Nüvə energetikası müasir və sürətlə inkişaf edən elektrik enerjisi istehsalı üsuludur. Atom elektrik stansiyalarının necə qurulduğunu bilirsinizmi? Atom elektrik stansiyasının iş prinsipi nədir? Bu gün hansı növ nüvə reaktorları mövcuddur? Nüvə elektrik stansiyasının istismar sxemini ətraflı nəzərdən keçirməyə, nüvə reaktorunun dizaynını araşdırmağa və elektrik enerjisi istehsalının atom üsulunun nə qədər təhlükəsiz olduğunu öyrənməyə çalışacağıq.
İstənilən stansiya yaşayış məntəqəsindən uzaqda qapalı ərazidir. Onun ərazisində bir neçə bina var. Ən mühüm bina reaktor binasıdır, onun yanında reaktorun idarə olunduğu turbin zalı və təhlükəsizlik binası yerləşir.
Nüvə reaktoru olmadan sxem mümkün deyil. Atom (nüvə) reaktoru, bu prosesdə enerjinin məcburi buraxılması ilə neytron parçalanmasının zəncirvari reaksiyasını təşkil etmək üçün nəzərdə tutulmuş bir nüvə elektrik stansiyasının cihazıdır. Bəs atom elektrik stansiyasının işləmə prinsipi nədir?
Bütün reaktor zavodu reaktor binasında, reaktoru gizlədən və qəza baş verərsə, nüvə reaksiyasının bütün məhsullarını ehtiva edən böyük bir beton qüllədə yerləşdirilir. Bu böyük qüllə mühafizə, hermetik qabıq və ya saxlama adlanır.
Yeni reaktorlarda saxlama zonasında 2 qalın beton divar var - mərmi.
80 sm qalınlığında olan xarici qabıq saxlama sahəsini xarici təsirlərdən qoruyur.
Qalınlığı 1 metr 20 sm olan daxili qabıq xüsusidir polad kabellər, bu, betonun gücünü demək olar ki, üç dəfə artırır və strukturun çökməsinə imkan verməyəcəkdir. ilə içəri nazik təbəqə ilə örtülmüşdür xüsusi polad xidmət etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur əlavə qorunma saxlama və qəza baş verdikdə, reaktorun içindəkiləri mühafizə zonasından kənara buraxmayın.
Atom elektrik stansiyasının belə cihazı 200 tona qədər çəkisi olan bir təyyarənin düşməsinə, 8 bal gücündə zəlzələyə, tornadoya və sunamiyə tab gətirə bilər.
İlk təzyiqli korpus 1968-ci ildə Amerikanın Konnektikut Yanki atom elektrik stansiyasında tikilmişdir.
Saxlanılan ərazinin ümumi hündürlüyü 50-60 metrdir.
Nüvə reaktoru nədən hazırlanır?
Nüvə reaktorunun iş prinsipini və deməli, atom elektrik stansiyasının iş prinsipini başa düşmək üçün reaktorun komponentlərini başa düşmək lazımdır. 
- aktiv zona. Bu, nüvə yanacağının (istilik buraxan) və moderatorun yerləşdirildiyi sahədir. Yanacağın atomları (ən çox yanacaq urandır) parçalanma zəncirvari reaksiyasını həyata keçirir. Moderator parçalanma prosesini idarə etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur və sürət və güc baxımından tələb olunan reaksiyanı həyata keçirməyə imkan verir.
- Neytron reflektoru. Reflektor aktiv zonanı əhatə edir. Moderatorla eyni materialdan ibarətdir. Əslində bu bir qutudur, onun əsas məqsədi neytronların nüvədən çıxıb ətraf mühitə düşməsinin qarşısını almaqdır.
- Soyuducu. Soyuducu yanacaq atomlarının parçalanması zamanı ayrılan istiliyi udmalı və digər maddələrə ötürməlidir. Soyuducu əsasən atom elektrik stansiyasının necə qurulduğunu müəyyənləşdirir. Bu gün ən məşhur soyuducu sudur.
Reaktor idarəetmə sistemi. Atom elektrik stansiyasının reaktorunu işə salan sensorlar və mexanizmlər.
Atom elektrik stansiyaları üçün yanacaq
Atom elektrik stansiyası nə edir? Atom elektrik stansiyaları üçün yanacaq kimyəvi elementlər radioaktiv xüsusiyyətlərə malikdir. Bütün atom elektrik stansiyalarında uran belə bir elementdir.
Stansiyaların dizaynı nüvə elektrik stansiyalarının təmiz kimyəvi elementlə deyil, mürəkkəb kompozit yanacaqla işləməsini nəzərdə tutur. Və nüvə reaktoruna yüklənən təbii urandan uran yanacağını çıxarmaq üçün çoxlu manipulyasiyalar aparmaq lazımdır.
Zənginləşdirilmiş uran
Uran iki izotopdan ibarətdir, yəni nüvələri ehtiva edir fərqli çəki. Onlara proton və neytronların sayına görə izotop -235 və izotop-238 ad verilmişdir. 20-ci əsrin tədqiqatçıları filizdən uran 235 çıxarmağa başladılar, çünki. parçalamaq və dəyişdirmək daha asan idi. Məlum oldu ki, təbiətdə belə uranın cəmi 0,7%-i var (qalan faizlər 238-ci izotopa gedib). 
Bu halda nə etməli? Onlar uranı zənginləşdirmək qərarına gəliblər. Uranın zənginləşdirilməsi çoxlu zəruri 235x izotopun və bir neçə lazımsız 238x izotopunun qaldığı bir prosesdir. Uran zənginləşdirənlərin vəzifəsi 0,7%-dən demək olar ki, 100% uran-235 etməkdir.
Uran iki texnologiyadan - qaz diffuziyasından və ya qaz sentrifuqasından istifadə etməklə zənginləşdirilə bilər. Onların istifadəsi üçün filizdən çıxarılan uran qaz halına çevrilir. Qaz halında zənginləşir.
uran tozu
Zənginləşdirilmiş uran qazı bərk vəziyyətə - uran dioksidinə çevrilir. Bu saf bərk uran 235, sonradan uran tozuna çevrilən böyük ağ kristallara bənzəyir.
Uran tabletləri
Uran tabletləri sərtdir metal yuyucular, bir neçə santimetr uzunluğunda. Bu cür tabletləri uran tozundan formalaşdırmaq üçün bir maddə - plastifikator ilə qarışdırılır, tabletlərin preslənməsinin keyfiyyətini yaxşılaşdırır.
Tabletlərə xüsusi güc və yüksək temperaturlara davamlılıq vermək üçün preslənmiş yuyucular bir gündən çox 1200 dərəcə Selsi temperaturunda bişirilir. Atom elektrik stansiyasının işləmə üsulu birbaşa uran yanacağının nə qədər yaxşı sıxılmış və bişmiş olmasından asılıdır. 
Tabletlər molibden qutularında bişirilir, çünki. yalnız bu metal bir yarım min dərəcədən yuxarı "cəhənnəm" temperaturda əriməməyə qadirdir. Bundan sonra atom elektrik stansiyaları üçün uran yanacağı hazır hesab edilir.
TVEL və TVS nədir?
Reaktorun nüvəsi insan bədənindən 5 dəfə böyük olan divarlarında (reaktorun növündən asılı olaraq) dəlikləri olan nəhəng disk və ya boruya bənzəyir. Bu dəliklərdə atomları istənilən reaksiyanı həyata keçirən uran yanacağı var.
Bütün stansiyanın partlamasını və yaxınlıqdakı bir neçə ştat üçün fəsadlar törətmək istəmirsinizsə, sadəcə olaraq reaktora yanacaq atmaq mümkün deyil. Buna görə uran yanacağı yanacaq çubuqlarına yerləşdirilir, sonra isə yanacaq birləşmələrində toplanır. Bu abbreviaturalar nə deməkdir?
- TVEL - yanacaq elementi (eyni adla qarışdırılmamalıdır rus şirkəti onları istehsal edən). Əslində, bu, sirkonium ərintilərindən hazırlanmış nazik və uzun bir sirkonium borusudur, içərisinə uran qranulları yerləşdirilir. Məhz yanacaq çubuqlarında uran atomları reaksiya zamanı istilik buraxaraq bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmağa başlayır.
Yanacaq çubuqlarının istehsalı üçün material kimi odadavamlılığına və korroziyaya qarşı xüsusiyyətlərinə görə sirkonium seçilmişdir.
Yanacaq elementlərinin növü reaktorun növü və quruluşundan asılıdır. Bir qayda olaraq, yanacaq çubuqlarının quruluşu və məqsədi dəyişmir, borunun uzunluğu və eni fərqli ola bilər. 
Maşın bir sirkonium borusuna 200-dən çox uran qranulları yükləyir. Ümumilikdə, reaktorda eyni vaxtda təxminən 10 milyon uran qranulları işləyir.
FA - yanacaq yığılması. AES işçiləri yanacaq yığımlarını paketlər adlandırırlar.
Əslində bunlar bir-birinə bərkidilmiş bir neçə TVELdir. Yanacaq qurğuları nüvə stansiyasının işlədiyi hazır nüvə yanacağıdır. Nüvə reaktoruna yüklənən yanacaq birləşmələridir. Bir reaktorda təxminən 150 - 400 yanacaq qurğusu yerləşdirilir.
