Yadro reaktoridagi jarayonlar sxemasi. Hamma eshitgan, lekin hech kim bilmaydi. Yadro (atom) reaktor qanday ishlaydi. Yadro reaktorlarining sovutish suvi turi bo'yicha tasnifi

Bugun biz yadro fizikasi olamiga qisqa sayohat qilamiz. Ekskursiyamizning mavzusi yadroviy reaktor bo'ladi. Siz uning qanday ishlashini, qanday jismoniy tamoyillar ishlashini va ushbu qurilma qayerda ishlatilishini bilib olasiz.

Yadro energiyasining tug'ilishi

Dunyodagi birinchi yadro reaktori 1942 yilda AQShda qurilgan. Nobel mukofoti sovrindori Enriko Fermi boshchiligidagi fiziklarning eksperimental guruhi. Shu bilan birga, ular uranning o'z-o'zidan bo'linish reaktsiyasini amalga oshirdilar. Atom jin chiqarildi.

Birinchi Sovet yadro reaktori 1946 yilda ishga tushirilgan. va 8 yil o'tgach, Obninsk shahrida dunyodagi birinchi atom elektr stantsiyasi joriy berdi. SSSR atom energetikasi ishining bosh ilmiy rahbari atoqli fizik edi. Igor Vasilevich Kurchatov.

O'shandan beri yadroviy reaktorlarning bir necha avlodlari o'zgardi, ammo uning dizaynining asosiy elementlari o'zgarishsiz qoldi.

Yadro reaktorining anatomiyasi

Ushbu yadroviy inshoot silindrsimon sig'imi bir necha kub santimetrdan ko'p kub metrgacha bo'lgan qalin devorli po'lat tankdir.

Ushbu silindrning ichida muqaddaslarning muqaddasi - reaktor yadrosi. Aynan shu erda yadro yoqilg'isining bo'linish zanjiri reaktsiyasi sodir bo'ladi.

Keling, bu jarayon qanday sodir bo'lishini ko'rib chiqaylik.

Og'ir elementlarning yadrolari, xususan Uran-235 (U-235), kichik energiya surish ta'sirida ular taxminan teng massali 2 ta bo'lakka bo'linib ketishi mumkin. Ushbu jarayonning qo'zg'atuvchisi neytrondir.

Fragmentlar ko'pincha bariy va kripton yadrolaridir. Ularning har biri musbat zaryadga ega, shuning uchun Kulon itarish kuchlari ularni yorug'lik tezligining taxminan 1/30 tezligida turli yo'nalishlarda tarqalishga majbur qiladi. Bu parchalar ulkan kinetik energiya tashuvchilardir.

Energiyadan amaliy foydalanish uchun uning chiqishi o'z-o'zidan ta'minlanishi kerak. zanjir reaktsiyasi, Bu ko'proq qiziqroq, chunki har bir bo'linish hodisasi yangi neytronlarning emissiyasi bilan birga keladi. Bir boshlang'ich neytron uchun o'rtacha 2-3 ta yangi neytron paydo bo'ladi. Bo'linadigan uran yadrolari soni qor ko'chkisi kabi o'sib bormoqda, katta energiya chiqishiga olib keladi. Agar bu jarayon nazorat qilinmasa, yadroviy portlash sodir bo'ladi. yilda sodir bo'ladi.

Neytronlar sonini nazorat qilish tizimga neytronlarni yutuvchi materiallar kiritiladi; energiyaning silliq chiqishini ta'minlash. Kadmiy yoki bor neytron yutuvchi sifatida ishlatiladi.

Parchalarning ulkan kinetik energiyasini qanday jilovlash va ishlatish mumkin? Ushbu maqsadlar uchun sovutish suvi ishlatiladi, ya'ni. parchalar sekinlashtirilgan va juda yuqori haroratgacha qizdirilgan harakatlanuvchi maxsus vosita. Bunday muhit oddiy yoki og'ir suv, suyuq metallar (natriy), shuningdek, ba'zi gazlar bo'lishi mumkin. Sovutish suyuqligining bug 'holatiga o'tishiga olib kelmaslik uchun, yadroda yuqori bosim saqlanadi (160 atmgacha). Shu sababli, reaktorning devorlari o'n santimetrlik maxsus navli po'latdan yasalgan.

Agar neytronlar yadro yoqilg'isidan uchib chiqsa, u holda zanjir reaktsiyasi uzilishi mumkin. Shuning uchun, parchalanuvchi materialning tanqidiy massasi mavjud, ya'ni. uning zanjirli reaksiya davom etadigan minimal massasi. Bu turli parametrlarga, jumladan, reaktor yadrosini o'rab turgan reflektor mavjudligiga bog'liq. Bu neytronlarning atrof-muhitga oqib ketishining oldini olishga xizmat qiladi. Ushbu strukturaviy element uchun eng keng tarqalgan material grafitdir.

Reaktorda sodir bo'layotgan jarayonlar nurlanishning eng xavfli turi - gamma nurlanishining chiqishi bilan birga keladi. Ushbu xavfni kamaytirish uchun u radiatsiyaga qarshi himoyani ta'minlaydi.

Yadro reaktori qanday ishlaydi

Yoqilg'i elementlari deb ataladigan yadro yoqilg'isi reaktor yadrosiga joylashtirilgan. Ular parchalanuvchi materialdan hosil bo'lgan va uzunligi taxminan 3,5 m va diametri 10 mm bo'lgan ingichka naychalarga o'ralgan planshetlardir.

Yadroga bir xil turdagi yuzlab yoqilg'i agregatlari joylashtiriladi va ular zanjir reaktsiyasi paytida ajralib chiqadigan issiqlik energiyasining manbalariga aylanadi. Yoqilg'i tayoqlarini yuvadigan sovutish suvi reaktorning birinchi sxemasini hosil qiladi.

Yuqori parametrlarga isitiladi, u bug 'generatoriga pompalanadi, u erda o'z energiyasini ikkilamchi kontaktlarning zanglashiga olib, uni bug'ga aylantiradi. Olingan bug 'turbina generatorini aylantiradi. Ushbu qurilma tomonidan ishlab chiqarilgan elektr energiyasi iste'molchiga o'tkaziladi. Va sovutish hovuzidan suv bilan sovutilgan chiqindi bug'i kondensat shaklida bug 'generatoriga qaytariladi. Tsikl yopiladi.

Yadro inshootining bunday ikki pallali ishlashi yadroda sodir bo'ladigan jarayonlar bilan birga keladigan radiatsiyaning uning chegarasidan tashqariga kirib borishini istisno qiladi.

Shunday qilib, reaktorda energiya o'zgarishlar zanjiri sodir bo'ladi: parchalanuvchi materialning yadroviy energiyasi → bo'laklarning kinetik energiyasiga → sovutish suvining issiqlik energiyasi → turbinaning kinetik energiyasi → generatordagi elektr energiyasiga.

Muqarrar ravishda energiya yo'qotilishi bunga olib keladi Atom elektr stansiyalarining samaradorligi nisbatan past, 33-34%.

Yadro reaktorlari atom elektr stansiyalarida elektr energiyasini ishlab chiqarish bilan bir qatorda turli xil radioaktiv izotoplarni ishlab chiqarish, sanoatning koʻplab sohalarida tadqiqotlar oʻtkazish, sanoat reaktorlarining ruxsat etilgan parametrlarini oʻrganish uchun ishlatiladi. Avtomobil dvigatellarini energiya bilan ta'minlaydigan transport reaktorlari tobora keng tarqalmoqda.

