Ρολόι LED στον μικροελεγκτή. Φτιάξτο μόνος σου ρολόι σε μικροελεγκτή. Ηλεκτρικό κύκλωμα σπιτικό ρολόι με θερμόμετρο

28.02.2019

: ... αρκετά μπανάλ, αλλά παρόλα αυτά δεν βρήκα ποτέ τις πληροφορίες σε εύπεπτη μορφή - πώς ΑΡΧΙΖΕΙ να λειτουργεί ένας πυρηνικός αντιδραστήρας. Τα πάντα σχετικά με την αρχή και τη λειτουργία της συσκευής έχουν ήδη μασηθεί και κατανοηθεί 300 φορές, αλλά εδώ είναι πώς λαμβάνεται το καύσιμο και από τι, και γιατί δεν είναι τόσο επικίνδυνο μέχρι να βρεθεί στον αντιδραστήρα και γιατί δεν αντιδρά πριν βρεθεί βυθισμένος στον αντιδραστήρα! - στο κάτω-κάτω, ζεσταίνεται μόνο μέσα, ωστόσο, πριν από τη φόρτωση, οι ράβδοι καυσίμου είναι κρύες και όλα είναι εντάξει, επομένως το τι προκαλεί τη θέρμανση των στοιχείων δεν είναι απολύτως σαφές πώς επηρεάζονται και ούτω καθεξής, κατά προτίμηση όχι επιστημονικά).

Φυσικά, είναι δύσκολο να κανονίσουμε ένα τέτοιο θέμα όχι "σύμφωνα με την επιστήμη", αλλά θα προσπαθήσω. Ας καταλάβουμε πρώτα τι είναι αυτά τα TVEL.

Το πυρηνικό καύσιμο είναι μαύρες ταμπλέτες με διάμετρο περίπου 1 cm και ύψος περίπου 1,5 cm. Περιέχουν 2% διοξείδιο ουρανίου 235 και 98% ουράνιο 238, 236, 239. Σε όλες τις περιπτώσεις, με οποιαδήποτε ποσότητα πυρηνικού καυσίμου, πυρηνική έκρηξη δεν μπορεί να αναπτυχθεί, γιατί για μια χιονοστιβάδα ταχεία αντίδραση σχάσης χαρακτηριστική του πυρηνική έκρηξηαπαιτείται συγκέντρωση ουρανίου 235 πάνω από 60%.

Διακόσια σφαιρίδια πυρηνικού καυσίμου φορτώνονται σε ένα σωλήνα από μέταλλο ζιρκονίου. Το μήκος αυτού του σωλήνα είναι 3,5 μέτρα. διάμετρος 1,35 εκ. Αυτός ο σωλήνας ονομάζεται TVEL - στοιχείο καυσίμου. 36 TVEL συναρμολογούνται σε μια κασέτα (άλλο όνομα είναι "συναρμολόγηση").

Η συσκευή του στοιχείου καυσίμου του αντιδραστήρα RBMK: 1 - βύσμα. 2 - δισκία διοξειδίου του ουρανίου. 3 - κέλυφος ζιρκονίου. 4 - άνοιξη? 5 - δακτύλιος? 6 - συμβουλή.

Ο μετασχηματισμός μιας ουσίας συνοδεύεται από την απελευθέρωση ελεύθερης ενέργειας μόνο εάν η ουσία έχει απόθεμα ενεργειών. Το τελευταίο σημαίνει ότι τα μικροσωματίδια της ουσίας βρίσκονται σε κατάσταση με ενέργεια ηρεμίας μεγαλύτερη από ό,τι σε μια άλλη πιθανή κατάσταση, η μετάβαση στην οποία υπάρχει. Η αυθόρμητη μετάβαση εμποδίζεται πάντα από ένα ενεργειακό φράγμα, για να ξεπεραστεί το οποίο το μικροσωματίδιο πρέπει να λάβει κάποια ποσότητα ενέργειας από το εξωτερικό - την ενέργεια της διέγερσης. Η εξωενεργειακή αντίδραση συνίσταται στο γεγονός ότι στον μετασχηματισμό που ακολουθεί τη διέγερση, απελευθερώνεται περισσότερη ενέργεια από αυτή που απαιτείται για τη διέγερση της διαδικασίας. Υπάρχουν δύο τρόποι για να ξεπεραστεί το ενεργειακό φράγμα: είτε λόγω της κινητικής ενέργειας των συγκρουόμενων σωματιδίων, είτε λόγω της ενέργειας δέσμευσης του σωματιδίου που προσχωρεί.

Η διέγερση από τα σωματίδια ένωσης δεν απαιτεί μεγάλη κινητική ενέργεια και, ως εκ τούτου, δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία του μέσου, καθώς συμβαίνει λόγω των αχρησιμοποίητων δεσμών που είναι εγγενείς στα σωματίδια των ελκτικών δυνάμεων. Αλλά από την άλλη πλευρά, τα ίδια τα σωματίδια είναι απαραίτητα για να διεγείρουν τις αντιδράσεις. Και αν πάλι δεν έχουμε στο μυαλό μας μια ξεχωριστή πράξη αντίδρασης, αλλά την παραγωγή ενέργειας σε μακροσκοπική κλίμακα, τότε αυτό είναι δυνατό μόνο όταν συμβεί μια αλυσιδωτή αντίδραση. Το τελευταίο προκύπτει όταν τα σωματίδια που διεγείρουν την αντίδραση επανεμφανίζονται ως προϊόντα μιας εξωενεργητικής αντίδρασης.

Για τον έλεγχο και την προστασία ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, χρησιμοποιούνται ράβδοι ελέγχου που μπορούν να μετακινηθούν σε όλο το ύψος του πυρήνα. Οι ράβδοι είναι κατασκευασμένες από ουσίες που απορροφούν έντονα νετρόνια, όπως το βόριο ή το κάδμιο. Στο βαθιά εισαγωγήράβδους, μια αλυσιδωτή αντίδραση καθίσταται αδύνατη, αφού τα νετρόνια απορροφώνται έντονα και απομακρύνονται από τη ζώνη αντίδρασης.

Οι ράβδοι μετακινούνται απομακρυσμένα από τον πίνακα ελέγχου. Με μια μικρή κίνηση των ράβδων, η διαδικασία της αλυσίδας είτε θα αναπτυχθεί είτε θα αποσυντεθεί. Με αυτόν τον τρόπο ρυθμίζεται η ισχύς του αντιδραστήρα.

NPP Λένινγκραντ, αντιδραστήρας RBMK

Έναρξη αντιδραστήρα:

Την αρχική χρονική στιγμή μετά την πρώτη φόρτωση με καύσιμο, δεν υπάρχει αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης στον αντιδραστήρα, ο αντιδραστήρας βρίσκεται σε υποκρίσιμη κατάσταση. Η θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού είναι πολύ χαμηλότερη από τη θερμοκρασία λειτουργίας.

Όπως αναφέραμε ήδη εδώ, για να ξεκινήσει μια αλυσιδωτή αντίδραση, το σχάσιμο υλικό πρέπει να σχηματίσει μια κρίσιμη μάζα - επαρκή ποσότητα αυθόρμητα σχάσιμου υλικού σε αρκετά μικρό χώρο, η συνθήκη υπό την οποία ο αριθμός των νετρονίων που απελευθερώνονται κατά τη διάρκεια της πυρηνικής σχάσης πρέπει να είναι περισσότερος αριθμόςαπορροφημένα νετρόνια. Αυτό μπορεί να γίνει με την αύξηση της περιεκτικότητας σε ουράνιο-235 (τον αριθμό των φορτωμένων στοιχείων καυσίμου) ή με την επιβράδυνση της ταχύτητας των νετρονίων έτσι ώστε να μην περάσουν δίπλα από τους πυρήνες του ουρανίου-235.

Ο αντιδραστήρας έρχεται στην εξουσία σε διάφορα στάδια. Με τη βοήθεια των ρυθμιστών αντιδραστικότητας, ο αντιδραστήρας μεταφέρεται στην υπερκρίσιμη κατάσταση Kef>1 και η ισχύς του αντιδραστήρα αυξάνεται σε επίπεδο 1-2% της ονομαστικής. Σε αυτό το στάδιο, ο αντιδραστήρας θερμαίνεται μέχρι τις παραμέτρους λειτουργίας του ψυκτικού και ο ρυθμός θέρμανσης είναι περιορισμένος. Κατά τη διαδικασία προθέρμανσης, τα χειριστήρια διατηρούν την ισχύ σε σταθερό επίπεδο. Στη συνέχεια ξεκινούν οι αντλίες κυκλοφορίας και τίθεται σε λειτουργία το σύστημα απομάκρυνσης θερμότητας. Μετά από αυτό, η ισχύς του αντιδραστήρα μπορεί να αυξηθεί σε οποιοδήποτε επίπεδο στην περιοχή από 2 έως 100% της ονομαστικής ισχύος.

Όταν ο αντιδραστήρας θερμαίνεται, η αντιδραστικότητα αλλάζει λόγω μεταβολών στη θερμοκρασία και την πυκνότητα των υλικών του πυρήνα. Μερικές φορές, κατά τη θέρμανση, η αμοιβαία θέση του πυρήνα και των στοιχείων ελέγχου που εισέρχονται στον πυρήνα ή εξέρχονται από αυτόν αλλάζει, προκαλώντας ένα φαινόμενο αντιδραστικότητας απουσία ενεργητικής κίνησης των στοιχείων ελέγχου.

Έλεγχος από στερεά, κινούμενα στοιχεία απορρόφησης

Για λειτουργική αλλαγήαντιδραστικότητα στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων, χρησιμοποιούνται στερεοί κινητοί απορροφητές. Στον αντιδραστήρα RBMK, οι ράβδοι ελέγχου περιέχουν δακτύλιους καρβιδίου βορίου που περικλείονται σε σωλήνα από κράμα αλουμινίου με διάμετρο 50 ή 70 mm. Κάθε ράβδος ελέγχου τοποθετείται σε ξεχωριστό κανάλι και ψύχεται με νερό από το κύκλωμα CPS (σύστημα ελέγχου και προστασίας) στο μέση θερμοκρασία 50 ° C. Σύμφωνα με το σκοπό τους, οι ράβδοι χωρίζονται σε ράβδους AZ (προστασία έκτακτης ανάγκης), στο RBMK υπάρχουν 24 τέτοιες ράβδοι. Ράβδοι αυτόματου ελέγχου - 12 τεμάχια, Τοπικές ράβδοι αυτόματου ελέγχου - 12 τεμάχια, ράβδοι χειροκίνητου ελέγχου -131, και 32 ράβδοι κοντού απορροφητή (USP). Υπάρχουν 211 καλάμια συνολικά. Επιπλέον, οι κοντές ράβδοι εισάγονται στο AZ από κάτω, οι υπόλοιπες από την κορυφή.

Αντιδραστήρας VVER 1000. 1 - μονάδα CPS. 2 - κάλυμμα αντιδραστήρα. 3 - δοχείο αντιδραστήρα. 4 - μπλοκ προστατευτικών σωλήνων (BZT). 5 - δικό μου? 6 - διάφραγμα πυρήνα. 7 - συγκροτήματα καυσίμου (FA) και ράβδοι ελέγχου.

