqiqatçılar ixtiraları ilə çox fəxr edirdilər. sadə qurğular indi bizi güldürən reaktora. Ferminin Çikaqodakı işçilərindən biri, məşhur fizik G. Anderson xatırlayır ki, kadmium qalay taxta çubuğa mıxlanmışdı, lazım olarsa, öz cazibə qüvvəsinin təsiri altında dərhal qazana endirildi və bu onu verməyə səbəb oldu. adı "ani". G. Anderson yazır: “Qazan işə başlamazdan əvvəl bu çubuq yuxarı çəkilməli və iplə bərkidilməli idi. Qəza zamanı kəndir kəsilə bilərdi və "an" qazanın içərisində yerini alardı.

Atom reaktorunda idarə olunan zəncirvari reaksiya əldə edildi, nəzəri hesablamalar və proqnozlar təsdiqləndi. Reaktorda kimyəvi çevrilmələr zənciri baş verdi, bunun nəticəsində yeni kimyəvi element- plutonium. O, uran kimi, atom bombası yaratmaq üçün istifadə edilə bilər.

Alimlər müəyyən ediblər ki, uran və ya plutoniumun “kritik kütləsi” var. Kifayət qədər atomik maddə varsa, zəncirvari reaksiya partlayışa gətirib çıxarır, əgər kiçikdirsə, "kritik kütlədən" azdırsa, istilik sadəcə buraxılır.

Atom elektrik stansiyasının tikintisi

Atom bombasında ən sadə dizayn iki parça uran və ya plutonium yan-yana yığılır və hər birinin kütləsi kritikdən bir qədər azdır. Düzgün anda, adi bir partlayıcıdan bir qoruyucu parçaları birləşdirir, atom yanacağının kütləsi kritik dəyəri aşır - və dəhşətli gücün dağıdıcı enerjisinin sərbəst buraxılması dərhal baş verir ...

1945-ci ildə Amerika atom bombalarının partlamasından sonra göz qamaşdıran işıq radiasiyası, yolundakı hər şeyi süpürüb aparan şok dalğası və nüfuz edən radioaktiv şüalanma Yaponiyanın iki şəhərinin - Xirosima və Naqasakinin sakinlərinin üzərinə düşdü və o vaxtdan insanlar təşvişə düşdü. atom bombalarından istifadənin dəhşətli nəticələri ilə.silah.

İ.V.Kurçatovun birləşdirici elmi rəhbərliyi altında sovet fizikləri atom silahlarını hazırladılar.

Lakin bu işlərin rəhbəri atom enerjisinin dinc məqsədlərlə istifadəsi haqqında düşünməkdən əl çəkmədi. Axı nüvə reaktoru intensiv şəkildə soyudulmalıdır, niyə bu istilik buxar və ya qaz turbininə “verilmir”, evləri qızdırmaq üçün istifadə edilmir?

Nüvə reaktorundan maye az əriyən metal olan borular keçirilib. Qızdırılan metal istilik dəyişdiricisinə daxil oldu, burada istiliyi suya köçürdü. Su çox qızdırılan buxara çevrildi, turbin işə başladı. Reaktor metal doldurucu ilə betondan qoruyucu qabıqla əhatə olunmuşdu: radioaktiv şüalanma qaçmamalıdır.

Nüvə reaktoru atom elektrik stansiyasına çevrilərək insanlara sakitlik işığı gətirdi, rahat istilik arzulanan dünya...

Parçalanmanın zəncirvari reaksiyası həmişə çox böyük enerjinin sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunur. Bu enerjinin praktiki istifadəsi nüvə reaktorunun əsas vəzifəsidir.

Nüvə reaktoru idarə olunan və ya idarə olunan nüvə parçalanma reaksiyasının baş verdiyi bir cihazdır.

İş prinsipinə görə nüvə reaktorları iki qrupa bölünür: termal neytron reaktorları və sürətli neytron reaktorları.

Termal neytron nüvə reaktoru necə işləyir?

Tipik bir nüvə reaktoru aşağıdakılara malikdir:

• Əsas və moderator;
• Neytron reflektoru;
• soyuducu;
• Zəncirvari reaksiyaya nəzarət sistemi, fövqəladə hallardan mühafizə;
• Nəzarət və radiasiyadan mühafizə sistemi;
• Uzaqdan idarəetmə sistemi.

1 - aktiv zona; 2 - reflektor; 3 - qorunma; 4 - idarəetmə çubuqları; 5 - soyuducu; 6 - nasoslar; 7 - istilik dəyişdiricisi; 8 - turbin; 9 - generator; 10 - kondansatör.

Əsas və moderator

Məhz nüvədə idarə olunan parçalanma zəncirvari reaksiya baş verir.

Nüvə reaktorlarının əksəriyyəti uran-235-in ağır izotopları üzərində işləyir. Lakin uran filizinin təbii nümunələrində onun tərkibi cəmi 0,72% təşkil edir. Bu konsentrasiya zəncirvari reaksiyanın inkişafı üçün kifayət deyil. Buna görə də filiz süni şəkildə zənginləşdirilir və bu izotopun tərkibi 3%-ə çatdırılır.

Parçalanan material və ya nüvə yanacağı qranullar şəklində TVEL (yanacaq elementləri) adlanan hermetik şəkildə bağlanmış çubuqlara yerləşdirilir. Doldurulmuş bütün aktiv zonaya nüfuz edirlər moderator neytronlar.

Nüvə reaktorunda neytron moderatoru niyə lazımdır?

Fakt budur ki, uran-235 nüvələrinin parçalanmasından sonra yaranan neytronlar çox yüksək sürətə malikdirlər. Onların digər uran nüvələri tərəfindən tutulma ehtimalı yavaş neytronların tutulma ehtimalından yüzlərlə dəfə azdır. Əgər onların sürətini azaltmasanız, nüvə reaksiyası zamanla sönə bilər. Moderator neytronların sürətinin azaldılması problemini həll edir. Sürətli neytronların yoluna su və ya qrafit qoyularsa, onların sürəti süni şəkildə azaldıla bilər və beləliklə, atomlar tərəfindən tutulan hissəciklərin sayı artırıla bilər. Eyni zamanda, reaktorda zəncirvari reaksiya üçün daha az miqdarda nüvə yanacağı lazımdır.

Yavaşlama prosesi nəticəsində, termal neytronlar, sürəti praktiki olaraq otaq temperaturunda qaz molekullarının istilik hərəkətinin sürətinə bərabərdir.

Nüvə reaktorlarında moderator kimi su, ağır su (deyterium oksidi D 2 O), berillium və qrafitdən istifadə olunur. Ancaq ən yaxşı moderator ağır su D 2 O-dur.