Yadro reaktorlarining turlari

Odatda, yadroviy reaktorlar U-235 uranida ishlaydi. Biroq, uning tabiiy materialdagi tarkibi juda past, atigi 0,7%. Tabiiy uranning asosiy massasi U-238 izotopidir. U-235 dagi zanjirli reaksiyaga faqat sekin neytronlar sabab bo'lishi mumkin va U-238 izotopi faqat tez neytronlar tomonidan parchalanadi. Yadroning bo'linishi natijasida sekin va tez neytronlar tug'iladi. Sovutish suyuqligida (suvda) sekinlashuvni boshdan kechirayotgan tez neytronlar sekinlashadi. Ammo tabiiy urandagi U-235 izotopining miqdori shunchalik kichikki, uning konsentratsiyasini 3-5% gacha boyitishga murojaat qilish kerak. Bu jarayon juda qimmat va iqtisodiy jihatdan noqulay. Bundan tashqari, ushbu izotopning tabiiy resurslarining tugash vaqti atigi 100-120 yilga baholanmoqda.

Shuning uchun atom sanoatida tez neytronlarda ishlaydigan reaktorlarga bosqichma-bosqich o'tish mavjud.

Ularning asosiy farqi shundaki, suyuq metallar sovutgich sifatida ishlatiladi, ular neytronlarni sekinlashtirmaydi, U-238 esa yadro yoqilg'isi sifatida ishlatiladi. Ushbu izotopning yadrolari yadroviy transformatsiyalar zanjiri orqali Plutonium-239 ga o'tadi, bu U-235 kabi zanjirli reaktsiyaga duchor bo'ladi. Ya'ni, yadro yoqilg'isining ko'payishi va uning iste'molidan oshib ketadigan miqdorda mavjud.

Mutaxassislarning fikricha Uran-238 izotopining zahiralari 3000 yil davom etishi kerak. Bu vaqt insoniyat boshqa texnologiyalarni ishlab chiqish uchun etarli vaqtga ega bo'lishi uchun etarli.

Yadro energiyasidan foydalanish muammolari

Yadro energetikasining yaqqol afzalliklari bilan bir qatorda, yadroviy ob'ektlarning ishlashi bilan bog'liq muammolar ko'lamini ham e'tibordan chetda qoldirib bo'lmaydi.

Bulardan birinchisi radioaktiv chiqindilar va demontaj qilingan uskunalarni utilizatsiya qilish yadro energiyasi. Ushbu elementlar faol radiatsiyaviy fonga ega bo'lib, ular uzoq vaqt saqlanib turadi. Ushbu chiqindilarni yo'q qilish uchun maxsus qo'rg'oshin idishlari qo'llaniladi. Ular 600 metrgacha bo'lgan chuqurlikdagi abadiy muzlik hududlariga ko'milishi kerak. Shu bois, utilizatsiya qilish muammosini hal etishi va sayyoramiz ekologiyasini saqlashga yordam berishi kerak bo‘lgan radioaktiv chiqindilarni qayta ishlash yo‘lini izlash bo‘yicha doimiy ishlar olib borilmoqda.

Ikkinchi asosiy muammo - bu AESdan foydalanish paytida xavfsizlikni ta'minlash. Chernobil kabi yirik avariyalar ko'plab insonlarning hayotiga zomin bo'lishi va ulkan hududlarni foydalanishdan chiqarishi mumkin.

Yaponiyaning "Fukusima-1" AESdagi avariya faqat atom ob'ektlarida favqulodda vaziyat yuzaga kelgan taqdirda o'zini namoyon qilishi mumkin bo'lgan xavfni tasdiqladi.

Biroq, atom energetikasining imkoniyatlari shunchalik kattaki, ekologik muammolar fonga o'tadi.

Bugungi kunda insoniyatning tobora ortib borayotgan energiya ochligini qondirishning boshqa yo'li yo'q. Kelajakdagi atom energetikasining asosi, ehtimol, yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish funktsiyasiga ega "tezkor" reaktorlar bo'ladi.

Agar bu xabar siz uchun foydali bo'lsa, sizni ko'rganimdan xursand bo'lardim

Qurilma va ishlash printsipi

Quvvatni chiqarish mexanizmi

Moddaning o'zgarishi, agar moddada energiya zaxirasi bo'lsa, erkin energiyaning chiqishi bilan birga keladi. Ikkinchisi, moddaning mikrozarralari o'tish mavjud bo'lgan boshqa mumkin bo'lgan holatdan ko'ra ko'proq tinch energiyaga ega bo'lgan holatda ekanligini anglatadi. O'z-o'zidan o'tish har doim energiya to'sig'i bilan to'sqinlik qiladi, uni engish uchun mikrozarracha tashqi tomondan ma'lum miqdorda energiya - qo'zg'alish energiyasini olishi kerak. Ekzoenergetik reaksiya shundan iboratki, qo'zg'alishdan keyingi o'zgarishlarda jarayonni qo'zg'atish uchun zarur bo'lganidan ko'ra ko'proq energiya ajralib chiqadi. Energiya toʻsigʻini yengib oʻtishning ikki yoʻli mavjud: yoki toʻqnashayotgan zarrachalarning kinetik energiyasi yoki qoʻshilayotgan zarrachaning bogʻlanish energiyasi hisobiga.

Agar energiyaning ajralishining makroskopik shkalalarini yodda tutadigan bo'lsak, u holda reaktsiyalarni qo'zg'atish uchun zarur bo'lgan kinetik energiya moddaning barcha zarralari yoki birinchi navbatda kamida bir nechta zarralariga ega bo'lishi kerak. Bunga faqat muhit haroratini issiqlik harakati energiyasi jarayonning borishini cheklaydigan energiya chegarasi qiymatiga yaqinlashadigan qiymatga oshirish orqali erishish mumkin. Molekulyar o'zgarishlar, ya'ni kimyoviy reaksiyalar bo'lsa, bunday o'sish odatda yuzlab kelvinni tashkil qiladi, yadroviy reaktsiyalarda esa u to'qnashuvchi yadrolarning Kulon to'siqlarining juda yuqori balandligi tufayli kamida 10 7 ni tashkil qiladi. Yadro reaksiyalarini issiqlik bilan qo'zg'atish amalda faqat Kulon to'siqlari minimal bo'lgan eng engil yadrolarni sintez qilishda amalga oshirildi (termoyadro sintezi).

Birlashtiruvchi zarralar tomonidan qo'zg'alish katta kinetik energiyani talab qilmaydi va shuning uchun muhit haroratiga bog'liq emas, chunki u jozibali kuchlarning zarralariga xos bo'lgan foydalanilmagan bog'lanishlar tufayli yuzaga keladi. Ammo boshqa tomondan, reaktsiyalarni qo'zg'atish uchun zarralarning o'zi kerak. Va agar biz yana alohida reaktsiya aktini emas, balki makroskopik miqyosda energiya ishlab chiqarishni nazarda tutadigan bo'lsak, bu faqat zanjirli reaktsiya sodir bo'lganda mumkin. Ikkinchisi reaksiyani qo'zg'atuvchi zarralar ekzoenergetik reaksiya mahsuloti sifatida yana paydo bo'lganda paydo bo'ladi.

Dizayn

Har qanday yadroviy reaktor quyidagi qismlardan iborat:

Yadro yoqilg'isi va moderator bilan yadro;
Yadroni o'rab turgan neytron reflektor;
Zanjirli reaktsiyalarni tartibga solish tizimi, shu jumladan favqulodda vaziyatlardan himoya qilish;
Radiatsiyadan himoya qilish;
Masofadan boshqarish tizimi.

Ishlashning fizik tamoyillari

Shuningdek, asosiy maqolalarga qarang:

Yadro reaktorining hozirgi holatini samarali neytronlarni ko'paytirish omili bilan tavsiflash mumkin k yoki reaktivlik ρ , ular quyidagi munosabat bilan bog'liq:

Ushbu qiymatlar quyidagi qiymatlar bilan tavsiflanadi:

k> 1 - zanjir reaktsiyasi vaqt o'tishi bilan kuchayadi, reaktor ichida o'ta tanqidiy holati, uning reaktivligi ρ > 0;
k < 1 - реакция затухает, реактор - subkritik, ρ < 0;
k = 1, ρ = 0 - yadro bo'linishlari soni doimiy, reaktor barqaror holatda tanqidiy holat.