Yanacaq qurğusunun hansı reaktorda işləyəcəyindən asılı olaraq, onlar müxtəlif formalar. Bəzən bağlamalar kub şəklində, bəzən silindrik, bəzən altıbucaqlı bir forma bükülür.
4 illik istismar üçün bir yanacaq yığımı 670 kömür vaqonu, 730 çən yandırarkən eyni miqdarda enerji istehsal edir. təbii qaz yaxud neftlə yüklənmiş 900 çən.
Bu gün yanacaq dəstləri əsasən Rusiya, Fransa, ABŞ və Yaponiyadakı zavodlarda istehsal olunur.
Atom elektrik stansiyaları üçün yanacağın digər ölkələrə çatdırılması üçün yanacaq birləşmələri uzun və geniş şəkildə möhürlənir metal borular, hava borulardan çıxarılır və xüsusi maşınlar vasitəsilə yük təyyarələrinin bortuna çatdırılır.
Atom elektrik stansiyaları üçün nüvə yanacağının çəkisi olduqca böyükdür, tk. uran planetdəki ən ağır metallardan biridir. Onun xüsusi çəkisi Poladdan 2,5 dəfə çoxdur.
Atom elektrik stansiyası: iş prinsipi
Atom elektrik stansiyasının iş prinsipi nədir? Atom elektrik stansiyalarının iş prinsipi radioaktiv maddənin - uranın atomlarının parçalanmasının zəncirvari reaksiyasına əsaslanır. Bu reaksiya nüvə reaktorunun nüvəsində baş verir.
BİLMƏK VACİBDİR:
Nüvə fizikasının incəliklərinə girməsəniz, atom elektrik stansiyasının iş prinsipi belə görünür:
Nüvə reaktoru işə salındıqdan sonra yanacaq çubuqlarından uducu çubuqlar çıxarılır ki, bu da uranın reaksiya verməsinin qarşısını alır.
Çubuqlar çıxarılan kimi uran neytronları bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmağa başlayır.
Neytronlar toqquşduqda atom səviyyəsində mini-partlayış baş verir, enerji ayrılır və yeni neytronlar yaranır, zəncirvari reaksiya baş verməyə başlayır. Bu proses istilik buraxır.
İstilik soyuducuya ötürülür. Soğutucunun növündən asılı olaraq, turbin fırlanan buxar və ya qaza çevrilir.
Turbin elektrik generatorunu idarə edir. Əslində, elektrik enerjisi istehsal edən odur.
Prosesə əməl etməsəniz, uran neytronları reaktor partlayana və bütün atom elektrik stansiyası partlayana qədər bir-biri ilə toqquşa bilər. Kompüter sensorları prosesi idarə edir. Onlar reaktorda temperaturun artması və ya təzyiqin dəyişməsini aşkar edir və avtomatik olaraq reaksiyaları dayandıra bilirlər.
Atom elektrik stansiyalarının iş prinsipi ilə istilik elektrik stansiyalarının (İES) fərqi nədir?
İşdəki fərqlər yalnız ilk mərhələdədir. Atom elektrik stansiyalarında soyuducu uran yanacağının atomlarının parçalanmasından istilik alır, istilik elektrik stansiyalarında soyuducu üzvi yanacağın (kömür, qaz və ya neft) yanmasından istilik alır. Ya uran atomları, ya da kömürlə qaz istilik buraxdıqdan sonra AES və İES-lərin iş sxemləri eynidir.
Nüvə reaktorlarının növləri
Atom elektrik stansiyasının necə işləməsi onun nüvə reaktorunun necə işləməsindən asılıdır. Bu gün neyronların spektrinə görə təsnif edilən iki əsas reaktor növü var:
Yavaş neytron reaktoru, həmçinin istilik reaktoru adlanır.
Onun istismarı üçün zənginləşdirmə, uran tabletlərinin yaradılması və s. mərhələlərdən keçən 235 uran istifadə olunur. Bu gün yavaş neytron reaktorları böyük əksəriyyətindədir.
Sürətli neytron reaktoru.
Bu reaktorlar gələcəkdir, çünki onlar təbiətdə bir qəpik olan uran-238 üzərində işləyirlər və bu elementi zənginləşdirmək lazım deyil. Belə reaktorların dezavantajı yalnız çox böyükdür yüksək xərclər dizayn, tikinti və işə salınması üçün. Bu gün sürətli neytron reaktorları yalnız Rusiyada işləyir.
Sürətli neytron reaktorlarında soyuducu civə, qaz, natrium və ya qurğuşundur. 
Bu gün dünyada bütün atom elektrik stansiyaları tərəfindən istifadə edilən yavaş neytron reaktorları da bir neçə növdə olur.
MAQATE təşkilatı (Beynəlxalq Atom Enerjisi Agentliyi) dünya nüvə sənayesində ən çox istifadə olunan öz təsnifatını yaratmışdır. Atom elektrik stansiyasının iş prinsipi əsasən soyuducu və moderatorun seçimindən asılı olduğundan, MAQATE təsnifatını bu fərqlərə əsaslandırıb.
Kimyəvi baxımdan deuterium oksidi ideal moderator və soyuducudur, çünki onun atomları digər maddələrlə müqayisədə uranın neytronları ilə ən effektiv qarşılıqlı əlaqədədir. Sadəcə olaraq, ağır su öz vəzifəsini yerinə yetirir minimal itkilər və maksimum nəticə. Bununla belə, onun istehsalı pula başa gəlir, halbuki bizim üçün adi "yüngül" və tanış sudan istifadə etmək daha asandır.
Nüvə reaktorları haqqında bir neçə fakt...
Maraqlıdır ki, bir atom elektrik stansiyasının reaktoru ən azı 3 il müddətinə tikilir!
Reaktor qurmaq üçün sizə işləyən avadanlıq lazımdır elektrik cərəyanı 210 kilo amper, insanı öldürə biləcək cərəyandan milyon dəfə çoxdur.
Nüvə reaktorunun bir qabığının (struktur elementinin) çəkisi 150 tondur. Bir reaktorda 6 belə element var.
Təzyiqli su reaktoru
Atom elektrik stansiyasının ümumiyyətlə necə işlədiyini artıq öyrənmişik, "onu çeşidləmək" üçün ən populyar təzyiqli nüvə reaktorunun necə işlədiyini görək.
Bu gün bütün dünyada 3+ nəsil təzyiqli su reaktorlarından istifadə olunur. Onlar ən etibarlı və təhlükəsiz hesab olunurlar.
Dünyadakı bütün təzyiqli su reaktorları ümumilikdə işlədiyi bütün illər ərzində artıq 1000 ildən çox problemsiz işləməyə nail olub və heç vaxt ciddi sapmalara yol verməyib. 
Təzyiqli su reaktorlarına əsaslanan atom elektrik stansiyalarının quruluşu distillə edilmiş suyun 320 dərəcəyə qədər qızdırılan yanacaq çubuqları arasında dövr etdiyini nəzərdə tutur. Buxar vəziyyətinə düşməməsi üçün 160 atmosfer təzyiq altında saxlanılır. AES sxemi onu ilkin su adlandırır.
Qızdırılan su buxar generatoruna daxil olur və istiliyini ikincil dövrənin suyuna verir, bundan sonra yenidən reaktora "qayıdır". Xarici olaraq, birincil su dövrəsinin boruları digər borularla - ikinci dövrənin suyu ilə təmasda olduğu görünür, onlar bir-birinə istilik ötürürlər, lakin sular təmasda olmur. Borular təmasdadır.
Beləliklə, radiasiyanın elektrik enerjisinin istehsalı prosesində daha da iştirak edəcək ikincil dövrənin suyuna daxil olması ehtimalı istisna edilir.
Atom elektrik stansiyasının təhlükəsizliyi
Atom elektrik stansiyalarının iş prinsipini öyrəndikdən sonra təhlükəsizliyin necə təşkil olunduğunu başa düşməliyik. Atom elektrik stansiyasının cihazı bu gün tələb edir diqqəti artırdı təhlükəsizlik qaydalarına.
Atom elektrik stansiyasının təhlükəsizliyinin dəyəri stansiyanın özünün ümumi dəyərinin təxminən 40%-ni təşkil edir. 
AES-in sxeminə radioaktiv maddələrin buraxılmasının qarşısını alan 4 fiziki maneə daxildir. Bu maneələr nə etməlidir? Lazımi vaxtda nüvə reaksiyasını dayandırmağı bacarın, nüvədən və reaktorun özündən daimi istiliyin çıxarılmasını təmin edin və radionuklidlərin mühafizə zonasından buraxılmasının qarşısını alın.
- Birinci maneə uran qranullarının gücüdür. Onların təsiri altında çökməmələri vacibdir yüksək temperatur nüvə reaktorunda. Bir çox cəhətdən atom elektrik stansiyasının necə işləməsi uran qranullarının istehsalın ilkin mərhələsində necə “bişirildiyindən” asılıdır. Uran yanacağı qranulları səhv bişirilirsə, reaktorda uran atomlarının reaksiyaları gözlənilməz olacaq.
