Schema dei processi in un reattore nucleare. Tutti hanno sentito ma nessuno lo sa. Come funziona un reattore nucleare (atomico). Classificazione dei reattori nucleari per tipo di liquido di raffreddamento

Oggi faremo un breve viaggio nel mondo della fisica nucleare. Il tema della nostra escursione sarà un reattore nucleare. Imparerai come funziona, quali principi fisici sono alla base del suo funzionamento e dove viene utilizzato questo dispositivo.

La nascita dell'energia nucleare

Il primo reattore nucleare al mondo è stato costruito nel 1942 negli Stati Uniti. gruppo sperimentale di fisici guidato dal premio Nobel Enrico Fermi. Allo stesso tempo, hanno effettuato una reazione di fissione dell'uranio autosufficiente. Il genio atomico è stato rilasciato.

Il primo reattore nucleare sovietico fu lanciato nel 1946, e 8 anni dopo, la prima centrale nucleare al mondo nella città di Obninsk ha dato corrente. Il principale supervisore scientifico del lavoro nell'industria nucleare dell'URSS era un fisico eccezionale Igor Vasilievich Kurchatov.

Da allora, diverse generazioni di reattori nucleari sono cambiate, ma gli elementi principali del suo design sono rimasti invariati.

Anatomia di un reattore nucleare

Questa struttura nucleare è un serbatoio d'acciaio dalle pareti spesse con una capacità cilindrica che varia da pochi centimetri cubi a molti metri cubi.

Dentro questo cilindro c'è il santo dei santi - nucleo del reattore.È qui che avviene la reazione a catena di fissione del combustibile nucleare.

Vediamo come avviene questo processo.

I nuclei degli elementi pesanti, in particolare Uranio-235 (U-235), sotto l'influenza di una piccola spinta di energia, sono in grado di sfaldarsi in 2 frammenti di massa approssimativamente uguale. L'agente eziologico di questo processo è il neutrone.

I frammenti sono più spesso nuclei di bario e krypton. Ognuno di essi porta una carica positiva, quindi le forze di repulsione di Coulomb li costringono a disperdersi in direzioni diverse a una velocità di circa 1/30 della velocità della luce. Questi frammenti sono portatori di una colossale energia cinetica.

Per l'uso pratico dell'energia è necessario che il suo rilascio sia autosufficiente. Reazione a catena, che è in questione è tanto più interessante perché ogni evento di fissione è accompagnato dall'emissione di nuovi neutroni. Per un neutrone iniziale, in media, sorgono 2-3 nuovi neutroni. Il numero di nuclei di uranio fissile sta crescendo come una valanga, provocando il rilascio di un'enorme energia. Se questo processo non è controllato, si verificherà un'esplosione nucleare. Si svolge nel .

Per controllare il numero di neutroni nel sistema vengono introdotti materiali che assorbono i neutroni, fornendo un rilascio graduale di energia. Cadmio o boro sono usati come assorbitori di neutroni.

Come frenare e utilizzare l'enorme energia cinetica dei frammenti? Per questi scopi viene utilizzato un liquido di raffreddamento, ad es. un mezzo speciale, in movimento in cui i frammenti vengono decelerati e riscaldati a temperature estremamente elevate. Tale mezzo può essere acqua normale o pesante, metalli liquidi (sodio) e alcuni gas. Per non provocare il passaggio del liquido di raffreddamento allo stato di vapore, l'alta pressione è mantenuta nel nucleo (fino a 160 atm). Per questo motivo, le pareti del reattore sono realizzate in acciaio da dieci centimetri di gradi speciali.

Se i neutroni volano fuori dal combustibile nucleare, la reazione a catena può essere interrotta. Pertanto, esiste una massa critica di materiale fissile, ad es. la sua massa minima alla quale verrà mantenuta una reazione a catena. Dipende da vari parametri, inclusa la presenza di un riflettore che circonda il nocciolo del reattore. Serve a prevenire la dispersione di neutroni nell'ambiente. Il materiale più comune per questo elemento strutturale è la grafite.

I processi che avvengono nel reattore sono accompagnati dal rilascio del tipo più pericoloso di radiazione: la radiazione gamma. Per ridurre al minimo questo pericolo, fornisce una protezione anti-radiazioni.

Come funziona un reattore nucleare

Il combustibile nucleare, chiamato elementi di combustibile, è posto nel nocciolo del reattore. Sono compresse formate da un materiale fissile e confezionate in tubi sottili di circa 3,5 m di lunghezza e 10 mm di diametro.

Centinaia di gruppi di combustibili dello stesso tipo sono posti nel nocciolo e diventano fonti di energia termica rilasciata durante la reazione a catena. Il liquido di raffreddamento che lava le barre di combustibile costituisce il primo circuito del reattore.

Riscaldato a parametri elevati, viene pompato al generatore di vapore, dove trasferisce la sua energia all'acqua del circuito secondario, trasformandola in vapore. Il vapore risultante fa ruotare il generatore a turbina. L'elettricità generata da questa unità viene trasferita al consumatore. E il vapore di scarico, raffreddato dall'acqua della vasca di raffreddamento, sotto forma di condensa, viene restituito al generatore di vapore. Il ciclo si chiude.

Un tale funzionamento a due circuiti di un impianto nucleare esclude la penetrazione della radiazione che accompagna i processi che si verificano nel nucleo oltre i suoi limiti.

Quindi, nel reattore avviene una catena di trasformazioni energetiche: l'energia nucleare del materiale fissile → nell'energia cinetica dei frammenti → l'energia termica del liquido di raffreddamento → l'energia cinetica della turbina → e in energia elettrica nel generatore.

L'inevitabile perdita di energia porta al fatto che L'efficienza delle centrali nucleari è relativamente bassa, 33-34%.

Oltre a generare energia elettrica nelle centrali nucleari, i reattori nucleari vengono utilizzati per produrre vari isotopi radioattivi, per la ricerca in molti settori dell'industria e per studiare i parametri ammissibili dei reattori industriali. I reattori di trasporto, che forniscono energia ai motori dei veicoli, stanno diventando sempre più diffusi.