Yadro reaktorining kritik holati:

, qayerda

Ko'paytirish omilini birlikka aylantirish neytronlarning ko'payishini ularning yo'qotishlari bilan muvozanatlash orqali erishiladi. Darhaqiqat, yo'qotishlarning ikkita sababi bor: bo'linmasdan qo'lga olish va neytronlarning naslchilik muhitidan tashqariga oqib chiqishi.

Shubhasiz, 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.

Issiqlik reaktorlari uchun k 0 ni "4 ta omil formulasi" deb nomlash mumkin:

, qayerda

ē - ikkita yutilish uchun neytron unumi.

Zamonaviy quvvat reaktorlarining hajmi yuzlab m³ ga yetishi mumkin va asosan kritiklik sharoitlari bilan emas, balki issiqlikni olib tashlash imkoniyatlari bilan belgilanadi.

Kritik hajm yadro reaktori - kritik holatdagi reaktor yadrosining hajmi. Kritik massa kritik holatda bo'lgan reaktorning parchalanuvchi materialining massasi.

Suvli neytron reflektorli sof parchalanuvchi izotoplar tuzlarining suvli eritmalari bilan ishlaydigan reaktorlar eng past kritik massaga ega. 235 U uchun bu massa 0,8 kg, 239 Pu uchun 0,5 kg. Biroq, berilliy oksidi reflektoriga ega bo'lgan LOPO reaktori (dunyodagi birinchi boyitilgan uran reaktori) uchun kritik massa 235 izotopidagi boyitish darajasi ozgina bo'lishiga qaramay, 0,565 kg ni tashkil qilgani hammaga ma'lum. 14% dan ortiq. Nazariy jihatdan, eng kichik kritik massaga ega, bu qiymat faqat 10 g ni tashkil qiladi.

Neytron oqishini kamaytirish uchun yadroga sharsimon yoki sharsimon shaklga yaqin, masalan, qisqa silindr yoki kub beriladi, chunki bu raqamlar sirt maydonining hajmga eng kichik nisbatiga ega.

Qiymat (e - 1) odatda kichik bo'lishiga qaramay, neytronlarning tez ko'payishining roli juda katta, chunki yirik yadro reaktorlari uchun (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Zanjir reaktsiyasini boshlash uchun odatda uran yadrolarining o'z-o'zidan bo'linishi paytida etarli miqdorda neytronlar hosil bo'ladi. Reaktorni ishga tushirish uchun neytronlarning tashqi manbasidan, masalan, va, yoki boshqa moddalar aralashmasidan foydalanish ham mumkin.

yod chuquri

Asosiy maqola: Yod chuquri

Yod chuquri - yadro reaktorining yopilgandan keyingi holati, qisqa muddatli ksenon izotopining to'planishi bilan tavsiflanadi. Bu jarayon sezilarli salbiy reaktivlikning vaqtinchalik paydo bo'lishiga olib keladi, bu esa, o'z navbatida, reaktorni ma'lum bir vaqt ichida (taxminan 1-2 kun) loyihaviy quvvatiga keltirishni imkonsiz qiladi.

Tasniflash

Uchrashuv bo'yicha

Yadro reaktorlarini qo'llash xususiyatiga ko'ra quyidagilarga bo'linadi:

Quvvatli reaktorlar energetika sohasida qo'llaniladigan elektr va issiqlik energiyasini ishlab chiqarish, shuningdek, dengiz suvini tuzsizlantirish uchun mo'ljallangan (tuzsizlantirish reaktorlari sanoat sifatida ham tasniflanadi). Bunday reaktorlar asosan atom elektr stantsiyalarida ishlatilgan. Zamonaviy energiya reaktorlarining issiqlik quvvati 5 GVt ga etadi. Alohida guruhda quyidagilar ajratiladi:
- Transport reaktorlari avtomobil dvigatellarini energiya bilan ta'minlash uchun mo'ljallangan. Eng keng qo'llaniladigan guruhlar suv osti kemalarida va turli xil sirt kemalarida ishlatiladigan dengiz transporti reaktorlari, shuningdek kosmik texnologiyada qo'llaniladigan reaktorlardir.
Eksperimental reaktorlar, har xil jismoniy miqdorlarni o'rganish uchun mo'ljallangan, ularning qiymati yadro reaktorlarini loyihalash va ishlatish uchun zarur; bunday reaktorlarning quvvati bir necha kVt dan oshmaydi.
Tadqiqot reaktorlari, yadroda yaratilgan neytron va gamma-nurlari oqimlari yadro fizikasi, qattiq jismlar fizikasi, radiatsiya kimyosi, biologiya sohasidagi tadqiqotlar uchun, intensiv neytron oqimlarida (shu jumladan yadro reaktorlarining qismlari) ishlash uchun mo'ljallangan materiallarni sinash uchun ishlatiladi. izotoplar ishlab chiqarish uchun. Tadqiqot reaktorlarining quvvati 100 MVt dan oshmaydi. Chiqarilgan energiya odatda ishlatilmaydi.
Sanoat (qurol, izotop) reaktorlari turli sohalarda ishlatiladigan izotoplar ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. 239 Pu kabi yadroviy qurolga mo'ljallangan materiallarni ishlab chiqarish uchun eng keng tarqalgan. Dengiz suvini tuzsizlantirish uchun ishlatiladigan reaktorlar ham sanoatga kiradi.

Ko'pincha reaktorlar ikki yoki undan ortiq turli vazifalarni hal qilish uchun ishlatiladi, bu holda ular chaqiriladi ko'p maqsadli. Masalan, ba'zi quvvatli reaktorlar, ayniqsa atom energiyasi paydo bo'lgan paytda, asosan tajribalar uchun mo'ljallangan edi. Tez neytron reaktorlari bir vaqtning o'zida ham energiya ishlab chiqaruvchi, ham izotoplarni ishlab chiqarishi mumkin. Sanoat reaktorlari o'zlarining asosiy vazifalaridan tashqari, ko'pincha elektr va issiqlik energiyasini ishlab chiqaradilar.

Neytron spektriga ko'ra

Termal (sekin) neytron reaktori ("termal reaktor")
Tez neytron reaktori ("tezkor reaktor")

Yoqilg'i joylashtirish bo'yicha

Heterojen reaktorlar, bu erda yoqilg'i bloklar shaklida diskret ravishda yadroga joylashtiriladi, ular orasida moderator mavjud;
Yoqilg'i va moderator bir hil aralashma bo'lgan bir hil reaktorlar (bir hil tizim).

Geterogen reaktorda yonilg'i va moderator bir-biridan ajratilishi mumkin, xususan, kavitali reaktorda moderator-reflektor bo'shliqni moderator bo'lmagan yoqilg'i bilan o'rab oladi. Yadro-fizik nuqtai nazardan, bir xillik / heterojenlik mezoni dizayn emas, balki yoqilg'i bloklarini ma'lum bir moderatorda neytron moderatsiyasi uzunligidan oshib ketadigan masofada joylashtirishdir. Misol uchun, "yaqin panjara" deb ataladigan reaktorlar bir hil bo'lishi uchun mo'ljallangan, garchi yoqilg'i odatda ulardagi moderatordan ajratilgan bo'lsa.

Geterogen reaktordagi yadro yoqilg'isi bloklari oddiy panjara tugunlarida yadroga joylashtirilgan yonilg'i yig'indilari (FA) deb ataladi. hujayralar.

Yoqilg'i turi bo'yicha

uran izotoplari 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
plutoniy izotopi 239 (239 Pu), shuningdek 239-242 Pu izotoplari 238 U (MOX yoqilg'isi) bilan aralashma sifatida.
toriy izotopi 232 (232 Th) (233 U ga aylantirish orqali)

Boyitish darajasiga ko'ra:

tabiiy uran
past boyitilgan uran
yuqori darajada boyitilgan uran

Kimyoviy tarkibi bo'yicha:

metall U
UC (uran karbid) va boshqalar.