Neytron reflektoru

Neytronların içəriyə sızmasının qarşısını almaq üçün mühit, nüvə reaktorunun nüvəsi ilə əhatə olunmuşdur neytron reflektoru. Reflektorlar üçün material olaraq, eyni maddələr tez-tez moderatorlarda olduğu kimi istifadə olunur.

soyuducu

Nüvə reaksiyası zamanı ayrılan istilik bir soyuducu istifadə edərək çıxarılır. Nüvə reaktorlarında soyuducu kimi, şərti təbii su, əvvəllər müxtəlif çirklərdən və qazlardan təmizlənmişdir. Ancaq su artıq 100 0 C temperaturda və 1 atm təzyiqdə qaynadığından, qaynama nöqtəsini artırmaq üçün ilkin soyuducu dövrəsində təzyiq artır. İlkin dövrənin suyu, reaktorun nüvəsində dövr edərək, 320 0 C temperatura qədər qızdırarkən yanacaq çubuqlarını yuyur. Daha sonra istilik dəyişdiricisinin içərisində ikinci dövrənin suyuna istilik verir. Mübadilə istilik mübadiləsi borularından keçir, buna görə ikincil dövrənin suyu ilə əlaqə yoxdur. Bu, radioaktiv maddələrin istilik dəyişdiricisinin ikinci dövrəsinə daxil olmasını istisna edir.

Və sonra hər şey istilik elektrik stansiyasındakı kimi olur. İkinci dövrədə su buxara çevrilir. Buxar, elektrik enerjisi istehsal edən bir elektrik generatorunu hərəkətə gətirən bir turbin çevirir.

Ağır su reaktorlarında soyuducu ağır su D 2 O, maye metal soyuducuları olan reaktorlarda isə ərimiş metaldır.

Zəncirvari reaksiyaya nəzarət sistemi

Reaktorun cari vəziyyəti adlanan kəmiyyətlə xarakterizə olunur reaktivlik.

ρ = ( k-1)/ k ,

k = n i / n i -1 ,

harada k neytronların çoxalma faktorudur,

n i nüvə parçalanma reaksiyasında gələcək nəslin neytronlarının sayı,

n i -1 , eyni reaksiyada əvvəlki nəslin neytronlarının sayıdır.

Əgər a k ˃ 1 , zəncirvari reaksiya qurulur, sistem deyilir superkritik ci. Əgər a k< 1 , zəncirvari reaksiya pozulur və sistem deyilir kritikaltı. At k = 1 reaktor içəridədir stabil kritik vəziyyət, çünki parçalanan nüvələrin sayı dəyişmir. Bu vəziyyətdə reaktivlik ρ = 0 .

Reaktorun kritik vəziyyəti (nüvə reaktorunda tələb olunan neytron çoxalma əmsalı) hərəkət etməklə saxlanılır. nəzarət çubuqları. Onların hazırlandığı materiala neytronları udan maddələr daxildir. Bu çubuqları nüvəyə itələmək və ya itələmək nüvə parçalanma reaksiyasının sürətini idarə edir.

İdarəetmə sistemi reaktorun işə salınması, planlaşdırılmış dayandırılması, enerji ilə işləməsi, habelə nüvə reaktorunun fövqəladə hallardan mühafizəsi zamanı onun idarə edilməsini təmin edir. Bu, idarəetmə çubuqlarının yerini dəyişdirməklə əldə edilir.

Əgər reaktorun parametrlərindən hər hansı biri (temperatur, təzyiq, gücün dəyişmə sürəti, yanacaq sərfiyyatı və s.) normadan kənara çıxarsa və bu qəzaya səbəb ola bilərsə, xüsusi təcili çubuqlar və nüvə reaksiyasının sürətlə dayandırılması var.

Reaktorun parametrlərinin standartlara uyğun olmasını təmin etmək üçün nəzarət edin monitorinq və radiasiyadan mühafizə sistemləri.

Ətraf mühiti radioaktiv şüalanmadan qorumaq üçün reaktor qalın beton korpusa yerləşdirilir.

Uzaqdan idarəetmə sistemləri

Nüvə reaktorunun vəziyyəti haqqında bütün siqnallar (soyuducu suyun temperaturu, radiasiya səviyyəsi). müxtəlif hissələr reaktor və s.) reaktorun idarəetmə panelinə gəlir və emal olunur kompüter sistemləri. Operator müəyyən sapmaların aradan qaldırılması üçün bütün lazımi məlumatları və tövsiyələri alır.

Sürətli neytron reaktorları

Bu tip reaktorların termal neytron reaktorlarından fərqi ondan ibarətdir ki, uran-235-in parçalanmasından sonra yaranan sürətli neytronlar ləngimir, lakin sonradan plutonium-239-a çevrilərək uran-238 tərəfindən udulur. Buna görə də sürətli neytron reaktorları silah dərəcəli plutonium-239 və nüvə elektrik stansiyasının generatorları tərəfindən elektrik enerjisinə çevrilən istilik enerjisini istehsal etmək üçün istifadə olunur.

Belə reaktorlarda nüvə yanacağı uran-238, xammal isə uran-235-dir.

Təbii uran filizində 99,2745% uran-238 təşkil edir. Termal neytron udulmuş zaman parçalanmır, ancaq uran-239 izotopuna çevrilir.

β-parçalanmadan bir müddət sonra uran-239 neptunium-239-un nüvəsinə çevrilir:

239 92 U → 239 93 Np + 0 -1 e

İkinci β-parçalanmadan sonra parçalanan plutonium-239 əmələ gəlir:

239 9 3 Np → 239 94 Pu + 0 -1 e

Və nəhayət, plutonium-239 nüvəsinin alfa parçalanmasından sonra uran-235 əldə edilir:

239 94 Pu → 235 92 U + 4 2 He

Xammalı (zənginləşdirilmiş uran-235) olan yanacaq elementləri reaktorun nüvəsində yerləşir. Bu zona yanacaqla (tükənmiş uran-238) yanacaq çubuqları olan çoxalma zonası ilə əhatə olunmuşdur. Uran-235-in parçalanmasından sonra nüvədən buraxılan sürətli neytronlar uran-238 nüvələri tərəfindən tutulur. Nəticə plutonium-239-dur. Beləliklə, sürətli neytron reaktorlarında yeni nüvə yanacağı istehsal olunur.

Maye metallar və ya onların qarışıqları sürətli neytron nüvə reaktorlarında soyuducu kimi istifadə olunur.

Nüvə reaktorlarının təsnifatı və tətbiqi

Nüvə reaktorları əsasən atom elektrik stansiyalarında istifadə olunur. Onların köməyi ilə elektrik və istilik enerjisi sənaye miqyasında. Belə reaktorlar deyilir enerji .