Απορροφητικά στοιχεία καύσης.

Τα εύφλεκτα δηλητήρια χρησιμοποιούνται συχνά για να αντισταθμίσουν την υπερβολική αντιδραστικότητα μετά τη φόρτωση φρέσκου καυσίμου. Η αρχή λειτουργίας της οποίας είναι ότι, όπως το καύσιμο, μετά τη σύλληψη ενός νετρονίου, στη συνέχεια παύουν να απορροφούν νετρόνια (καίγονται). Επιπλέον, ο ρυθμός μείωσης ως αποτέλεσμα της απορρόφησης των νετρονίων, των απορροφητικών πυρήνων, είναι μικρότερος ή ίσος με τον ρυθμό απώλειας, ως αποτέλεσμα της σχάσης, των πυρήνων καυσίμου. Εάν φορτώσουμε στον πυρήνα του αντιδραστήρα καύσιμο που έχει σχεδιαστεί για λειτουργία κατά τη διάρκεια του έτους, τότε είναι προφανές ότι ο αριθμός των πυρήνων σχάσιμου καυσίμου στην αρχή της εργασίας θα είναι μεγαλύτερος από ό,τι στο τέλος, και πρέπει να αντισταθμίσουμε την υπερβολική αντιδραστικότητα τοποθετώντας απορροφητές στον πυρήνα. Εάν χρησιμοποιούνται ράβδοι ελέγχου για αυτό το σκοπό, τότε πρέπει να τις μετακινούμε συνεχώς καθώς μειώνεται ο αριθμός των πυρήνων καυσίμου. Η χρήση καύσιμων δηλητηρίων καθιστά δυνατή τη μείωση της χρήσης κινούμενων ράβδων. Προς το παρόν, τα καύσιμα δηλητήρια συχνά ενσωματώνονται απευθείας στα σφαιρίδια καυσίμου κατά την κατασκευή τους.

Υγρή ρύθμιση της αντιδραστικότητας.

Μια τέτοια ρύθμιση χρησιμοποιείται, ειδικότερα, κατά τη λειτουργία ενός αντιδραστήρα τύπου VVER, το βορικό οξύ H3BO3 που περιέχει 10Β πυρήνες που απορροφούν νετρόνια εισάγεται στο ψυκτικό υγρό. Αλλάζοντας τη συγκέντρωση του βορικού οξέος στη διαδρομή του ψυκτικού, αλλάζουμε έτσι την αντιδραστικότητα στον πυρήνα. Στην αρχική περίοδο της λειτουργίας του αντιδραστήρα, όταν υπάρχουν πολλοί πυρήνες καυσίμου, η συγκέντρωση του οξέος είναι μέγιστη. Καθώς το καύσιμο καίγεται, η συγκέντρωση του οξέος μειώνεται.

μηχανισμός αλυσιδωτής αντίδρασης

Ένας πυρηνικός αντιδραστήρας μπορεί να λειτουργήσει σε μια δεδομένη ισχύ για μεγάλο χρονικό διάστημα μόνο εάν έχει ένα περιθώριο αντιδραστικότητας στην αρχή της λειτουργίας του. Η εξαίρεση είναι οι υποκρίσιμοι αντιδραστήρες με εξωτερική πηγήθερμικά νετρόνια. Η απελευθέρωση της δεσμευμένης αντιδραστικότητας καθώς μειώνεται λόγω φυσικών αιτιών διασφαλίζει ότι η κρίσιμη κατάσταση του αντιδραστήρα διατηρείται σε κάθε στιγμή της λειτουργίας του. Το αρχικό περιθώριο αντιδραστικότητας δημιουργείται με την κατασκευή ενός πυρήνα με διαστάσεις πολύ μεγαλύτερες από τις κρίσιμες. Για να αποφευχθεί το να γίνει ο αντιδραστήρας υπερκρίσιμος, το k0 του μέσου αναπαραγωγής μειώνεται τεχνητά ταυτόχρονα. Αυτό επιτυγχάνεται με την εισαγωγή απορροφητών νετρονίων στον πυρήνα, οι οποίοι μπορούν στη συνέχεια να αφαιρεθούν από τον πυρήνα. Όπως και στα στοιχεία ελέγχου της αλυσιδωτής αντίδρασης, οι απορροφητικές ουσίες περιλαμβάνονται στο υλικό των ράβδων μιας ή της άλλης διατομής, που κινούνται κατά μήκος των αντίστοιχων καναλιών στον πυρήνα. Αλλά εάν μία, δύο ή πολλές ράβδοι επαρκούν για ρύθμιση, τότε ο αριθμός των ράβδων μπορεί να φτάσει τις εκατοντάδες για να αντισταθμίσει την αρχική περίσσεια αντιδραστικότητας. Αυτές οι ράβδοι ονομάζονται αντισταθμιστικές. Οι ράβδοι ελέγχου και αντιστάθμισης δεν είναι απαραίτητα διάφορα στοιχείαμε εποικοδομητικό σχεδιασμό. Ένας αριθμός αντισταθμιστικών ράβδων μπορεί να είναι ράβδοι ελέγχου, αλλά οι λειτουργίες και των δύο είναι διαφορετικές. Οι ράβδοι ελέγχου έχουν σχεδιαστεί για να διατηρούν μια κρίσιμη κατάσταση ανά πάσα στιγμή, να σταματούν, να εκκινούν τον αντιδραστήρα, να αλλάζουν από το ένα επίπεδο ισχύος στο άλλο. Όλες αυτές οι λειτουργίες απαιτούν μικρές αλλαγές στην αντιδραστικότητα. Οι αντισταθμιστικές ράβδοι αποσύρονται σταδιακά από τον πυρήνα του αντιδραστήρα, εξασφαλίζοντας κρίσιμη κατάσταση καθ' όλη τη διάρκεια της λειτουργίας του.

Μερικές φορές οι ράβδοι ελέγχου δεν κατασκευάζονται από απορροφητικά υλικά, αλλά από σχάσιμο ή διασκορπισμένο υλικό. Στους θερμικούς αντιδραστήρες, αυτοί είναι κυρίως απορροφητές νετρονίων, ενώ δεν υπάρχουν αποτελεσματικοί γρήγοροι απορροφητές νετρονίων. Τέτοιοι απορροφητές όπως το κάδμιο, το άφνιο και άλλοι απορροφούν έντονα μόνο θερμικά νετρόνια λόγω της εγγύτητας του πρώτου συντονισμού στη θερμική περιοχή και εκτός της τελευταίας δεν διαφέρουν από άλλες ουσίες στις απορροφητικές τους ιδιότητες. Εξαίρεση αποτελεί το βόριο, του οποίου η διατομή απορρόφησης νετρονίων μειώνεται με ενέργεια πολύ πιο αργά από αυτή των υποδεικνυόμενων ουσιών, σύμφωνα με τον νόμο l/v. Επομένως, το βόριο απορροφά γρήγορα νετρόνια, αν και ασθενώς, αλλά κάπως καλύτερα από άλλες ουσίες. Μόνο το βόριο, εάν είναι δυνατόν εμπλουτισμένο στο ισότοπο 10Β, μπορεί να χρησιμεύσει ως απορροφητικό υλικό σε έναν γρήγορο αντιδραστήρα νετρονίων. Εκτός από το βόριο, σχάσιμα υλικά χρησιμοποιούνται επίσης για ράβδους ελέγχου σε αντιδραστήρες ταχέων νετρονίων. Μια αντισταθμιστική ράβδος από σχάσιμο υλικό εκτελεί την ίδια λειτουργία με μια ράβδο απορρόφησης νετρονίων: αυξάνει την αντιδραστικότητα του αντιδραστήρα με τη φυσική του μείωση. Ωστόσο, σε αντίθεση με έναν απορροφητή, μια τέτοια ράβδος βρίσκεται έξω από τον πυρήνα στην αρχή της λειτουργίας του αντιδραστήρα και στη συνέχεια εισάγεται στον πυρήνα.

Από τα υλικά διασποράς στους γρήγορους αντιδραστήρες, χρησιμοποιείται το νικέλιο, το οποίο έχει διατομή σκέδασης για γρήγορα νετρόνια κάπως μεγαλύτερη από τις διατομές για άλλες ουσίες. Οι ράβδοι διασποράς βρίσκονται κατά μήκος της περιφέρειας του πυρήνα και η εμβάπτισή τους στο αντίστοιχο κανάλι προκαλεί μείωση της διαρροής νετρονίων από τον πυρήνα και, κατά συνέπεια, αύξηση της αντιδραστικότητας. Σε ορισμένες ειδικές περιπτώσεις, σκοπός του ελέγχου μιας αλυσιδωτής αντίδρασης είναι τα κινούμενα μέρη των ανακλαστήρων νετρονίων, τα οποία, όταν κινούνται, αλλάζουν τη διαρροή των νετρονίων από τον πυρήνα. Ράβδοι ρύθμισης, αντιστάθμισης και έκτακτης ανάγκης μαζί με όλο τον εξοπλισμό που τους παρέχει κανονική λειτουργία, αποτελούν το σύστημα ελέγχου και προστασίας του αντιδραστήρα (CPS).

Προστασία έκτακτης ανάγκης:

Προστασία πυρηνικού αντιδραστήρα έκτακτης ανάγκης - ένα σύνολο συσκευών που έχουν σχεδιαστεί για να σταματούν γρήγορα μια πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση στον πυρήνα του αντιδραστήρα.

Η ενεργή προστασία έκτακτης ανάγκης ενεργοποιείται αυτόματα όταν μια από τις παραμέτρους ενός πυρηνικού αντιδραστήρα φτάσει σε μια τιμή που μπορεί να οδηγήσει σε ατύχημα. Τέτοιες παράμετροι μπορεί να είναι: η θερμοκρασία, η πίεση και ο ρυθμός ροής του ψυκτικού, το επίπεδο και ο ρυθμός αύξησης ισχύος.

Τα εκτελεστικά στοιχεία της προστασίας έκτακτης ανάγκης είναι, στις περισσότερες περιπτώσεις, οι ράβδοι με μια ουσία που απορροφά καλά τα νετρόνια (βόριο ή κάδμιο). Μερικές φορές ένας καθαριστής υγρού εγχέεται στον βρόχο ψυκτικού για να κλείσει ο αντιδραστήρας.

Επιπρόσθετα ενεργητική προστασία, Πολλά σύγχρονα έργαπεριλαμβάνει επίσης στοιχεία παθητικής προστασίας. Για παράδειγμα, σύγχρονες επιλογέςΟι αντιδραστήρες VVER περιλαμβάνουν το "Emergency Core Cooling System" (ECCS) - ειδικές δεξαμενές με βορικό οξύ που βρίσκονται πάνω από τον αντιδραστήρα. Σε περίπτωση ατυχήματος μέγιστου σχεδιασμού (ρήξη του πρωτεύοντος κυκλώματος ψύξης του αντιδραστήρα), τα περιεχόμενα αυτών των δεξαμενών βρίσκονται λόγω βαρύτητας μέσα στον πυρήνα του αντιδραστήρα και η πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση σβήνεται από μεγάλη ποσότητα ουσίας που περιέχει βόριο που απορροφά καλά τα νετρόνια.