- İkinci maneə yanacaq çubuqlarının sıxlığıdır. Sirkonium boruları möhkəm bağlanmalıdır, əgər sızdırmazlıq pozularsa, ən yaxşı halda reaktor zədələnəcək və iş dayanacaq, ən pis halda hər şey havaya uçacaq.
- Üçüncü maneə güclü polad reaktor gəmisidir a, (həmin böyük qüllə - mühafizə sahəsi) bütün radioaktiv prosesləri özündə "saxlayır". Korpus zədələnib - radiasiya atmosferə yayılacaq.
- Dördüncü maneə fövqəladə mühafizə çubuqlarıdır. Aktiv zonanın üstündə, moderatorları olan çubuqlar maqnitlərə asılır, onlar 2 saniyə ərzində bütün neytronları udur və zəncirvari reaksiyanı dayandırır.
Əgər bir çox mühafizə dərəcəsinə malik atom elektrik stansiyasının tikintisinə baxmayaraq, reaktorun nüvəsini lazımi vaxtda soyutmaq mümkün olmursa və yanacağın temperaturu 2600 dərəcəyə qalxırsa, o zaman təhlükəsizlik sisteminin son ümidi işə düşür. - sözdə ərimə tələsi.
Fakt budur ki, belə bir temperaturda reaktor qabının dibi əriyəcək və nüvə yanacağının və ərimiş strukturların bütün qalıqları reaktorun nüvəsinin üstündə asılmış xüsusi bir "şüşə" axacaq.
Ərimə tələsi soyuducuda saxlanılır və odadavamlıdır. O, parçalanma zəncirvari reaksiyasını tədricən dayandıran sözdə "qurban materialı" ilə doldurulur.
Beləliklə, AES sxemi hər hansı bir qəza ehtimalını demək olar ki, tamamilə istisna edən bir neçə qorunma dərəcəsini nəzərdə tutur.
Çikaqo Universitetinin futbol meydançasının qərb tribunalarının altında tikilmiş və 2 dekabr 1942-ci ildə işə salınan Chicago Pile-1 (CP-1) dünyanın ilk nüvə reaktoru idi. O, qrafit və uran bloklarından ibarət idi, həmçinin kadmium, indium və gümüş nəzarət çubuqlarına malik idi, lakin radiasiyadan qorunma və soyutma sistemi yox idi. Layihənin elmi direktoru, fizik Enriko Fermi SR-1-i “qara kərpic və taxta loglardan ibarət nəm yığını” kimi təsvir edib.
Reaktorda işlər 1942-ci il noyabrın 16-da başladı. Edilib çətin iş. Fiziklər və universitet işçiləri gecə-gündüz işləyirdilər. Onlar 57 qat uran oksidi və qrafit bloklarına yerləşdirilmiş uran külçələrindən ibarət bir şəbəkə qurdular. taxta çərçivə dizaynı dəstəklədi. Ferminin himayədarı Leona Woods - layihədəki yeganə qadın - yığın böyüdükcə ehtiyatlı ölçmə apardı.
2 dekabr 1942-ci ildə reaktor sınaq üçün hazır idi. Onun tərkibində 22 min uran külçəsi olub və 380 ton qrafit, həmçinin 40 ton uran oksidi və altı ton uran metalı götürüb. Reaktorun tikintisinə 2,7 milyon dollar lazım olub. Təcrübə 09-45-də başladı. Burada 49 nəfər iştirak edirdi: Fermi, Kompton, Szilard, Zinn, Hiberi, qrafit blokları və kadmium çubuqları hazırlayan gənc dülgər Vuds, həkimlər, adi tələbələr və digər elm adamları.
Üç nəfər "intihar dəstəsi"ni təşkil edirdi - onlar təhlükəsizlik sisteminin bir hissəsi idilər. Onların vəzifəsi bir şey səhv olarsa, yanğını söndürmək idi. Nəzarət də var idi: əllə idarə olunan idarəetmə çubuqları və reaktorun üstündəki eyvanın məhəccərinə bağlanmış təcili çubuq. Fövqəladə vəziyyətdə kəndir balkonda xüsusi növbətçi şəxs tərəfindən kəsilməli idi və çubuq reaksiyanı söndürəcəkdi.
1553-cü ildə tarixdə ilk dəfə öz-özünə davam edən nüvə zəncirvari reaksiya başladı. Təcrübə uğurlu alındı. Reaktor 28 dəqiqə işlədi.
I. Nüvə reaktorunun layihələndirilməsi
Nüvə reaktoru aşağıdakı beş əsas elementdən ibarətdir:
1) nüvə yanacağı;
2) neytron moderatoru;
3) tənzimləmə sistemləri;
4) soyutma sistemləri;
5) qoruyucu ekran.
1. Nüvə yanacağı.
Nüvə yanacağı enerji mənbəyidir. Hal-hazırda üç növ parçalanan material məlumdur:
a) təbii uranda 0,7% olan uran 235 və ya 1/140 hissə;
6) təbii uranın demək olar ki, bütün kütləsini (99,3% və ya 139/140 hissə) təşkil edən uran 238 əsasında bəzi reaktorlarda əmələ gələn plutonium 239.
Neytronları tutaraq, uran 238 nüvələri neptunun nüvələrinə çevrilir - 93-cü element dövri sistem Mendeleyev; sonuncu, öz növbəsində, dövri sistemin 94-cü elementi olan plutoniumun nüvələrinə çevrilir. Plutonium şüalanmış urandan kimyəvi vasitələrlə asanlıqla çıxarılır və nüvə yanacağı kimi istifadə edilə bilər;
c) toriumdan alınmış uranın süni izotopu olan uran 233.
Təbii uranın tərkibində olan uran 235-dən fərqli olaraq, plutonium 239 və uran 233 yalnız süni yolla istehsal olunur. Buna görə də onlara ikinci dərəcəli nüvə yanacağı deyilir; uran 238 və torium 232 belə yanacağın mənbəyidir.
Beləliklə, yuxarıda sadalanan bütün nüvə yanacağı növləri arasında uran əsasdır. Bu, bütün ölkələrdə uran yataqlarının perspektivlərinin və kəşfiyyatının nəhəng miqyasını izah edir.
Nüvə reaktorunda buraxılan enerji bəzən kimyəvi yanma reaksiyasında ayrılan enerji ilə müqayisə edilir. Bununla belə, onlar arasında əsaslı fərq var.
Uranın parçalanması prosesində yaranan istilik miqdarı ölçüyəgəlməzdir daha çox miqdar məsələn, kömürün yanması nəticəsində yaranan istilik: həcminə görə bir paket siqaretə bərabər olan 1 kq uran 235 nəzəri olaraq 2600 ton kömür qədər enerji verə bilər.
Lakin bu enerji imkanlarından tam istifadə edilmir, çünki uran-235-in hamısını təbii urandan ayırmaq mümkün deyil. Nəticədə, 1 kq uran, uran 235 ilə zənginləşmə dərəcəsindən asılı olaraq, hazırda təxminən 10 ton kömürə bərabərdir. Amma nəzərə almaq lazımdır ki, nüvə yanacağının istifadəsi daşınmasını asanlaşdırır və nəticədə yanacağın maya dəyərini xeyli aşağı salır. Britaniyalı mütəxəssislər uranı zənginləşdirməklə reaktorlarda alınan istiliyi 10 dəfə artıra biləcəklərini hesablayıblar ki, bu da 1 ton uranla 100 min ton kömürə bərabər olacaq.
İstiliyin sərbəst buraxılması ilə davam edən nüvə parçalanması prosesi arasındakı ikinci fərq kimyəvi yanma odur ki, yanma reaksiyası oksigen tələb edir, zəncirvari reaksiyanın həyəcanlanması üçün isə yalnız bir neçə neytron və kritik kütləyə bərabər olan müəyyən nüvə yanacağı tələb olunur ki, bunun tərifini artıq atom bombası bölməsində vermişik.
Və nəhayət, nüvə parçalanmasının görünməz prosesi son dərəcə zərərli radiasiya emissiyası ilə müşayiət olunur, ondan qorunma təmin etmək lazımdır.
2. Neytron moderatoru.
Reaktorda çürümə məhsullarının yayılmasının qarşısını almaq üçün nüvə yanacağını xüsusi qabıqlara qoymaq lazımdır. Belə qabıqların istehsalı üçün alüminium istifadə edilə bilər (soyuducunun temperaturu 200 ° -dən çox olmamalıdır) və daha yaxşısı, berilyum və ya sirkonium - təmiz formada hazırlanması böyük çətinliklərlə əlaqəli olan yeni metallar.
Nüvə parçalanması prosesində əmələ gələn neytronlar (bir ağır element nüvəsinin parçalanması zamanı orta hesabla 2-3 neytron) müəyyən enerjiyə malikdir. Digər nüvələrin neytronları tərəfindən parçalanma ehtimalının ən böyük olması, onsuz reaksiyanın özünü davam etdirməməsi üçün bu neytronların sürətlərinin bir hissəsini itirmələri lazımdır. Bu, çoxsaylı ardıcıl toqquşmalar nəticəsində sürətli neytronların yavaş neytronlara çevrildiyi reaktorda bir moderatorun yerləşdirilməsi ilə əldə edilir. Moderator kimi istifadə olunan maddənin kütləsi təxminən neytronların kütləsinə bərabər olan nüvələrə, yəni yüngül elementlərin nüvələrinə malik olmalı olduğundan, moderator kimi əvvəldən ağır sudan istifadə edilmişdir (D 2 0, burada D deyteridir. , adi suda yüngül hidrogeni əvəz edən H 2 0). Ancaq indi getdikcə daha çox qrafitdən istifadə etməyə çalışırlar - daha ucuzdur və demək olar ki, eyni effekti verir.