Tipi di reattori nucleari

Tipicamente, i reattori nucleari funzionano con uranio U-235. Tuttavia, il suo contenuto in materiale naturale è estremamente basso, solo lo 0,7%. La massa principale dell'uranio naturale è l'isotopo U-238. Una reazione a catena nell'U-235 può essere causata solo da neutroni lenti e l'isotopo U-238 viene fissione solo da neutroni veloci. Come risultato della fissione nucleare, nascono neutroni sia lenti che veloci. I neutroni veloci, che subiscono una decelerazione nel liquido di raffreddamento (acqua), diventano lenti. Ma la quantità dell'isotopo U-235 nell'uranio naturale è così piccola che è necessario ricorrere al suo arricchimento, portando la sua concentrazione al 3-5%. Questo processo è molto costoso ed economicamente svantaggioso. Inoltre, il tempo di esaurimento delle risorse naturali di questo isotopo è stimato in soli 100-120 anni.

Pertanto, nell'industria nucleare c'è una transizione graduale ai reattori che funzionano a neutroni veloci.

La loro principale differenza è che i metalli liquidi sono usati come refrigerante, che non rallenta i neutroni, e l'U-238 è usato come combustibile nucleare. I nuclei di questo isotopo passano attraverso una catena di trasformazioni nucleari in plutonio-239, che è soggetto a una reazione a catena allo stesso modo dell'U-235. Cioè, c'è una riproduzione del combustibile nucleare e in una quantità superiore al suo consumo.

Secondo gli esperti Le riserve di isotopi di uranio-238 dovrebbero durare 3.000 anni. Questa volta è abbastanza perché l'umanità abbia abbastanza tempo per sviluppare altre tecnologie.

Problemi nell'uso dell'energia nucleare

Insieme agli ovvi vantaggi dell'energia nucleare, non si può sottovalutare l'entità dei problemi legati al funzionamento degli impianti nucleari.

Il primo di questi è smaltimento dei rifiuti radioattivi e delle apparecchiature smantellate energia nucleare. Questi elementi hanno una radiazione di fondo attiva, che persiste per un lungo periodo. Per lo smaltimento di questi rifiuti vengono utilizzati appositi contenitori di piombo. Dovrebbero essere sepolti in aree di permafrost a una profondità fino a 600 metri. Pertanto, si lavora costantemente per trovare un modo per trattare i rifiuti radioattivi, che dovrebbe risolvere il problema dello smaltimento e aiutare a preservare l'ecologia del nostro pianeta.

Il secondo grande problema è garantire la sicurezza durante il funzionamento della centrale nucleare. Incidenti gravi come Chernobyl possono prendere molte vite umane e mettere fuori uso vasti territori.

L'incidente alla centrale nucleare giapponese "Fukushima-1" ha solo confermato il potenziale pericolo che si manifesta in caso di emergenza presso gli impianti nucleari.

Tuttavia, le possibilità dell'energia nucleare sono così grandi che i problemi ambientali passano in secondo piano.

Oggi, l'umanità non ha altro modo per soddisfare la fame di energia sempre crescente. La base dell'industria nucleare del futuro saranno probabilmente i reattori "veloci" con la funzione di allevare combustibile nucleare.

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Dispositivo e principio di funzionamento

Meccanismo di rilascio di potenza

La trasformazione di una sostanza è accompagnata dal rilascio di energia libera solo se la sostanza ha una riserva di energie. Quest'ultimo significa che le microparticelle della sostanza si trovano in uno stato con un'energia di riposo maggiore che in un altro stato possibile, il cui passaggio esiste. La transizione spontanea è sempre impedita da una barriera energetica, per superare la quale la microparticella deve ricevere una certa quantità di energia dall'esterno - l'energia di eccitazione. La reazione esoenergetica consiste nel fatto che nella trasformazione successiva all'eccitazione viene rilasciata più energia di quella necessaria per eccitare il processo. Esistono due modi per superare la barriera energetica: a causa dell'energia cinetica delle particelle in collisione, oa causa dell'energia di legame della particella in adesione.

Se teniamo presente le scale macroscopiche del rilascio di energia, allora l'energia cinetica necessaria per l'eccitazione delle reazioni deve avere tutte, o almeno inizialmente alcune delle particelle della sostanza. Ciò può essere ottenuto solo aumentando la temperatura del fluido ad un valore in cui l'energia del moto termico si avvicina al valore della soglia di energia che limita il corso del processo. Nel caso delle trasformazioni molecolari, cioè delle reazioni chimiche, tale aumento è solitamente di centinaia di kelvin, mentre nel caso delle reazioni nucleari è di almeno 10 7 a causa dell'elevatissima altezza delle barriere coulombiane dei nuclei in collisione. L'eccitazione termica delle reazioni nucleari è stata realizzata in pratica solo nella sintesi dei nuclei più leggeri, in cui le barriere di Coulomb sono minime (fusione termonucleare).

L'eccitazione da parte delle particelle che si uniscono non richiede una grande energia cinetica e, quindi, non dipende dalla temperatura del mezzo, poiché si verifica a causa di legami inutilizzati inerenti alle particelle di forze attrattive. Ma d'altra parte, le particelle stesse sono necessarie per eccitare le reazioni. E se ancora una volta abbiamo in mente non un atto di reazione separato, ma la produzione di energia su scala macroscopica, allora questo è possibile solo quando si verifica una reazione a catena. Quest'ultimo sorge quando le particelle che eccitano la reazione ricompaiono come prodotti di una reazione esoenergetica.

Design

Qualsiasi reattore nucleare è costituito dalle seguenti parti:

Nucleo con combustibile nucleare e moderatore;
Riflettore di neutroni che circonda il nucleo;
Sistema di regolazione della reazione a catena, compresa la protezione di emergenza;
radioprotezione;
Sistema di controllo remoto.

Principi fisici di funzionamento

Vedi anche gli articoli principali:

Lo stato attuale di un reattore nucleare può essere caratterizzato dall'effettivo fattore di moltiplicazione dei neutroni K o reattività ρ , che sono legati dalla seguente relazione:

Questi valori sono caratterizzati dai seguenti valori:

K> 1 - la reazione a catena aumenta nel tempo, il reattore è dentro supercritico stato, la sua reattività ρ > 0;
K < 1 - реакция затухает, реактор - subcritico, ρ < 0;
K = 1, ρ = 0 - il numero di fissioni nucleari è costante, il reattore è in una stalla critico condizione.

Condizione di criticità del reattore nucleare:

, dove

La conversione del fattore di moltiplicazione in unità si ottiene bilanciando la moltiplicazione dei neutroni con le loro perdite. In realtà ci sono due ragioni per le perdite: cattura senza fissione e fuoriuscita di neutroni al di fuori del mezzo di riproduzione.

Ovviamente 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.

k 0 per i reattori termici può essere determinato dalla cosiddetta "formula dei 4 fattori":

, dove

η è la resa di neutroni per due assorbimenti.