Sovutgich turi bo'yicha

Gaz, (qarang: Grafit-gaz reaktori)
D 2 O (og'ir suv, qarang: Og'ir suvli yadro reaktori, CANDU)

Moderator turi bo'yicha

C (grafit, qarang: Grafit-gaz reaktori, Grafit-suv reaktori)
H 2 O (suv, qarang: Yengil suv reaktori, Bosimli suv reaktori, VVER)
D 2 O (og'ir suv, qarang: Og'ir suvli yadro reaktori, CANDU)
Metall gidridlar
Moderatorsiz (qarang tez neytron reaktori)

Dizayn bo'yicha

bug' hosil qilish usuli

Tashqi bug 'generatorli reaktor (Qarang: PWR, VVER)

MAGATE tasnifi

PWR (bosimli suv reaktorlari) - bosimli suv reaktori (bosimli suv reaktori);
BWR (qaynoq suv reaktori) - qaynoq suv reaktori;
FBR (tezkor reaktor) - tez ishlab chiqaruvchi reaktor;
GCR (gaz bilan sovutilgan reaktor) - gaz bilan sovutilgan reaktor;
LWGR (engil suvli grafit reaktori) - grafit-suv reaktori
PHWR (bosimli og'ir suv reaktori) - og'ir suv reaktori

Dunyoda eng keng tarqalgan bosimli suv (taxminan 62%) va qaynoq suv (20%) reaktorlari.

Reaktor materiallari

Reaktorlar qurilgan materiallar neytronlar, g-kvantlar va parchalanish bo'laklari sohasida yuqori haroratda ishlaydi. Shuning uchun texnologiyaning boshqa sohalarida ishlatiladigan barcha materiallar reaktor qurish uchun mos emas. Reaktor materiallarini tanlashda ularning nurlanishga chidamliligi, kimyoviy inertligi, yutilish kesimi va boshqa xossalari hisobga olinadi.

Materiallarning radiatsiyaviy beqarorligi yuqori haroratlarda kamroq ta'sir qiladi. Atomlarning harakatchanligi shunchalik katta bo'ladiki, kristall panjaradan chiqib ketgan atomlarning o'z joyiga qaytishi yoki vodorod va kislorodning suv molekulasiga rekombinatsiyasi ehtimoli sezilarli darajada oshadi. Shunday qilib, suvning radiolizi kuchli qaynamaydigan reaktorlarda (masalan, VVER) ahamiyatsiz, kuchli tadqiqot reaktorlarida esa sezilarli miqdorda portlovchi aralashma chiqariladi. Reaktorlarda uni yoqish uchun maxsus tizimlar mavjud.

Reaktor materiallari bir-biri bilan aloqa qiladi (sovutgich va yadro yoqilg'isi bilan qoplangan yonilg'i elementi, sovutish suvi va moderatorli yonilg'i kassetalari va boshqalar). Tabiiyki, aloqa qiluvchi materiallar kimyoviy jihatdan inert (mos keluvchi) bo'lishi kerak. Mos kelmaslik misoli - uran va issiq suvning kimyoviy reaktsiyaga kirishi.

Ko'pgina materiallar uchun kuch xususiyatlari harorat oshishi bilan keskin yomonlashadi. Quvvatli reaktorlarda strukturaviy materiallar yuqori haroratlarda ishlaydi. Bu, ayniqsa, yuqori bosimga bardosh berishi kerak bo'lgan quvvat reaktorining qismlari uchun strukturaviy materiallarni tanlashni cheklaydi.

Yadro yoqilg'isining yonishi va ko'payishi

Yadro reaktorining ishlashi jarayonida yoqilg'ida bo'linish bo'laklarining to'planishi tufayli uning izotopik va kimyoviy tarkibi o'zgaradi va transuran elementlari, asosan izotoplar hosil bo'ladi. Yadro reaktorining reaktivligiga bo'linish bo'laklarining ta'siri deyiladi zaharlanish(radioaktiv parchalar uchun) va shlaklash(barqaror izotoplar uchun).

Reaktorning zaharlanishining asosiy sababi neytronlarning eng katta yutilish kesimiga ega (2,6 10 6 ombor). Yarim yemirilish davri 135 Xe T 1/2 = 9,2 soat; bo'linish rentabelligi 6-7% ni tashkil qiladi. 135 Xe ning asosiy qismi parchalanish natijasida hosil bo'ladi ( T 1/2 = 6,8 soat). Zaharlanishda Kef 1-3% ga o'zgaradi. Katta yutilish kesimi 135 Xe va oraliq izotop 135 I mavjudligi ikkita muhim hodisaga olib keladi:

135 Xe kontsentratsiyasining oshishiga va natijada reaktorning yopilishi yoki quvvati kamayganidan keyin reaktivligining pasayishiga ("yod chuquri"), bu qisqa muddatli to'xtashlar va chiqish quvvatining o'zgarishini imkonsiz qiladi. Ushbu ta'sir tartibga solish organlarida reaktivlik chegarasini kiritish orqali bartaraf etiladi. Yod qudug'ining chuqurligi va davomiyligi F neytron oqimiga bog'liq: F = 5 10 18 neytron/(sm² sek), yod qudug'ining ishlash muddati ˜ 30 soat, chuqurligi esa barqaror oqimdan 2 marta katta. 135 Xe zaharlanishi natijasida Keffdagi holat o'zgarishi.
Zaharlanish tufayli neytron oqimining F fazoviy-vaqtincha tebranishlari, demak, reaktor quvvatining tebranishlari sodir bo'lishi mumkin. Bu tebranishlar F > 10 18 neytron/(sm² sek) va katta reaktor o'lchamlarida sodir bo'ladi. Tebranish davrlari ˜ 10 soat.

Yadroning boʻlinishi natijasida koʻp sonli barqaror boʻlaklar hosil boʻladi, ular boʻlinuvchi izotopning yutilish kesimiga nisbatan yutilish kesimlari bilan farqlanadi. Katta yutilish kesimiga ega bo'lgan parchalarning kontsentratsiyasi reaktor ishining birinchi kunlarida to'yinganlikka etadi. Bular asosan turli "yoshlardagi" TVELlardir.

Yoqilg'i to'liq almashtirilganda, reaktor ortiqcha reaktivlikka ega bo'lib, bu kompensatsiya qilinishi kerak, ikkinchi holatda kompensatsiya faqat reaktorning birinchi ishga tushirilishida talab qilinadi. Doimiy yonilg'i quyish yonish chuqurligini oshirishga imkon beradi, chunki reaktorning reaktivligi parchalanuvchi izotoplarning o'rtacha kontsentratsiyasi bilan belgilanadi.

Yuklangan yoqilg'ining massasi bo'shatilgan energiyaning "og'irligi" tufayli yuklanmagan massadan oshib ketadi. Reaktor to'xtatilgandan so'ng, birinchi navbatda, kechiktirilgan neytronlarning bo'linishi tufayli, keyin esa 1-2 daqiqadan so'ng, bo'linish bo'laklari va transuran elementlarining b- va g-nurlanishi tufayli yoqilg'ida energiya ajralib chiqishda davom etadi. Agar reaktor o'chirishdan oldin etarlicha uzoq ishlagan bo'lsa, yopilgandan keyin 2 minut o'tgach, energiya chiqishi taxminan 3%, 1 soatdan keyin - 1%, kundan keyin - 0,4%, bir yildan keyin - dastlabki quvvatning 0,05% ni tashkil qiladi.

Yadro reaktorida hosil bo'lgan bo'linuvchi Pu izotoplari sonining yonib ketgan 235 U miqdoriga nisbati deyiladi. konvertatsiya darajasi K K. K K qiymati boyitish va yonishning kamayishi bilan ortadi. Tabiiy uranda ishlaydigan og'ir suv reaktori uchun 10 GVt kun/t yonish bilan K K = 0,55 va kichik yonishlar uchun (bu holda K K deyiladi. boshlang'ich plutoniy koeffitsienti) K K = 0,8. Agar yadroviy reaktor yonib bir xil izotoplarni hosil qilsa (selektsioner reaktor), u holda ko'payish tezligining yonish tezligiga nisbati deyiladi. ko'payish tezligi K V. Termik reaktorlarda 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 o'sib bormoqda va a tushadi.

