Reaktor bërthamor: parimet operative, dhe qark njësi

Projektimi dhe funksionimi i një reaktori bërthamor në bazë të vetëqëndrueshme reaksion bërthamor initialization dhe kontrollit. Ajo është përdorur si një mjet i kërkimit për prodhimin e izotopeve radioaktive dhe si një burim të energjisë për centraleve bërthamore.

reaktor bërthamor: parimi i funksionimit (të shkurtër)

Perdorur ketu proces atomike në të cilin një bërthamë të rëndë ndahet në dy fragmente të vogla. Këto fragmente janë në një gjendje shumë e ngazëllyer dhe lëshojnë neutrone, dhe grimcat e tjera përbërëse të atomit dhe fotone. Neutrone mund të shkaktojnë përçarje të reja si rezultat i të cilave ato janë emetuar edhe më shumë, dhe kështu me radhë. Ky numër i vazhdueshëm vetëqëndrueshme e disintegrations quajtur reaksion zinxhir. Në të njëjtën kohë, një sasi të madhe të energjisë, prodhimi i të cilave është qëllimi i përdorimit të energjisë bërthamore.

Parimi i funksionimit të një reaktori bërthamor dhe një centrali bërthamor është i tillë që 85% e energjisë kolonitë ndarjes është lëshuar brenda një kohe shumë të shkurtër pas fillimit të reagimit. Pjesa e mbetur është prodhuar nga kalbjes radioaktive të produkteve të zbërthimit të atomit, pasi ata refuzuar neutrone. prishja radioaktiv është proces në të cilën atomi i arrin një gjendje të qëndrueshëm. Ai vazhdoi dhe pas ndarjes.

Reagimi atomike zinxhir bombë rritet në intensitet, derisa shumica e materialit do të ndahet. Kjo ndodh shumë shpejt, duke prodhuar një shpërthime jashtëzakonisht i fuqishëm karakteristike e bombave të tilla. Mekanizmi dhe funksionimin e një reaktori bërthamor të bazuar në parimin e ruajtjes së reaksion zinxhir në një nivel pothuajse konstant rregulluar. Ajo është projektuar në mënyrë që të shpërthejnë bomba sa atomike nuk mund.

Chain Reaction dhe kritika

Fizikë atomike reaktor përcaktohet se një probabilitet reaksion zinxhir pas emisionit neutron atomike nuklear. Nëse popullsia fundit ul, shkalla e ndarjes në fund do të bjerë në zero. Në këtë rast reaktori do të jetë në një gjendje subcritical. Nëse popullsia neutron është mbajtur në një nivel konstant, shkalla atomike do të mbetet e qëndrueshme. Reaktori do të jetë në një gjendje kritike. Dhe së fundi, në qoftë se me kalimin e kohës rritet popullsia neutron, duke e ndarë shpejtësinë dhe fuqinë do të rritet. shteti core bëhet supercritical.

Parimi i funksionimit të një reaktori bërthamor të ardhshëm. Para fillimit të popullsisë neutron është afër zeros. Pastaj, operatorët hiqni shufra kontrollit nga thelbi, duke rritur cores ndarja që përkohësisht konverton reaktorin në një shtet supercritical. Pas arritjes operatorët e energjisë vlerësuarat pjesërisht kthye shufra kontrollit, përshtatur sasinë e neutroneve. Më pas reaktori është ruajtur në një gjendje kritike. Kur është e nevojshme për të ndaluar, operatori fut shufra plotësisht. Kjo suppresses ndarjen dhe e vë bërthamën në gjendje të subcritical.

llojet e reaktorëve

Pjesa më e madhe e energjisë ekzistuese është gjeneruar ngrohjes e nevojshme për të përzënë turbinat, e cila përzënë gjeneratorë të energjisë elektrike të instalimeve bërthamore në botë. Gjithashtu, ka shumë reaktorët kërkimore, dhe disa vende kanë nëndetëse apo anije sipërfaqe, i nxitur nga energjia e atomit.

termocentralet

Ka disa lloje të këtij lloji të reaktorit, por miratuar gjerësisht dizajnin e ujit të lehta. Nga ana tjetër, ajo mund të përdoret në ujë presion apo ujë të valë. Në rastin e parë të lëngshme presion të lartë ndezur nga nxehtësia e bërthamës dhe hyn në gjenerator me avull. Atje, ngrohjes nga primar për qark sekondare është e kaluar, qe perfshin me tej ujë. Avulli gjeneruar në fund të fundit shërben si lëngun e punës në ciklin e turbinë me avull.