I volumi dei moderni reattori di potenza possono raggiungere centinaia di m³ e sono determinati principalmente non dalle condizioni di criticità, ma dalle possibilità di dissipazione del calore.

Volume critico reattore nucleare: il volume del nocciolo del reattore in uno stato critico. Massa criticaè la massa del materiale fissile del reattore, che si trova in uno stato critico.

I reattori alimentati da soluzioni acquose di sali di isotopi fissili puri con un riflettore di neutroni ad acqua hanno la massa critica più bassa. Per 235 U questa massa è 0,8 kg, per 239 Pu è 0,5 kg. È ampiamente noto, tuttavia, che la massa critica per il reattore LOPO (il primo reattore di uranio arricchito al mondo), che aveva un riflettore di ossido di berillio, era di 0,565 kg, nonostante il grado di arricchimento nell'isotopo 235 fosse solo leggermente oltre il 14%. Teoricamente, la massa critica più piccola ha, per la quale questo valore è di soli 10 g.

Al fine di ridurre la dispersione di neutroni, al nucleo viene data una forma sferica o quasi sferica, come un cilindro corto o un cubo, poiché queste cifre hanno il rapporto più piccolo tra superficie e volume.

Nonostante il valore (e - 1) sia solitamente piccolo, il ruolo della moltiplicazione rapida dei neutroni è piuttosto ampio, poiché per i grandi reattori nucleari (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Per avviare una reazione a catena, di solito vengono prodotti abbastanza neutroni durante la fissione spontanea dei nuclei di uranio. È anche possibile utilizzare una sorgente esterna di neutroni per avviare il reattore, ad esempio una miscela di e, o altre sostanze.

pozzo di iodio

Articolo principale: pozzo di iodio

Pozzo di iodio - lo stato di un reattore nucleare dopo che è stato spento, caratterizzato dall'accumulo dell'isotopo xenon di breve durata. Questo processo porta alla comparsa temporanea di una significativa reattività negativa, che, a sua volta, rende impossibile portare il reattore alla sua capacità di progetto per un certo periodo (circa 1-2 giorni).

Classificazione

Su appuntamento

Secondo la natura dell'uso dei reattori nucleari si dividono in:

Reattori di potenza progettati per produrre energia elettrica e termica utilizzata nel settore energetico, oltre che per la dissalazione dell'acqua di mare (i reattori di dissalazione sono classificati anche come industriali). Tali reattori sono stati utilizzati principalmente nelle centrali nucleari. La potenza termica dei moderni reattori di potenza raggiunge i 5 GW. In un gruppo separato allocare:
- Reattori di trasporto progettato per fornire energia ai motori dei veicoli. I gruppi di applicazioni più ampi sono i reattori per il trasporto marittimo utilizzati su sottomarini e varie navi di superficie, nonché i reattori utilizzati nella tecnologia spaziale.
Reattori sperimentali, progettato per studiare varie grandezze fisiche, il cui valore è necessario per la progettazione e il funzionamento di reattori nucleari; la potenza di tali reattori non supera alcuni kW.
Reattori di ricerca, in cui i flussi di neutroni e raggi gamma creati nel nucleo vengono utilizzati per la ricerca nel campo della fisica nucleare, della fisica dello stato solido, della chimica delle radiazioni, della biologia, per testare materiali destinati al funzionamento in intensi flussi di neutroni (comprese parti di reattori nucleari), per la produzione di isotopi. La potenza dei reattori di ricerca non supera i 100 MW. L'energia rilasciata di solito non viene utilizzata.
Reattori industriali (armi, isotopi). utilizzato per produrre isotopi utilizzati in vari campi. Il più utilizzato per la produzione di materiali per armi nucleari, come 239 Pu. Anche industriali includono i reattori utilizzati per la dissalazione dell'acqua di mare.

Spesso i reattori vengono utilizzati per risolvere due o più compiti diversi, nel qual caso vengono chiamati multiuso. Ad esempio, alcuni reattori di potenza, soprattutto agli albori dell'energia nucleare, erano destinati principalmente agli esperimenti. I reattori a neutroni veloci possono generare energia e produrre isotopi allo stesso tempo. I reattori industriali, oltre al loro compito principale, generano spesso energia elettrica e termica.

Secondo lo spettro dei neutroni

Reattore termico (lento) a neutroni ("reattore termico")
Reattore a neutroni veloce ("reattore veloce")

Per posizionamento del carburante

Reattori eterogenei, in cui il combustibile è posto nel nocciolo in modo discreto sotto forma di blocchi, tra i quali è presente un moderatore;
Reattori omogenei, dove il combustibile e il moderatore sono una miscela omogenea (sistema omogeneo).

In un reattore eterogeneo, il combustibile e il moderatore possono essere distanziati, in particolare, in un reattore a cavità, il riflettore moderatore circonda la cavità con combustibile che non contiene un moderatore. Da un punto di vista nucleare-fisico, il criterio di omogeneità/eterogeneità non è la progettazione, ma il posizionamento di blocchi di combustibile a una distanza superiore alla lunghezza di moderazione dei neutroni in un dato moderatore. Ad esempio, i cosiddetti reattori "a reticolo chiuso" sono progettati per essere omogenei, sebbene il combustibile sia solitamente separato dal moderatore in essi contenuto.

I blocchi di combustibile nucleare in un reattore eterogeneo sono chiamati assiemi di combustibile (FA), che sono posti nel nocciolo ai nodi di un reticolo regolare, formando cellule.

Per tipo di carburante

isotopi dell'uranio 235, 238, 233 ( 235 U , 238 U , 233 U)
plutonio isotopo 239 (239 Pu), anche isotopi 239-242 Pu come miscela con 238 U (carburante MOX)
isotopo del torio 232 (232 Th) (tramite conversione a 233 U)

In base al grado di arricchimento:

uranio naturale
uranio a basso arricchimento
uranio altamente arricchito

Per composizione chimica:

metallo U
UC (carburo di uranio), ecc.

