Nuklea reaktoro: funkcii principoj, kaj la unuo cirkviton

Dezajno kaj operacio de reactor nuklea surbaze de la inicialización kaj kontrolo autogestionada nuklea reago. Ĝi estas uzata kiel esploro ilo por la produktado de radioaktivaj izotopoj kaj kiel fonto de energio por nuklea energio.

Nuklea reaktoro: la principo de operacio (mallonga)

Uzita ene difinitaj fisio procezo en kiu peza kerno dividas en du pli malgrandaj fragmentoj. Ĉi tiuj fragmentoj estas en tre ekscitita stato kaj ili elsendas neŭtronojn, kaj aliaj subatomaj partikloj kaj fotonoj. Neŭtronoj povas kaŭzi novajn dividoj rezulte de kiuj ili estas elsenditaj eĉ pli, kaj tiel plu. Ĉi tiu kontinua autogestionada nombro de malintegriĝoj nomita ĉeno reago. Samtempe, granda kvanto de energio, la produktado de kiu estas la celo de la uzo de nuklea energio.

La principo de operacio de reactor nuklea kaj nuklea centralo estas tia, ke 85% de la koloniojn forkiĝanta energio estas liberigita ene de tre mallonga tempo post la komenco de la reago. La cetera parto estas produktitaj de la radioaktiva malintegriĝo de fisio, post kiam ili malakceptis neŭtronoj. Radioaktiva dekadenco estas la procezo en kiu la atomo atingas neŝanĝiĝema stato. Li daŭrigis kaj post divido.

La atoma bombo ĉeno reago pliigas en intenseco, ĝis la plej multaj el la materialon disfendigxos. Ĉi tio okazas tre rapide, produktante ekstreme potencaj eksplodoj karakteriza de tiaj bomboj. Mekanismo kaj operacio de reactor nuklea surbaze de la principo de konservado la ĉeno reago sur reguligita preskaŭ konstanta nivelo. Ĝi estas desegnita por ke eksplodas kiel atombombon povas.

Chain Reaction kaj kritiko

Fiziko fisio reaktoro decidita estas tiu ĉeno reago probablo post nuklea fisio neŭtrono emisión. Se lastatempa loĝantaro malpliiĝas, la indico de divido en la fino falos al nulo. En ĉi tiu kazo la reaktoro estos en subcrítica stato. Se la neŭtrono loĝantaro subtenas al konstanta nivelo, la fisio indico restos stabila. La reactor estos en maltrankviliga kondiĉo. Kaj fine, se la tempo la neŭtrono loĝantaro kreskas, dividante la rapido kaj potenco pliiĝos. kerna stato iĝas supercrítica.

La principo de operacio de reactor nuklea sekva. Antaŭ komenci la neŭtrono loĝantaro estas proksima al nulo. Tiam, operatoroj forigi la stangoj de kontrolo de la kerno, pliigante la divido kernojn kiuj provizore konvertas la reaktoro en supercrítica stato. Post atingi la taksita povo operatoroj parte revenis stangoj de kontrolo, ĝustigante la kvanto de neŭtronoj. Sinsekve la reaktoro estas subtenita en kriza stato. Kiam necesas halti, la operatoro enmetas stangoj tute. Ĉi elstrekas la divido kaj metas la kernon en subcrítica stato.

specoj de reaktoroj

La plej multaj el la ekzistantaj energio generante la necesa varmego por stiri turbinoj, kiuj veturas generatoroj de elektro de nukleaj instalaĵoj en la mondo. Ankaŭ, estas multaj esploroj reaktoroj, kaj iuj landoj havas submarŝipoj aŭ surfaco ŝipoj, pelita de la energio de la atomo.

elektrocentraloj

Ekzistas pluraj specioj de ĉi tiu tipo de reactor, sed vaste adoptita dezajno de lumo akvo. Siavice, ĝi povas esti uzata en deinterne akvo aŭ bolanta akvo. En la unua kazo la alta premo likva, forte hejtita de la varmego de la kerno kaj eniras la vaporo generatoro. Tie, la varmego de la ĉefa por la sekundara cirkvito estas pasita, pli konsistanta akvo. La generita vaporo fine servas kiel la laboranta fluido en la vaporo turbino ciklo.