Reaktori është një lloj valë punon në parimin e ciklit të drejtpërdrejtë të energjisë. Uji kalon nëpër thelbin, solli një çiban rreth nivelit të presionit të mesëm. avulli i ngopur kalon nëpërmjet një serie ndarësit dhe tharëse janë të prirur në një enë reaktor, që rezulton në gjendjen e tij të sverhperegretoe. Tejnxehura avull është përdorur pastaj si lëngun e punës, turbinë rradhës.

Temperaturë të lartë gazi-ftohur

Temperaturë të lartë gazi-ftohur reaktor (HTGR) - një reaktor bërthamor, parimi i operacionit është i bazuar në përdorimin e grafit si një përzierje e karburantit e karburantit dhe microspheres. Ka dy dizajne konkurruese:

• German sistem "Loose-mbushur", që përdor një sferike elementeve të karburantit 60 mm në diametër, që përbëhet nga një përzierje e lëndës djegëse dhe grafiti në një skeletit grafit;
• versioni amerikan i një prizmave grafit gjashtëkëndor që bashkoj për të krijuar thelbin.

Në të dyja rastet, lëngu ftohje përbëhet nga helium nën një presion prej rreth 100 atmosferës. Sistemi helium Gjermanisht kalon përmes boshllëqet në shtresën e sferike elementeve karburantit, dhe në sasinë - nëpërmjet hapjeve në prizmave grafit rregulluar pergjate aksit qendror të bërthamës reaktori. Të dy opsionet mund të veprojë në temperatura shumë të larta, pasi grafit ka një temperaturë jashtëzakonisht të lartë lartësim, dhe helium kimikisht inerte plotësisht. Hot helium mund të përdoret direkt si një lëng që punon në një turbinë me gaz në një temperaturë të lartë apo të nxehtësisë mund të përdoret për të gjeneruar ujë të ciklit avull.

Liquid-metalike reaktor bërthamor: qark dhe parimi i punës

Reaktorët shpejtë me ftohës natriumi ka marrë vëmendje të konsiderueshme në 1960-1970-të. Atëherë u duk se aftësia e tyre për të riprodhuar lëndë djegëse bërthamore në të ardhmen e afërt janë të nevojshme për të prodhuar lëndë djegëse për një industri bërthamore evoluon me shpejtësi. Kur u bë e qartë se kjo pritje është joreale, entuziazmi zbehur në vitet 1980. Megjithatë, në Shtetet e Bashkuara, Rusia, Franca, Britania, Japonia dhe Gjermania ndërtuar një seri e reaktorëve të këtij lloji. Shumica e tyre punojnë në dioksidit të uraniumit ose një përzierje të dioksidit të plutoniumit. Në Shtetet e Bashkuara, megjithatë, suksesi më i madh është arritur me karburant metalike.

CANDU

Kanadaja ka përqëndruar përpjekjet e saj për reaktorët, të cilat i përdorin uranium natyral. Kjo eliminon nevojën për pasurimin e saj për të përdorur shërbimet e vendeve të tjera. Rezultati i kësaj politike ishte Reaktori i deuterium-uranium (CANDU). Kontrolluar dhe ftohje atë prodhuar ujë të rëndë. Projektimi dhe funksionimi i një reaktori bërthamor është që të përdorin një tank me D të ftohtë ₂ O në presion atmosferik. Zona Active përshkuar tubat e aliazh zirconium karburantit të uraniumit natyror, përmes të cilit qarkullon ftohjes ujin e tij të rëndë. Energjia elektrike është prodhuar duke pjesëtuar transferimin e nxehtësisë në ftohës ujit të rëndë, e cila është qarkulluar nëpër gjenerator me avull. Avulli në lak sekondarë pastaj kalon nëpërmjet një cikli konvencionale turbinë.