Yadro reaktorini boshqarish

Yadro reaktorini boshqarish faqat bo'linish paytida ba'zi neytronlar fragmentlardan bir necha millisekunddan bir necha daqiqagacha kechikish bilan uchib chiqishi tufayli mumkin.

Reaktorni boshqarish uchun neytronlarni kuchli singdiruvchi materiallardan (asosan va boshqalar) va / yoki ma'lum bir konsentratsiyada sovutish suviga qo'shilgan borik kislotasi eritmasidan yadroga kiritilgan yutuvchi novdalar qo'llaniladi (bor regulyatsiyasi) . Rodlarning harakati neytron oqimini avtomatik boshqarish uchun operator yoki uskunaning signallari bo'yicha ishlaydigan maxsus mexanizmlar, drayvlar tomonidan boshqariladi.

Har bir reaktorda turli xil favqulodda vaziyatlar yuzaga kelganda, zanjir reaktsiyasini favqulodda to'xtatish ta'minlanadi, bu barcha yutuvchi tayoqlarni yadroga - favqulodda himoya tizimiga tushirish orqali amalga oshiriladi.

Qolgan issiqlik

Yadro xavfsizligi bilan bevosita bog'liq bo'lgan muhim masala - bu parchalanish issiqligi. Bu yadro yoqilg'isining o'ziga xos xususiyati bo'lib, u har qanday energiya manbai uchun umumiy bo'lgan bo'linish zanjiri reaktsiyasi va termal inersiya tugagandan so'ng, reaktorda issiqlik chiqishi uzoq vaqt davom etadi va bu hosil bo'ladi. texnik jihatdan murakkab bir qator muammolar.

Parchalanish issiqligi reaktorning ishlashi paytida yoqilg'ida to'plangan bo'linish mahsulotlarining b- va g-parchalanishining natijasidir. Bo'linish mahsulotlarining yadrolari parchalanish natijasida sezilarli energiya ajralib chiqishi bilan yanada barqaror yoki to'liq barqaror holatga o'tadi.

Qoldiq issiqlikni chiqarish tezligi statsionar qiymatlarga nisbatan kichik qiymatlarga tez tushib ketishiga qaramasdan, yuqori quvvatli reaktorlarda bu mutlaq jihatdan ahamiyatli. Shu sababli, parchalanish issiqlik chiqishi reaktor o'chirilgandan keyin uning yadrosidan issiqlikni olib tashlashni ta'minlash uchun uzoq vaqt talab qiladi. Ushbu vazifa reaktor ob'ektini loyihalashda ishonchli energiya ta'minoti bilan sovutish tizimlarining mavjudligini talab qiladi, shuningdek, ishlatilgan yadro yoqilg'isini uzoq muddatli (3-4 yil ichida) maxsus harorat rejimiga ega saqlash joylarida - ishlatilgan yoqilg'i hovuzlarida saqlashni talab qiladi. , ular odatda reaktorga bevosita yaqin joyda joylashgan.

Shuningdek qarang

Sovet Ittifoqida ishlab chiqilgan va qurilgan yadro reaktorlari ro'yxati

Adabiyot

Levin V.E. Yadro fizikasi va yadro reaktorlari. 4-nashr. - M.: Atomizdat, 1979 yil.
Shukolyukov A.Yu.“Uran. tabiiy yadro reaktori. «Kimyo va hayot» 6-son, 1980 yil, 1-bet. 20-24

Eslatmalar

"ZEEP - Kanadaning birinchi yadroviy reaktori", Kanada fan va texnologiya muzeyi.
Greshilov A. A., Egupov N. D., Matushchenko A. M. Yadro qalqoni. - M .: Logos, 2008. - 438 b. -

Yadro reaktorlari bitta vazifaga ega: atomlarni boshqariladigan reaktsiyada bo'lish va chiqarilgan energiyadan elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun foydalanish. Ko'p yillar davomida reaktorlar ham mo''jiza, ham tahdid sifatida ko'rib chiqildi.

1956 yilda Pensilvaniya shtatidagi Shipportportda AQShning birinchi tijoriy reaktori onlayn ishga tushirilganda, texnologiya kelajakning quvvat manbai sifatida e'tirof etildi, ba'zilari reaktorlar elektr energiyasini ishlab chiqarishni juda arzon qiladi, deb o'ylashdi. Hozir butun dunyo bo'ylab 442 ta yadro reaktorlari qurilgan, bu reaktorlarning chorak qismi AQShda. Dunyo elektr energiyasining 14 foizini ishlab chiqaradigan yadroviy reaktorlarga qaram bo'lib qoldi. Futuristlar hatto atom avtomobillari haqida xayol qilishgan.

1979 yilda Pensilvaniyadagi Three Mile Island elektr stansiyasidagi 2-bo'lim reaktori sovutishda nosozlikka uchragach va natijada uning radioaktiv yoqilg'isi qisman erishi natijasida reaktorlarga nisbatan iliq tuyg'ular tubdan o'zgardi. Vayron qilingan reaktor blokirovka qilingan bo'lsa-da va katta radioaktiv tarqalmagan bo'lsa ham, ko'pchilik reaktorlarni juda murakkab va zaif, potentsial halokatli oqibatlarga olib kelishi mumkin deb hisoblay boshladi. Odamlarni reaktorlardan chiqadigan radioaktiv chiqindilar ham xavotirga soldi. Natijada AQShda yangi atom stansiyalari qurilishi to‘xtab qoldi. 1986 yilda Sovet Ittifoqidagi Chernobil AESda jiddiyroq avariya sodir bo'lganda, atom energetikasi halokatga uchragandek edi.

Ammo 2000-yillarning boshlarida energiyaga boʻlgan talab ortib borayotgani va qazib olinadigan yoqilgʻi taʼminotining kamayishi, shuningdek, karbonat angidrid chiqindilaridan iqlim oʻzgarishi bilan bogʻliq xavotirlarning kuchayishi tufayli yadroviy reaktorlar qayta tiklana boshladi.

Ammo 2011-yilning mart oyida yana bir inqiroz yuz berdi - bu safar Yaponiyadagi Fukusima 1 atom elektr stansiyasi zilziladan jiddiy zarar ko'rdi.

Yadro reaktsiyasidan foydalanish

Oddiy qilib aytganda, yadroviy reaktorda atomlar bo'linadi va ularning qismlarini ushlab turadigan energiyani chiqaradi.

Agar siz o'rta maktab fizikasini unutgan bo'lsangiz, biz sizga buni qanday qilishni eslatamiz yadro parchalanishi ishlaydi. Atomlar kichkina quyosh tizimlariga o'xshaydi, yadrosi quyoshga o'xshaydi va uning atrofida orbitada bo'lgan sayyoralar kabi elektronlar mavjud. Yadro bir-biriga bog'langan proton va neytron deb ataladigan zarralardan iborat. Yadro elementlarini bog'laydigan kuchni hatto tasavvur qilish qiyin. U tortishish kuchidan milliard marta kuchliroqdir. Bunday ulkan kuchga qaramay, yadroga neytronlarni otish orqali uni parchalash mumkin. Bu amalga oshirilganda, juda ko'p energiya chiqariladi. Atomlar parchalanganda, ularning zarralari yaqin atrofdagi atomlarga urilib, ularni bo'linadi va ular, o'z navbatida, keyingi, keyingi, keyingi. deb atalmish bor zanjir reaktsiyasi.

Katta atomli element bo'lgan uran bo'linish jarayoni uchun idealdir, chunki uning yadrosi zarralarini bog'laydigan kuch boshqa elementlarga nisbatan nisbatan zaifdir. Yadro reaktorlari maxsus izotopdan foydalanadi Dayugurdi -235 . Uran-235 tabiatda kam uchraydi, uran konlaridan olingan rudada bor-yo'g'i 0,7% U-235 mavjud. Shuning uchun reaktorlardan foydalaniladi boyitilganDayugur Uran-235 ni gaz diffuziya jarayoni orqali ajratib olish va konsentratsiyalash natijasida hosil bo'ladi.