İsveçdə alınan bir ton ağır suyun qiyməti 70-80 milyon frankdır. Atom Enerjisinin Sülh Məqsədlərində İstifadəsi üzrə Cenevrə Konfransında amerikalılar tezliklə ağır suyu bir ton üçün 22 milyon frank qiymətə sata biləcəklərini elan etdilər.
Bir ton qrafit 400.000 frank, bir ton berillium oksidi isə 20 milyon frankdır.
Moderator kimi istifadə olunan material moderatordan keçərkən neytronların itirilməsinin qarşısını almaq üçün təmiz olmalıdır. Qaçışın sonunda neytronların orta sürəti təxminən 2200 m/san, ilkin sürəti isə təxminən 20 min km/san idi. Reaktorlarda istiliyin buraxılması dərhal baş verən və partlayış xarakterini alan atom bombasından fərqli olaraq tədricən baş verir və idarə oluna bilər.
Sürətli neytron reaktorlarının bəzi növləri moderator tələb etmir.
3. Tənzimləmə sistemi.
İnsan öz istədiyi kimi nüvə reaksiyasını törətməyi, tənzimləməni və dayandırmağı bacarmalıdır. Bu, neytronları udmaq qabiliyyətinə malik olan bor poladdan və ya kadmiumdan hazırlanmış nəzarət çubuqlarından istifadə etməklə əldə edilir. Nəzarət çubuqlarının reaktora endirilməsinin dərinliyindən asılı olaraq nüvədəki neytronların sayı artır və ya azalır ki, bu da son nəticədə prosesi idarə etməyə imkan verir. İdarəetmə çubuqları servomexanizmlər tərəfindən avtomatik idarə olunur; bu çubuqların bəziləri təhlükə anında özəyinə düşə bilər.
Əvvəlcə reaktorun partlamasının atom bombasının partlaması ilə eyni zərərə səbəb olacağı ilə bağlı qorxular ifadə edildi. Reaktor partlayışının yalnız adi şəraitdən fərqli şəraitdə baş verdiyini və nüvə stansiyasının yaxınlığında yaşayan əhali üçün ciddi təhlükə yaratmadığını sübut etmək üçün amerikalılar “qaynayan” deyilən bir reaktoru qəsdən partladıblar. Doğrudan da, “klassik”, yəni qeyri-nüvə kimi xarakterizə edə biləcəyimiz bir partlayış oldu; bu bir daha sübut edir ki, nüvə reaktorları yaxınlıqda tikilə bilər yaşayış məntəqələri sonuncu üçün çox təhlükə olmadan.
4. Soyutma sistemi.
Nüvə parçalanması prosesində müəyyən enerji ayrılır ki, bu da parçalanma məhsullarına və yaranan neytronlara ötürülür. Bu enerji neytronların çoxsaylı toqquşması nəticəsində istilik enerjisinə çevrilir, buna görə də reaktorun sürətlə sıradan çıxmasının qarşısını almaq üçün istiliyi çıxarmaq lazımdır. Radioaktiv izotopların istehsalı üçün nəzərdə tutulmuş reaktorlarda bu istilikdən istifadə edilmir, enerji istehsalı üçün nəzərdə tutulmuş reaktorlarda isə əksinə, əsas məhsula çevrilir. Soyutma xüsusi borular vasitəsilə təzyiq altında reaktorda dövr edən və sonra istilik dəyişdiricisində soyudulan qaz və ya sudan istifadə etməklə həyata keçirilə bilər. Buraxılan istilik generatora qoşulmuş turbin fırlanan buxarı qızdırmaq üçün istifadə edilə bilər; belə bir cihaz nüvə elektrik stansiyası olardı.
5. Qoruyucu ekran.
Reaktordan uça bilən neytronların zərərli təsirindən qaçmaq və reaksiya zamanı yayılan qamma şüalarından qorunmaq üçün zəruridir. etibarlı müdafiə. Alimlər hesablayıblar ki, gücü 100 min kVt olan reaktor o qədər radioaktiv radiasiya yayır ki, ondan 100 m məsafədə yerləşən insan 2 dəqiqəyə qəbul edəcək. öldürücü doza. Reaktora xidmət edən işçilərin mühafizəsini təmin etmək üçün qurğuşun plitələrlə xüsusi betondan iki metrlik divarlar tikilir.
İlk reaktor 1942-ci ilin dekabrında italyan Fermi tərəfindən tikilmişdir. 1955-ci ilin sonunda dünyada 50-yə yaxın nüvə reaktoru var idi (ABŞ -2 1, İngiltərə - 4, Kanada - 2, Fransa - 2). Buna əlavə etmək lazımdır ki, 1956-cı ilin əvvəlinə qədər daha 50-yə yaxın reaktor tədqiqat və sənaye məqsədləri üçün nəzərdə tutulmuşdur (ABŞ - 23, Fransa - 4, İngiltərə - 3, Kanada - 1).
Bu reaktorların növləri çox müxtəlifdir, qrafit moderatorları olan yavaş neytron reaktorlarından və yanacaq kimi təbii urandan tutmuş plutoniumla zənginləşdirilmiş uran və ya yanacaq kimi toriumdan süni şəkildə alınmış uran 233-dən istifadə edən sürətli neytron reaktorlarına qədər.
Bu iki əks tipə əlavə olaraq, bir-birindən ya nüvə yanacağının tərkibində, ya da moderatorun növündə, ya da soyuducuda fərqlənən bir sıra reaktorlar var.
Çox mühümdür ki, məsələnin nəzəri tərəfi hazırda bütün ölkələrin mütəxəssisləri tərəfindən yaxşı öyrənilsə də, praktiki sahədə müxtəlif ölkələr hələ də eyni səviyyəyə çatmayıb. ABŞ və Rusiya digər ölkələri qabaqlayır. Atom enerjisinin gələcəyinin əsasən texnologiyanın tərəqqisindən asılı olacağını iddia etmək olar.
Kitabdan heyrətamiz dünya atom nüvəsinin içərisində [məktəblilər üçün mühazirə] müəllif İvanov İqor PieroviçLHC kollayderinin cihazı İndi bəzi şəkillər. Kollayder toqquşan hissəciklərin sürətləndiricisidir. Orada hissəciklər iki halqa boyunca sürətlənir və bir-biri ilə toqquşur. Bu, dünyanın ən böyük eksperimental obyektidir, çünki bu halqanın - tunelin uzunluğu -
Ən Yeni Faktlar Kitabı kitabından. 3-cü cild [Fizika, kimya və texnologiya. Tarix və arxeologiya. Müxtəlif] müəllif Kondraşov Anatoli Pavloviç Atom Problemi kitabından Ren Philip tərəfindən 5b kitabından. elektrik və maqnetizm müəllif Feynman Richard Phillips Müəllifin kitabındanVIII fəsil Nüvə reaktorunun iş prinsipi və imkanları I. Nüvə reaktorunun konstruksiyası Nüvə reaktoru aşağıdakı beş əsas elementdən ibarətdir: 1) nüvə yanacağı; 2) neytron moderatoru; 3) idarəetmə sistemi; 4) soyutma sistemi 5) qoruyucu
Müəllifin kitabındanFəsil 11 DİELEKTRİKİN DAXİLİ CİHAZI §1. Molekulyar dipollar§2. Elektron polarizasiya §3. qütb molekulları; oriyentasiyalı qütbləşmə§4. elektrik sahələri dielektrik boşluqlarında §5. Mayelərin dielektrik davamlılığı; Klauzius düsturu - Mossotti§6.
20-ci əsrin ortalarında bəşəriyyətin diqqəti atom və alimlərin nüvə reaksiyasının izahı ətrafında cəmləndi, onlar ilkin olaraq Manhetten Layihəsinə görə icad edərək hərbi məqsədlər üçün istifadə etməyə qərar verdilər. nüvə bombaları. Lakin XX əsrin 50-ci illərində SSRİ-də nüvə reaktoru dinc məqsədlər üçün istifadə olunurdu. Məlumdur ki, 1954-cü il iyunun 27-də dünyada 5000 kVt gücündə ilk atom elektrik stansiyası bəşəriyyətin xidmətinə girdi. Bu gün nüvə reaktoru 4000 MVt və ya daha çox, yəni yarım əsr bundan əvvəl olduğundan 800 dəfə çox elektrik enerjisi istehsal edə bilər.