objektet e hulumtimit

Për hulumtim reaktor bërthamor është më shpesh përdoret, parimi i cili konsiston në përdorimin e pllakave ftohje me ujë dhe karburantit uraniumit elementeve në formë kuvendet. Aftë për të vepruar në një gamë të gjerë të niveleve të fuqisë nga disa qindra kilovat për megavat. Që nga prodhimi i energjisë nuk është objektivi kryesor i reaktorëve kërkimore, ato janë karakterizuar nga energjia termike gjeneruara, dhe dendësia e neutroneve kryesore të energjisë nominale. Ajo është e këto parametra do të ndihmojë të përcaktojë aftësinë e një reaktor kërkimor për të kryer studime të veçanta. Sistemet e ulët të energjisë kanë tendencë për të vepruar në universitetet dhe janë përdorur për trajnim, dhe fuqi të lartë është e nevojshme në laboratorët kërkimore për materialet dhe karakteristikat e testimit, si dhe për hulumtime të përgjithshme.

Hulumtimi Reaktori bërthamor më të zakonshme, struktura dhe parimi i operacionit është si më poshtë. Zona e saj aktive është e vendosur në fund të pishinë të madhe të thellë me ujë. Kjo lehtëson vëzhgimi dhe kanalit ndarjen me të cilin trarëve neutron mund të drejtohen. Në nivele të ulëta të energjisë nuk ka nevojë për të pompë ftohës, si për të mbajtur një shtet të sigurt operativ e convection natyrore të ftohës siguron shpërndarje të mjaftueshme të ngrohjes. Shkëmbyesit të nxehtësisë është e vendosur zakonisht në sipërfaqe ose në pjesën e sipërme të pishinë ku uji i nxehtë është akumuluar.

instalimi anije

Përdorimi origjinale dhe kryesor i reaktorëve bërthamorë është përdorimi i tyre në nëndetëse. Avantazhi i tyre kryesor është se, në kontrast me sistemet e djegies karburanteve fosile për prodhimin e energjisë elektrike ata nuk kërkojnë ajrit. Si pasojë, nëndetëse bërthamore mund të mbeten të zhytur për një kohë të gjatë, dhe konvencionale diesel-elektrike nëndetëse duhet periodikisht të rritet në sipërfaqe, për të drejtuar motorët e tyre ajrore. Energjia bërthamore siguron një avantazh strategjik marinës anije. Falë saj, nuk ka nevojë të furnizohem në portet e huaja ose nga depozita lehtësisht të prekshme.

Parimi i funksionimit të një reaktori bërthamor në një nëndetëse klasifikuar. Megjithatë, është e njohur se në SHBA ai përdor uranium mjaft të pasuruar, dhe ngadalësimi dhe ftohje është ujë dritë. Dizajni i nëndetëses bërthamore reaktori i parë USS Nautilus u ndikua fort nga instalimet e fuqishme kërkimore. tipar të saj unik është diferencë shumë e lartë reaktivitet, duke siguruar një periudhë të gjatë operimit pa karburantit dhe aftësinë për të rifilluar pas ndalimit. stacioni i energjisë në nëndetëse duhet të jetë shumë i qetë, për të shmangur zbulimin. Për të plotësuar nevojat specifike të klasave të ndryshme të nëndetëseve modele të ndryshme të termocentraleve janë themeluar.

US Navy për transportuesit avionëve përdorur reaktor bërthamor, parimi i cili besohet të jetë huazuar nga nëndetëset më të mëdha. Detajet e ndërtimit të tyre dhe nuk janë publikuar.