Nüvə reaktorları müasir nüvə sualtı qayıqlarının hərəkət sistemlərində, yerüstü gəmilərdə və kosmik texnologiyada geniş istifadə olunur. Onlar mühərrikləri elektrik enerjisi ilə təmin edir və çağırılır nəqliyyat reaktorları .

üçün elmi araşdırma nüvə fizikası və radiasiya kimyası sahəsində nüvədə əldə edilən neytronların, qamma kvantların axınlarından istifadə edirlər. tədqiqat reaktorları. Onların yaratdığı enerji 100 MVt-dan çox deyil və sənaye məqsədləri üçün istifadə edilmir.

Güc eksperimental reaktorlar daha az. Yalnız bir neçə kVt dəyərə çatır. Bu reaktorlar müxtəlif tədqiqatlar üçün istifadə olunur fiziki kəmiyyətlər, onun əhəmiyyəti nüvə reaksiyalarının layihələndirilməsində mühümdür.

üçün sənaye reaktorları tibbi məqsədlər üçün, eləcə də sənaye və texnologiyanın müxtəlif sahələrində istifadə olunan radioaktiv izotopların istehsalı üçün reaktorlar daxildir. Duzsuzlaşdırma reaktorları dəniz suyu sənaye reaktorlarına da aiddir.

Nüvə reaktorlarının bir işi var: idarə olunan reaksiyada atomları parçalamaq və buraxılan enerjini yaratmaq üçün istifadə etmək Elektrik gücü. Uzun illərdir ki, reaktorlara həm möcüzə, həm də təhlükə kimi baxılır.

ABŞ-ın ilk kommersiya reaktoru 1956-cı ildə Pensilvaniya ştatının Shipportport-da onlayn işə salındıqda, texnologiya gələcəyin güc mərkəzi kimi qəbul edildi və bəziləri reaktorların elektrik enerjisi istehsalını çox ucuzlaşdıracağına inanırdılar. İndi bütün dünyada 442 nüvə reaktoru tikilib, bu reaktorların təxminən dörddə biri ABŞ-dadır. Dünya elektrik enerjisinin 14 faizini istehsal edən nüvə reaktorlarından asılı vəziyyətə düşüb. Futuristlər hətta atom avtomobilləri haqqında xəyal qururdular.

1979-cu ildə Pensilvaniyadakı Three Mile Island elektrik stansiyasındakı 2-ci blok reaktorunda soyutma nasazlığı və bunun nəticəsində radioaktiv yanacağın qismən əriməsi nəticəsində reaktorlarla bağlı isti hisslər köklü şəkildə dəyişdi. Dağıdılmış reaktorun bağlanması həyata keçirilsə də və heç bir ciddi radioaktiv buraxılma baş verməsə də, bir çox insanlar reaktorları potensial fəlakətli nəticələrlə çox mürəkkəb və həssas hesab etməyə başladılar. İnsanları reaktorlardan çıxan radioaktiv tullantılar da narahat edirdi. Nəticədə ABŞ-da yeni nüvə stansiyalarının tikintisi dayanıb. Daha ciddi bir qəza meydana gəldiyi zaman Çernobıl atom elektrik stansiyası 1986-cı ildə Sovet İttifaqında nüvə enerjisi məhvə məhkum görünürdü.

Lakin 2000-ci illərin əvvəllərində enerjiyə artan tələbat və qalıq yanacaq ehtiyatlarının azalması, həmçinin karbon dioksid emissiyalarından yaranan iqlim dəyişikliyi ilə bağlı artan narahatlıqlar sayəsində nüvə reaktorları geri qayıtmağa başladı.

Lakin 2011-ci ilin martında daha bir böhran yaşandı - bu dəfə Yaponiyanın Fukusima 1 atom elektrik stansiyası zəlzələ nəticəsində ciddi ziyan gördü.

Nüvə reaksiyasından istifadə

Sadəcə olaraq, nüvə reaktorunda atomlar parçalanır və onların hissələrini bir yerdə saxlayan enerjini buraxır.

Əgər fizikanı unutmusansa Ali məktəb necə olduğunu sizə xatırladacağıq nüvə parçalanması işləyir. Atomlar kiçikdir günəş sistemləri Günəş kimi nüvəsi və onun ətrafında orbitdə olan planetlər kimi elektronları olan. Nüvə bir-birinə bağlı olan proton və neytron adlanan hissəciklərdən ibarətdir. Nüvənin elementlərini birləşdirən qüvvəni təsəvvür etmək belə çətindir. O, cazibə qüvvəsindən milyard dəfə güclüdür. Bu nəhəng gücə baxmayaraq, nüvəyə neytronlar atmaqla onu parçalamaq mümkündür. Bunu etdikdə çoxlu enerji ayrılacaq. Atomlar parçalandıqda, onların hissəcikləri yaxınlıqdakı atomlara çırpılır, onları parçalayır və onlar da öz növbəsində, növbəti, sonrakı, sonrakı. Sözdə var zəncirvari reaksiya.

Böyük atomlara malik element olan uran parçalanma prosesi üçün idealdır, çünki onun nüvəsinin hissəciklərini birləşdirən qüvvə digər elementlərlə müqayisədə nisbətən zəifdir. Nüvə reaktorları adlanan xüsusi bir izotopdan istifadə edir Atqaçdı -235 . Uran-235 təbiətdə nadirdir, tərkibində uran mədənlərinin filizi yalnız təxminən 0,7% U-235 ehtiva edir. Buna görə də reaktorlar istifadə edirlər zənginləşdirilmişdirAtqaçmaq Uran-235-in qazın diffuziya prosesi ilə təcrid edilməsi və konsentrasiyası nəticəsində yaranır.

İkinci Dünya Müharibəsi zamanı Yaponiyanın Xirosima və Naqasaki şəhərlərinə atılanlara bənzər atom bombasında zəncirvari reaksiya prosesi yaradıla bilər. Lakin nüvə reaktorunda zəncirvari reaksiya neytronların bir hissəsini udan kadmium, hafnium və ya bor kimi materiallardan hazırlanmış nəzarət çubuqlarının daxil edilməsi ilə idarə olunur. Bu hələ də parçalanma prosesinə suyu təxminən 270 dərəcə Selsiyə qədər qızdırmaq və onu elektrik stansiyasının turbinlərini çevirmək və elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə olunan buxara çevirmək üçün kifayət qədər enerji buraxmağa imkan verir. Prinsipcə, bu halda, idarə olunan nüvə bombası kömür yerinə işləyir, elektrik yaradır, ancaq suyun qaynadılması üçün enerji karbonun yanması əvəzinə atomların parçalanmasından gəlir.