Σύμφωνα με τους «Κανόνες πυρηνικής ασφάλειας για τις εγκαταστάσεις αντιδραστήρων πυρηνικών σταθμών παραγωγής ενέργειας», σύμφωνα με τουλάχιστονένα από τα παρεχόμενα συστήματα διακοπής λειτουργίας αντιδραστήρα θα πρέπει να εκτελεί τη λειτουργία προστασίας έκτακτης ανάγκης (EP). Η προστασία έκτακτης ανάγκης πρέπει να έχει τουλάχιστον δύο ανεξάρτητες ομάδες φορέων εργασίας. Στο σήμα του ΑΖ, τα σώματα εργασίας του ΑΖ πρέπει να ενεργοποιούνται από οποιεσδήποτε θέσεις εργασίας ή ενδιάμεσες θέσεις.

Ο εξοπλισμός AZ πρέπει να αποτελείται από τουλάχιστον δύο ανεξάρτητα σετ.

Κάθε σετ εξοπλισμού ΑΖ πρέπει να σχεδιάζεται με τέτοιο τρόπο ώστε, στο εύρος των μεταβολών της πυκνότητας ροής νετρονίων από 7% έως 120% της ονομαστικής τιμής, να παρέχεται προστασία για:

1. Σύμφωνα με την πυκνότητα της ροής νετρονίων - τουλάχιστον τρία ανεξάρτητα κανάλια.
2. Σύμφωνα με το ρυθμό αύξησης της πυκνότητας ροής νετρονίων - κατά τουλάχιστον τρία ανεξάρτητα κανάλια.

Κάθε σετ εξοπλισμού AZ πρέπει να σχεδιάζεται με τέτοιο τρόπο ώστε, σε όλο το εύρος των αλλαγών παραμέτρων διεργασίας που καθορίζονται στο σχεδιασμό της μονάδας αντιδραστήρα (RP), η προστασία έκτακτης ανάγκης παρέχεται από τουλάχιστον τρία ανεξάρτητα κανάλια για κάθε παράμετρο διεργασίας για την οποία παρέχεται προστασία. απαραίτητη.

Οι εντολές ελέγχου κάθε σετ για ενεργοποιητές AZ πρέπει να μεταδίδονται σε τουλάχιστον δύο κανάλια. Κατά τον παροπλισμό ενός καναλιού σε ένα από τα σετ εξοπλισμού AZ χωρίς παροπλισμό αυτό το κιτθα δημιουργηθεί αυτόματα ένας συναγερμός για αυτό το κανάλι από τη λειτουργία.

Η ενεργοποίηση της προστασίας έκτακτης ανάγκης πρέπει να πραγματοποιείται τουλάχιστον στις ακόλουθες περιπτώσεις:

1. Με την επίτευξη του σημείου ρύθμισης ΑΖ ως προς την πυκνότητα ροής νετρονίων.
2. Με την επίτευξη του σημείου ρύθμισης ΑΖ ως προς τον ρυθμό αύξησης της πυκνότητας ροής νετρονίων.
3. Σε περίπτωση διακοπής ρεύματος σε οποιοδήποτε σετ εξοπλισμού AZ και λεωφορείων τροφοδοσίας CPS που δεν έχουν τεθεί εκτός λειτουργίας.
4. Σε περίπτωση βλάβης οποιωνδήποτε δύο από τα τρία κανάλια προστασίας ως προς την πυκνότητα ροής νετρονίων ή ως προς τον ρυθμό αύξησης της ροής νετρονίων σε οποιοδήποτε σύνολο εξοπλισμού ΑΖ που δεν έχει παροπλιστεί.
5. Όταν οι ρυθμίσεις AZ επιτυγχάνονται από τις τεχνολογικές παραμέτρους, σύμφωνα με τις οποίες είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθεί προστασία.
6. Κατά την εκκίνηση της λειτουργίας του AZ από το κλειδί από το σημείο ελέγχου μπλοκ (BCR) ή το εφεδρικό σημείο ελέγχου (RCP).

Ίσως κάποιος θα μπορέσει να εξηγήσει εν συντομία ακόμη λιγότερο επιστημονικά πώς αρχίζει να λειτουργεί η μονάδα ισχύος ενός πυρηνικού σταθμού; :-)

Θυμηθείτε ένα θέμα όπως Το αρχικό άρθρο βρίσκεται στον ιστότοπο InfoGlaz.rfΣύνδεσμος προς το άρθρο από το οποίο δημιουργήθηκε αυτό το αντίγραφο -

Η αλυσιδωτή αντίδραση της σχάσης συνοδεύεται πάντα από την απελευθέρωση ενέργειας τεράστιου μεγέθους. Πρακτική χρήσηαυτή η ενέργεια είναι το κύριο καθήκον ενός πυρηνικού αντιδραστήρα.

Ένας πυρηνικός αντιδραστήρας είναι μια συσκευή στην οποία λαμβάνει χώρα μια ελεγχόμενη ή ελεγχόμενη αντίδραση πυρηνικής σχάσης.

Σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας, οι πυρηνικοί αντιδραστήρες χωρίζονται σε δύο ομάδες: τους θερμικούς αντιδραστήρες νετρονίων και τους αντιδραστήρες ταχέων νετρονίων.

Πώς λειτουργεί ένας πυρηνικός αντιδραστήρας θερμικών νετρονίων;

Ένας τυπικός πυρηνικός αντιδραστήρας έχει:

Πυρήνας και συντονιστής.
Ανακλαστήρας νετρονίων;
Ψυκτικό;
Σύστημα ελέγχου αλυσιδωτής αντίδρασης, προστασία έκτακτης ανάγκης.
Σύστημα ελέγχου και ακτινοπροστασίας.
Σύστημα τηλεχειρισμού.

1 - ενεργή ζώνη. 2 - ανακλαστήρας? 3 - προστασία. 4 - ράβδοι ελέγχου. 5 - ψυκτικό? 6 - αντλίες? 7 - εναλλάκτης θερμότητας. 8 - στρόβιλος? 9 - γεννήτρια. 10 - πυκνωτής.

Πυρήνας και συντονιστής

Είναι στον πυρήνα που λαμβάνει χώρα η ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης.

Οι περισσότεροι πυρηνικοί αντιδραστήρες λειτουργούν με βαριά ισότοπα ουρανίου-235. Αλλά σε φυσικά δείγματα μεταλλεύματος ουρανίου, η περιεκτικότητά του είναι μόνο 0,72%. Αυτή η συγκέντρωση δεν είναι αρκετή για να αναπτυχθεί μια αλυσιδωτή αντίδραση. Ως εκ τούτου, το μετάλλευμα εμπλουτίζεται τεχνητά, ανεβάζοντας την περιεκτικότητα σε αυτό το ισότοπο στο 3%.

Το σχάσιμο υλικό, ή πυρηνικό καύσιμο, με τη μορφή σφαιριδίων τοποθετείται σε ερμητικά σφραγισμένες ράβδους που ονομάζονται TVEL (στοιχεία καυσίμου). Διαπερνούν ολόκληρη την ενεργή ζώνη γεμάτη μεσολαβητήςνετρόνια.

Γιατί χρειάζεται ένας συντονιστής νετρονίων σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα;

Το γεγονός είναι ότι τα νετρόνια που γεννήθηκαν μετά τη διάσπαση των πυρήνων του ουρανίου-235 έχουν πολύ υψηλή ταχύτητα. Η πιθανότητα σύλληψής τους από άλλους πυρήνες ουρανίου είναι εκατοντάδες φορές μικρότερη από την πιθανότητα σύλληψης αργών νετρονίων. Και αν δεν μειώσετε την ταχύτητά τους, η πυρηνική αντίδραση μπορεί να εξασθενίσει με την πάροδο του χρόνου. Ο συντονιστής λύνει το πρόβλημα της μείωσης της ταχύτητας των νετρονίων. Εάν το νερό ή ο γραφίτης τοποθετηθεί στη διαδρομή των γρήγορων νετρονίων, η ταχύτητά τους μπορεί να μειωθεί τεχνητά και έτσι να αυξηθεί ο αριθμός των σωματιδίων που συλλαμβάνονται από τα άτομα. Ταυτόχρονα, απαιτείται μικρότερη ποσότητα πυρηνικού καυσίμου για μια αλυσιδωτή αντίδραση σε έναν αντιδραστήρα.

Ως αποτέλεσμα της διαδικασίας επιβράδυνσης, θερμικά νετρόνια, του οποίου η ταχύτητα είναι πρακτικά ίση με την ταχύτητα της θερμικής κίνησης των μορίων αερίου σε θερμοκρασία δωματίου.

Ως μεσολαβητής σε πυρηνικούς αντιδραστήρες, χρησιμοποιείται νερό, βαρύ νερό (οξείδιο του δευτερίου D 2 O), βηρύλλιο και γραφίτης. Αλλά ο καλύτερος συντονιστής είναι το βαρύ νερό D 2 O.

Ανακλαστήρας νετρονίων

Για να αποφευχθεί η διαρροή νετρονίων στο περιβάλλον, ο πυρήνας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα περιβάλλεται από ανακλαστήρας νετρονίων. Ως υλικό για ανακλαστήρες, χρησιμοποιούνται συχνά οι ίδιες ουσίες όπως και στους συντονιστές.

ψυκτικό

Η θερμότητα που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια μιας πυρηνικής αντίδρασης απομακρύνεται χρησιμοποιώντας ψυκτικό. Ως ψυκτικό υγρό σε πυρηνικούς αντιδραστήρες, χρησιμοποιείται συχνά συνηθισμένο φυσικό νερό, προηγουμένως καθαρισμένο από διάφορες ακαθαρσίες και αέρια. Επειδή όμως το νερό βράζει ήδη σε θερμοκρασία 100 0 C και πίεση 1 atm, για να αυξηθεί το σημείο βρασμού, αυξάνεται η πίεση στο κύκλωμα του πρωτεύοντος ψυκτικού. Το νερό του πρωτεύοντος κυκλώματος, που κυκλοφορεί μέσω του πυρήνα του αντιδραστήρα, πλένει τα στοιχεία καυσίμου, ενώ θερμαίνεται σε θερμοκρασία 320 0 C. Πιο μέσα στον εναλλάκτη θερμότητας, εκπέμπει θερμότητα στο νερό του δεύτερου κυκλώματος. Η ανταλλαγή περνά μέσα από τους σωλήνες ανταλλαγής θερμότητας, οπότε δεν υπάρχει επαφή με το νερό του δευτερεύοντος κυκλώματος. Αυτό αποκλείει την είσοδο ραδιενεργών ουσιών στο δεύτερο κύκλωμα του εναλλάκτη θερμότητας.

Και τότε όλα γίνονται όπως σε μια θερμοηλεκτρική μονάδα. Το νερό στο δεύτερο κύκλωμα μετατρέπεται σε ατμό. Ο ατμός γυρίζει έναν στρόβιλο, ο οποίος κινεί μια ηλεκτρική γεννήτρια, η οποία παράγει ηλεκτρική ενέργεια.

Στους αντιδραστήρες βαρέος νερού, το ψυκτικό είναι το βαρύ νερό D 2 O και σε αντιδραστήρες με υγρά ψυκτικά μετάλλων, είναι λιωμένο μέταλλο.