Përveç Shteteve të Bashkuara, nëndetëse bërthamore janë në Mbretërinë e Bashkuar, Franca, Rusia, Kina dhe India. Në çdo rast, dizajni nuk ishte e ditur, por besohet se ata janë të gjithë shumë të ngjashme - kjo është një pasojë e njëjta kërkesave për karakteristikat e tyre teknike. Rusia gjithashtu ka një flotë të vogël të icebreakers bërthamore, e cila themeluar njëjtë reaktorin si në nëndetëse sovjetike.

instalimet industriale

Për qëllime të prodhimit të klasës armë plutonium-239 përdor një reaktor bërthamor, parimi i cili konsiston në produktivitet të lartë me energji të nivelit të ulët. Kjo është për shkak të faktit se qëndrimi afatgjatë të plutoniumit në bazë të çon në akumulimin e padëshiruar ²⁴⁰ Pu.

Prodhimi i tritium

Aktualisht, materiali kryesor të arritshëm nga keto sisteme është tritium ⁽³ H ose T) - tarifa për bombave hidrogjen. Plutonium-239 ka një të gjatë gjysmë-jeta e 24,100 vjet, kështu që një shtet me armë bërthamore që përdorin këtë element, si rregull, kanë atë më shumë se e nevojshme. Në kontrast me ²³⁹ Pu, gjysmë-jeta e tritium është rreth 12 vjet. Kështu, për të mbajtur inventarin e nevojshëm, ky izotop radioaktiv i hidrogjenit duhet të kryhet në mënyrë të vazhdueshme. Në SHBA, lumit Savannah (South Carolina), për shembull, ka disa reaktorë me ujë të rënda, të cilat prodhojnë tritium.

fuqia lundrues

Krijuar nga reaktorët bërthamorë, të aftë për të siguruar energji elektrike dhe me avull ngrohje fshihet zonat e izoluara. Në Rusi, për shembull, ne kemi gjetur përdorimin e sistemeve të vogla të energjisë, i projektuar posaçërisht për të kujdesem për vendbanimet Arktikut. Në Kinë, Bimore 10-megavat HTR-10 furnizimet e ngrohjes dhe të Institutit të Kërkimeve të energjisë elektrike, në të cilën ajo është e vendosur. Zhvillimi i reaktorëve të vegjël të kontrolluara automatikisht me aftësi të ngjashme janë kryer në Suedi dhe Kanada. Ndërmjet 1960 dhe 1972, ushtria amerikane përdorur reaktorë kompakt ujit për të siguruar bazat largëta në Groenlandë dhe Antarktidë. Ata u zëvendësuan nga termocentralet e karburantit-naftës.

eksplorimi i hapësirës

Përveç kësaj, reaktorët ishin projektuar për pushtet dhe lëvizjes në hapësirë. Në periudhën nga viti 1967 deri 1988, Bashkimi Sovjetik themeluar një instalime të vogla bërthamore në satelitë "Kosmos" për furnizimin me pajisje dhe telemetri, por kjo politikë është bërë një objektiv për kritika. Të paktën një prej këtyre satelitëve hyrë në atmosferën e Tokës, duke shkaktuar ndotje radioaktive zonat e largëta të Kanadasë. Shtetet e Bashkuara nisur vetëm një satelit me një reaktor bërthamor në vitin 1965. Megjithatë, projektet për përdorimin e tyre në misionet Deep Space, kërkimore drejtuar planetet e tjera ose në një bazë të përhershme hënor vazhdojnë të zhvillohen. Kjo është e sigurtë se do të jetë një reaktor gazi-ftohur apo të lëngshme-metalike bërthamore, parimet fizike të cilat japin temperaturën më të lartë të mundshme të nevojshme për të minimizuar madhësinë e radiator. Gjithashtu, hapësira reaktori për pajisje të jetë aq kompakt sa të jetë e mundur për të minimizuar sasinë e materialit të përdorur për mbrojtur, dhe për të reduktuar peshën gjatë prezantimit dhe Space Flight. Kapaciteti i karburantit do të sigurojë funksionimin e reaktorit për kohëzgjatjen e fluturimeve në hapësirë.