Nüvə reaktorunun komponentləri

Nüvə reaktorlarının bir neçə fərqli növü var, lakin onların hamısında bir neçə var Ümumi xüsusiyyətlər. Onların hamısının radioaktiv ehtiyatı var yanacaq qranulları- adətən uran oksidi, yanacaq çubuqları yaratmaq üçün borularda düzülür əsasereaktor.

Reaktorda daha əvvəl qeyd olunanlar da var menecerləreçubuqvə— reaksiyanı idarə etmək və ya dayandırmaq üçün daxil edilən kadmium, hafnium və ya bor kimi neytron uducu materialdan.

Reaktorda da var moderator, neytronları yavaşlatan və parçalanma prosesini idarə etməyə kömək edən bir maddə. ABŞ-dakı reaktorların əksəriyyəti adi sudan istifadə edir, lakin digər ölkələrin reaktorları bəzən qrafitdən və ya ağırHeyrət! Vaysularsaat, burada hidrogenin bir proton və bir neytronlu hidrogen izotopu olan deyterium ilə əvəz edilməsi. Sistemin digər vacib hissəsidir soyutmavə mənmayeb, adətən adi su, turbinin fırlanması üçün buxar yaratmaq üçün reaktordan istiliyi udan və ötürən və uranın əriyəcəyi temperatura (təxminən 3815 dərəcə Selsi) çatmamaq üçün reaktor sahəsini soyudan.

Nəhayət, reaktor qapalıdır qabıqsaat, radioaktiv qazları və mayeləri heç kimə zərər verə bilməyəcəyi yerdə saxlayan polad və betondan, adətən bir neçə metr qalınlığında iri, ağır konstruksiya.

bir sıra var müxtəlif dizaynlar istifadə edilən reaktorlar, lakin ən çox görülənlərindən biridir təzyiqli su reaktoru (VVER). Belə bir reaktorda su nüvə ilə təmasda olmağa məcbur edilir və sonra buxara çevrilə bilməyəcək qədər təzyiq altında orada qalır. Daha sonra buxar generatorunda olan bu su təzyiqsiz verilən su ilə təmasda olur və bu, turbinləri döndərən buxara çevrilir. Dizaynı da var reaktor yüksək güc kanal növü (RBMK) bir su dövrəsi ilə və sürətli neytron reaktoru iki natrium və bir su dövrəsi ilə.

Nüvə reaktoru nə qədər təhlükəsizdir?

Bu sualın cavabı kifayət qədər çətindir və bu, kimdən soruşduğunuzdan və “təhlükəsiz” dedikdə nəyi nəzərdə tutmağınızdan asılıdır. Reaktorlarda yaranan radiasiya və ya radioaktiv tullantılardan narahatsınız? Yoxsa fəlakətli qəza ehtimalından daha çox narahatsınız? Nüvə enerjisinin faydaları üçün hansı risk dərəcəsini məqbul mübadilə hesab edirsiniz? Bəs siz hökumətə və nüvə enerjisinə nə dərəcədə güvənirsiniz?

"Radiasiya" əsaslı arqumentdir, əsasən ona görə ki, hamımız bilirik ki, nüvə bombası partlaması kimi böyük dozalarda radiasiya minlərlə insanı öldürə bilər.

Nüvə enerjisinin tərəfdarları isə qeyd edirlər ki, biz hamımız müntəzəm olaraq müxtəlif mənbələrdən, o cümlədən kosmik şüalardan və Yerdən yayılan təbii radiasiyadan radiasiyaya məruz qalırıq. Orta illik radiasiya dozası təxminən 6,2 millizievert (mSv) təşkil edir ki, bunun yarısı təbii mənbələrdən, yarısı isə süni mənbələr döş qəfəsinin rentgen şüalarından, tüstü detektorlarından və işıqlı saat üzlərindən tutmuş. Nüvə reaktorlarından nə qədər radiasiya alırıq? Tipik illik məruz qalmamızın yalnız kiçik bir hissəsi, 0,0001 mSv.

Bütün nüvə stansiyaları qaçılmaz olaraq kiçik miqdarda radiasiya sızdırsa da, tənzimləyici komissiyalar nüvə stansiyalarının operatorlarını ciddi qaydalar altında saxlayırlar. Onlar zavodun ətrafında yaşayan insanları ildə 1 mSv-dən çox radiasiyaya məruz qoya bilməzlər və zavodun işçiləri ildə 50 mSv radiasiyaya malikdirlər. Bu, çox görünə bilər, lakin Nüvə Tənzimləmə Komissiyasına görə, 100 mSv-dən aşağı olan illik radiasiya dozalarının insanlar üçün hər hansı sağlamlıq riski yaratdığına dair heç bir tibbi sübut yoxdur.

Ancaq qeyd etmək lazımdır ki, radiasiya risklərinin bu qədər rahat qiymətləndirilməsi ilə hamı razılaşmır. Məsələn, “Sosial Məsuliyyət Uğrunda Həkimlər” uzun müddət nüvə sənayesinin tənqidçisi kimi Almaniyanın atom elektrik stansiyalarının ətrafında yaşayan uşaqları tədqiq edib. Tədqiqat göstərdi ki, stansiyalardan 5 km məsafədə yaşayan insanların leykemiyaya yoluxma riski AES-dən uzaqda yaşayanlarla müqayisədə iki dəfə çoxdur.

nüvə tullantıları reaktoru

Nüvə enerjisi onun tərəfdarları tərəfindən "təmiz" enerji kimi təqdim olunur, çünki reaktor kömürlə işləyən elektrik stansiyaları ilə müqayisədə atmosferə çox miqdarda istixana qazları buraxmır. Lakin tənqidçilər başqa bir ekoloji problemə diqqət çəkirlər: nüvə tullantılarının utilizasiyası. Reaktorlardan çıxan yanacaq tullantılarının bir hissəsi hələ də radioaktivlik buraxır. Saxlanılması lazım olan digər lazımsız şeylərdir radioaktiv tullantılar yüksək səviyyə , işlənmiş yanacağın emalı zamanı maye qalıqları, içərisində uranın bir hissəsi qaldı. Hal-hazırda, bu tullantıların çoxu yerli olaraq nüvə elektrik stansiyalarında su gölməçələrində saxlanılır ki, bu da istifadə olunan yanacağın hasil etdiyi istiliyin bir hissəsini udur və işçiləri radiasiya məruz qalmasından qoruyur.