Nüvə reaktoru nədir: əsas tərif və qurğunun əsas komponentləri
Nüvə reaktoru, idarə olunan nüvə reaksiyasının düzgün saxlanması nəticəsində enerjinin yarandığı xüsusi bir qurğudur. "Atom" sözünün "reaktor" sözü ilə birlikdə istifadəsinə icazə verilir. Bir çoxları ümumiyyətlə "nüvə" və "atom" anlayışlarını sinonim hesab edirlər, çünki onlar arasında fundamental fərq tapmırlar. Ancaq elm nümayəndələri daha düzgün birləşməyə - "nüvə reaktoruna" meyllidirlər.
Maraqlıdır fakt! Nüvə reaksiyaları enerjinin buraxılması və ya udulması ilə davam edə bilər.
Nüvə reaktorunun cihazının əsas komponentləri aşağıdakı elementlərdir:
- Moderator;
- Nəzarət çubuqları;
- Tərkibində uran izotoplarının zənginləşdirilmiş qarışığı olan çubuqlar;
- Radiasiyaya qarşı xüsusi qoruyucu elementlər;
- soyuducu;
- buxar generatoru;
- turbin;
- Generator;
- kondansatör;
- Nüvə yanacağı.
Fiziklər tərəfindən müəyyən edilmiş nüvə reaktorunun işinin əsas prinsipləri hansılardır və nə üçün onlar sarsılmazdır?
Nüvə reaktorunun işinin əsas prinsipi nüvə reaksiyasının təzahür xüsusiyyətlərinə əsaslanır. Standart fiziki zəncirvari nüvə prosesi anında hissəcik atom nüvəsi ilə qarşılıqlı əlaqədə olur, nəticədə nüvə ikinci dərəcəli hissəciklərin buraxılması ilə yeni birinə çevrilir, alimlər bunu qamma kvant adlandırırlar. Nüvə zəncirvari reaksiya zamanı çox miqdarda istilik enerjisi ayrılır. Zəncirvari reaksiyanın baş verdiyi məkan reaktorun nüvəsi adlanır.
Maraqlıdır fakt! Aktiv zona zahiri olaraq adi suyun axdığı bir qazana bənzəyir, bu da soyuducu rolunu oynayır.
Neytronların itirilməsinin qarşısını almaq üçün reaktorun nüvə sahəsi xüsusi neytron reflektoru ilə əhatə olunub. Onun əsas vəzifəsi nüvəyə buraxılan neytronların əksəriyyətini rədd etməkdir. Reflektor adətən moderator kimi xidmət edən eyni maddədir.
Nüvə reaktorunun əsas idarə edilməsi xüsusi idarəetmə çubuqlarının köməyi ilə baş verir. Məlumdur ki, bu çubuqlar reaktorun nüvəsinə daxil edilir və qurğunun işləməsi üçün hər cür şərait yaradır. Tipik olaraq, nəzarət çubuqları hazırlanır kimyəvi birləşmələr bor və kadmium. Bu elementlər niyə istifadə olunur? Bəli, bunun səbəbi bor və ya kadmiumun termal neytronları effektiv şəkildə udmaq qabiliyyətinə malikdir. Və işə salınması planlaşdırılan kimi, nüvə reaktorunun işləmə prinsipinə uyğun olaraq, nüvəyə nəzarət çubuqları daxil edilir. Onların əsas vəzifəsi neytronların əhəmiyyətli bir hissəsini udmaq və bununla da zəncirvari reaksiyanın inkişafına səbəb olmaqdır. Nəticə istənilən səviyyəyə çatmalıdır. Güc müəyyən edilmiş səviyyədən yuxarı qalxdıqda, idarəetmə çubuqlarını mütləq reaktorun nüvəsinə batıran avtomatik maşınlar işə salınır.
Beləliklə, idarəetmə və ya idarəetmə çubuqlarının termal nüvə reaktorunun işində mühüm rol oynadığı aydın olur.
Neytron sızmasını azaltmaq üçün reaktorun nüvəsi sərbəst buraxılan neytronların əhəmiyyətli bir kütləsini nüvəyə atan neytron reflektoru ilə əhatə olunmuşdur. Reflektor mənasında adətən moderator üçün eyni maddə istifadə olunur.
Standarta görə, moderator maddənin atomlarının nüvəsi nisbətən kiçik bir kütləyə malikdir, belə ki, yüngül nüvə ilə toqquşduqda zəncirdə mövcud olan neytron ağır bir nüvə ilə toqquşduqda daha çox enerji itirir. Ən çox yayılmış moderatorlar adi su və ya qrafitdir.
Maraqlıdır fakt! Nüvə reaksiyası prosesində olan neytronlar son dərəcə yüksək hərəkət sürəti ilə xarakterizə olunur və buna görə də neytronları enerjilərinin bir hissəsini itirməyə məcbur edən bir moderator tələb olunur.
Dünyada heç bir reaktor soyuducu köməyi olmadan normal işləyə bilməz, çünki onun məqsədi reaktorun ürəyində yaranan enerjini çıxarmaqdır. Soğutucu kimi maye və ya qazlar mütləq istifadə olunur, çünki onlar neytronları udmaq iqtidarında deyillər. Kompakt nüvə reaktoru üçün soyuducuya misal verək - su, karbon qazı və bəzən hətta maye metal natrium.
Beləliklə, nüvə reaktorunun iş prinsipləri tamamilə zəncirvari reaksiya qanunlarına, onun gedişatına əsaslanır. Reaktorun bütün komponentləri - moderator, çubuqlar, soyuducu, nüvə yanacağı - öz vəzifələrini yerinə yetirərək reaktorun normal işləməsinə səbəb olur.
Nüvə reaktorları üçün hansı yanacaq istifadə olunur və niyə məhz bu kimyəvi elementlər seçilir
Reaktorlarda əsas yanacaq uran izotopları, həmçinin plutonium və ya torium ola bilər.
Hələ 1934-cü ildə F.Coliot-Küri uran nüvəsinin parçalanma prosesini müşahidə edərək, kimyəvi reaksiya nəticəsində uranın nüvəsinin fraqmentlərə-nüvələrə və iki və ya üç sərbəst neytronlara bölündüyünü qeyd etdi. Bu isə o deməkdir ki, sərbəst neytronların digər uran nüvələrinə qoşulması və növbəti parçalanmaya səbəb olması ehtimalı var. Və beləliklə, zəncirvari reaksiyanın proqnozlaşdırdığı kimi: üç uran nüvəsindən altı-doqquz neytron ayrılacaq və onlar yenidən yeni yaranan nüvələrə qoşulacaqlar. Və s sonsuza qədər.
Xatırlamaq vacibdir! Nüvə parçalanması zamanı meydana çıxan neytronlar uran izotopunun nüvələrinin parçalanmasına səbəb ola bilir. kütləvi sayı 235 və kütləvi sayı 238 olan uran izotopunun nüvələrinin məhv edilməsi üçün parçalanma prosesində az enerji yarana bilər.
235 nömrəli uran təbiətdə nadirdir. O, cəmi 0,7% təşkil edir, lakin təbii uran-238 daha geniş yer tutur və 99,3% təşkil edir.
Təbiətdə uran-235-in belə kiçik bir nisbətinə baxmayaraq, fiziklər və kimyaçılar hələ də ondan imtina edə bilmirlər, çünki bu, nüvə reaktorunun işləməsi üçün ən effektivdir, bəşəriyyət üçün enerji əldə etmək prosesinin maya dəyərini azaldır.
İlk nüvə reaktorları nə vaxt meydana çıxdı və bu gün harada istifadə olunur
Hələ 1919-cu ildə Ruterford alfa hissəciklərinin azot atomlarının nüvələri ilə toqquşması nəticəsində hərəkət edən protonların əmələ gəlməsi prosesini kəşf edib təsvir edəndə fiziklər artıq qələbə çalmışdılar. Bu kəşf azot izotopunun nüvəsinin alfa hissəciyi ilə toqquşması nəticəsində oksigen izotopunun nüvəsinə çevrilməsi demək idi.
İlk nüvə reaktorları görünməzdən əvvəl dünya hər şeyi şərh edən bir neçə yeni fizika qanununu öyrəndi. mühüm aspektləri nüvə reaksiyası. Belə ki, 1934-cü ildə F.Colio-Küri, H.Halban, L.Kovarski ilk dəfə olaraq cəmiyyətə və dünya alimləri dairəsinə nəzəri fərziyyə və sübut bazası nüvə reaksiyalarının mümkünlüyü haqqında. Bütün təcrübələr uran nüvəsinin parçalanmasının müşahidəsi ilə bağlı idi.
1939-cu ildə E.Fermi, İ.Jolio-Küri, O.Han, O.Friş neytronlarla bombardman zamanı uran nüvələrinin parçalanma reaksiyasını izlədilər. Tədqiqatlar zamanı alimlər müəyyən ediblər ki, bir sürətləndirilmiş neytron uran nüvəsinə daxil olduqda, mövcud nüvə iki və ya üç hissəyə bölünür.
Zəncirvari reaksiya praktiki olaraq 20-ci əsrin ortalarında sübut edilmişdir. 1939-cu ildə alimlər sübut edə bildilər ki, bir uran nüvəsinin parçalanması nəticəsində təxminən 200 MeV enerji ayrılır. Lakin fraqment nüvələrinin kinetik enerjisinə təxminən 165 MeV ayrılır, qalan hissəsi isə qamma kvantını özü ilə aparır. Bu kəşf kvant fizikasında bir sıçrayış etdi.