Σύστημα ελέγχου αλυσιδωτής αντίδρασης

Η τρέχουσα κατάσταση του αντιδραστήρα χαρακτηρίζεται από μια ποσότητα που ονομάζεται αντιδραστικότητα.

ρ = ( k-1)/ κ ,

k = n i / n i -1 ,

Οπου κ είναι ο παράγοντας πολλαπλασιασμού νετρονίων,

n i είναι ο αριθμός των νετρονίων της επόμενης γενιάς σε μια αντίδραση πυρηνικής σχάσης,

n i -1 , είναι ο αριθμός των νετρονίων της προηγούμενης γενιάς στην ίδια αντίδραση.

Αν k ˃ 1 , η αλυσιδωτή αντίδραση συσσωρεύεται, το σύστημα καλείται υπερκρίσιμοςου. Αν κ< 1 , η αλυσιδωτή αντίδραση διασπάται και το σύστημα καλείται υποκριτικό. Στο k = 1 ο αντιδραστήρας είναι μέσα σταθερή κρίσιμη κατάσταση, αφού ο αριθμός των σχάσιμων πυρήνων δεν αλλάζει. Σε αυτή την κατάσταση, αντιδραστικότητα ρ = 0 .

Η κρίσιμη κατάσταση του αντιδραστήρα (ο απαιτούμενος συντελεστής πολλαπλασιασμού νετρονίων σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα) διατηρείται με κίνηση ράβδοι ελέγχου. Το υλικό από το οποίο κατασκευάζονται περιλαμβάνει ουσίες που απορροφούν νετρόνια. Η ώθηση ή η ώθηση αυτών των ράβδων στον πυρήνα ελέγχει τον ρυθμό της αντίδρασης πυρηνικής σχάσης.

Το σύστημα ελέγχου παρέχει έλεγχο του αντιδραστήρα κατά την εκκίνηση, προγραμματισμένη διακοπή λειτουργίας, λειτουργία με ρεύμα, καθώς και προστασία έκτακτης ανάγκης του πυρηνικού αντιδραστήρα. Αυτό επιτυγχάνεται αλλάζοντας τη θέση των ράβδων ελέγχου.

Εάν κάποια από τις παραμέτρους του αντιδραστήρα (θερμοκρασία, πίεση, ρυθμός περιστροφής ισχύος, κατανάλωση καυσίμου κ.λπ.) αποκλίνει από τον κανόνα και αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ατύχημα, ράβδοι έκτακτης ανάγκηςκαι υπάρχει ταχεία παύση της πυρηνικής αντίδρασης.

Για να διασφαλίσετε ότι οι παράμετροι του αντιδραστήρα συμμορφώνονται με τα πρότυπα, παρακολουθήστε συστήματα παρακολούθησης και ακτινοπροστασίας.

Για φρουρά περιβάλλοναπό ραδιενεργή ακτινοβολία, ο αντιδραστήρας τοποθετείται σε παχιά τσιμεντένια θήκη.

Συστήματα τηλεχειρισμού

Όλα τα σήματα σχετικά με την κατάσταση του πυρηνικού αντιδραστήρα (θερμοκρασία ψυκτικού, επίπεδο ακτινοβολίας σε διάφορα μέρη του αντιδραστήρα κ.λπ.) αποστέλλονται στον πίνακα ελέγχου του αντιδραστήρα και υποβάλλονται σε επεξεργασία σε συστήματα υπολογιστών. Ο χειριστής τα λαμβάνει όλα απαραίτητες πληροφορίεςκαι συστάσεις για την εξάλειψη ορισμένων αποκλίσεων.

Γρήγοροι αντιδραστήρες νετρονίων

Η διαφορά μεταξύ αυτού του τύπου αντιδραστήρων και των αντιδραστήρων θερμικών νετρονίων είναι ότι τα γρήγορα νετρόνια που προκύπτουν μετά τη διάσπαση του ουρανίου-235 δεν επιβραδύνονται, αλλά απορροφώνται από το ουράνιο-238 με την επακόλουθη μετατροπή του σε πλουτώνιο-239. Ως εκ τούτου, οι αντιδραστήρες ταχέων νετρονίων χρησιμοποιούνται για την παραγωγή πλουτωνίου-239 και θερμικής ενέργειας για όπλα, η οποία μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια από γεννήτριες πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής.

Το πυρηνικό καύσιμο σε τέτοιους αντιδραστήρες είναι το ουράνιο-238 και η πρώτη ύλη είναι το ουράνιο-235.

Στο φυσικό μετάλλευμα ουρανίου, το 99,2745% είναι ουράνιο-238. Όταν ένα θερμικό νετρόνιο απορροφάται, δεν διασπάται, αλλά γίνεται ισότοπο του ουρανίου-239.

Λίγο καιρό μετά τη β-διάσπαση, το ουράνιο-239 μετατρέπεται στον πυρήνα του ποσειδώνιου-239:

239 92 U → 239 93 Np + 0 -1 e

Μετά τη δεύτερη β-διάσπαση, σχηματίζεται σχάσιμο πλουτώνιο-239:

239 9 3 Np → 239 94 Pu + 0 -1 e

Και τέλος, μετά την άλφα διάσπαση του πυρήνα του πλουτωνίου-239, λαμβάνεται το ουράνιο-235:

239 94 Pu → 235 92 U + 4 2 He

Ράβδοι καυσίμου με πρώτες ύλες (εμπλουτισμένο ουράνιο-235) βρίσκονται στον πυρήνα του αντιδραστήρα. Αυτή η ζώνη περιβάλλεται από μια ζώνη αναπαραγωγής, η οποία είναι ράβδοι καυσίμου με καύσιμο (εξαντλημένο ουράνιο-238). Τα γρήγορα νετρόνια που εκπέμπονται από τον πυρήνα μετά τη διάσπαση του ουρανίου-235 συλλαμβάνονται από τους πυρήνες του ουρανίου-238. Το αποτέλεσμα είναι πλουτώνιο-239. Έτσι, νέο πυρηνικό καύσιμο παράγεται σε ταχείς αντιδραστήρες νετρονίων.

Τα υγρά μέταλλα ή τα μείγματά τους χρησιμοποιούνται ως ψυκτικά σε ταχείς πυρηνικούς αντιδραστήρες νετρονίων.

Ταξινόμηση και εφαρμογή πυρηνικών αντιδραστήρων

Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούνται κυρίως σε πυρηνικούς σταθμούς. Με τη βοήθειά τους, λάβετε ηλεκτρικά και θερμική ενέργειασε βιομηχανική κλίμακα. Τέτοιοι αντιδραστήρες ονομάζονται ενέργεια .

Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούνται ευρέως στα συστήματα πρόωσης σύγχρονων πυρηνικών υποβρυχίων, πλοίων επιφανείας και στη διαστημική τεχνολογία. Προμηθεύουν ηλεκτρική ενέργειαονομάζονται μηχανές αντιδραστήρες μεταφοράς .

Για επιστημονική έρευναστον τομέα της πυρηνικής φυσικής και της χημείας της ακτινοβολίας, χρησιμοποιούν ροές νετρονίων, γάμμα κβάντα, τα οποία λαμβάνονται στον πυρήνα ερευνητικούς αντιδραστήρες. Η ενέργεια που παράγεται από αυτά δεν ξεπερνά τα 100 MW και δεν χρησιμοποιείται για βιομηχανικούς σκοπούς.

Εξουσία πειραματικοί αντιδραστήρες ακόμα λιγότερο. Φτάνει σε τιμή μόνο μερικών kW. Αυτοί οι αντιδραστήρες χρησιμοποιούνται για τη μελέτη διαφόρων φυσικές ποσότητες, του οποίου η σημασία είναι σημαντική στο σχεδιασμό των πυρηνικών αντιδράσεων.

ΠΡΟΣ ΤΗΝ βιομηχανικούς αντιδραστήρες περιλαμβάνουν αντιδραστήρες για την παραγωγή ραδιενεργών ισοτόπων που χρησιμοποιούνται για ιατρικούς σκοπούς, καθώς και σε διάφορες περιοχέςβιομηχανία και τεχνολογία. Οι αντιδραστήρες αφαλάτωσης θαλασσινού νερού είναι επίσης βιομηχανικοί αντιδραστήρες.

Πυρηνικός αντιδραστήρας, αρχή λειτουργίας, λειτουργία πυρηνικού αντιδραστήρα.

Καθημερινά χρησιμοποιούμε ηλεκτρική ενέργεια και δεν σκεφτόμαστε πώς παράγεται και πώς ήρθε σε εμάς. Ωστόσο, είναι ένα από τα πιο σημαντικά μέρησύγχρονος πολιτισμός. Χωρίς ηλεκτρικό ρεύμα, δεν θα υπήρχε τίποτα - ούτε φως, ούτε θερμότητα, ούτε κίνηση.

Όλοι γνωρίζουν ότι η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, συμπεριλαμβανομένων των πυρηνικών. Η καρδιά κάθε πυρηνικού σταθμού είναι πυρηνικός αντιδραστήρας. Αυτό θα συζητήσουμε σε αυτό το άρθρο.

Πυρηνικός αντιδραστήρας, μια συσκευή στην οποία λαμβάνει χώρα μια ελεγχόμενη πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση με την απελευθέρωση θερμότητας. Βασικά, αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και ως κίνηση για μεγάλα πλοία. Για να φανταστεί κανείς την ισχύ και την αποτελεσματικότητα των πυρηνικών αντιδραστήρων, μπορεί κανείς να δώσει ένα παράδειγμα. Όπου ένας μέσος πυρηνικός αντιδραστήρας θα χρειαζόταν 30 κιλά ουρανίου, ένας μέσος θερμοηλεκτρικός σταθμός θα χρειαζόταν 60 βαγόνια άνθρακα ή 40 δεξαμενές μαζούτ.

πρωτότυπο πυρηνικός αντιδραστήραςκατασκευάστηκε τον Δεκέμβριο του 1942 στις ΗΠΑ υπό τη διεύθυνση του E. Fermi. Ήταν η λεγόμενη «στοίβα του Σικάγο». Chicago Pile (στη συνέχεια η λέξη"Σωρός" μαζί με άλλες έννοιες άρχισε να υποδηλώνει έναν πυρηνικό αντιδραστήρα).Αυτό το όνομα του δόθηκε λόγω του γεγονότος ότι έμοιαζε με μια μεγάλη στοίβα από μπλοκ γραφίτη τοποθετημένα το ένα πάνω στο άλλο.

Ανάμεσα στα μπλοκ τοποθετήθηκαν σφαιρικά «σώματα εργασίας» φυσικού ουρανίου και του διοξειδίου του.

Στην ΕΣΣΔ, ο πρώτος αντιδραστήρας κατασκευάστηκε υπό την ηγεσία του ακαδημαϊκού IV Kurchatov. Ο αντιδραστήρας F-1 τέθηκε σε λειτουργία στις 25 Δεκεμβρίου 1946. Ο αντιδραστήρας είχε τη μορφή μπάλας και είχε διάμετρο περίπου 7,5 μέτρα. Δεν διέθετε σύστημα ψύξης, οπότε δούλευε σε πολύ χαμηλά επίπεδα ισχύος.

Η έρευνα συνεχίστηκε και στις 27 Ιουνίου 1954 τέθηκε σε λειτουργία ο πρώτος πυρηνικός σταθμός στον κόσμο ισχύος 5 MW στην πόλη Όμπνινσκ.