Ikkinchi jahon urushi paytida Yaponiyaning Xirosima va Nagasaki shaharlariga tashlanganiga o'xshash atom bombasida zanjirli reaktsiya jarayoni yaratilishi mumkin. Ammo yadroviy reaktorda zanjir reaktsiyasi neytronlarning bir qismini o'zlashtiradigan kadmiy, gafniy yoki bor kabi materiallardan tayyorlangan nazorat tayoqchalarini kiritish orqali boshqariladi. Bu hali ham parchalanish jarayoniga suvni taxminan 270 daraja Selsiyga qizdirish va uni elektr stansiyasi turbinalarini aylantirish va elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan bug'ga aylantirish uchun etarli energiya ajratish imkonini beradi. Asosan, bu holda, boshqariladigan yadroviy bomba ko'mir o'rniga ishlaydi va elektr energiyasini yaratadi, bundan tashqari suvni qaynatish uchun energiya uglerodni yoqish o'rniga atomlarning bo'linishidan kelib chiqadi.

Yadro reaktorining tarkibiy qismlari

Yadro reaktorlarining bir nechta turlari mavjud, ammo ularning barchasi umumiy xususiyatlarga ega. Ularning barchasida yonilg'i tayoqchalarini hosil qilish uchun quvurlar ichida joylashgan radioaktiv yoqilg'i granulalari - odatda uran oksidi mavjud. yadroereaktor.

Reaktorda yuqorida aytib o'tilganlar ham mavjud menejerlaretayoqva- reaktsiyani boshqarish yoki to'xtatish uchun kiritilgan kadmiy, gafniy yoki bor kabi neytronni yutuvchi materialdan.

Reaktorda ham bor moderator, neytronlarni sekinlashtiradigan va bo'linish jarayonini boshqarishga yordam beradigan modda. Qo'shma Shtatlardagi ko'pchilik reaktorlar oddiy suvdan foydalanadi, ammo boshqa mamlakatlardagi reaktorlar ba'zan grafitdan foydalanadilar yoki og'irQoyilsuvlarda, bunda vodorod deyteriy bilan almashtiriladi, bir proton va bir neytron bilan vodorodning izotopi. Tizimning yana bir muhim qismi sovutishva mensuyuqlikb, odatda oddiy suv, u turbinani aylantirish uchun bug 'hosil qilish uchun reaktordan issiqlikni yutadi va uzatadi va uran eriydigan haroratga (taxminan 3815 daraja Selsiy) etib bormasligi uchun reaktor maydonini sovutadi.

Nihoyat, reaktor o'ralgan qobiqda, katta, ogʻir, qalinligi odatda bir necha metr, poʻlat va betondan yasalgan, radioaktiv gazlar va suyuqliklarni hech kimga zarar yetkaza olmaydigan joyda saqlaydigan inshoot.

Amaldagi turli xil reaktor konstruktsiyalari mavjud, ammo eng keng tarqalganlaridan biri bosimli suv quvvat reaktori (VVER). Bunday reaktorda suv yadro bilan aloqa qilishga majbur bo'ladi va keyin u bug'ga aylana olmaydigan bosim ostida qoladi. Keyin bug 'generatoridagi bu suv bosimsiz ta'minlangan suv bilan aloqa qiladi va u turbinalarni aylantiradigan bug'ga aylanadi. Bundan tashqari, dizayn mavjud yuqori quvvatli kanal tipidagi reaktor (RBMK) bitta suv aylanishi bilan va tez neytron reaktori ikkita natriy va bitta suv aylanishi bilan.

Yadro reaktori qanchalik xavfsiz?

Bu savolga javob berish juda qiyin va bu kimdan so'raganingizga va "xavfsiz" deganda nimani nazarda tutganingizga bog'liq. Reaktorlarda hosil bo'ladigan radiatsiya yoki radioaktiv chiqindilardan xavotirdamisiz? Yoki halokatli voqea sodir bo'lishidan ko'proq tashvishlanasizmi? Yadro energetikasi foydalari uchun qanday xavf darajasi maqbul deb hisoblaysiz? Hukumat va atom energetikasiga qay darajada ishonasiz?

"Radiatsiya" to'g'ri dalildir, chunki biz hammamiz bilamizki, yadroviy bomba kabi nurlanishning katta dozalari minglab odamlarni o'ldirishi mumkin.

Atom energetikasi tarafdorlari esa, biz hammamiz muntazam ravishda turli manbalardan, jumladan, kosmik nurlar va Yer tomonidan chiqariladigan tabiiy nurlanishdan kelib chiqadigan nurlanish ta'siriga duchor bo'lishimizni ta'kidlaydilar. O'rtacha yillik nurlanish dozasi taxminan 6,2 millizievert (mSv) ni tashkil qiladi, uning yarmi tabiiy manbalardan va yarmi texnogen manbalardan, ko'krak qafasi rentgenogrammasi, tutun detektorlari va yorug'lik soati yuzlarigacha. Yadro reaktorlaridan qancha radiatsiya olamiz? Odatdagi yillik ekspozitsiyamizning faqat kichik bir qismi, 0,0001 mSv.

Barcha yadroviy stansiyalar muqarrar ravishda oz miqdorda radiatsiya oqib chiqsa-da, tartibga solish komissiyalari yadroviy stansiya operatorlarini qattiq qoidalar ostida ushlab turadi. Ular zavod atrofida yashovchi odamlarni yiliga 1 mSv dan ortiq nurlanishga ta'sir qila olmaydi va zavod ishchilari yiliga 50 mSv ga teng. Bu juda ko'p bo'lib tuyulishi mumkin, ammo Yadroviy tartibga solish komissiyasiga ko'ra, 100 mSv dan past yillik nurlanish dozalari odamlar uchun har qanday sog'liq uchun xavf tug'dirishi haqida hech qanday tibbiy dalil yo'q.

Ammo shuni ta'kidlash kerakki, hamma ham radiatsiyaviy xavflarni bunday xotirjam baholashga rozi emas. Misol uchun, "Ijtimoiy mas'uliyat uchun shifokorlar" atom sanoatining uzoq vaqtdan beri tanqidchisi bo'lib, Germaniya atom elektr stantsiyalari atrofida yashovchi bolalarni o'rgangan. Tadqiqot shuni ko'rsatdiki, stansiyalardan 5 km uzoqlikda yashovchi odamlarda leykemiya bilan kasallanish xavfi atom elektr stantsiyasidan uzoqroqda yashaydiganlarga qaraganda ikki baravar ko'p.

yadroviy chiqindilar reaktori

Yadro energetikasi uning tarafdorlari tomonidan "toza" energiya sifatida e'tirof etiladi, chunki reaktor ko'mirda ishlaydigan elektr stantsiyalariga qaraganda atmosferaga katta miqdorda issiqxona gazlarini chiqarmaydi. Ammo tanqidchilar yana bir ekologik muammoga ishora qilmoqdalar: yadroviy chiqindilarni utilizatsiya qilish. Reaktorlardan chiqayotgan yoqilg'i chiqindilarining bir qismi hali ham radioaktivlikni chiqaradi. Saqlash kerak bo'lgan boshqa keraksiz narsalar yuqori darajadagi radioaktiv chiqindilar, ishlatilgan yoqilg'ini qayta ishlashdan suyuq qoldiq, unda uranning bir qismi qoladi. Hozirda bu chiqindilarning katta qismi mahalliy ravishda atom elektr stantsiyalarida suv havzalarida saqlanadi, ular ishlatilgan yoqilg'i tomonidan ishlab chiqarilgan qolgan issiqlikning bir qismini o'zlashtiradi va ishchilarni radiatsiya ta'siridan himoya qiladi.