E. Fermi daha bir neçə il iş və araşdırmalarını davam etdirir və 1942-ci ildə ABŞ-da ilk nüvə reaktorunu işə salır. Təcəssüm olunan layihə "Çikaqo odun yığını" adlanır və relslərə qoyulur. 5 sentyabr 1945-ci ildə Kanada ZEEP nüvə reaktorunu işə saldı. Avropa qitəsi də geri qalmırdı və eyni zamanda F-1 qurğusu tikilirdi. Ruslar üçün isə daha bir yaddaqalan tarix var - 1946-cı il dekabrın 25-də İ.Kurçatovun rəhbərliyi ilə Moskvada reaktor işə salınır. Bunlar ən güclü nüvə reaktorları deyildi, lakin bu, atomun insan tərəfindən inkişafının başlanğıcı idi.
Dinc məqsədlər üçün 1954-cü ildə SSRİ-də elmi nüvə reaktoru yaradılmışdır. Atom elektrik stansiyası ilə dünyanın ilk dinc gəmisi - nüvə buzqıran gəmisi"Lenin" - 1959-cu ildə Sovet İttifaqında tikilmişdir. Dövlətimizin daha bir nailiyyəti isə nüvə buzqıran gəmisi “Arktika”dır. Bu suüstü gəmi dünyada ilk dəfə Şimal qütbünə çatdı. 1975-ci ildə baş verdi.
İlk portativ nüvə reaktorları yavaş neytronlarda işləyirdi.
Nüvə reaktorları harada istifadə olunur və bəşəriyyət hansı növlərdən istifadə edir
- Sənaye reaktorları. Onlar atom elektrik stansiyalarında enerji istehsalı üçün istifadə olunur.
- Nüvə reaktorları nüvə sualtı qayıqlarının hərəkətverici qüvvəsi kimi çıxış edir.
- Eksperimental (portativ, kiçik) reaktorlar. Onlarsız bir müasir də yoxdur elmi təcrübə və ya araşdırma.
Bu gün elmi işıq xüsusi reaktorların köməyi ilə duzsuzlaşdırmağı öyrənmişdir dəniz suyuəhalini keyfiyyətlə təmin etmək içməli su. Rusiyada çoxlu nüvə reaktorları işləyir. Belə ki, statistik məlumatlara görə, 2018-ci ilə qədər ştatda təxminən 37 blok fəaliyyət göstərir.
Və təsnifata görə, onlar aşağıdakı kimi ola bilər:
- Tədqiqat (tarixi). Bunlara plutonium istehsalı üçün eksperimental sahə kimi yaradılmış F-1 stansiyası daxildir. İ.V.Kurçatov F-1-də işləmiş, ilk fiziki reaktora rəhbərlik etmişdir.
- Tədqiqat (aktiv).
- Silah anbarı. Nümunə olaraq reaktor - A-1 soyutma ilə ilk reaktor kimi tarixə düşdü. Nüvə reaktorunun keçmiş gücü kiçikdir, lakin funksionaldır.
- Enerji.
- gəmi. Məlumdur ki, zərurət olduqda və texniki cəhətdən mümkün olduqda gəmilərdə və sualtı qayıqlarda təzyiqli su və ya maye metal reaktorlarından istifadə edilir.
- Kosmos. Nümunə olaraq, quraşdırmanı "Yenisey" adlandıraq kosmik gəmilər, bu, əlavə bir miqdarda enerji əldə etmək lazım olduqda hərəkətə gəlir və istifadə edərək əldə edilməli olacaq günəş panelləri və izotop mənbələri.
Beləliklə, nüvə reaktorlarının mövzusu kifayət qədər genişdir, buna görə də kvant fizikasının qanunlarını dərindən öyrənməyi və başa düşməyi tələb edir. Lakin nüvə reaktorlarının enerji sənayesi və dövlət iqtisadiyyatı üçün əhəmiyyəti, şübhəsiz ki, artıq faydalılıq və fayda aurası ilə körüklənir.
Cihaz və iş prinsipi
Güc buraxma mexanizmi
Maddənin çevrilməsi yalnız maddənin enerji ehtiyatına malik olduqda sərbəst enerjinin buraxılması ilə müşayiət olunur. Sonuncu, maddənin mikrohissəciklərinin keçidi mövcud olan başqa bir mümkün vəziyyətdən daha çox istirahət enerjisi olan bir vəziyyətdə olması deməkdir. Kortəbii keçid həmişə enerji maneəsi ilə qarşılanır, onu aradan qaldırmaq üçün mikrohissəcik xaricdən müəyyən miqdarda enerji - həyəcan enerjisini almalıdır. Ekzoenergetik reaksiya ondan ibarətdir ki, həyəcandan sonrakı çevrilmə zamanı prosesi həyəcanlandırmaq üçün tələb olunandan daha çox enerji ayrılır. Enerji baryerini aşmağın iki yolu var: ya toqquşan hissəciklərin kinetik enerjisi hesabına, ya da qoşulan hissəciyin bağlanma enerjisi hesabına.
Enerji buraxılmasının makroskopik miqyasını nəzərə alsaq, reaksiyaların oyanması üçün lazım olan kinetik enerji maddənin bütün hissəciklərinə və ya ilk növbədə ən azı bəzilərinə malik olmalıdır. Buna yalnız mühitin temperaturunu istilik hərəkətinin enerjisinin prosesin gedişatını məhdudlaşdıran enerji həddi dəyərinə yaxınlaşdığı bir dəyərə qədər artırmaqla nail olmaq olar. Molekulyar çevrilmələr vəziyyətində, yəni kimyəvi reaksiyalar, belə bir artım adətən yüzlərlə kelvindir, nüvə reaksiyaları vəziyyətində ən azı 10 7-dir. yüksək hündürlük Toqquşan nüvələrin kulon maneələri. Nüvə reaksiyalarının istiliklə həyəcanlanması praktikada yalnız Kulon maneələrinin minimal olduğu ən yüngül nüvələrin sintezində həyata keçirilmişdir (termonüvə sintezi).
Birləşən hissəciklərin həyəcanlanması böyük kinetik enerji tələb etmir və buna görə də mühitin temperaturundan asılı deyildir, çünki cəlbedici qüvvələrin hissəciklərinə xas olan istifadə olunmamış bağlar səbəbindən baş verir. Ancaq digər tərəfdən, reaksiyaları həyəcanlandırmaq üçün hissəciklərin özləri lazımdır. Yenə də ayrıca reaksiya aktını deyil, makroskopik miqyasda enerji istehsalını nəzərdə tuturuqsa, bu, yalnız zəncirvari reaksiya baş verdikdə mümkündür. Sonuncu reaksiyanı həyəcanlandıran hissəciklər ekzoenergetik reaksiyanın məhsulu kimi yenidən peyda olduqda yaranır.
Dizayn
Hər hansı bir nüvə reaktoru aşağıdakı hissələrdən ibarətdir:
- Nüvə yanacağı və moderatoru olan nüvə;
- Nüvəni əhatə edən neytron reflektoru;
- Zəncirvari reaksiyaların tənzimlənməsi sistemi, o cümlədən fövqəladə hallardan mühafizə;
- Radiasiyadan qorunma;
- Uzaqdan idarəetmə sistemi.
Fəaliyyətin fiziki prinsipləri
Əsas məqalələrə də baxın:
Nüvə reaktorunun hazırkı vəziyyətini effektiv neytron çoxalma faktoru ilə xarakterizə etmək olar k və ya reaktivlik ρ , bunlar aşağıdakı əlaqə ilə bağlıdır:
Bu dəyərlər aşağıdakı dəyərlərlə xarakterizə olunur:
- k> 1 - zəncirvari reaksiya zamanla artır, reaktor içəridədir superkritik vəziyyəti, onun reaktivliyi ρ > 0;
- k < 1 - реакция затухает, реактор - kritikaltı, ρ < 0;
- k = 1, ρ = 0 - nüvə parçalanmalarının sayı sabitdir, reaktor sabit vəziyyətdədir tənqidi vəziyyət.
Nüvə reaktorunun kritik vəziyyəti:
, haradaÇarpma əmsalının vahidə çevrilməsi neytronların çoxalmasını onların itkiləri ilə tarazlaşdırmaqla əldə edilir. Əslində itkilərin iki səbəbi var: parçalanmadan tutulma və neytronların yetişdirmə mühitindən kənara sızması.
Aydındır ki, k< k 0 , поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k 0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k 0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны.
İstilik reaktorları üçün k 0 sözdə "4 amil düsturu" ilə müəyyən edilə bilər:
, harada- η iki udma üçün neytron məhsuldarlığıdır.
Müasir güc reaktorlarının həcmi yüzlərlə m³-ə çata bilər və əsasən kritiklik şərtləri ilə deyil, istiliyin çıxarılması imkanları ilə müəyyən edilir.
Kritik Həcm nüvə reaktoru - kritik vəziyyətdə olan reaktor nüvəsinin həcmi. Kritik kütlə kritik vəziyyətdə olan reaktorun parçalanan materialının kütləsidir.