İstifadə olunmuş nüvə yanacağı ilə bağlı problemlərdən biri onun parçalanma zamanı dəyişdirilməsidir.Böyük uran atomları çatladıqda, onlar əlavə məhsullar - Sezium-137 və Stronsium-90 kimi bir neçə yüngül elementin radioaktiv izotoplarını yaradırlar. parçalanma məhsulları. Onlar isti və yüksək radioaktivdirlər, lakin nəticədə, 30 il ərzində daha az təhlükəli formalara çevrilirlər. Bu dövr adlanır Pdövrohmyarı həyat. Digər radioaktiv elementlər üçün yarımparçalanma müddəti fərqli olacaq. Bundan əlavə, bəzi uran atomları da neytronları tutur və plutonium kimi daha ağır elementlər əmələ gətirir. Bu transuran elementləri parçalanma məhsulları kimi çox istilik və ya nüfuz edən radiasiya yaratmır, lakin onların çürüməsi daha uzun çəkir. Məsələn, Plutonium-239-un yarı ömrü 24.000 ildir.

Bunlar radioaktivegedişs yüksək səviyyə reaktorlardan insanlar və digər həyat formaları üçün təhlükəlidir, çünki onlar nəhəng, öldürücü doza hətta qısa bir məruz qalma nəticəsində də radiasiya. Məsələn, reaktordan yanacaq götürdükdən on il sonra onlar saatda bir insanı öldürmək üçün lazım olandan 200 dəfə çox radioaktivlik buraxırlar. Və əgər tullantılar içəri girərsə yeraltı sular və ya çaylarda qida zəncirinə daxil ola və çoxlu sayda insanı təhlükə altına sala bilər.

Tullantılar çox təhlükəli olduğu üçün bir çox insan çətin vəziyyətdədir. Yaxınlıqdakı nüvə stansiyalarında 60.000 ton tullantı var böyük şəhərlər. Lakin tullantıları saxlamaq üçün təhlükəsiz yer tapmaq çox çətindir.

Nüvə reaktoru ilə nə səhv ola bilər?

Hökumət tənzimləyiciləri öz təcrübələrinə nəzər salaraq, mühəndislər optimal təhlükəsizlik üçün reaktorların layihələndirilməsinə illər ərzində çox vaxt sərf ediblər. Sadəcə olaraq, onlar pozulmur, düzgün işləmir və işlər plana uyğun getmirsə, ehtiyat nüsxələri var. Nəticədə, ildən-ilə nüvə stansiyaları, məsələn, dünyada ildə 500-dən 1100-ə qədər insanın ölümünə səbəb olan hava səyahətləri ilə müqayisədə kifayət qədər təhlükəsiz görünür.

Buna baxmayaraq, nüvə reaktorları böyük qəzaları üstələyir. Reaktor qəzalarını 1-dən 7-yə kimi qiymətləndirən Beynəlxalq Nüvə Hadisələri Şkalasında, 1957-ci ildən bəri 5-dən 7-yə kimi qiymətləndirilən beş qəza baş verib.

Ən pis kabus, yanacağın həddindən artıq istiləşməsinə səbəb olan soyutma sisteminin pozulmasıdır. Yanacaq maye halına gəlir və sonra radioaktiv radiasiya yayaraq mühafizə altından yanır. 1979-cu ildə Three Mile Island nüvə elektrik stansiyasında (ABŞ) 2-ci blok bu ssenarinin astanasında idi. Xoşbəxtlikdən, yaxşı dizayn edilmiş qoruyucu sistem radiasiyanın qaçmasını dayandırmaq üçün kifayət qədər güclü idi.

SSRİ daha az şanslı idi. 1986-cı ilin aprelində Çernobıl Atom Elektrik Stansiyasının 4-cü enerji blokunda ağır nüvə qəzası baş verdi. Buna sistem nasazlıqları, dizayn qüsurları və zəif təlim keçmiş kadrların birləşməsi səbəb oldu. Müntəzəm sınaq zamanı reaksiya qəfil artdı və idarəetmə çubuqları sıxışaraq təcili söndürmənin qarşısını aldı. Buxarın qəfil yığılması reaktorun qrafit moderatorunu havaya ataraq iki termal partlayışa səbəb oldu. Reaktorun yanacaq çubuqlarını soyutmaq üçün heç bir şey olmadıqda, onlar həddindən artıq istiləşməyə və tamamilə məhv etməyə başladılar, nəticədə yanacaq maye forma aldı. Stansiyanın bir çox işçisi və qəzanı ləğv edənlər həlak olub. Çoxlu sayda radiasiya 323,749 kvadrat kilometr əraziyə yayıldı. Radiasiyanın səbəb olduğu ölümlərin sayı hələ də bəlli deyil, lakin Ümumdünya Səhiyyə Təşkilatı bunun 9000 xərçəng ölümünə səbəb ola biləcəyini bildirir.

Nüvə reaktorlarının qurucuları buna əsaslanaraq zəmanət verirlər ehtimal qiymətləndirməsie bir hadisənin potensial zərərini onun həqiqətən baş vermə ehtimalı ilə balanslaşdırmağa çalışırlar. Lakin bəzi tənqidçilər bunun əvəzinə nadir, ən gözlənilməz, lakin çox təhlükəli hadisələrə hazırlaşmalı olduqlarını deyirlər. Bunun bariz nümunəsi 2011-ci ilin martında Yaponiyada Fukusima 1 AES-də baş vermiş qəzadır. Bildirilir ki, stansiya böyük bir zəlzələyə tab gətirmək üçün nəzərdə tutulub, lakin 5,4 metrlik dalğaya tab gətirmək üçün nəzərdə tutulmuş dayaqlar üzərində 14 metrlik sunami dalğasına səbəb olan 9,0 zəlzələ qədər fəlakətli deyil. Sunaminin hücumu elektrik kəsilməsi zamanı altı nüvə stansiyasının reaktorunun soyutma sistemini gücləndirmək üçün nəzərdə tutulmuş ehtiyat dizel generatorlarını sıradan çıxarıb.Beləliklə, Fukusima reaktorlarının idarəetmə çubuqları parçalanma reaksiyasını dayandırdıqdan sonra belə, hələ də isti yanacaq məhv edilmiş reaktorların içərisindəki temperaturu saxlamağa imkan verdi.

Yaponiya rəsmiləri son çarəyə əl atdılar - reaktorları böyük miqdarda dəniz suyu ilə doldurmaq. Bor turşusu, bir fəlakətin qarşısını ala bildi, lakin reaktor avadanlığını məhv etdi. Nəhayət, yanğınsöndürən maşınların və barjaların köməyi ilə yaponlar pompalaya bildilər şirin su reaktorlara. Lakin o vaxta qədər monitorinqlər ətrafdakı quruda və suda radiasiyanın həyəcan verici səviyyələrini artıq göstərmişdi. Bu AES-dən 40 km aralıda yerləşən kəndlərdən birində radioaktiv element Sezium-137 Çernobıl fəlakətindən sonra daha yüksək səviyyədə olduğu ortaya çıxdı və bu, bu zonada insanların məskunlaşması ehtimalına şübhələr yaratdı.