Per tipo di liquido di raffreddamento

Gas, (vedi reattore a gas di grafite)
D 2 O (acqua pesante, vedi Reattore nucleare ad acqua pesante, CANDU)

Per tipo di moderatore

C (grafite, vedere reattore a gas di grafite, reattore ad acqua di grafite)
H 2 O (acqua, vedi Reattore ad acqua leggera, Reattore ad acqua pressurizzata, VVER)
D 2 O (acqua pesante, vedi Reattore nucleare ad acqua pesante, CANDU)
Idruri metallici
Senza moderatore (vedi reattore a neutroni veloci)

In base alla progettazione

metodo di generazione del vapore

Reattore con generatore di vapore esterno (Vedi PWR, VVER)

Classificazione AIEA

PWR (reattori ad acqua pressurizzata) - reattore ad acqua pressurizzata (reattore ad acqua pressurizzata);
BWR (reattore ad acqua bollente) - reattore ad acqua bollente;
FBR (reattore autofertilizzante veloce) - reattore autofertilizzante veloce;
GCR (reattore raffreddato a gas) - reattore raffreddato a gas;
LWGR (reattore di grafite ad acqua leggera) - reattore ad acqua di grafite
PHWR (reattore ad acqua pesante pressurizzato) - reattore ad acqua pesante

I più comuni al mondo sono i reattori ad acqua pressurizzata (circa 62%) e ad acqua bollente (20%).

Materiali del reattore

I materiali con cui sono costruiti i reattori operano ad alta temperatura nel campo dei neutroni, dei quanti γ e dei frammenti di fissione. Pertanto, non tutti i materiali utilizzati in altri rami della tecnologia sono adatti per la costruzione di reattori. Quando si scelgono i materiali del reattore, vengono prese in considerazione la loro resistenza alle radiazioni, l'inerzia chimica, la sezione trasversale di assorbimento e altre proprietà.

L'instabilità delle radiazioni dei materiali è meno influenzata alle alte temperature. La mobilità degli atomi diventa così grande che la probabilità del ritorno degli atomi eliminati dal reticolo cristallino al loro posto o della ricombinazione di idrogeno e ossigeno in una molecola d'acqua aumenta notevolmente. Pertanto, la radiolisi dell'acqua è insignificante nei reattori di potenza non bollenti (ad esempio VVER), mentre nei potenti reattori di ricerca viene rilasciata una quantità significativa di miscela esplosiva. I reattori hanno sistemi speciali per bruciarlo.

I materiali del reattore entrano in contatto tra loro (un rivestimento dell'elemento combustibile con liquido di raffreddamento e combustibile nucleare, cassette di combustibile con liquido di raffreddamento e moderatore, ecc.). Naturalmente i materiali a contatto devono essere chimicamente inerti (compatibili). Un esempio di incompatibilità è l'uranio e l'acqua calda che entrano in una reazione chimica.

Per la maggior parte dei materiali, le proprietà di resistenza si deteriorano bruscamente con l'aumentare della temperatura. Nei reattori di potenza, i materiali strutturali funzionano a temperature elevate. Ciò limita la scelta dei materiali strutturali, soprattutto per quelle parti di un reattore di potenza che devono resistere ad alta pressione.

Burnup e riproduzione del combustibile nucleare

Durante il funzionamento di un reattore nucleare, a causa dell'accumulo di frammenti di fissione nel combustibile, la sua composizione isotopica e chimica cambia e si formano elementi transuranici, principalmente isotopi. Viene chiamata l'influenza dei frammenti di fissione sulla reattività di un reattore nucleare avvelenamento(per frammenti radioattivi) e sgobbare(per isotopi stabili).

Il motivo principale dell'avvelenamento del reattore è che ha la più grande sezione d'urto di assorbimento dei neutroni (2,6 10 6 fienile). Emivita di 135 Xe T 1/2 = 9,2 ore; il rendimento della divisione è del 6-7%. La parte principale di 135 Xe si forma a causa del decadimento ( T 1/2 = 6,8 ore). In caso di avvelenamento, Kef cambia dell'1-3%. La grande sezione d'urto di assorbimento di 135 Xe e la presenza dell'isotopo intermedio 135 I portano a due fenomeni importanti:

Ad un aumento della concentrazione di 135 Xe e, di conseguenza, a una diminuzione della reattività del reattore dopo il suo arresto o riduzione di potenza ("pozzo di iodio"), che rende impossibili arresti a breve termine e fluttuazioni della potenza di uscita. Tale effetto viene superato introducendo un margine di reattività negli organi regolatori. La profondità e la durata del pozzo di iodio dipendono dal flusso di neutroni Ф: a Ф = 5 10 18 neutroni/(cm² sec), la durata del pozzo di iodio è ˜ 30 h e la profondità è 2 volte maggiore del valore costante- cambiamento di stato a Keff causato da avvelenamento da 135 Xe.
A causa dell'avvelenamento, possono verificarsi fluttuazioni spazio-temporali del flusso di neutroni Ф e, di conseguenza, della potenza del reattore. Queste fluttuazioni si verificano a Ф > 10 18 neutroni/(cm² sec) e reattori di grandi dimensioni. Periodi di oscillazione ˜ 10 h.

La fissione nucleare dà origine a un gran numero di frammenti stabili, che differiscono nelle loro sezioni d'urto di assorbimento rispetto alla sezione d'urto di assorbimento di un isotopo fissile. La concentrazione di frammenti con una grande sezione d'assorbimento raggiunge la saturazione durante i primi giorni di funzionamento del reattore. Si tratta principalmente di TVEL di "età" diverse.

Nel caso di una sostituzione completa del combustibile, il reattore presenta un eccesso di reattività che deve essere compensato, mentre nel secondo caso la compensazione è richiesta solo al primo avvio del reattore. Il rifornimento continuo consente di aumentare la profondità di combustione, poiché la reattività del reattore è determinata dalle concentrazioni medie di isotopi fissili.

La massa del combustibile caricato supera la massa dello scaricato a causa del "peso" dell'energia rilasciata. Dopo lo spegnimento del reattore, prima principalmente a causa della fissione da neutroni ritardati, e poi, dopo 1-2 minuti, a causa delle radiazioni β e γ di frammenti di fissione e di elementi transuranici, l'energia continua a essere rilasciata nel combustibile. Se il reattore ha funzionato abbastanza a lungo prima dello spegnimento, quindi 2 minuti dopo lo spegnimento, il rilascio di energia è di circa il 3%, dopo 1 ora - 1%, dopo un giorno - 0,4%, dopo un anno - 0,05% della potenza iniziale.

Viene chiamato il rapporto tra il numero di isotopi Pu fissili formati in un reattore nucleare e la quantità di 235 U bruciata tasso di conversione KK. Il valore di K K aumenta al diminuire dell'arricchimento e del burnup. Per un reattore ad acqua pesante funzionante ad uranio naturale, con una combustione di 10 GW giorno/t K K = 0,55, e per piccole bruciature (in questo caso, K K è chiamato coefficiente iniziale di plutonio) K K = 0,8. Se un reattore nucleare brucia e produce gli stessi isotopi (reattore autofertilizzante), viene chiamato il rapporto tra la velocità di riproduzione e la velocità di combustione tasso di riproduzione K V. Nei reattori termici 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 sta crescendo e un cascate.