Ishlatilgan yadro yoqilg'isi bilan bog'liq muammolardan biri shundaki, u bo'linish jarayonida o'zgargan.Yirik uran atomlari parchalanganda ular qo'shimcha mahsulotlar - Seziy-137 va Stronsiy-90 kabi bir nechta yorug'lik elementlarining radioaktiv izotoplarini hosil qiladi. parchalanish mahsulotlari. Ular issiq va yuqori radioaktivdir, lekin oxir-oqibat, 30 yil davomida ular kamroq xavfli shakllarga aylanadi. Bu davr deyiladi Pdavriohmyarim hayot. Boshqa radioaktiv elementlar uchun yarim yemirilish davri boshqacha bo'ladi. Bundan tashqari, ba'zi uran atomlari neytronlarni ham ushlab, plutoniy kabi og'irroq elementlarni hosil qiladi. Ushbu transuran elementlari bo'linish mahsulotlari kabi ko'p issiqlik yoki penetratsion nurlanish hosil qilmaydi, lekin ularning parchalanishi ancha uzoq davom etadi. Masalan, plutoniy-239 ning yarim yemirilish davri 24 000 yil.

Bular radioaktiveketishs yuqori daraja Reaktorlardan chiqadigan reaktorlar odamlar va hayotning boshqa shakllari uchun xavflidir, chunki ular qisqa ta'sir qilishda ham katta, o'ldiradigan nurlanish dozalarini chiqarishi mumkin. Masalan, reaktordan yoqilg'ini olib tashlaganidan o'n yil o'tgach, ular soatiga odamni o'ldirish uchun zarur bo'lganidan 200 baravar ko'proq radioaktivlik chiqaradilar. Va agar chiqindilar er osti suvlari yoki daryolarga tushsa, u oziq-ovqat zanjiriga kirib, ko'p sonli odamlarni xavf ostiga qo'yishi mumkin.

Chiqindilarni chiqarish juda xavfli bo'lgani uchun ko'p odamlar qiyin ahvolda. 60 ming tonna chiqindi yirik shaharlarga yaqin atom elektr stansiyalarida joylashgan. Ammo chiqindilarni saqlash uchun xavfsiz joy topish juda qiyin.

Yadro reaktorida nima noto'g'ri bo'lishi mumkin?

Hukumat regulyatorlari o'z tajribasiga nazar tashlab, muhandislar yillar davomida optimal xavfsizlik uchun reaktorlarni loyihalash uchun ko'p vaqt sarfladilar. Faqat ular buzilmaydi, to'g'ri ishlamaydi va agar ishlar rejadagidek ketmasa, zaxiraga ega. Natijada, yildan-yilga atom stansiyalari, aytaylik, dunyo bo'ylab yiliga 500 dan 1100 gacha odamni o'ldiradigan havo qatnoviga nisbatan ancha xavfsiz bo'lib ko'rinadi.

Shunga qaramay, yadroviy reaktorlar katta buzilishlarni bosib o'tadi. Reaktor avariyalarini 1 dan 7 gacha baholaydigan xalqaro yadroviy hodisalar shkalasida 1957 yildan beri 5 dan 7 gacha baholangan beshta avariya sodir bo'lgan.

Eng yomon kabus - sovutish tizimining buzilishi, bu yoqilg'ining haddan tashqari qizib ketishiga olib keladi. Yoqilg'i suyuqlikka aylanadi, so'ngra radioaktiv nurlanishni tarqatib, saqlovchi orqali yonib ketadi. 1979 yilda Three Mile Island (AQSh) atom elektr stansiyasining 2-bo'limi ushbu stsenariy yoqasida edi. Yaxshiyamki, yaxshi ishlab chiqilgan himoya tizimi radiatsiya chiqib ketishini to'xtatish uchun etarlicha kuchli edi.

SSSR kamroq omadli edi. 1986 yil aprel oyida Chernobil AESning 4-energetika blokida jiddiy yadroviy avariya yuz berdi. Bunga tizimdagi buzilishlar, dizayndagi kamchiliklar va kam o'qitilgan xodimlar sabab bo'lgan. Muntazam sinov vaqtida reaktsiya birdan kuchayib, boshqaruv rodlari tiqilib qoldi, bu esa favqulodda o'chirishni oldini oldi. To'satdan bug'ning to'planishi ikkita termal portlashni keltirib chiqardi va reaktorning grafit moderatorini havoga tashladi. Reaktor yonilg'i tayoqlarini sovutish uchun hech narsa yo'q bo'lganda, ular qizib ketishni va butunlay yo'q qilishni boshladilar, buning natijasida yoqilg'i suyuq shaklga ega bo'ldi. Stansiyaning ko'plab ishchilari va avariyani bartaraf qiluvchilar halok bo'ldi. Katta miqdordagi radiatsiya 323 749 kvadrat kilometr maydonga tarqaldi. Radiatsiyadan kelib chiqqan o'limlar soni hali ham noma'lum, ammo Jahon sog'liqni saqlash tashkiloti 9000 saraton kasalligining o'limiga sabab bo'lishi mumkinligini aytadi.

Yadro reaktorlarini quruvchilar kafolatlar asosida beriladi ehtimollik taxminie unda ular hodisaning potentsial zararini uning haqiqatda sodir bo'lish ehtimoli bilan muvozanatlashga harakat qiladilar. Ammo ba'zi tanqidchilar buning o'rniga ular kamdan-kam uchraydigan, eng kutilmagan, lekin juda xavfli voqealarga tayyorgarlik ko'rishlari kerakligini aytadilar. 2011 yil mart oyida Yaponiyadagi Fukusima 1 atom elektr stansiyasidagi avariya bunga yorqin misoldir. Maʼlumotlarga koʻra, stansiya katta zilzilaga bardosh berishga moʻljallangan, biroq 5,4 metrlik toʻlqinga bardosh berishga moʻljallangan dambalar ustidan 14 metrlik tsunami toʻlqinini koʻtargan 9.0 zilzila kabi halokatli emas. Tsunami hujumi elektr quvvati uzilib qolganda oltita atom elektr stansiyasi reaktorlarining sovutish tizimini quvvatlantirish uchun mo‘ljallangan zaxira dizel generatorlarini vayron qildi.Shunday qilib, Fukusima reaktorlarining boshqaruv tayoqlari bo‘linish reaktsiyasini to‘xtatgandan keyin ham, hali ham issiq yoqilg'i vayron bo'lgan reaktorlar ichidagi haroratga imkon berdi.

Yaponiya rasmiylari oxirgi choraga murojaat qilishdi - reaktorlarni katta miqdordagi dengiz suvi bilan borik kislotasi qo'shilishi bilan to'ldirish, bu falokatning oldini olishga muvaffaq bo'ldi, ammo reaktor uskunasini vayron qildi. Oxir-oqibat, o't o'chirish mashinalari va barjalar yordamida yaponlar reaktorlarga chuchuk suv quyishga muvaffaq bo'lishdi. Ammo o'sha paytga kelib, monitoring atrofdagi quruqlik va suvda radiatsiyaning dahshatli darajasini ko'rsatdi. Ushbu atom elektr stantsiyasidan 40 km uzoqlikda joylashgan qishloqlardan birida Tseziy-137 radioaktiv elementi Chernobil fojiasidan keyin ancha yuqori bo'lib chiqdi, bu esa ushbu zonada odamlarning yashashi mumkinligi haqida shubha uyg'otdi.

Yadro reaktori

Yadro reaktori - bu energiya chiqishi bilan birga boshqariladigan yadroviy zanjir reaktsiyasi amalga oshiriladigan qurilma. Birinchi yadro reaktori 1942-yil dekabr oyida E.Fermi boshchiligida AQSHda qurilib ishga tushirilgan. Qo'shma Shtatlardan tashqarida qurilgan birinchi reaktor 1945 yil sentyabr oyida Kanadada ishga tushirilgan ZEEP edi. Evropada birinchi yadro reaktori F-1 qurilmasi bo'lib, u 1946 yil 25 dekabrda Moskvada I. V. Kurchatov boshchiligida ishga tushirilgan.