Adi bir insan üçün müasir yüksək texnologiyalı qurğular o qədər sirli və sirlidir ki, qədimlərin ildırıma sitayiş etdiyi kimi onlara sitayiş etmək düzgündür. Riyazi hesablamalarla dolu məktəb fizika dərsləri problemi həll etmir. Ancaq işləmə prinsipi hətta yeniyetmə üçün də aydın olan nüvə reaktoru haqqında danışmaq maraqlıdır.

Nüvə reaktoru necə işləyir?

Bu yüksək texnologiyalı cihazın iş prinsipi aşağıdakı kimidir:

1. Bir neytron udulduqda, nüvə yanacağı (ən çox vaxt bu uran-235 və ya plutonium-239) atom nüvəsinin bölünməsi baş verir;
2. Kinetik enerji, qamma şüalanma və sərbəst neytronlar buraxılır;
3. Kinetik enerji istilik enerjisinə çevrilir (nüvələr ətrafdakı atomlarla toqquşduqda), qamma şüalanma reaktorun özü tərəfindən udulur və həm də istiliyə çevrilir;
4. Yaranan neytronların bir hissəsi yanacaq atomları tərəfindən udulur, bu da zəncirvari reaksiyaya səbəb olur. Onu idarə etmək üçün neytron absorberlər və moderatorlar istifadə olunur;
5. Bir soyuducu (su, qaz və ya maye natrium) köməyi ilə istilik reaksiya yerindən çıxarılır;
6. Qızdırılmış sudan təzyiqli buxar buxar turbinlərini idarə etmək üçün istifadə olunur;
7. Generator ilə mexaniki enerji turbinin fırlanması alternativ elektrik cərəyanına çevrilir.

Təsnifatlara yanaşmalar

Reaktorların tipologiyasının bir çox səbəbi ola bilər:

• Nüvə reaksiyasının növünə görə. Parçalanma (bütün kommersiya qurğuları) və ya füzyon (termonüvə enerjisi, yalnız bəzi tədqiqat institutlarında geniş yayılmışdır);
• Soyuducu ilə. Əksər hallarda bu məqsədlə su (qaynar və ya ağır) istifadə olunur. Bəzən alternativ həllər istifadə olunur: maye metal (natrium, qurğuşun-vismut ərintisi, civə), qaz (helium, karbon qazı və ya azot), ərimiş duz (ftorid duzları);
• Nəsil tərəfindən. Birincisi, heç bir kommersiya mənası olmayan ilkin prototiplərdir. İkincisi, 1996-cı ildən əvvəl tikilmiş hazırda istifadə olunan atom elektrik stansiyalarının əksəriyyətidir. Üçüncü nəsil əvvəlkindən yalnız kiçik təkmilləşdirmələrlə fərqlənir. Dördüncü nəsil üzərində iş hələ də davam edir;
• Ümumi vəziyyətə görə yanacaq (qaz hələ də yalnız kağız üzərində mövcuddur);
• İstifadə məqsədi ilə(elektrik enerjisinin istehsalı, mühərrikin işə salınması, hidrogen istehsalı, duzsuzlaşdırma, elementlərin dəyişdirilməsi, sinir şüalarının alınması, nəzəri və tədqiqat məqsədləri üçün).

Nüvə reaktoru cihazı

Əksər elektrik stansiyalarında reaktorların əsas komponentləri bunlardır:

1. Nüvə yanacağı - enerji turbinləri üçün istilik istehsalı üçün zəruri olan maddə (adətən aşağı zənginləşdirilmiş uran);
2. Nüvə reaktorunun aktiv zonası - burada nüvə reaksiyası baş verir;
3. Neytron moderatoru - sürətli neytronların sürətini azaldır, onları termal neytronlara çevirir;
4. Başlanğıc neytron mənbəyi - nüvə reaksiyasının etibarlı və sabit başlanması üçün istifadə olunur;
5. Neytron absorber - təzə yanacağın yüksək reaktivliyini azaltmaq üçün bəzi elektrik stansiyalarında mövcuddur;
6. Neytron haubitsa - söndürüldükdən sonra reaksiyanı yenidən başlatmaq üçün istifadə olunur;
7. soyuducu (təmizlənmiş su);
8. Nəzarət çubuqları - uran və ya plutonium nüvələrinin parçalanma sürətinə nəzarət etmək üçün;
9. Su nasosu - suyu buxar qazanına vurur;
10. Buxar turbin - buxarın istilik enerjisini fırlanma mexaniki enerjiyə çevirir;
11. Soyutma qülləsi - artıq istiliyi atmosferə atmaq üçün cihaz;
12. radioaktiv tullantıların qəbulu və saxlanması sistemi;
13. Təhlükəsizlik sistemləri (fövqəladə dizel generatorları, fövqəladə nüvə soyutma cihazları).

Ən son modellər necə işləyir

Ən son 4-cü nəsil reaktorlar kommersiya fəaliyyəti üçün hazır olacaq 2030-dan gec olmayaraq. Hazırda onların iş prinsipi və təşkili işlənmə mərhələsindədir. Mövcud məlumatlara görə, bu modifikasiyalar mövcud modellərdən belə fərqlənəcək faydalar:

• Sürətli qaz soyutma sistemi. Heliumun soyuducu kimi istifadə ediləcəyi güman edilir. görə layihə sənədləri, beləliklə, 850 °C temperaturda reaktorları soyutmaq mümkündür. Belələri ilə işləmək yüksək temperatur ah, xüsusi xammal da tələb olunacaq: kompozit keramika materialları və aktinid birləşmələri;
• Əsas soyuducu kimi qurğuşun və ya qurğuşun-vismut ərintisi istifadə etmək mümkündür. Bu materiallar aşağı neytron udma qabiliyyətinə malikdir və nisbidir aşağı temperaturərimə;
• Həmçinin, ərimiş duzların qarışığı əsas soyuducu kimi istifadə edilə bilər. Beləliklə, müasir su ilə soyudulmuş analoqlardan daha yüksək temperaturda işləmək mümkün olacaq.

Təbiətdəki təbii analoqlar

Nüvə reaktoru ictimai şüurda yalnız bir məhsul kimi qəbul edilir yüksək texnologiya. Ancaq əslində birincisi cihaz təbii mənşəlidir. Mərkəzi Afrikanın Qabon əyalətində, Oklo bölgəsində aşkar edilmişdir:

• Reaktor uran süxurlarının yeraltı suların basması nəticəsində yaranıb. Onlar neytron moderatorları kimi çıxış edirdilər;
• Uranın parçalanması zamanı ayrılan istilik enerjisi suyu buxara çevirir və zəncirvari reaksiya dayanır;
• Soğutucu suyun temperaturu düşdükdən sonra hər şey yenidən təkrarlanır;
• Əgər maye qaynayıb reaksiyanın gedişatını dayandırmasaydı, bəşəriyyət yeni təbii fəlakətlə üzləşəcəkdi;
• Özünü saxlaya bilən nüvə parçalanması bu reaktorda təxminən bir yarım milyard il əvvəl başlamışdır. Bu müddət ərzində təxminən 0,1 milyon vatt çıxış gücü ayrıldı;
• Dünyanın belə bir möcüzəsi Yer üzündə yeganə məlumdur. Yenilərinin yaranması qeyri-mümkündür: təbii xammalda uran-235-in nisbəti zəncirvari reaksiya saxlamaq üçün lazım olan səviyyədən xeyli aşağıdır.