Η αρχή της λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα.

Κατά τη διάσπαση του ουρανίου U 235, απελευθερώνεται θερμότητα, συνοδευόμενη από την απελευθέρωση δύο ή τριών νετρονίων. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία - 2,5. Αυτά τα νετρόνια συγκρούονται με άλλα άτομα ουρανίου U 235 . Σε μια σύγκρουση, το ουράνιο U 235 μετατρέπεται σε ένα ασταθές ισότοπο U 236, το οποίο σχεδόν αμέσως διασπάται σε Kr 92 και Ba 141 + αυτά τα ίδια 2-3 νετρόνια. Η αποσύνθεση συνοδεύεται από την απελευθέρωση ενέργειας με τη μορφή ακτινοβολίας γάμμα και θερμότητας.

Αυτό ονομάζεται αλυσιδωτή αντίδραση. Τα άτομα διαιρούνται, ο αριθμός των διασπάσεων αυξάνεται εκθετικά, γεγονός που οδηγεί τελικά σε αστραπιαία, σύμφωνα με τα πρότυπά μας, απελευθέρωση τεράστιο ποσόενέργεια - συμβαίνει μια ατομική έκρηξη, ως συνέπεια μιας ανεξέλεγκτης αλυσιδωτής αντίδρασης.

Ωστόσο, σε πυρηνικός αντιδραστήραςέχουμε να κάνουμε με ελεγχόμενη πυρηνική αντίδραση.Το πώς αυτό γίνεται δυνατό περιγράφεται περαιτέρω.

Η συσκευή ενός πυρηνικού αντιδραστήρα.

Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων VVER (αντιδραστήρας ισχύος νερού υπό πίεση) και RBMK (αντιδραστήρας υψηλή ισχύςΚανάλι). Η διαφορά είναι ότι το RBMK είναι ένας αντιδραστήρας βραστό νερό, ενώ ο VVER χρησιμοποιεί νερό υπό πίεση 120 ατμοσφαιρών.

Κάθε πυρηνικός αντιδραστήρας βιομηχανικού τύπου είναι ένας λέβητας μέσω του οποίου ρέει ένα ψυκτικό υγρό. Αυτό είναι συνήθως συνηθισμένο νερό(περίπου 75% στον κόσμο), υγρός γραφίτης (20%) και βαρύ νερό (5%). Για πειραματικούς σκοπούς, χρησιμοποιήθηκε βηρύλλιο και υποτέθηκε υδρογονάνθρακας.

TVEL- (στοιχείο καυσίμου). Πρόκειται για ράβδους σε κέλυφος ζιρκονίου με κράμα νιοβίου, στο εσωτερικό του οποίου υπάρχουν ταμπλέτες διοξειδίου του ουρανίου.

TVEL raktor RBMK. Η συσκευή του στοιχείου καυσίμου του αντιδραστήρα RBMK: 1 - βύσμα. 2 - δισκία διοξειδίου του ουρανίου. 3 - κέλυφος ζιρκονίου. 4 - άνοιξη? 5 - δακτύλιος? 6 - συμβουλή.

Το TVEL περιλαμβάνει επίσης ένα σύστημα ελατηρίου για τη συγκράτηση των pellets καυσίμου στο ίδιο επίπεδο, το οποίο καθιστά δυνατό τον ακριβέστερο έλεγχο του βάθους βύθισης/αφαίρεσης του καυσίμου στον πυρήνα. Συναρμολογούνται σε εξαγωνικές κασέτες, καθεμία από τις οποίες περιλαμβάνει αρκετές δεκάδες ράβδους καυσίμου. Το ψυκτικό υγρό ρέει μέσω των καναλιών σε κάθε κασέτα.

Τα στοιχεία καυσίμου στην κασέτα επισημαίνονται με πράσινο χρώμα.

Συγκρότημα κασέτας καυσίμου.

Ο πυρήνας του αντιδραστήρα αποτελείται από εκατοντάδες κασέτες, τοποθετημένες κάθετα και ενωμένες μεταξύ τους από ένα μεταλλικό κέλυφος - το σώμα, το οποίο παίζει επίσης το ρόλο ενός ανακλαστήρα νετρονίων. Ανάμεσα στις κασέτες, σε τακτά χρονικά διαστήματα εισάγονται ράβδοι ελέγχου και προστατευτικές ράβδοι έκτακτης ανάγκης του αντιδραστήρα, οι οποίες, σε περίπτωση υπερθέρμανσης, έχουν σχεδιαστεί για να κλείνουν τον αντιδραστήρα.

Ας δώσουμε ως παράδειγμα τα δεδομένα για τον αντιδραστήρα VVER-440:

Οι ελεγκτές μπορούν να κινηθούν πάνω-κάτω βυθίζοντας, ή αντίστροφα, αφήνοντας τον πυρήνα, όπου η αντίδραση είναι πιο έντονη. Αυτό παρέχεται από ισχυρούς ηλεκτρικούς κινητήρες, σε συνδυασμό με το σύστημα ελέγχου.Οι προστατευτικές ράβδοι έκτακτης ανάγκης έχουν σχεδιαστεί για να κλείνουν τον αντιδραστήρα σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης, να πέφτουν στον πυρήνα και να απορροφούν περισσότερη ποσότηταελεύθερα νετρόνια.

Κάθε αντιδραστήρας έχει ένα καπάκι μέσω του οποίου φορτώνονται και εκφορτώνονται οι χρησιμοποιημένες και οι νέες κασέτες.

Η θερμομόνωση εγκαθίσταται συνήθως πάνω από το δοχείο του αντιδραστήρα. Το επόμενο εμπόδιο είναι η βιολογική προστασία. Αυτό είναι συνήθως ένα καταφύγιο από οπλισμένο σκυρόδεμα, η είσοδος του οποίου κλείνει με μια κλειδαριά με σφραγισμένες πόρτες. Η βιολογική προστασία έχει σχεδιαστεί για να μην απελευθερώνει ραδιενεργό ατμό και κομμάτια του αντιδραστήρα στην ατμόσφαιρα, εάν συμβεί έκρηξη.

Μια πυρηνική έκρηξη σε σύγχρονους αντιδραστήρες είναι εξαιρετικά απίθανη. Επειδή το καύσιμο δεν είναι επαρκώς εμπλουτισμένο, και χωρίζεται σε TVEL. Ακόμα κι αν ο πυρήνας λιώσει, το καύσιμο δεν θα μπορεί να αντιδράσει τόσο ενεργά. Το μέγιστο που μπορεί να συμβεί είναι μια θερμική έκρηξη όπως στο Τσερνομπίλ, όταν η πίεση στον αντιδραστήρα έφτασε σε τέτοιες τιμές που μεταλλική θήκημόλις διαλύθηκε, και το καπάκι του αντιδραστήρα, βάρους 5000 τόνων, έκανε ένα αναποδογυρισμένο άλμα, διαπερνώντας την οροφή του διαμερίσματος του αντιδραστήρα και απελευθερώνοντας ατμό. Αν ο πυρηνικός σταθμός του Τσερνομπίλ είχε εξοπλιστεί με τη σωστή βιολογική προστασία, όπως η σημερινή σαρκοφάγος, τότε η καταστροφή θα κόστιζε πολύ λιγότερο στην ανθρωπότητα.

Το έργο ενός πυρηνικού σταθμού.

Με λίγα λόγια, το raboboa μοιάζει με αυτό.

Πυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής. (με δυνατότητα κλικ)

Αφού εισέλθει στον πυρήνα του αντιδραστήρα με τη βοήθεια αντλιών, το νερό θερμαίνεται από 250 έως 300 μοίρες και εξέρχεται από την «άλλη πλευρά» του αντιδραστήρα. Αυτό ονομάζεται πρώτος βρόχος. Στη συνέχεια πηγαίνει στον εναλλάκτη θερμότητας, όπου συναντά το δεύτερο κύκλωμα. Μετά από αυτό, ο ατμός υπό πίεση εισέρχεται στα πτερύγια του στροβίλου. Οι τουρμπίνες παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.

Ένας πυρηνικός αντιδραστήρας είναι μια συσκευή στην οποία πραγματοποιείται μια ελεγχόμενη πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση, συνοδευόμενη από την απελευθέρωση ενέργειας.

Ιστορία

Μια αυτοσυντηρούμενη ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση πυρηνικής σχάσης (συνοπτικά - μια αλυσιδωτή αντίδραση) πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά τον Δεκέμβριο του 1942. Μια ομάδα φυσικών Πανεπιστήμιο του Σικάγο, με επικεφαλής τον Ε. Φέρμι, κατασκεύασε τον πρώτο πυρηνικό αντιδραστήρα στον κόσμο, που ονομάζεται SR-1. Αποτελούνταν από μπλοκ γραφίτη, μεταξύ των οποίων βρίσκονταν μπάλες από φυσικό ουράνιο και το διοξείδιο του. Γρήγορα νετρόνια που εμφανίζονται μετά την πυρηνική σχάση 235U, επιβραδύνθηκαν από τον γραφίτη σε θερμικές ενέργειες και στη συνέχεια προκάλεσαν νέα πυρηνική σχάση. Οι αντιδραστήρες όπως ο SR-1, στους οποίους το κύριο μερίδιο των σχάσεων συμβαίνει υπό τη δράση θερμικών νετρονίων, ονομάζονται αντιδραστήρες θερμικών νετρονίων. Περιέχουν πολύ moderator σε σύγκριση με το ουράνιο.

ΣΕ ΕΣΣΔθεωρητικό και πειραματικές μελέτεςχαρακτηριστικά της εκκίνησης, λειτουργίας και ελέγχου των αντιδραστήρων πραγματοποιήθηκαν από μια ομάδα φυσικών και μηχανικών υπό την καθοδήγηση του Ακαδημαϊκού I. V. Kurchatova. Ο πρώτος σοβιετικός αντιδραστήρας F-1τέθηκε σε κρίσιμη κατάσταση στις 25 Δεκεμβρίου 1946. Ο αντιδραστήρας F-1 συναρμολογήθηκε από μπλοκ γραφίτη και έχει σχήμα μπάλας με διάμετρο περίπου 7,5 μ. Στο κεντρικό τμήμα της μπάλας με διάμετρο 6 μ. , ράβδοι ουρανίου τοποθετούνται μέσα από τρύπες σε μπλοκ γραφίτη. Τα αποτελέσματα της έρευνας στον αντιδραστήρα F-1 έγιναν η βάση για έργα πιο περίπλοκων βιομηχανικών αντιδραστήρων. Το 1949 τέθηκε σε λειτουργία ένας αντιδραστήρας παραγωγής πλουτωνίου και στις 27 Ιουνίου 1954 τέθηκε σε λειτουργία ο πρώτος πυρηνικός σταθμός στον κόσμο. ηλεκτρική ενέργεια 5 MW στο Obninsk.