La reactor estas bolado tipo funkcias sur la principo de rekta energio ciklo. Akvo trapasis la kernon, ekbolis super meza premo nivelo. Saturita vaporo pasas tra serio de apartigiloj kaj secaderos estas pretaj en la reaktoro vazo, rezultigante lian sverhperegretoe stato. Sobrecalentada vaporo tiam estas utiligita kiel la laboranta fluido, la turnanta turbino.

Alta temperaturo gaso malvarmetigita

Alta temperaturo gaso malvarmetigita reaktoro (HTGR) - reactor nuklea, la principo de funkciado bazas en la uzo de grafito kiel karburaĵo miksaĵo de karburaĵo kaj microesferas. Estas du konkurantaj dezajnoj:

• Germana "Loose-ĝissate" sistemo, kiu uzas sferan brulaĵon elementojn 60 mm de diametro, kiu konsistas de miksaĵo de karburaĵo kaj grafito en grafito ŝelo;
• la usona versio de grafito heksagonaj prismoj kiuj interplektiĝas krei la kernon.

En ambaŭ kazoj, la malvarmigo fluido konsistas heliumo sub premo de ĉirkaŭ 100 atmosferoj. La germana sistemo heliumo trapasas la truojn en la tavolo de sfera brulaĵon elementojn, kaj en Usono - tra aberturas en la grafito prismoj aranĝitaj laŭ la centra akso de la kerno de la reactor. Ambaŭ ebloj povas funkcii al tre altaj temperaturoj, ĉar la grafito havas ekstreme altan sublimación temperaturo, kaj kemie inerta heliumo tute. Varma heliumo povas esti uzata rekte kiel laboranta fluido en gaso turbino ĉe alta temperaturo aŭ varmego povas esti utiligita por generi vaporon ciklo akvo.

Likva-metalo nuklea reaktoro: cirkviton kaj laboranta principon

Rapida reaktoroj kun natrio refrigerante ricevis konsiderindan atenton en la 1960-1970-aj jaroj. Tiam ŝajnis, ke lia kapablo por reprodukti nuklea brulaĵo en proksima estonteco estas postulataj por produkti brulaĵon por rapide evoluanta nukleaj industrio. Kiam iĝis klare ke tiu atendo estas nerealisma, entuziasmo malkreskis en la 1980-aj jaroj. Tamen, en Usono, Rusio, Francio, Britio, Japanio kaj Germanio konstruis serion de reaktoroj de tiu tipo. La plej multaj el ili funkcias en dióxido de uranio aŭ miksaĵo de plutonio dioksido. En Usono, aliflanke, la plej granda sukceso estis atingita kun metalo karburaĵo.

CANDU

Kanado centris liajn penadojn en la reaktoroj, kiuj uzas natura uranio. Ĉi tio forigas la bezonon por ĝia riĉigo uzi la servojn de aliaj landoj. La rezulto de ĉi tiu politiko estis la deŭterio-uranio reaktoro (CANDU). Kontroli kaj malvarmigo ĝi produktis pezan akvon. Dezajno kaj operacio de reactor nuklea estas uzi tanko kun malvarma D ₂ O ĉe atmosfera premo. Aktivaj areon trapenetris tubojn de zirkonio alojo brulaĵon de natura uranio, tra kiu cirkulas malvarmigo lia peza akvo. Elektro estas produktata per dividanta la varmego transigo en peza akvo refrigerante, kiu cirkulas tra la vaporo generatoro. La vaporo en la malĉefa ciklo tiam pasas tra konvencia turbino ciklo.

esploro instalaĵoj

Por esplorado nuklea reaktoro estas plej ofte uzata, la komencon kiu konsistas en la uzo de akvo malvarmigo telero kaj uranio brulaĵon elementojn en la formo asembleoj. Kapablas funkcii en larĝa gamo de potenco niveloj de kelkcent kilovatoj al megavatios. Ekde elektroproduktado ne estas la ĉefa celo de esploro reaktoroj, ili karakterizas por termika energio generita, kaj la denseco de la kerno nominala energio neŭtronoj. Estas ĉi tiuj parametroj helpos cuantificar la kapablo de reactor de esploro por realigi specifajn studojn. Malalta-potenco sistemoj emas funkciigi ĉe universitatoj kaj estas uzitaj por trejnado, kaj alta potenco bezonata en laboratorioj de esploro por provi materialojn kaj karakterizaĵoj, tiel kiel por ĝenerala esplorado.