Cənubi Koreyada neçə nüvə reaktoru var?

Təbii ehtiyatlar baxımından yoxsul, lakin sənayeləşmiş və həddindən artıq məskunlaşan Koreya Respublikasının enerjiyə ciddi ehtiyacı var. Almaniyanın dinc atomdan imtina etməsi fonunda bu ölkə nüvə texnologiyasını cilovlamaq üçün böyük ümidlər bəsləyir:

• 2035-ci ilə qədər atom elektrik stansiyalarının istehsal etdiyi elektrik enerjisinin payının 60%-ə, ümumi istehsalın isə 40 giqavatdan çox olacağı planlaşdırılır;
• Ölkədə atom silahı yoxdur, lakin nüvə fizikası sahəsində araşdırmalar davam edir. Koreyalı alimlər müasir reaktorlar üçün dizaynlar hazırlayıblar: modul, hidrogen, maye metal və s.;
• Yerli tədqiqatçıların uğurları texnologiyanı xaricə satmağa imkan verir. Yaxın 15-20 il ərzində ölkənin 80 belə vahid ixrac edəcəyi gözlənilir;
• Amma bu günə kimi atom elektrik stansiyalarının əksəriyyəti Amerika və ya Fransa alimlərinin köməyi ilə tikilib;
• Əməliyyat stansiyalarının sayı nisbətən azdır (cəmi dörd), lakin onların hər birində əhəmiyyətli sayda reaktor var - ümumilikdə 40 və bu rəqəm artacaq.

Neytronlarla bombardman edildikdə, nüvə yanacağı zəncirvari reaksiyaya girir, nəticədə çox miqdarda istilik yaranır. Sistemdəki su bu istiliyi alır və elektrik enerjisi istehsal edən turbinləri çevirən buxara çevirir. Budur sadə dövrə Yer kürəsinin ən güclü enerji mənbəyi olan nüvə reaktorunun işləməsi.

Video: nüvə reaktorları necə işləyir

Bu videoda nüvə fiziki Vladimir Çaykin sizə nüvə reaktorlarında elektrik enerjisinin necə əmələ gəldiyini, onların təfərrüatlı quruluşunu izah edəcək:

Bu gün biz nüvə fizikası dünyasına qısa bir səyahət edəcəyik. Turumuzun mövzusu olacaq nüvə reaktoru. Onun necə işlədiyini, işinin əsasında hansı fiziki prinsiplərin dayandığını və bu cihazın harada istifadə edildiyini öyrənəcəksiniz.

Nüvə enerjisinin doğulması

Dünyanın ilk nüvə reaktoru 1942-ci ildə ABŞ-da tikilib. laureatın rəhbərlik etdiyi eksperimental fiziklər qrupu Nobel mükafatı Enriko Fermi. Eyni zamanda, onlar uranın parçalanma reaksiyasını öz-özünə davam etdirdilər. Atom cini sərbəst buraxıldı.

İlk Sovet nüvə reaktoru 1946-cı ildə işə salındı. və 8 il sonra dünyanın ilk atom elektrik stansiyası Obninsk şəhərində cərəyan verdi. SSRİ-nin nüvə energetikasında işin baş elmi rəhbəri görkəmli fizik idi. İqor Vasilieviç Kurçatov.

O vaxtdan bəri nüvə reaktorlarının bir neçə nəsli dəyişdi, lakin onun dizaynının əsas elementləri dəyişməz qaldı.

Nüvə reaktorunun anatomiyası

Bu nüvə obyekti silindrik tutumu bir neçə kubsantimetrdən bir çox kubmetrə qədər olan qalın divarlı polad çəndir.

Bu silindrin içərisində müqəddəslərin müqəddəsidir - reaktor nüvəsi. Nüvə yanacağının parçalanmasının zəncirvari reaksiyası burada baş verir.

Bu prosesin necə baş verdiyini görək.

Xüsusilə ağır elementlərin nüvələri Uran-235 (U-235), kiçik bir enerji təkanının təsiri altında onlar təxminən bərabər kütləli 2 parçaya parçalana bilirlər. Bu prosesin törədicisi neytrondur.

Fraqmentlər ən çox barium və kripton nüvələridir. Onların hər biri daşıyır müsbət yük, buna görə də Coulomb itələmə qüvvələri onları səpələməyə məcbur edir müxtəlif tərəflər işıq sürətinin təxminən 1/30-da. Bu fraqmentlər böyük kinetik enerjinin daşıyıcılarıdır.

üçün praktik istifadə enerji, onun sərbəst buraxılmasının özünü təmin etməsi lazımdır. zəncirvari reaksiya, Söz mövzusu daha maraqlıdır, çünki hər bir parçalanma hadisəsi yeni neytronların emissiyası ilə müşayiət olunur. Bir ilkin neytron üçün orta hesabla 2-3 yeni neytron yaranır. Parçalana bilən uran nüvələrinin sayı uçqun kimi artır, böyük enerjinin sərbəst buraxılmasına səbəb olur. Bu proses idarə olunmasa, olacaq nüvə partlayışı. -də baş verir.

Neytronların sayını idarə etmək üçün sistemə neytronları udan materiallar daxil edilir, enerjinin hamar bir şəkildə sərbəst buraxılmasını təmin edir. Kadmium və ya bor neytron uducuları kimi istifadə olunur.

Parçaların böyük kinetik enerjisini necə cilovlamaq və istifadə etmək olar? Bu məqsədlər üçün bir soyuducu istifadə olunur, yəni. fraqmentlərin yavaşladığı və son dərəcə yüksək temperaturlara qədər qızdırıldığı xüsusi bir mühit. Belə bir mühit adi və ya ağır su, maye metallar (natrium), həmçinin bəzi qazlar ola bilər. Soğutucu suyun buxar vəziyyətinə keçməsinə səbəb olmamaq üçün, əsasda dəstəklənir yüksək təzyiq(160 atm-ə qədər). Bu səbəbdən reaktorun divarları xüsusi dərəcəli on santimetrlik poladdan hazırlanır.