Controllo del reattore nucleare

Il controllo di un reattore nucleare è possibile solo grazie al fatto che durante la fissione alcuni neutroni volano fuori dai frammenti con un ritardo, che può variare da alcuni millisecondi a diversi minuti.

Per controllare il reattore vengono utilizzate barre assorbenti, introdotte nel nocciolo, costituite da materiali che assorbono fortemente i neutroni (principalmente, e alcuni altri) e/o una soluzione di acido borico, aggiunta al liquido di raffreddamento in una certa concentrazione (regolazione del boro) . Il movimento delle aste è controllato da meccanismi speciali, azionamenti, che operano su segnali dell'operatore o apparecchiature per il controllo automatico del flusso di neutroni.

In caso di varie emergenze in ciascun reattore, viene fornita una terminazione di emergenza della reazione a catena, effettuata facendo cadere tutte le barre assorbenti nel nucleo - un sistema di protezione di emergenza.

Calore residuo

Una questione importante direttamente correlata alla sicurezza nucleare è il calore di decadimento. Questa è una caratteristica specifica del combustibile nucleare, che consiste nel fatto che, dopo la fine della reazione a catena di fissione e dell'inerzia termica, comune a qualsiasi fonte di energia, il rilascio di calore nel reattore continua per lungo tempo, creando un numero di problemi tecnicamente complessi.

Il calore di decadimento è una conseguenza del decadimento β e γ dei prodotti di fissione, che si sono accumulati nel combustibile durante il funzionamento del reattore. I nuclei dei prodotti di fissione, a seguito del decadimento, passano in uno stato più stabile o completamente stabile con il rilascio di energia significativa.

Sebbene la velocità di rilascio del calore residuo scenda rapidamente a valori piccoli rispetto ai valori stazionari, nei reattori di alta potenza è significativa in termini assoluti. Per questo motivo, il rilascio del calore di decadimento richiede molto tempo per consentire la rimozione del calore dal nocciolo del reattore dopo che è stato spento. Questo compito richiede la presenza di sistemi di raffreddamento con un'alimentazione affidabile nella progettazione dell'impianto del reattore e richiede anche lo stoccaggio a lungo termine (entro 3-4 anni) del combustibile nucleare esaurito in impianti di stoccaggio con un regime di temperatura speciale: piscine di combustibile esaurito , che si trovano solitamente nelle immediate vicinanze del reattore.

Guarda anche

Elenco dei reattori nucleari progettati e costruiti in Unione Sovietica

Letteratura

Levin V. E. Fisica nucleare e reattori nucleari. 4a ed. - M.: Atomizdat, 1979.
Shukolyukov A. Yu. "Uranio. reattore nucleare naturale. "Chimica e vita" n. 6, 1980, p. 20-24

Appunti

"ZEEP - Il primo reattore nucleare del Canada", Museo della scienza e della tecnologia del Canada.
Greshilov A.A., Egupov N.D., Matushchenko A.M. Scudo nucleare. - M.: Loghi, 2008. - 438 pag. -

I reattori nucleari hanno un compito: dividere gli atomi in una reazione controllata e utilizzare l'energia rilasciata per generare energia elettrica. Per molti anni, i reattori sono stati visti sia come un miracolo che come una minaccia.

Quando il primo reattore commerciale statunitense è andato online a Shippingport, in Pennsylvania, nel 1956, la tecnologia è stata salutata come la centrale elettrica del futuro, con alcuni che credevano che i reattori avrebbero reso la produzione di elettricità troppo economica. Ora sono stati costruiti 442 reattori nucleari in tutto il mondo, circa un quarto di questi si trova negli Stati Uniti. Il mondo è diventato dipendente dai reattori nucleari, che generano il 14 per cento dell'elettricità. I futuristi hanno persino fantasticato sulle auto atomiche.

Quando il reattore Unit 2 presso la centrale elettrica di Three Mile Island in Pennsylvania ha subito un guasto al raffreddamento nel 1979 e di conseguenza un parziale scioglimento del suo combustibile radioattivo, i sentimenti di calore nei confronti dei reattori sono cambiati radicalmente. Anche se è stato effettuato lo spegnimento del reattore distrutto e non si sono verificati importanti rilasci radioattivi, molte persone hanno iniziato a considerare i reattori come troppo complessi e vulnerabili, con conseguenze potenzialmente catastrofiche. Le persone si sono anche preoccupate per le scorie radioattive dei reattori. Di conseguenza, la costruzione di nuove centrali nucleari negli Stati Uniti si è fermata. Quando nel 1986 si verificò un incidente più grave nella centrale nucleare di Chernobyl in Unione Sovietica, l'energia nucleare sembrava condannata.

Ma all'inizio degli anni 2000, i reattori nucleari hanno iniziato a fare ritorno, grazie a una crescente domanda di energia e a una fornitura in calo di combustibili fossili, nonché alle crescenti preoccupazioni per il cambiamento climatico dovuto alle emissioni di anidride carbonica.

Ma nel marzo 2011, un'altra crisi ha colpito: questa volta, Fukushima 1, una centrale nucleare in Giappone, è stata gravemente danneggiata da un terremoto.

Uso della reazione nucleare

In poche parole, in un reattore nucleare, gli atomi si dividono e rilasciano l'energia che tiene insieme le loro parti.

Se hai dimenticato la fisica del liceo, ti ricorderemo come fissione nucleare lavori. Gli atomi sono come minuscoli sistemi solari, con un nucleo come il sole ed elettroni come pianeti in orbita attorno ad esso. Il nucleo è formato da particelle chiamate protoni e neutroni che sono legati insieme. La forza che lega gli elementi del nucleo è difficile da immaginare. È molti miliardi di volte più forte della forza di gravità. Nonostante questa enorme forza, è possibile dividere il nucleo sparandogli contro neutroni. Quando questo sarà fatto, verrà rilasciata molta energia. Quando gli atomi si rompono, le loro particelle si schiantano contro gli atomi vicini, dividendoli e quelli, a loro volta, successivo, successivo, successivo. C'è un cosiddetto reazione a catena.