Συσκευή και αρχή λειτουργίας

Μηχανισμός απελευθέρωσης ισχύος

Ο μετασχηματισμός μιας ουσίας συνοδεύεται από την απελευθέρωση ελεύθερης ενέργειας μόνο εάν η ουσία έχει απόθεμα ενεργειών. Το τελευταίο σημαίνει ότι τα μικροσωματίδια της ουσίας βρίσκονται σε κατάσταση με ενέργεια ηρεμίας μεγαλύτερη από ό,τι σε μια άλλη πιθανή κατάσταση, η μετάβαση στην οποία υπάρχει. Η αυθόρμητη μετάβαση αποτρέπεται πάντα από ένα ενεργειακό φράγμα, για να ξεπεραστεί το οποίο το μικροσωματίδιο πρέπει να λάβει κάποια ποσότητα ενέργειας από το εξωτερικό - την ενέργεια της διέγερσης. Η εξωενεργειακή αντίδραση συνίσταται στο γεγονός ότι στον μετασχηματισμό που ακολουθεί τη διέγερση, απελευθερώνεται περισσότερη ενέργεια από αυτή που απαιτείται για τη διέγερση της διαδικασίας. Υπάρχουν δύο τρόποι για να ξεπεραστεί το ενεργειακό φράγμα: είτε λόγω της κινητικής ενέργειας των συγκρουόμενων σωματιδίων, είτε λόγω της ενέργειας δέσμευσης του σωματιδίου που προσχωρεί.

Αν έχουμε κατά νου τις μακροσκοπικές κλίμακες απελευθέρωσης ενέργειας, τότε η κινητική ενέργεια που απαιτείται για τη διέγερση των αντιδράσεων πρέπει να έχει όλα ή τουλάχιστον ένα μέρος των σωματιδίων της ουσίας. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μόνο με την αύξηση της θερμοκρασίας του μέσου σε μια τιμή στην οποία η ενέργεια της θερμικής κίνησης πλησιάζει την τιμή του ενεργειακού κατωφλίου που περιορίζει την πορεία της διαδικασίας. Στην περίπτωση των μοριακών μετασχηματισμών, δηλαδή των χημικών αντιδράσεων, μια τέτοια αύξηση ανέρχεται συνήθως σε εκατοντάδες βαθμούς Kelvin, ενώ στην περίπτωση των πυρηνικών αντιδράσεων είναι τουλάχιστον 107°K λόγω του πολύ μεγάλου ύψους των φραγμάτων Coulomb της σύγκρουσης. πυρήνες. Η θερμική διέγερση των πυρηνικών αντιδράσεων έχει πραγματοποιηθεί στην πράξη μόνο στη σύνθεση των ελαφρύτερων πυρήνων, στους οποίους τα φράγματα Coulomb είναι ελάχιστα (θερμοπυρηνική σύντηξη). Η διέγερση από τα σωματίδια ένωσης δεν απαιτεί μεγάλη κινητική ενέργεια και, ως εκ τούτου, δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία του μέσου, καθώς συμβαίνει λόγω των αχρησιμοποίητων δεσμών που είναι εγγενείς στα σωματίδια των ελκτικών δυνάμεων. Αλλά από την άλλη πλευρά, τα ίδια τα σωματίδια είναι απαραίτητα για να διεγείρουν τις αντιδράσεις. Και αν πάλι δεν έχουμε στο μυαλό μας μια ξεχωριστή πράξη αντίδρασης, αλλά την παραγωγή ενέργειας σε μακροσκοπική κλίμακα, τότε αυτό είναι δυνατό μόνο όταν συμβεί μια αλυσιδωτή αντίδραση. Το τελευταίο προκύπτει όταν τα σωματίδια που διεγείρουν την αντίδραση επανεμφανίζονται ως προϊόντα της εξωενεργητικής αντίδρασης.

Σχηματική διάταξη ενός ετερογενούς θερμικού αντιδραστήρα νετρονίων1 - ράβδος ελέγχου. 2 - βιολογική προστασία. 3 - θερμική προστασία. 4 - συντονιστής? 5 - πυρηνικά καύσιμα. 6 - ψυκτικό.

Σχηματική διάταξη ενός ετερογενούς θερμικού αντιδραστήρα νετρονίων

Ράβδος ελέγχου?

βιολογική προστασία·

θερμική προστασία?

μεσολαβητής;

πυρηνικά καύσιμα?

ψυκτικό.

Σχέδιο

Κάθε πυρηνικός αντιδραστήρας αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη:

Πυρήνας με πυρηνικό καύσιμο και συντονιστής.

Ανακλαστήρας νετρονίων που περιβάλλει τον πυρήνα.

Ψυκτικό;

Σύστημα ελέγχου αλυσιδωτής αντίδρασης, συμπεριλαμβανομένης της προστασίας έκτακτης ανάγκης

Ακτινοπροστασία

Σύστημα τηλεχειρισμού

Το κύριο χαρακτηριστικό του αντιδραστήρα είναι ισχύς εξόδου. Ισχύς 1 MW αντιστοιχεί σε μια αλυσιδωτή αντίδραση στην οποία συμβαίνουν 3 1016 διαιρέσεις σε 1 δευτερόλεπτο.

Φυσικές αρχές λειτουργίας

Η τρέχουσα κατάσταση ενός πυρηνικού αντιδραστήρα μπορεί να χαρακτηριστεί από τον ενεργό παράγοντα πολλαπλασιασμού νετρονίων k ή την αντιδραστικότητα ρ, που σχετίζονται με την ακόλουθη σχέση:

Αυτές οι τιμές χαρακτηρίζονται από τις ακόλουθες τιμές:

k > 1 - η αλυσιδωτή αντίδραση μεγαλώνει με το χρόνο, ο αντιδραστήρας βρίσκεται σε υπερκρίσιμη κατάσταση, η δραστικότητά του ρ > 0.

κ< 1 — реакция затухает, реактор — подкритичен, ρ < 0;

k = 1, ρ = 0 - ο αριθμός των πυρηνικών σχάσεων είναι σταθερός, ο αντιδραστήρας βρίσκεται σε σταθερή κρίσιμη κατάσταση.

Κατάσταση κρισιμότητας πυρηνικού αντιδραστήρα:

Το ω είναι κλάσμα πλήρης αριθμόςνετρόνια που παράγονται στον αντιδραστήρα, απορροφώνται στον πυρήνα του αντιδραστήρα ή η πιθανότητα ενός νετρονίου να αποφύγει τη διαρροή από τον τελικό όγκο.

k 0 είναι ο συντελεστής πολλαπλασιασμού νετρονίων στην ενεργή ζώνη απείρως μεγάλων διαστάσεων.

Η μετατροπή του συντελεστή πολλαπλασιασμού σε μονάδα επιτυγχάνεται εξισορροπώντας τον πολλαπλασιασμό των νετρονίων με τις απώλειές τους. Στην πραγματικότητα υπάρχουν δύο λόγοι για τις απώλειες: η σύλληψη χωρίς σχάση και η διαρροή νετρονίων εκτός του μέσου αναπαραγωγής.

Προφανώς, ο Κ< k0, поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе αυτή η σύνθεση k0< 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны

Το k0 για θερμικούς αντιδραστήρες μπορεί να προσδιοριστεί από τον λεγόμενο "τύπο 4 παραγόντων":

Το μ είναι ο συντελεστής πολλαπλασιασμού για τα γρήγορα νετρόνια.

φ είναι η πιθανότητα αποφυγής σύλληψης συντονισμού.

θ είναι ο συντελεστής χρήσης για τα θερμικά νετρόνια.

η είναι η απόδοση νετρονίων ανά απορρόφηση.

Οι όγκοι των σύγχρονων αντιδραστήρων ισχύος μπορούν να φτάσουν τις εκατοντάδες m 3 και καθορίζονται κυρίως όχι από κρίσιμες συνθήκες, αλλά από τις δυνατότητες απομάκρυνσης θερμότητας.

Ο κρίσιμος όγκος ενός πυρηνικού αντιδραστήρα είναι ο όγκος του πυρήνα του αντιδραστήρα σε κρίσιμη κατάσταση. Κρίσιμη μάζα - η μάζα του σχάσιμου υλικού του αντιδραστήρα, που βρίσκεται σε κρίσιμη κατάσταση.

Οι αντιδραστήρες που τροφοδοτούνται από υδατικά διαλύματα αλάτων καθαρών σχάσιμων ισοτόπων με ανακλαστήρα νετρονίων νερού έχουν τη χαμηλότερη κρίσιμη μάζα. Για 235 U αυτή η μάζα είναι 0,8 kg, για 239 Pu είναι 0,5 kg. Θεωρητικά, το 251 Cf έχει τη μικρότερη κρίσιμη μάζα, για την οποία αυτή η τιμή είναι μόνο 10 g.

Προκειμένου να μειωθεί η διαρροή νετρονίων, δίνεται στον πυρήνα ένα σφαιρικό ή σχεδόν σφαιρικό σχήμα, για παράδειγμα, ένας κοντός κύλινδρος ή ένας κύβος, καθώς αυτά τα σχήματα έχουν ελάχιστη σχέσηεπιφάνεια σε όγκο.

Παρά το γεγονός ότι η τιμή (e - 1) είναι συνήθως μικρή, ο ρόλος του γρήγορου πολλαπλασιασμού νετρονίων είναι αρκετά μεγάλος, αφού για μεγάλους πυρηνικούς αντιδραστήρες (K∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Για να ξεκινήσει μια αλυσιδωτή αντίδραση, συνήθως παράγονται αρκετά νετρόνια κατά την αυθόρμητη σχάση των πυρήνων ουρανίου. Είναι επίσης δυνατό να χρησιμοποιηθεί μια εξωτερική πηγή νετρονίων για την εκκίνηση του αντιδραστήρα, για παράδειγμα, ένα μείγμα Ra και Be, 252 Cf ή άλλες ουσίες.

λάκκο ιωδίου

Ένα κοίλωμα ιωδίου είναι η κατάσταση ενός πυρηνικού αντιδραστήρα μετά τη διακοπή λειτουργίας του, που χαρακτηρίζεται από τη συσσώρευση του βραχύβιου ισοτόπου ξένου (135 Xe). Αυτή η διαδικασία οδηγεί στην προσωρινή εμφάνιση σημαντικής αρνητικής αντιδραστικότητας, η οποία, με τη σειρά της, καθιστά αδύνατο να φέρει τον αντιδραστήρα στην ικανότητα σχεδιασμού του για μια ορισμένη περίοδο (περίπου 1-2 ημέρες).

Ταξινόμηση

Από τη φύση της χρήσης

Ανάλογα με τη φύση της χρήσης των πυρηνικών αντιδραστήρων χωρίζονται σε:

Πειραματικοί αντιδραστήρες σχεδιασμένοι για τη μελέτη διαφόρων φυσικών μεγεθών, η αξία των οποίων είναι απαραίτητη για το σχεδιασμό και τη λειτουργία πυρηνικών αντιδραστήρων. η ισχύς τέτοιων αντιδραστήρων δεν υπερβαίνει τα λίγα kW.

Ερευνητικοί αντιδραστήρες στους οποίους ροές νετρονίων και ακτίνων γ που παράγονται στον πυρήνα χρησιμοποιούνται για έρευνα στον τομέα της πυρηνικής φυσικής, της φυσικής στερεάς κατάστασης, της χημείας ακτινοβολίας, της βιολογίας, για τη δοκιμή υλικών που προορίζονται για λειτουργία σε έντονες ροές νετρονίων (συμπεριλαμβανομένων . τμημάτων πυρηνικών ροών αντιδραστήρες), για την παραγωγή ισοτόπων. Η ισχύς των ερευνητικών αντιδραστήρων δεν υπερβαίνει τα 100 MW. η εκλυόμενη ενέργεια συνήθως δεν χρησιμοποιείται.