Neytronlar nüvə yanacağından uçarsa, zəncirvari reaksiya kəsilə bilər. Buna görə də, parçalanan materialın kritik kütləsi var, yəni. zəncirvari reaksiyanın davam edəcəyi minimum kütləsi. Bu, müxtəlif parametrlərdən, o cümlədən reaktorun nüvəsini əhatə edən reflektorun mövcudluğundan asılıdır. Neytronların ətraf mühitə sızmasının qarşısını almağa xidmət edir. Bunun üçün ən çox yayılmış material struktur elementi qrafitdir.

Reaktorda baş verən proseslər onun buraxılması ilə müşayiət olunur təhlükəli növ radiasiya - qamma şüalanması. Bu təhlükəni minimuma endirmək üçün radiasiyaya qarşı qoruma təmin edir.

Nüvə reaktoru necə işləyir

Yanacaq elementləri adlanan nüvə yanacağı reaktorun nüvəsinə yerləşdirilir. Onlar parçalanan materialdan hazırlanmış və təxminən 3,5 m uzunluğunda və 10 mm diametrdə nazik borulara qablaşdırılan tabletlərdir.

Nüvəyə eyni tipli yüzlərlə yanacaq qurğusu yerləşdirilir və onlar zəncirvari reaksiya zamanı buraxılan istilik enerjisi mənbəyinə çevrilirlər. Yanacaq çubuqlarını yuyan soyuducu reaktorun ilk dövrəsini təşkil edir.

qızdırılıb yüksək parametrlər, o, nasosla buxar generatoruna vurulur, burada öz enerjisini ikincil dövrənin suyuna ötürür, onu buxara çevirir. Yaranan buxar turbin generatorunu fırladır. Bu qurğunun istehsal etdiyi elektrik enerjisi istehlakçıya ötürülür. Və soyuducu gölməçədən su ilə soyudulmuş işlənmiş buxar kondensat şəklində buxar generatoruna qaytarılır. Dövr bağlanır.

Bu cür ikiqat dövrə nüvə qurğusunun istismarı nüvədə baş verən prosesləri müşayiət edən radiasiyanın onun hüdudlarından kənara daxil olmasını istisna edir.

Beləliklə, reaktorda enerji çevrilmələri zənciri baş verir: parçalanan materialın nüvə enerjisi → parçaların kinetik enerjisinə → soyuducunun istilik enerjisinə → turbinin kinetik enerjisinə → və generatorda elektrik enerjisinə.

Qaçılmaz enerji itkisi buna gətirib çıxarır Atom elektrik stansiyalarının səmərəliliyi nisbətən aşağı, 33-34% təşkil edir.

Atom elektrik stansiyalarında elektrik enerjisi istehsal etməklə yanaşı, nüvə reaktorları müxtəlif radioaktiv izotopların alınmasında, sənayenin bir çox sahələrində tədqiqatların aparılmasında və sənaye reaktorlarının icazə verilən parametrlərinin öyrənilməsində istifadə olunur. Nəqliyyat vasitələrinin mühərriklərini enerji ilə təmin edən nəqliyyat reaktorları getdikcə geniş yayılır.

Nüvə reaktorlarının növləri

Tipik olaraq, nüvə reaktorları U-235 uran üzərində işləyir. Bununla belə, onun məzmunu təbii material son dərəcə kiçik, yalnız 0,7%. Təbii uranın əsas kütləsi U-238 izotopudur. U-235-də zəncirvari reaksiya yalnız yavaş neytronlar tərəfindən baş verə bilər və U-238 izotopu yalnız sürətli neytronlar tərəfindən parçalanır. Nüvə parçalanması nəticəsində həm yavaş, həm də sürətli neytronlar yaranır. Soyuducuda (suda) yavaşlama yaşayan sürətli neytronlar yavaş olur. Amma təbii uranda U-235 izotopunun miqdarı o qədər azdır ki, onun zənginləşdirilməsinə əl atmaq, konsentrasiyasını 3-5%-ə çatdırmaq lazımdır. Bu proses çox bahalı və iqtisadi cəhətdən əlverişsizdir. Bundan əlavə, tükənmə vaxtı təbii sərvətlər bu izotopun yalnız 100-120 yaşında olduğu təxmin edilir.

Buna görə də nüvə sənayesində sürətli neytronlarda işləyən reaktorlara tədricən keçid var.

Onların əsas fərqi ondan ibarətdir ki, soyuducu kimi maye metallar neytronları ləngitməyən, nüvə yanacağı kimi isə U-238 istifadə olunur. Bu izotopun nüvələri U-235 kimi zəncirvari reaksiyaya məruz qalan Plutonium-239-a nüvə çevrilmə zəncirindən keçir. Yəni nüvə yanacağının reproduksiyası və onun istehlakından artıq miqdarda var.

Ekspertlərin fikrincə Uran-238 izotop ehtiyatları 3000 il davam etməlidir. Bu müddət bəşəriyyətin digər texnologiyaların inkişafı üçün kifayət qədər vaxta sahib olması üçün kifayətdir.

Nüvə enerjisindən istifadə problemləri

Eləcə də aşkar faydalar nüvə enerjisi, nüvə obyektlərinin istismarı ilə bağlı problemlərin miqyasını qiymətləndirmək olmaz.

Bunlardan birincisi radioaktiv tullantıların və sökülən avadanlıqların utilizasiyası atom Enerjisi. Bu elementlər uzun müddət davam edən aktiv radiasiya fonuna malikdir. Bu tullantıların atılması üçün xüsusi qurğuşun qablarından istifadə olunur. Həmin ərazilərdə dəfn edilmələri nəzərdə tutulur permafrost 600 metrə qədər dərinliklərdə. Buna görə də, utilizasiya problemini həll etməli və planetimizin ekologiyasını qorumağa kömək etməli olan radioaktiv tullantıların emalı yolunun tapılması üçün daim iş aparılır.

İkinci əsas problem budur AES-in istismarı zamanı təhlükəsizliyin təmin edilməsi.Çernobıl kimi böyük qəzalar bir çox insanın həyatını itirə və geniş əraziləri istifadədən çıxara bilər.

qəza Yaponiya nüvə elektrik stansiyası Fukusima-1 yalnız nüvə obyektlərində fövqəladə vəziyyət yarandıqda özünü göstərə biləcək potensial təhlükəni təsdiqləyib.

Halbuki nüvə enerjisinin imkanları o qədər böyükdür ki ekoloji problemlər arxa plana keçir.

Bu gün bəşəriyyətin daim artan enerji aclığını təmin etmək üçün başqa yolu yoxdur. Gələcəyin nüvə energetikasının əsasını çox güman ki, nüvə yanacağının yetişdirilməsi funksiyasına malik “sürətli” reaktorlar təşkil edəcək.

Bu mesaj sizin üçün faydalı olsaydı, sizi görməyə şad olardım