L'uranio, un elemento con atomi di grandi dimensioni, è ideale per il processo di fissione, perché la forza che lega le particelle del suo nucleo è relativamente debole rispetto ad altri elementi. I reattori nucleari utilizzano un isotopo specifico chiamato Incorse-235 . L'uranio-235 è raro in natura, con il minerale proveniente dalle miniere di uranio contenente solo lo 0,7% circa di U-235. Ecco perché usano i reattori arricchitoIncorrere, che viene creato isolando e concentrando l'uranio-235 attraverso un processo di diffusione del gas.

Un processo di reazione a catena può essere creato in una bomba atomica, simile a quelle lanciate sulle città giapponesi di Hiroshima e Nagasaki durante la seconda guerra mondiale. Ma in un reattore nucleare, la reazione a catena è controllata inserendo barre di controllo fatte di materiali come cadmio, afnio o boro, che assorbono parte dei neutroni. Ciò consente ancora al processo di fissione di rilasciare energia sufficiente per riscaldare l'acqua a circa 270 gradi Celsius e trasformarla in vapore, che viene utilizzato per trasformare le turbine della centrale elettrica e generare elettricità. In linea di principio, in questo caso, una bomba nucleare controllata funziona invece del carbone, creando elettricità, tranne per il fatto che l'energia per far bollire l'acqua proviene dalla scissione degli atomi, invece di bruciare il carbonio.

Componenti del reattore nucleare

Esistono diversi tipi di reattori nucleari, ma condividono tutti alcune caratteristiche comuni. Tutti hanno una scorta di pellet di combustibile radioattivo - solitamente ossido di uranio - che sono disposti in tubi per formare barre di combustibile in nucleoereattore.

Il reattore ha anche il menzionato in precedenza gestorieastae— di un materiale che assorbe i neutroni come cadmio, afnio o boro, che viene inserito per controllare o fermare la reazione.

Anche il reattore ha moderatore, una sostanza che rallenta i neutroni e aiuta a controllare il processo di fissione. La maggior parte dei reattori negli Stati Uniti utilizza acqua naturale, ma i reattori in altri paesi a volte usano grafite o pesanteoh!acqueA, in cui l'idrogeno è sostituito dal deuterio, un isotopo dell'idrogeno con un protone e un neutrone. Un'altra parte importante del sistema è raffreddamentoe ioliquidob, solitamente acqua normale, che assorbe e trasferisce il calore dal reattore per creare vapore per far girare la turbina e raffredda l'area del reattore in modo che non raggiunga la temperatura alla quale l'uranio si scioglie (circa 3815 gradi Celsius).

Infine, il reattore è racchiuso guscioA, una struttura grande e pesante, di solito di diversi metri di spessore, di acciaio e cemento che mantiene all'interno gas e liquidi radioattivi dove non possono nuocere a nessuno.

Esistono diversi modelli di reattori in uso, ma uno dei più comuni lo è reattore ad acqua pressurizzata (VVER). In un tale reattore, l'acqua viene forzata a contatto con il nocciolo e poi vi rimane sotto una pressione tale da non potersi trasformare in vapore. Quest'acqua poi nel generatore di vapore entra in contatto con l'acqua fornita senza pressione, che si trasforma in vapore che fa ruotare le turbine. C'è anche un disegno reattore di tipo a canale ad alta potenza (RBMK) con un circuito dell'acqua e reattore a neutroni veloci con due circuiti per il sodio e uno per l'acqua.

Quanto è sicuro un reattore nucleare?

La risposta a questa domanda è abbastanza difficile e dipende da chi chiedi e cosa intendi per "sicuro". Sei preoccupato per le radiazioni o i rifiuti radioattivi generati nei reattori? O sei più preoccupato per la possibilità di un incidente catastrofico? Quale grado di rischio considera un compromesso accettabile per i benefici dell'energia nucleare? E fino a che punto ti fidi del governo e dell'energia nucleare?

"Radiazioni" è un argomento valido, principalmente perché sappiamo tutti che grandi dosi di radiazioni, come quelle dell'esplosione di una bomba nucleare, possono uccidere molte migliaia di persone.

I fautori dell'energia nucleare, tuttavia, sottolineano che siamo tutti regolarmente esposti a radiazioni provenienti da varie sorgenti, compresi i raggi cosmici e le radiazioni naturali emesse dalla Terra. La dose media annuale di radiazioni è di circa 6,2 millisievert (mSv), metà da fonti naturali e metà da fonti artificiali, che vanno dai raggi X del torace, rilevatori di fumo e quadranti luminosi. Quanta radiazione otteniamo dai reattori nucleari? Solo una piccola frazione di una percentuale della nostra esposizione annuale tipica, 0,0001 mSv.

Mentre tutte le centrali nucleari perdono inevitabilmente piccole quantità di radiazioni, le commissioni di regolamentazione mantengono gli operatori delle centrali nucleari soggetti a normative rigorose. Non possono esporre le persone che vivono intorno all'impianto a più di 1 mSv di radiazioni all'anno e i lavoratori dell'impianto hanno una soglia di 50 mSv all'anno. Può sembrare molto, ma secondo la Nuclear Regulatory Commission, non ci sono prove mediche che dosi annuali di radiazioni inferiori a 100 mSv comportino rischi per la salute dell'uomo.

Ma è importante notare che non tutti sono d'accordo con una valutazione così compiacente dei rischi da radiazioni. Ad esempio, Physicians for Social Responsibility, un critico di lunga data dell'industria nucleare, ha studiato i bambini che vivono intorno alle centrali nucleari tedesche. Lo studio ha mostrato che le persone che vivevano entro 5 km dagli impianti avevano il doppio del rischio di contrarre la leucemia rispetto a quelle che vivevano più lontano dalla centrale nucleare.

reattore di scorie nucleari

L'energia nucleare è propagandata dai suoi sostenitori come energia "pulita" perché il reattore non emette grandi quantità di gas serra nell'atmosfera, rispetto alle centrali a carbone. Ma i critici puntano su un altro problema ambientale: lo smaltimento delle scorie nucleari. Alcuni dei rifiuti di combustibile esaurito dei reattori rilasciano ancora radioattività. Altre cose non necessarie che dovrebbero essere salvate lo sono scorie radioattive di alto livello, il residuo liquido della lavorazione del combustibile esaurito, in cui rimane parte dell'uranio. In questo momento, la maggior parte di questi rifiuti è immagazzinata localmente nelle centrali nucleari in bacini d'acqua che assorbono parte del calore residuo prodotto dal combustibile esaurito e aiutano a proteggere i lavoratori dall'esposizione alle radiazioni.