1978 yilga kelib dunyoda har xil turdagi yuzga yaqin yadro reaktorlari ishlamoqda edi. Har qanday yadroviy reaktorning tarkibiy qismlari quyidagilardir: yadro yoqilg'isi bo'lgan yadro, odatda neytron reflektori bilan o'ralgan, sovutish suvi, zanjir reaktsiyasini boshqarish tizimi, radiatsiyadan himoya qilish, masofadan boshqarish tizimi. Reaktor idishi aşınmaya (ayniqsa ionlashtiruvchi nurlanish ta'sirida) duchor bo'ladi. Yadro reaktorining asosiy xususiyati uning quvvatidir. 1 MVt quvvat zanjir reaktsiyasiga to'g'ri keladi, bunda 1 soniyada 3·10 16 parchalanish hodisasi sodir bo'ladi.

Hikoya

Kaiser Vilgelm jamiyatida ishlaydigan fashistlar Germaniyasining "Uran loyihasi" nazariy guruhini Vayszeker boshqargan, ammo faqat rasmiy ravishda. Zanjirli reaksiyaning nazariy asoslarini ishlab chiqqan Geyzenberg haqiqiy yetakchiga aylandi, Veyssaker esa bir guruh ishtirokchilar bilan “uran mashinasi” – birinchi reaktorni yaratishga e’tibor qaratdi. 1940 yil bahorining oxirida guruh olimlaridan biri - Xartek - uran oksidi va qattiq grafit moderatoridan foydalangan holda zanjir reaktsiyasini yaratishga urinish bilan birinchi tajribani o'tkazdi. Biroq, mavjud bo'linadigan material bu maqsadga erishish uchun etarli emas edi. 1941 yilda Geyzenberg guruhining a'zosi Döpel Leyptsig universitetida og'ir suv moderatori bilan stend qurdi, tajribalar natijasida 1942 yil may oyiga kelib neytronlarni ularning me'yoridan ortiq miqdorda ishlab chiqarishga erishish mumkin edi. singdirish. To'liq zanjirli reaktsiyaga nemis olimlari 1945 yil fevral oyida Xaygerloch yaqinidagi konda o'tkazilgan tajribada erishdilar. Biroq, bir necha hafta o'tgach, Germaniyaning yadroviy dasturi o'z faoliyatini to'xtatdi.

Yadro bo'linish zanjiri reaktsiyasi (qisqa zanjir reaktsiyasi) birinchi marta 1942 yil dekabrda amalga oshirilgan. Chikago universitetining bir guruh fiziklari E.Fermi boshchiligida Chikago Pile-1, CP-1 deb nomlangan dunyodagi birinchi yadro reaktorini yaratdilar. U grafit bloklaridan iborat bo'lib, ular orasida tabiiy uran va uning dioksidi to'plari joylashgan edi. 235U yadrolarining bo'linishidan keyin paydo bo'ladigan tez neytronlar grafit tomonidan issiqlik energiyasiga qadar sekinlashtirildi va keyin yangi yadro bo'linishlariga sabab bo'ldi. SR-1 kabi bo'linishlarning asosiy qismi termal neytronlar ta'sirida sodir bo'ladigan reaktorlar termal neytron reaktorlari deb ataladi. Ular yadro yoqilg'isiga nisbatan juda ko'p moderatorni o'z ichiga oladi.

SSSRda reaktorlarni ishga tushirish, ishlatish va boshqarish xususiyatlarini nazariy va eksperimental tadqiqotlar akademik I. V. Kurchatov boshchiligidagi fizik va muhandislar guruhi tomonidan amalga oshirildi. Birinchi sovet F-1 reaktori SSSR Fanlar akademiyasining 2-laboratoriyasida (Moskva) qurilgan. Ushbu reaktor 1946 yil 25 dekabrda og'ir holatga keltirildi. F-1 reaktori grafit bloklaridan yig'ilgan va diametri taxminan 7,5 m bo'lgan to'p shakliga ega edi.6 m diametrli to'pning markaziy qismida grafit bloklaridagi teshiklar orqali uran tayoqchalari joylashtirilgan. F-1 reaktori, xuddi CP-1 reaktori kabi, sovutish tizimiga ega emas edi, shuning uchun u juda past quvvat darajasida ishladi (vattning fraktsiyalari, kamdan-kam hollarda bir necha vatt). F-1 reaktoridagi tadqiqotlar natijalari yanada murakkab sanoat reaktorlari loyihalari uchun asos bo'ldi. 1948 yilda plutoniy ishlab chiqarish uchun I-1 reaktori (boshqa manbalarga ko'ra A-1 deb nomlangan) va 1954 yil 27 iyunda 5 MVt elektr quvvatiga ega dunyodagi birinchi atom elektr stantsiyasi ishga tushirildi. Obninsk shahrida foydalanishga topshirildi.

Qurilma va ishlash printsipi

Quvvatni chiqarish mexanizmi Moddaning o'zgarishi, agar moddada energiya zaxirasi bo'lsa, erkin energiyaning chiqishi bilan birga keladi. Ikkinchisi, moddaning mikrozarralari o'tish mavjud bo'lgan boshqa mumkin bo'lgan holatdan ko'ra ko'proq tinch energiyaga ega bo'lgan holatda ekanligini anglatadi. O'z-o'zidan o'tish har doim energiya to'sig'i bilan to'sqinlik qiladi, uni engish uchun mikrozarracha tashqi tomondan ma'lum miqdorda energiya - qo'zg'alish energiyasini olishi kerak. Ekzoenergetik reaksiya shundan iboratki, qo'zg'alishdan keyingi o'zgarishlarda jarayonni qo'zg'atish uchun zarur bo'lganidan ko'ra ko'proq energiya ajralib chiqadi. Energiya toʻsigʻini yengib oʻtishning ikki yoʻli mavjud: yoki toʻqnashayotgan zarrachalarning kinetik energiyasi yoki qoʻshilayotgan zarrachaning bogʻlanish energiyasi hisobiga.

Agar energiyaning ajralishining makroskopik shkalalarini yodda tutadigan bo'lsak, u holda reaktsiyalarni qo'zg'atish uchun zarur bo'lgan kinetik energiya moddaning barcha zarralari yoki birinchi navbatda kamida bir nechta zarralariga ega bo'lishi kerak. Bunga faqat muhit haroratini issiqlik harakati energiyasi jarayonning borishini cheklaydigan energiya chegarasi qiymatiga yaqinlashadigan qiymatga oshirish orqali erishish mumkin. Molekulyar o'zgarishlar, ya'ni kimyoviy reaksiyalar bo'lsa, bunday o'sish odatda yuzlab kelvinni tashkil qiladi, yadroviy reaktsiyalarda esa to'qnashuv yadrolarining Kulon to'siqlarining juda yuqori balandligi tufayli kamida 107 K. Yadro reaksiyalarini issiqlik bilan qo'zg'atish amalda faqat Kulon to'siqlari minimal bo'lgan eng engil yadrolarni sintez qilishda amalga oshirildi (termoyadro sintezi).

Dizayn

Har qanday yadroviy reaktor quyidagi qismlardan iborat:

Yadro yoqilg'isi va moderator bilan yadro;
Yadroni o'rab turgan neytron reflektor;
Sovutgich;
Zanjirli reaktsiyalarni boshqarish tizimi, shu jumladan favqulodda vaziyatlardan himoya qilish;
Radiatsiyadan himoya qilish;
Masofadan boshqarish tizimi.

yod chuquri

Yod chuquri - yadro reaktorining o'chirilgandan keyingi holati, qisqa muddatli ksenon izotopi 135Xe to'planishi bilan tavsiflanadi. Bu jarayon sezilarli salbiy reaktivlikning vaqtinchalik paydo bo'lishiga olib keladi, bu esa, o'z navbatida, reaktorni ma'lum vaqt davomida (taxminan 1-2 kun) loyihaviy quvvatiga keltirishni imkonsiz qiladi.