Ən aşağı kritik kütləyə malik reaktorlar var sulu məhlullar su neytron reflektoru ilə təmiz parçalanan izotopların duzları. 235 U üçün bu kütlə 0,8 kq, 239 Pu üçün 0,5 kq-dır. Bununla belə, 235 izotopunda zənginləşmə dərəcəsinin bir qədər az olmasına baxmayaraq, berilyum oksidi reflektoru olan LOPO reaktoru (dünyada ilk zənginləşdirilmiş uran reaktoru) üçün kritik kütlənin 0,565 kq olduğu hamıya məlumdur. 14%-dən çox. Teorik olaraq, bu dəyər cəmi 10 q olan ən kiçik kritik kütləyə malikdir.
Neytron sızmasını azaltmaq üçün nüvəyə qısa silindr və ya kub kimi sferik və ya yaxın sferik forma verilir, çünki bu rəqəmlər səth sahəsinin həcmə ən kiçik nisbətinə malikdir.
Qiymətin (e - 1) adətən kiçik olmasına baxmayaraq, neytronların sürətli çoxalmasının rolu olduqca böyükdür, çünki böyük nüvə reaktorları üçün (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.
Zəncirvari reaksiyaya başlamaq üçün uran nüvələrinin kortəbii parçalanması zamanı adətən kifayət qədər neytron istehsal olunur. Reaktoru işə salmaq üçün xarici neytron mənbəyindən, məsələn, və və ya digər maddələrin qarışığından istifadə etmək də mümkündür.
yod çuxuru
Əsas məqalə: Yod çuxuruYod çuxuru - nüvə reaktorunun bağlandıqdan sonra vəziyyəti, qısamüddətli ksenon izotopunun yığılması ilə xarakterizə olunur. Bu proses əhəmiyyətli mənfi reaktivliyin müvəqqəti görünüşünə gətirib çıxarır ki, bu da öz növbəsində reaktoru müəyyən müddətə (təxminən 1-2 gün) layihə gücünə çatdırmağı qeyri-mümkün edir.
Təsnifat
Randevu ilə
Nüvə reaktorlarının istifadəsinin xarakterinə görə aşağıdakılara bölünür:
- Güc reaktorları enerji sektorunda istifadə olunan elektrik və istilik enerjisinin istehsalı, habelə dəniz suyunun duzsuzlaşdırılması üçün nəzərdə tutulmuşdur (duzsuzlaşdırma reaktorları həm də sənaye reaktorları kimi təsnif edilir). Belə reaktorlar əsasən atom elektrik stansiyalarında istifadə olunurdu. Müasir güc reaktorlarının istilik gücü 5 GVt-a çatır. Ayrı bir qrupda ayırın:
- Nəqliyyat reaktorları avtomobil mühərriklərini enerji ilə təmin etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Ən geniş tətbiq qrupları sualtı qayıqlarda və müxtəlif yerüstü gəmilərdə istifadə olunan dəniz nəqliyyatı reaktorları, həmçinin kosmik texnologiyada istifadə olunan reaktorlardır.
- Eksperimental reaktorlar, dəyəri nüvə reaktorlarının dizaynı və istismarı üçün zəruri olan müxtəlif fiziki kəmiyyətləri öyrənmək üçün nəzərdə tutulmuşdur; belə reaktorların gücü bir neçə kVt-dan çox deyil.
- Tədqiqat reaktorları nüvə fizikası, bərk cisimlər fizikası, radiasiya kimyası, biologiya sahəsində tədqiqatlar üçün, intensiv neytron axınlarında (nüvə reaktorlarının hissələri daxil olmaqla) işləmək üçün nəzərdə tutulmuş materialların sınaqdan keçirilməsi üçün nüvədə yaradılmış neytron və qamma-şüa axınlarının istifadə edildiyi, izotopların istehsalı üçün. Tədqiqat reaktorlarının gücü 100 MVt-dan çox deyil. Sərbəst buraxılan enerji adətən istifadə edilmir.
- Sənaye (silah, izotop) reaktorları müxtəlif sahələrdə istifadə olunan izotopların istehsalı üçün istifadə olunur. Ən çox nüvə silahı dərəcəli materialların istehsalı üçün istifadə olunur, məsələn, 239 Pu. Dəniz suyunun duzsuzlaşdırılması üçün istifadə olunan reaktorlar da sənaye sahələrinə daxildir.
Çox vaxt reaktorlar iki və ya daha çox müxtəlif vəzifələri həll etmək üçün istifadə olunur, bu halda onlar çağırılır çoxməqsədli. Məsələn, bəzi güc reaktorları, xüsusən də nüvə enerjisinin başlanğıcında, əsasən təcrübələr üçün nəzərdə tutulmuşdu. Sürətli neytron reaktorları eyni zamanda həm enerji, həm də izotop istehsal edə bilər. Sənaye reaktorları, əsas vəzifələrindən əlavə, çox vaxt elektrik və istilik enerjisi istehsal edirlər.
Neytron spektrinə görə
- Termal (yavaş) neytron reaktoru ("termal reaktor")
- Sürətli neytron reaktoru ("sürətli reaktor")
Yanacağın yerləşdirilməsi ilə
- Yanacaq nüvəyə diskret olaraq bloklar şəklində yerləşdirildiyi, aralarında moderatorun olduğu heterojen reaktorlar;
- Yanacaq və moderatorun homojen qarışıq olduğu homojen reaktorlar (homogen sistem).
Heterojen reaktorda yanacaq və moderator bir-birindən aralı ola bilər, xüsusən də boşluqlu reaktorda moderator-reflektor boşluğu moderator olmayan yanacaqla əhatə edir. Nüvə-fiziki nöqteyi-nəzərdən homojenlik/heterojenlik meyarı dizayn deyil, verilmiş moderatorda neytron moderasiya uzunluğundan artıq məsafədə yanacaq bloklarının yerləşdirilməsidir. Məsələn, "yaxın qəfəs" adlanan reaktorlar, yanacaq adətən moderatordan ayrılsa da, homojen olmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur.
Heterojen bir reaktorda nüvə yanacağının bloklarına yanacaq birləşmələri (FA) deyilir ki, onlar müntəzəm qəfəsin qovşaqlarında nüvəyə yerləşdirilir, hüceyrələr.
Yanacağın növünə görə
- uran izotopları 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
- plutonium izotopu 239 (239 Pu), həmçinin 239-242 Pu izotopları 238 U (MOX yanacağı) ilə qarışıq şəklində
- torium izotopu 232 (232 Th) (233 U-a çevrilməklə)
Zənginləşmə dərəcəsinə görə:
- təbii uran
- aşağı zənginləşdirilmiş uran
- yüksək zənginləşdirilmiş uran
Kimyəvi tərkibinə görə:
- metal U
- UC (uran karbid) və s.
Soyuducu növünə görə
- Qaz, (bax Qrafit-qaz reaktoru)
- D 2 O (ağır su, bax Ağır su nüvə reaktoru, CANDU)
Moderator növünə görə
- C (qrafit, bax Qrafit-qaz reaktoru, Qrafit-su reaktoru)
- H 2 O (su, bax: Yüngül su reaktoru, Təzyiqli su reaktoru, VVER)
- D 2 O (ağır su, bax Ağır su nüvə reaktoru, CANDU)
- Metal hidridlər
- Moderator olmadan (bax sürətli neytron reaktoru)
Dizaynla
buxar yaratmaq üsulu
- Xarici buxar generatoru olan reaktor (bax PWR, VVER)
MAQATE təsnifatı
- PWR (təzyiqli su reaktorları) - təzyiqli su reaktoru (təzyiqli su reaktoru);
- BWR (qaynar su reaktoru) - qaynar su reaktoru;
- FBR (fast breeder reactor) - sürətli yetişdirici reaktor;
- GCR (qazla soyudulan reaktor) - qazla soyudulan reaktor;
- LWGR (yüngül sulu qrafit reaktoru) - qrafit-su reaktoru
- PHWR (təzyiqli ağır su reaktoru) - ağır su reaktoru
Dünyada ən çox yayılmışlar təzyiqli su (təxminən 62%) və qaynar su (20%) reaktorlarıdır.
Reaktor materialları
Reaktorların tikildiyi materiallar neytronlar, γ-kvantlar və parçalanma parçaları sahəsində yüksək temperaturda işləyir. Buna görə də texnologiyanın digər sahələrində istifadə olunan bütün materiallar reaktor tikintisi üçün uyğun deyil. Reaktor materiallarını seçərkən onların radiasiyaya davamlılığı, kimyəvi təsirsizliyi, udma kəsiyi və digər xassələri nəzərə alınır.
Materialların radiasiya qeyri-sabitliyi yüksək temperaturda daha az təsirlənir. Atomların hərəkətliliyi o qədər böyük olur ki, kristal qəfəsdən çıxarılan atomların öz yerinə qayıtması və ya hidrogen və oksigenin su molekuluna rekombinasiyası ehtimalı nəzərəçarpacaq dərəcədə artır. Beləliklə, suyun radiolizi güclü qaynar olmayan reaktorlarda (məsələn, VVER) əhəmiyyətsizdir, güclü tədqiqat reaktorlarında isə əhəmiyyətli miqdarda partlayıcı qarışıq buraxılır. Reaktorlarda onu yandırmaq üçün xüsusi sistemlər var.