Uno dei problemi con il combustibile nucleare esaurito è che è stato alterato durante la fissione.Quando grandi atomi di uranio si fessurano, creano sottoprodotti - isotopi radioattivi di diversi elementi leggeri come Cesio-137 e Stronzio-90, chiamati prodotti di fissione. Sono caldi e altamente radioattivi, ma alla fine, in un periodo di 30 anni, decadono in forme meno pericolose. Questo periodo è chiamato Pperiodoohmmetà vita. Per altri elementi radioattivi, l'emivita sarà diversa. Inoltre, alcuni atomi di uranio catturano anche i neutroni, formando elementi più pesanti come il plutonio. Questi elementi transuranici non generano tanto calore o radiazioni penetranti quanto i prodotti di fissione, ma impiegano molto più tempo a decadere. Il plutonio-239, ad esempio, ha un'emivita di 24.000 anni.

Questi radioattivoepartenzaS alto livello dai reattori sono pericolosi per l'uomo e altre forme di vita perché possono rilasciare enormi e letali dosi di radiazioni anche da una breve esposizione. Dieci anni dopo aver rimosso il combustibile da un reattore, ad esempio, emettono 200 volte più radioattività all'ora di quella necessaria per uccidere una persona. E se i rifiuti finiscono nelle acque sotterranee o nei fiumi, possono entrare nella catena alimentare e mettere in pericolo un gran numero di persone.

Poiché i rifiuti sono così pericolosi, molte persone si trovano in una posizione difficile. 60.000 tonnellate di rifiuti si trovano nelle centrali nucleari vicino alle principali città. Ma trovare un posto sicuro dove immagazzinare i rifiuti è molto difficile.

Cosa può andare storto con un reattore nucleare?

Con le autorità di regolamentazione del governo che guardano indietro alla loro esperienza, gli ingegneri hanno dedicato molto tempo nel corso degli anni alla progettazione di reattori per una sicurezza ottimale. È solo che non si rompono, funzionano correttamente e hanno backup se le cose non vanno secondo i piani. Di conseguenza, anno dopo anno, le centrali nucleari sembrano essere abbastanza sicure rispetto, ad esempio, ai viaggi aerei, che normalmente uccidono tra le 500 e le 1.100 persone all'anno in tutto il mondo.

Tuttavia, i reattori nucleari superano gravi guasti. Sulla scala internazionale degli eventi nucleari, che valuta gli incidenti nei reattori da 1 a 7, ci sono stati cinque incidenti dal 1957 che sono stati classificati da 5 a 7.

L'incubo peggiore è il guasto del sistema di raffreddamento, che porta al surriscaldamento del carburante. Il carburante si trasforma in un liquido e poi brucia attraverso il contenimento, emettendo radiazioni radioattive. Nel 1979, l'Unità 2 della centrale nucleare di Three Mile Island (USA) era sull'orlo di questo scenario. Fortunatamente, un sistema di contenimento ben progettato era abbastanza forte da impedire la fuga delle radiazioni.

L'URSS fu meno fortunata. Un grave incidente nucleare si è verificato nell'aprile 1986 presso la 4a unità di potenza della centrale nucleare di Chernobyl. Ciò è stato causato da una combinazione di guasti del sistema, difetti di progettazione e personale scarsamente addestrato. Durante un test di routine, la reazione è aumentata improvvisamente e le barre di controllo si sono bloccate, impedendo l'arresto di emergenza. L'improvviso accumulo di vapore ha causato due esplosioni termiche, lanciando in aria il moderatore di grafite del reattore. In assenza di qualcosa per raffreddare le barre di combustibile del reattore, hanno iniziato a surriscaldarsi e a distruggersi completamente, per cui il combustibile ha assunto una forma liquida. Morirono molti operai della stazione e liquidatori dell'incidente. Una grande quantità di radiazioni si è diffusa su un'area di 323.749 chilometri quadrati. Il numero di decessi causati dalle radiazioni non è ancora chiaro, ma l'Organizzazione Mondiale della Sanità afferma che potrebbe aver causato 9.000 morti per cancro.

I costruttori di reattori nucleari danno garanzie basate su stima probabilisticae in cui cercano di bilanciare il potenziale danno di un evento con la probabilità che si verifichi effettivamente. Ma alcuni critici dicono che dovrebbero prepararsi, invece, per gli eventi rari, più inaspettati, ma molto pericolosi. Un esempio illustrativo è l'incidente del marzo 2011 alla centrale nucleare di Fukushima 1 in Giappone. Secondo quanto riferito, la stazione è stata progettata per resistere a un grande terremoto, ma non così catastrofico come il terremoto di magnitudo 9,0 che ha sollevato un'onda di tsunami di 14 metri su dighe progettate per resistere a un'onda di 5,4 metri. L'assalto dello tsunami ha distrutto i generatori diesel di riserva che avrebbero dovuto alimentare il sistema di raffreddamento dei sei reattori della centrale nucleare in caso di interruzione di corrente.Quindi, anche dopo che le barre di controllo dei reattori di Fukushima hanno interrotto la reazione di fissione, il combustibile ancora caldo consentiva la temperatura all'interno dei reattori distrutti.

I funzionari giapponesi sono ricorsi all'ultima risorsa: inondando i reattori con un'enorme quantità di acqua di mare con l'aggiunta di acido borico, che è stato in grado di prevenire una catastrofe, ma ha distrutto l'attrezzatura del reattore. Alla fine, con l'aiuto di autopompe e chiatte, i giapponesi furono in grado di pompare acqua fresca nei reattori. Ma a quel punto, il monitoraggio aveva già mostrato livelli allarmanti di radiazioni nella terra e nell'acqua circostanti. In un villaggio a 40 km da questa centrale nucleare, l'elemento radioattivo Cesium-137 si è rivelato a livelli molto più elevati rispetto al disastro di Chernobyl, il che ha sollevato dubbi sulla possibilità di insediamenti umani in questa zona.

Reattore nucleare

Un reattore nucleare è un dispositivo in cui viene eseguita una reazione nucleare a catena controllata, accompagnata dal rilascio di energia. Il primo reattore nucleare fu costruito e varato nel dicembre 1942 negli USA sotto la guida di E. Fermi. Il primo reattore costruito al di fuori degli Stati Uniti fu ZEEP, lanciato in Canada nel settembre 1945. In Europa, il primo reattore nucleare fu l'installazione F-1, lanciata il 25 dicembre 1946 a Mosca sotto la guida di I.V. Kurchatov.