Ισότοποι (όπλα, βιομηχανικοί) αντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ισοτόπων που χρησιμοποιούνται σε πυρηνικά όπλα, όπως το 239Pu.

Αντιδραστήρες ηλεκτρικής ενέργειας που έχουν σχεδιαστεί για την παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας που χρησιμοποιείται στον ενεργειακό τομέα, στην αφαλάτωση του νερού, στην κίνηση των σταθμών παραγωγής ενέργειας των πλοίων κ.λπ. Η θερμική ισχύς ενός σύγχρονου αντιδραστήρα ισχύος φτάνει τα 3–5 GW.

Σύμφωνα με το φάσμα νετρονίων

Θερμικός αντιδραστήρας νετρονίων ("θερμικός αντιδραστήρας")

Γρήγορος αντιδραστήρας νετρονίων ("γρήγορος αντιδραστήρας")

Αντιδραστήρας σε ενδιάμεσα νετρόνια

Με τοποθέτηση καυσίμου

Ετερογενείς αντιδραστήρες, όπου το καύσιμο τοποθετείται στον πυρήνα διακριτά με τη μορφή μπλοκ, μεταξύ των οποίων υπάρχει ένας συντονιστής.

Ομοιογενείς αντιδραστήρες, όπου το καύσιμο και ο συντονιστής είναι ένα ομοιογενές μείγμα (ομογενές σύστημα).

Τα μπλοκ πυρηνικού καυσίμου σε έναν ετερογενή αντιδραστήρα ονομάζονται στοιχεία καυσίμου (TVELs), τα οποία τοποθετούνται στην ενεργή ζώνη στους κόμβους ενός κανονικού πλέγματος, σχηματίζοντας κυψέλες.

Ανά τύπο καυσίμου

Σύμφωνα με τον βαθμό εμπλουτισμού:

φυσικό ουράνιο

Ασθενώς εμπλουτισμένο ουράνιο

Καθαρό σχάσιμο ισότοπο

Κατά χημική σύνθεση:

μέταλλο U

UO 2 (διοξείδιο του ουρανίου)

UC (καρβίδιο ουρανίου) κ.λπ.

Ανά τύπο ψυκτικού

H 2 O (νερό, βλέπε PWR)

Αέριο, (βλέπε αντιδραστήρα γραφίτη-αερίου)

Αντιδραστήρας με οργανικό ψυκτικό

Αντιδραστήρας με υγρό μέταλλο ψυκτικό

Αντιδραστήρας λιωμένου άλατος

Ανά τύπο συντονιστή

C (γραφίτης, βλέπε αντιδραστήρα γραφίτη-αερίου, αντιδραστήρα γραφίτη-νερού)

H 2 O (νερό, βλέπε Αντιδραστήρα ελαφρού νερού, Αντιδραστήρα νερού υπό πίεση, VVER)

D 2 O (βαρύ νερό, βλέπε Πυρηνικός αντιδραστήρας βαρέων υδάτων, CANDU)

Υδρίδια μετάλλων

χωρίς επιβραδυντή

Από το σχεδιασμό

Αντιδραστήρες δεξαμενών

Αντιδραστήρες καναλιού

μέθοδος παραγωγής ατμού

Αντιδραστήρας με εξωτερική γεννήτρια ατμού

Αντιδραστήρας που βράζει

Στις αρχές του 21ου αιώνα, οι πιο συνηθισμένοι είναι οι ετερογενείς πυρηνικοί αντιδραστήρες θερμικών νετρονίων με συντονιστές - H 2 O, C, D 2 O και ψυκτικά - H 2 O, αέριο, D 2 O, για παράδειγμα, νερό-νερό VVER, κανάλι RBMK.

Οι γρήγοροι αντιδραστήρες είναι επίσης πολλά υποσχόμενοι. Το καύσιμο σε αυτά είναι 238U, γεγονός που καθιστά δυνατή τη δέκα φορές βελτίωση της χρήσης πυρηνικών καυσίμων σε σύγκριση με τους θερμικούς αντιδραστήρες, γεγονός που αυξάνει σημαντικά τους πόρους της πυρηνικής ενέργειας.

Υλικά αντιδραστήρων

Τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται οι αντιδραστήρες λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες στον τομέα των νετρονίων, των γ-κβαντών και των θραυσμάτων σχάσης. Επομένως, δεν είναι όλα τα υλικά που χρησιμοποιούνται σε άλλους κλάδους της τεχνολογίας κατάλληλα για την κατασκευή αντιδραστήρων. Κατά την επιλογή υλικών αντιδραστήρων, λαμβάνονται υπόψη η αντίσταση στην ακτινοβολία, η χημική αδράνεια, η διατομή απορρόφησης και άλλες ιδιότητες.

Τα κελύφη των ράβδων καυσίμου, των καναλιών, των συντονιστών (ανακλαστήρες) είναι κατασκευασμένα από υλικά με μικρές διατομές απορρόφησης. Η χρήση υλικών που απορροφούν ασθενώς νετρόνια μειώνει τη μη παραγωγική κατανάλωση νετρονίων, μειώνει τη φόρτωση πυρηνικού καυσίμου και αυξάνει την αναλογία αναπαραγωγής HF. Για ράβδους απορρόφησης, αντίθετα, είναι κατάλληλα υλικά με μεγάλη διατομή απορρόφησης. Αυτό μειώνει σημαντικά τον αριθμό των ράβδων που απαιτούνται για τον έλεγχο του αντιδραστήρα.

Τα γρήγορα νετρόνια, τα γ-κβάντα και τα θραύσματα σχάσης βλάπτουν τη δομή της ύλης. Έτσι, σε μια στερεή ύλη, τα γρήγορα νετρόνια χτυπούν τα άτομα από το κρυσταλλικό πλέγμα ή τα μετακινούν από τη θέση τους. Ως αποτέλεσμα, οι πλαστικές ιδιότητες και η θερμική αγωγιμότητα των υλικών επιδεινώνονται. Πολύπλοκα μόρια υπό την επίδραση της ακτινοβολίας διασπώνται σε απλούστερα μόρια ή σύνθετα άτομα. Για παράδειγμα, το νερό αποσυντίθεται σε οξυγόνο και υδρογόνο. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως ραδιόλυση νερού.

Η αστάθεια των υλικών από την ακτινοβολία επηρεάζεται λιγότερο σε υψηλές θερμοκρασίες. Η κινητικότητα των ατόμων γίνεται τόσο μεγάλη που η πιθανότητα επιστροφής των ατόμων που χτυπήθηκαν από το κρυσταλλικό πλέγμα στη θέση τους ή ο ανασυνδυασμός υδρογόνου και οξυγόνου σε ένα μόριο νερού αυξάνεται σημαντικά. Έτσι, η ραδιόλυση του νερού είναι ασήμαντη σε ηλεκτρικούς αντιδραστήρες που δεν βράζουν (για παράδειγμα, VVER), ενώ σε ισχυρούς ερευνητικούς αντιδραστήρες απελευθερώνεται σημαντική ποσότητα εκρηκτικού μείγματος. Οι αντιδραστήρες διαθέτουν ειδικά συστήματα για την καύση του.

Τα υλικά του αντιδραστήρα έρχονται σε επαφή μεταξύ τους (επένδυση καυσίμου με ψυκτικό και πυρηνικό καύσιμο, κασέτες καυσίμου με ψυκτικό και συντονιστή κ.λπ.). Φυσικά, τα υλικά που έρχονται σε επαφή πρέπει να είναι χημικά αδρανή (συμβατά). Ένα παράδειγμα ασυμβατότητας είναι το ουράνιο και το ζεστό νερό που εισέρχονται σε μια χημική αντίδραση.

Για τα περισσότερα υλικά, οι ιδιότητες αντοχής επιδεινώνονται απότομα με την αύξηση της θερμοκρασίας. Στους αντιδραστήρες ισχύος, τα δομικά υλικά λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες. Αυτό περιορίζει την επιλογή των δομικών υλικών, ειδικά για εκείνα τα μέρη ενός αντιδραστήρα ισχύος που πρέπει να αντέχουν σε υψηλή πίεση.

Καύση και αναπαραγωγή πυρηνικού καυσίμου

Κατά τη λειτουργία ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, λόγω της συσσώρευσης θραυσμάτων σχάσης στο καύσιμο, αλλάζει η ισοτοπική και χημική του σύσταση και σχηματίζονται στοιχεία υπερουρανίου, κυρίως ισότοπα Pu. Η επίδραση των θραυσμάτων σχάσης στην αντιδραστικότητα ενός πυρηνικού αντιδραστήρα ονομάζεται δηλητηρίαση (για ραδιενεργά θραύσματα) και σκωρίαση (για σταθερά ισότοπα).

Η κύρια αιτία δηλητηρίασης του αντιδραστήρα είναι το 135 Xe, το οποίο έχει τη μεγαλύτερη διατομή απορρόφησης νετρονίων (2,6 106 αχυρώνα). Χρόνος ημιζωής 135 Xe T½ = 9,2 h; η απόδοση διαίρεσης είναι 6-7%. Το κύριο τμήμα του 135Xe σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης των 135 I (T½ = 6,8 h). Όταν δηλητηριάζεται, το Kef αλλάζει κατά 1-3%. Η μεγάλη διατομή απορρόφησης του 135 Xe και η παρουσία του ενδιάμεσου ισοτόπου 135 I οδηγούν σε δύο σημαντικά φαινόμενα:

Σε αύξηση της συγκέντρωσης 135 Xe και, κατά συνέπεια, σε μείωση της αντιδραστικότητας του αντιδραστήρα μετά το κλείσιμό του ή μείωση ισχύος («λάκκο ιωδίου»), που καθιστά αδύνατη τη βραχυπρόθεσμη διακοπή λειτουργίας και τις διακυμάνσεις της ισχύος εξόδου. Αυτό το αποτέλεσμα ξεπερνιέται με την εισαγωγή περιθωρίου αντιδραστικότητας στους ρυθμιστικούς φορείς. Το βάθος και η διάρκεια του φρεατίου ιωδίου εξαρτώνται από τη ροή νετρονίων Ф: σε Ф = 5 1018 νετρονίων/(cm 2 sec), η διάρκεια του φρεατίου ιωδίου είναι ~ 30 ώρες και το βάθος είναι 2 φορές μεγαλύτερο από τη σταθερή αλλαγή Kef που προκαλείται από δηλητηρίαση 135 Xe.

Λόγω δηλητηρίασης, μπορεί να συμβούν χωροχρονικές διακυμάνσεις της ροής νετρονίων Ф, και, κατά συνέπεια, της ισχύος του αντιδραστήρα. Αυτές οι ταλαντώσεις προκύπτουν σε Ф > 1018 νετρόνια/(cm 2 sec) και μεγάλα μεγέθηαντιδραστήρας. Περίοδοι ταλάντωσης ˜ 10 h.