Reaktor materialları bir-biri ilə təmasda olur (soyuducu və nüvə yanacağı ilə örtülmüş yanacaq elementi, soyuducu və moderator ilə yanacaq kasetləri və s.). Təbii ki, təmasda olan materiallar kimyəvi cəhətdən təsirsiz (uyğun) olmalıdır. Uyğunsuzluğa misal kimi uran və isti suyun kimyəvi reaksiyaya girməsi göstərilə bilər.
Əksər materiallar üçün güc xüsusiyyətləri artan temperaturla kəskin şəkildə pisləşir. Güc reaktorlarında struktur materialları yüksək temperaturda işləyir. Bu, xüsusilə yüksək təzyiqə tab gətirməli olan güc reaktorunun hissələri üçün struktur materialların seçimini məhdudlaşdırır.
Nüvə yanacağının yanması və təkrar istehsalı
Nüvə reaktorunun işləməsi zamanı yanacaqda parçalanma fraqmentlərinin toplanması səbəbindən onun izotopik və kimyəvi tərkibi dəyişir, transuran elementləri, əsasən izotoplar əmələ gəlir. Parçalanma fraqmentlərinin nüvə reaktorunun reaktivliyinə təsiri deyilir zəhərlənmə(radioaktiv fraqmentlər üçün) və şlaklama(sabit izotoplar üçün).
Reaktorun zəhərlənməsinin əsas səbəbi ən böyük neytron udma en kəsiyinə (2,6 10 6 anbar) malik olmasıdır. Yarımxaricolma dövrü 135 Xe T 1/2 = 9,2 saat; bölünmə gəliri 6-7% təşkil edir. 135 Xe-nin əsas hissəsi çürümə nəticəsində əmələ gəlir ( T 1/2 = 6,8 saat). Zəhərlənmə zamanı Kef 1-3% dəyişir. 135 Xe-nin böyük udma kəsişməsi və aralıq izotop 135 I-in olması iki mühüm hadisəyə səbəb olur:
- 135 Xe konsentrasiyasının artmasına və nəticədə reaktorun bağlanmasından və ya gücü azaldıqdan sonra reaktivliyinin azalmasına ("yod çuxuru"), bu da qısamüddətli dayanmaları və çıxış gücündə dalğalanmaları qeyri-mümkün edir. Bu təsir tənzimləyici orqanlarda reaktivlik marjası tətbiq etməklə aradan qaldırılır. Yod quyusunun dərinliyi və müddəti neytron axınından F asılıdır: F = 5 10 18 neytron/(sm² san), yod quyusunun işləmə müddəti ˜ 30 saat, dərinliyi isə stasionar dəyişmədən 2 dəfə böyükdür. Keffdə 135 Xe zəhərlənməsi səbəb oldu.
- Zəhərlənmə ilə əlaqədar olaraq neytron axını F-in və nəticədə reaktorun gücünün məkan-zaman dalğalanmaları baş verə bilər. Bu rəqslər Ф > 10 18 neytron/(sm² san) və böyük ölçülər reaktor. Salınım dövrləri ˜ 10 saat.
Nüvə parçalanması zamanı, böyük rəqəm parçalanan izotopun udma en kəsiyi ilə müqayisədə udma en kəsiyi ilə fərqlənən sabit fraqmentlər. Fragment konsentrasiyası ilə böyük dəyər udma en kəsiyi reaktorun işinin ilk bir neçə günü ərzində doyma səviyyəsinə çatır. Bunlar əsasən müxtəlif “yaş”larda olan TVEL-lərdir.
Nə vaxt tam dəyişdirmə yanacaq, reaktorun kompensasiya edilməli olan artıq reaktivliyi var, ikinci halda isə kompensasiya yalnız reaktorun ilk işə salınması zamanı tələb olunur. Davamlı yanacaq doldurma yanma dərinliyini artırmağa imkan verir, çünki reaktorun reaktivliyi parçalanan izotopların orta konsentrasiyası ilə müəyyən edilir.
Yüklənmiş yanacağın kütləsi boşaldılmış enerjinin "çəkisi" səbəbindən boşaldılmış kütlədən artıqdır. Reaktor dayandırıldıqdan sonra, ilk növbədə gecikmiş neytronların parçalanması səbəbindən, sonra isə 1-2 dəqiqədən sonra parçalanma fraqmentlərinin və transuran elementlərinin β- və γ-şüalanması hesabına yanacağa enerji ayrılmağa davam edir. Reaktor bağlanmadan əvvəl kifayət qədər uzun müddət işləmişsə, bağlandıqdan 2 dəqiqə sonra enerji buraxılışı təxminən 3%, 1 saatdan sonra - 1%, bir gündən sonra - 0,4%, bir ildən sonra - ilkin gücün 0,05% -ni təşkil edir.
Nüvə reaktorunda əmələ gələn parçalanan Pu izotoplarının sayının yanmış 235 U miqdarına nisbəti deyilir. dönüşüm dərəcəsi K K . K K dəyəri zənginləşmə və yanma azaldıqca artır. Təbii uranla işləyən ağır su reaktoru üçün yanma müddəti 10 GVt gün/t K K = 0,55 və kiçik yanmalar üçün (bu halda K K adlanır) ilkin plutonium əmsalı) K K = 0,8. Nüvə reaktoru yanaraq eyni izotopları əmələ gətirirsə (breeder reaktor), onda çoxalma sürətinin yanma sürətinə nisbəti deyilir. reproduksiya dərəcəsi K V. İstilik reaktorlarında K V< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах К В может достигать 1,4-1,5. Рост К В для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов g böyüyür və a düşür.
Nüvə reaktoruna nəzarət
Nüvə reaktorunun idarə edilməsi yalnız parçalanma zamanı neytronların bir hissəsinin fraqmentlərdən bir neçə millisaniyədən bir neçə dəqiqəyə qədər gecikmə ilə uçması səbəbindən mümkündür.
Reaktoru idarə etmək üçün udma çubuqları istifadə olunur, nüvəyə daxil edilir, neytronları güclü şəkildə udan materiallardan (əsasən və bəziləri) və / və ya müəyyən bir konsentrasiyada soyuducuya əlavə olunan bor turşusunun məhlulundan hazırlanır (bor tənzimlənməsi) . Çubuqların hərəkəti operatordan və ya avadanlıqdan gələn siqnallarla işləyən xüsusi mexanizmlər, sürücülər tərəfindən idarə olunur avtomatik tənzimləmə neytron axını.
Hər bir reaktorda müxtəlif fövqəladə hallar baş verdikdə, bütün udma çubuqlarını nüvəyə - fövqəladə mühafizə sisteminə atmaqla həyata keçirilən zəncirvari reaksiyanın təcili dayandırılması təmin edilir.
Qalıq istilik
Nüvə təhlükəsizliyi ilə bilavasitə əlaqəli mühüm məsələ parçalanma istiliyidir. Bu nüvə yanacağının spesifik xüsusiyyətidir ki, hər hansı bir enerji mənbəyi üçün ümumi olan parçalanma zənciri reaksiyası və istilik ətaləti dayandırıldıqdan sonra reaktorda istilik buraxılması uzun müddət davam edir və bu, texniki cəhətdən mürəkkəb bir sıra problemlər.
Çürümə istiliyi reaktorun işləməsi zamanı yanacaqda yığılmış parçalanma məhsullarının β- və γ-parçalanmasının nəticəsidir. Parçalanma məhsullarının nüvələri, parçalanma nəticəsində əhəmiyyətli enerjinin ayrılması ilə daha sabit və ya tamamilə sabit vəziyyətə keçir.
Qalıq istilik buraxılış sürəti stasionar dəyərlərlə müqayisədə kiçik olan dəyərlərə sürətlə düşsə də, yüksək güclü reaktorlarda bu, mütləq mənada əhəmiyyətlidir. Bu səbəbdən, reaktor bağlandıqdan sonra onun nüvəsindən istiliyin çıxarılmasını təmin etmək üçün çürümə istiliyinin ayrılması uzun müddət tələb edir. Bu vəzifə reaktor qurğusunun layihələndirilməsində etibarlı enerji təchizatı ilə soyutma sistemlərinin olmasını tələb edir, həmçinin işlənmiş nüvə yanacağının xüsusi anbarlarda uzunmüddətli (3-4 il ərzində) saxlanmasını tələb edir. temperatur rejimi- adətən reaktorun bilavasitə yaxınlığında yerləşən işlənmiş yanacaq hovuzları.
həmçinin bax
- Sovet İttifaqında layihələndirilmiş və tikilmiş nüvə reaktorlarının siyahısı
Ədəbiyyat
- Levin V. E. Nüvə fizikası və nüvə reaktorları. 4-cü nəşr. - M.: Atomizdat, 1979.
- Şukolyukov A. Yu. “Uran. təbii nüvə reaktoru. “Kimya və həyat” No 6, 1980, s. 20-24
Qeydlər
- "ZEEP - Kanadanın İlk Nüvə Reaktoru", Kanada Elm və Texnologiya Muzeyi.
- Greshilov A. A., Egupov N. D., Matuşenko A. M. Nüvə qalxanı. - M .: Logos, 2008. - 438 s. -