Nel 1978 nel mondo erano già in funzione un centinaio di reattori nucleari di vario tipo. I componenti di qualsiasi reattore nucleare sono: un nucleo con combustibile nucleare, solitamente circondato da un riflettore di neutroni, un refrigerante, un sistema di controllo della reazione a catena, una radioprotezione, un sistema di controllo remoto. Il recipiente del reattore è soggetto ad usura (soprattutto sotto l'influenza delle radiazioni ionizzanti). La caratteristica principale di un reattore nucleare è la sua potenza. Una potenza di 1 MW corrisponde a una reazione a catena in cui si verificano 3·10 16 eventi di fissione in 1 sec.

Storia

Il gruppo teorico "Progetto uranio" della Germania nazista, che lavorava nella Società dell'Imperatore Guglielmo, era guidato da Weizsäcker, ma solo formalmente. Heisenberg, che ha sviluppato le basi teoriche della reazione a catena, è diventato il vero leader, mentre Weizsacker, con un gruppo di partecipanti, si è concentrato sulla creazione della "macchina dell'uranio" - il primo reattore. Nella tarda primavera del 1940, uno degli scienziati del gruppo, Harteck, condusse il primo esperimento nel tentativo di creare una reazione a catena usando l'ossido di uranio e un moderatore di grafite solida. Tuttavia, il materiale fissile disponibile non era sufficiente per raggiungere questo obiettivo. Nel 1941, presso l'Università di Lipsia, Döpel, membro del gruppo Heisenberg, costruì uno stand con un moderatore di acqua pesante, in esperimenti sui quali, nel maggio 1942, era possibile ottenere la produzione di neutroni in quantità superiore alla loro assorbimento. Una vera e propria reazione a catena fu ottenuta dagli scienziati tedeschi nel febbraio 1945 in un esperimento condotto in una miniera che lavorava vicino a Haigerloch. Tuttavia, poche settimane dopo, il programma nucleare tedesco ha cessato di esistere.

La reazione a catena di fissione nucleare (reazione a catena corta) fu eseguita per la prima volta nel dicembre 1942. Un gruppo di fisici dell'Università di Chicago, guidato da E. Fermi, ha creato il primo reattore nucleare al mondo, chiamato Chicago Pile-1, CP-1. Era costituito da blocchi di grafite, tra i quali si trovavano sfere di uranio naturale e il suo biossido. I neutroni veloci che compaiono dopo la fissione dei nuclei di 235U sono stati rallentati dalla grafite alle energie termiche e quindi hanno causato nuove fissioni nucleari. I reattori come l'SR-1, in cui la quota principale delle fissioni si verifica sotto l'azione dei neutroni termici, sono chiamati reattori a neutroni termici. Contengono molto moderatore rispetto al combustibile nucleare.

In URSS, un gruppo di fisici e ingegneri guidati dall'accademico I. V. Kurchatov ha condotto studi teorici e sperimentali sulle caratteristiche dell'avvio, del funzionamento e del controllo dei reattori. Il primo reattore F-1 sovietico fu costruito nel Laboratorio n. 2 dell'Accademia delle scienze dell'URSS (Mosca). Questo reattore è stato messo in condizioni critiche il 25 dicembre 1946. Il reattore F-1 è stato assemblato da blocchi di grafite e aveva la forma di una palla con un diametro di circa 7,5 m Nella parte centrale della palla con un diametro di 6 m, barre di uranio sono state posizionate attraverso fori nei blocchi di grafite. Il reattore F-1, come il reattore CP-1, non aveva un sistema di raffreddamento, quindi funzionava a livelli di potenza molto bassi (frazioni di watt, raramente pochi watt). I risultati della ricerca presso il reattore F-1 sono diventati la base per progetti di reattori industriali più complessi. Nel 1948 entra in funzione il reattore I-1 (secondo altre fonti si chiamava A-1) per la produzione di plutonio e il 27 giugno 1954 la prima centrale nucleare al mondo con una potenza elettrica di 5 MW è stato messo in funzione nella città di Obninsk.

Dispositivo e principio di funzionamento

Meccanismo di rilascio di potenza La trasformazione di una sostanza è accompagnata dal rilascio di energia libera solo se la sostanza ha una riserva di energie. Quest'ultimo significa che le microparticelle della sostanza si trovano in uno stato con un'energia di riposo maggiore che in un altro stato possibile, il cui passaggio esiste. La transizione spontanea è sempre impedita da una barriera energetica, per superare la quale la microparticella deve ricevere una certa quantità di energia dall'esterno - l'energia di eccitazione. La reazione esoenergetica consiste nel fatto che nella trasformazione successiva all'eccitazione viene rilasciata più energia di quella necessaria per eccitare il processo. Esistono due modi per superare la barriera energetica: a causa dell'energia cinetica delle particelle in collisione, oa causa dell'energia di legame della particella in adesione.

Se teniamo presente le scale macroscopiche del rilascio di energia, allora l'energia cinetica necessaria per l'eccitazione delle reazioni deve avere tutte, o almeno inizialmente alcune delle particelle della sostanza. Ciò può essere ottenuto solo aumentando la temperatura del fluido ad un valore in cui l'energia del moto termico si avvicina al valore della soglia di energia che limita il corso del processo. Nel caso delle trasformazioni molecolari, cioè delle reazioni chimiche, tale aumento è solitamente di centinaia di kelvin, mentre nel caso delle reazioni nucleari è di almeno 107 K a causa dell'altezza molto elevata delle barriere di Coulomb dei nuclei in collisione. L'eccitazione termica delle reazioni nucleari è stata realizzata in pratica solo nella sintesi dei nuclei più leggeri, in cui le barriere di Coulomb sono minime (fusione termonucleare).

Design

Qualsiasi reattore nucleare è costituito dalle seguenti parti:

Nucleo con combustibile nucleare e moderatore;
Riflettore di neutroni che circonda il nucleo;
liquido di raffreddamento;
Sistema di controllo della reazione a catena, compresa la protezione di emergenza;
radioprotezione;
Sistema di controllo remoto.

pozzo di iodio

Pozzo di iodio - lo stato di un reattore nucleare dopo lo spegnimento, caratterizzato dall'accumulo dell'isotopo 135Xe dello xeno di breve durata. Questo processo porta alla comparsa temporanea di una significativa reattività negativa, che, a sua volta, rende impossibile portare il reattore alla sua capacità di progetto per un certo periodo (circa 1-2 giorni).