Κατά τη διάρκεια της πυρηνικής σχάσης, μεγάλος αριθμόςσταθερά θραύσματα που διαφέρουν ως προς τις διατομές απορρόφησης σε σύγκριση με τη διατομή απορρόφησης ενός σχάσιμου ισοτόπου. Η συγκέντρωση θραυσμάτων με μεγάλη διατομή απορρόφησης φτάνει σε κορεσμό κατά τις πρώτες λίγες ημέρες λειτουργίας του αντιδραστήρα. Κυρίως είναι 149Sm αλλάζοντας το Kef κατά 1%. Η συγκέντρωση των θραυσμάτων με μικρή διατομή απορρόφησης και η αρνητική αντιδραστικότητα που εισάγουν αυτά αυξάνονται γραμμικά με το χρόνο.

Ο σχηματισμός στοιχείων υπερουρανίου σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα γίνεται σύμφωνα με τα ακόλουθα σχήματα:

235 U + n → 236 U + n → 237 U → (7 ημέρες) → 237 Np + n → 238 Np → (2,1 ημέρες) → 238 Pu

238 U + n → 239 U → (23 λεπτά) → 239 Np → (2,3 ημέρες) → 239 Pu (+ θραύσματα) + n → 240 Pu + n → 241 Pu (+ θραύσματα) + n → 242 Pu + n → 243 Pu →(5 h)→ 243 Am + n → 244 Am →(26 min)→ 244 cm

Ο χρόνος μεταξύ των βελών δείχνει τον χρόνο ημιζωής, το "+n" υποδεικνύει την απορρόφηση του νετρονίου.

Στην αρχή της λειτουργίας του αντιδραστήρα, συμβαίνει μια γραμμική συσσώρευση 239 Pu και όσο πιο γρήγορα (σε σταθερή καύση 235 U), τόσο χαμηλότερος είναι ο εμπλουτισμός ουρανίου. Περαιτέρω, η συγκέντρωση του 239 Pu τείνει σε μια σταθερή τιμή, η οποία δεν εξαρτάται από τον βαθμό εμπλουτισμού, αλλά καθορίζεται από την αναλογία των διατομών σύλληψης νετρονίων για 238 U και 239 Pu. Ο χαρακτηριστικός χρόνος για τον καθορισμό της συγκέντρωσης ισορροπίας του 239 Pu είναι ~ 3/F έτη (F σε μονάδες είναι 1013 νετρόνια/cm 2 s). Τα ισότοπα 240 Pu, 241 Pu επιτυγχάνουν συγκέντρωση ισορροπίας μόνο όταν το καύσιμο ξανακαεί σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα μετά την αναγέννηση του πυρηνικού καυσίμου.

Η καύση πυρηνικού καυσίμου χαρακτηρίζεται από τη συνολική ενέργεια που απελευθερώνεται στον αντιδραστήρα ανά 1 καύσιμο. Αυτή η τιμή είναι:

˜ 10 GW day/t — αντιδραστήρες βαρέος νερού.

˜ 20–30 GW ημέρα/τόνο για αντιδραστήρες ουρανίου χαμηλού εμπλουτισμού (2–3% 235U).

έως 100 GW day/t - ταχείς αντιδραστήρες νετρονίων.

Η καύση 1 GW ημέρα/τόνο αντιστοιχεί στην καύση του 0,1% του πυρηνικού καυσίμου.

Καθώς το καύσιμο καίγεται, η αντιδραστικότητα του αντιδραστήρα μειώνεται. Η αντικατάσταση του καμένου καυσίμου πραγματοποιείται αμέσως από ολόκληρο τον πυρήνα ή σταδιακά, αφήνοντας σε λειτουργία στοιχεία καυσίμου διαφορετικών «ηλικιών». Αυτή η λειτουργία ονομάζεται συνεχής ανεφοδιασμός.

Οταν πλήρης αντικατάστασηκαύσιμο, ο αντιδραστήρας έχει υπερβολική αντιδραστικότητα, η οποία πρέπει να αντισταθμιστεί, ενώ στη δεύτερη περίπτωση, η αντιστάθμιση απαιτείται μόνο κατά την πρώτη εκκίνηση του αντιδραστήρα. Ο συνεχής ανεφοδιασμός καθιστά δυνατή την αύξηση του βάθους καύσης, καθώς η αντιδραστικότητα του αντιδραστήρα καθορίζεται από τις μέσες συγκεντρώσεις των σχάσιμων ισοτόπων.

Η μάζα του φορτωμένου καυσίμου υπερβαίνει τη μάζα του εκφορτωμένου λόγω του «βάρους» της εκλυόμενης ενέργειας. Μετά τη διακοπή λειτουργίας του αντιδραστήρα, αρχικά κυρίως λόγω σχάσης από καθυστερημένα νετρόνια, και στη συνέχεια, μετά από 1-2 λεπτά, λόγω ακτινοβολίας β- και γ των θραυσμάτων σχάσης και των στοιχείων υπερουρανίου, η απελευθέρωση ενέργειας συνεχίζεται στο καύσιμο. Εάν ο αντιδραστήρας λειτούργησε για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα πριν από τη διακοπή λειτουργίας, τότε 2 λεπτά μετά το κλείσιμο, η απελευθέρωση ενέργειας είναι περίπου 3%, μετά από 1 ώρα - 1%, μετά από μια ημέρα - 0,4%, μετά από ένα χρόνο - 0,05%.

Ο λόγος του αριθμού των σχάσιμων ισοτόπων Pu που σχηματίζονται σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα προς την ποσότητα των 235 U που καίγονται ονομάζεται συντελεστής μετατροπής KK. Η αξία του KK αυξάνεται με τη μείωση του εμπλουτισμού και της εξάντλησης. Για έναν αντιδραστήρα βαρέος νερού που λειτουργεί με φυσικό ουράνιο, με καύση 10 GW day/t, KK = 0,55, και για μικρές καύσεις (στην περίπτωση αυτή, το KK ονομάζεται αρχικός παράγοντας πλουτωνίου) KK = 0,8. Εάν ένας πυρηνικός αντιδραστήρας καίγεται και παράγει τα ίδια ισότοπα (αντιδραστήρας αναπαραγωγής), τότε η αναλογία του ρυθμού αναπαραγωγής προς τον ρυθμό καύσης ονομάζεται αναλογία αναπαραγωγής CV. Σε πυρηνικούς αντιδραστήρες με θερμικά νετρόνια KV< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах КВ может достигать 1,4—1,5. Рост КВ для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов g растёт, а а падает.

Έλεγχος πυρηνικού αντιδραστήρα

Ένας πυρηνικός αντιδραστήρας μπορεί να λειτουργήσει σε μια δεδομένη ισχύ για μεγάλο χρονικό διάστημα μόνο εάν έχει ένα περιθώριο αντιδραστικότητας στην αρχή της λειτουργίας του. Οι διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στον αντιδραστήρα προκαλούν επιδείνωση στις ιδιότητες αναπαραγωγής του μέσου και χωρίς τον μηχανισμό ανάκτησης της αντιδραστικότητας, ο αντιδραστήρας δεν θα μπορούσε να λειτουργήσει ακόμη και για μικρό χρονικό διάστημα. Το αρχικό περιθώριο αντιδραστικότητας δημιουργείται με την κατασκευή ενός πυρήνα με διαστάσεις πολύ μεγαλύτερες από τις κρίσιμες. Για να αποφευχθεί το να γίνει ο αντιδραστήρας υπερκρίσιμος, εισάγονται απορροφητές νετρονίων στον πυρήνα. Οι απορροφητές αποτελούν μέρος του υλικού των ράβδων ελέγχου που κινούνται κατά μήκος των αντίστοιχων καναλιών στον πυρήνα. Επιπλέον, εάν μόνο μερικές ράβδοι είναι αρκετές για ρύθμιση, τότε ο αριθμός των ράβδων μπορεί να φτάσει τις εκατοντάδες για να αντισταθμίσει την αρχική περίσσεια αντιδραστικότητας. Οι αντισταθμιστικές ράβδοι αποσύρονται σταδιακά από τον πυρήνα του αντιδραστήρα, εξασφαλίζοντας κρίσιμη κατάσταση καθ' όλη τη διάρκεια της λειτουργίας του. Η αντιστάθμιση καύσης μπορεί επίσης να επιτευχθεί με τη χρήση ειδικών απορροφητών, η απόδοση των οποίων μειώνεται όταν δεσμεύουν νετρόνια (Cd, B, στοιχεία σπάνιων γαιών) ή διαλύματα απορροφητικών ουσιών στον συντονιστή.

Ελεγχος πυρηνικός αντιδραστήραςαπλοποιεί το γεγονός ότι μέρος των νετρονίων κατά τη σχάση πετά έξω από τα θραύσματα με καθυστέρηση, η οποία μπορεί να είναι από 0,2 έως 55 sec. Λόγω αυτού, η ροή νετρονίων και, κατά συνέπεια, η ισχύς αλλάζουν αρκετά ομαλά, δίνοντας χρόνο για να ληφθεί μια απόφαση και να αλλάξει η κατάσταση του αντιδραστήρα από το εξωτερικό.

Ένα σύστημα ελέγχου και προστασίας (CPS) χρησιμοποιείται για τον έλεγχο ενός πυρηνικού αντιδραστήρα. Τα όργανα του ΚΠΣ χωρίζονται σε:

Έκτακτη ανάγκη, μείωση της αντιδραστικότητας (εισαγωγή αρνητικής αντιδραστικότητας στον αντιδραστήρα) όταν συναγερμός;

Αυτόματοι ρυθμιστές που διατηρούν σταθερή ροή νετρονίων Ф (δηλαδή ισχύ εξόδου).

Αντιστάθμιση, που χρησιμεύει για την αντιστάθμιση των επιπτώσεων δηλητηρίασης, εξουθένωσης, θερμοκρασίας.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, για τον έλεγχο του αντιδραστήρα, χρησιμοποιούνται ράβδοι που εισάγονται στον πυρήνα, κατασκευασμένες από υλικά που απορροφούν έντονα νετρόνια (Cd, B κ.λπ.). Η κίνηση των ράβδων ελέγχεται από ειδικούς μηχανισμούς που λειτουργούν στα σήματα συσκευών που είναι ευαίσθητες στο μέγεθος της ροής νετρονίων.

Η λειτουργία των οργάνων CPS απλοποιείται αισθητά για αντιδραστήρες με αρνητικό συντελεστή αντιδραστικότητας θερμοκρασίας (το r μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας).

Με βάση πληροφορίες για την κατάσταση του αντιδραστήρα, ειδική συγκρότημα υπολογιστώνδιατυπώνονται συστάσεις στον χειριστή για αλλαγή της κατάστασης του αντιδραστήρα ή, εντός ορισμένων ορίων, ο αντιδραστήρας ελέγχεται χωρίς τη συμμετοχή του χειριστή.

Σε περίπτωση απρόβλεπτης καταστροφικής εξέλιξης μιας αλυσιδωτής αντίδρασης, κάθε αντιδραστήρας προβλέπει επείγοντα τερματισμό της αλυσιδωτής αντίδρασης, που πραγματοποιείται με τη ρίψη ειδικών ράβδων έκτακτης ανάγκης ή ράβδων ασφαλείας στον πυρήνα - ένα σύστημα προστασίας έκτακτης ανάγκης.