La plej komuna esploro nuklea reaktoro, la strukturo kaj principo de funkciado estas la sekva. Lia aktiva areo situas en la fundo de granda profunda naĝejo de akvo. Ĉi faciligas observado kaj kanalo atribuo per kiu la neŭtronoj traboj povas esti direktitaj. En malaltaj niveloj de potenco ne estas neceso por pumpi la refrigerante, kiel subteni sekura mastruma stato de la natura konvekcio de refrigerante certigas sufiĉan varmego dibocxo. La varmego intercambiador estas kutime lokita sur la surfaco aŭ en la supra parto de la lageto, kie la varma akvo amasigas.

ŝipo instalado

Originalaj kaj primara uzo de nukleaj reaktoroj estas ilia uzo en submarŝipoj. Ilia ĉefa avantaĝo estas kiu, kontraste al fosilia brulaĵo bruligado sistemoj por generado de elektro ne postulas aeron. Sekve, nuklea submarŝipo povas resti mergita dum longa tempo, kaj konvencia dizelelektraj submarŝipoj devas periode leviĝi al la surfaco, kuri ilia aero motoroj. Nuklea energio provizas strategian avantaĝon mararmeo ŝipoj. Danke al ŝi, ne estas neceso por reprovizi en fremdaj havenoj aŭ de facile vundebla kamionoj cisterno.

La principo de operacio de reactor nuklea en submarŝipo klasifikitaj. Tamen, ĝi scias ke en Usono ĝi uzas tre riĉigita uranio kaj la desaceleración kaj malvarmigo estas malpeza akvo. La dezajno de la unua reactor nuklea submarŝipo USS Nautilus estis forte influitaj de potencaj esploroj instalaĵoj. Lia sola funkcio estas la tre alta reagemo rando, provizante longa periodo de operacio sen reabastecimiento kaj la kapablon rekomenci post ĉesi. Centralo en submarŝipoj devas esti tre trankvila, por eviti detekto. Por renkonti la specifajn bezonojn de malsamaj klasoj de submarŝipoj malsamaj modeloj de energio estis establita.

Usona Mararmeo sur aviadilŝipo uzita nuklea reaktoro, la principo de kiuj verŝajne estas depruntita de la plej grandaj submarŝipoj. Detaloj de lia konstruo kaj ne estis eldonita.

Krom Usono, nukleaj submarŝipoj estas en Britio, Francio, Rusio, Ĉinio kaj Barato. En ĉiu kazo, la dezajno ne estis malkaŝitaj, sed oni kredas ke ili estas ĉiuj tre similaj - tio estas konsekvenco de la sama postuloj por liaj teknikaj karakterizaĵoj. Rusio ankaŭ havas malgrandan floton de nukleaj glacirompatoroj, kiu establis la saman reaktoro kiel en sovetiaj submarŝipoj.

industriaj instalaĵoj

Por celoj de produktado de armiloj grada plutonio-239 uzas reactor nuklea, la principo de kiuj konsistas en alta produktiveco kun malalta nivelo de energio. Ĉi tio estas pro la fakto, ke longtempa estado de plutonio en la kernon kondukas al la amasiĝo de nedezirataj ²⁴⁰ Pu.

produktado de tritio

Nuntempe, la ĉefa materialo akireblaj per tiaj sistemoj estas tritio ⁽³ H aŭ T) - la zorge por hidrogeno bombojn. Plutonio-239 havas longan duoniĝotempon de 24.100 jaroj, do lando kun nukleaj armiloj kiuj uzas ĉi tiun elementon, kiel regulo, havas ĝin pli ol necese. Kontraste al la ²³⁹ Pu, la duona vivo de tritio estas proksimume 12 jaroj. Tiel, por subteni la necesan inventaro, ĉi radioaktiva izotopo de hidrogeno devas efektivigi kontinue. En Usono, la Savannah Rivero (suda Karolino), ekzemple, havas plurajn pezajn akvo reaktoroj, kiuj produktas tritio.

flosanta potenco

Kreita de nukleaj reaktoroj, kapablas provizi elektron kaj vaporon hejtado forigita izolitaj areoj. En Rusio, ekzemple, ni trovis la uzon de malgrandaj potenco sistemoj, speciale desegnita por provizi al la Arkta loĝlokoj. En Ĉinio, la 10-megawatt planto HTR-10 provizojn varmego kaj elektra potenco esplorinstituto, en kiu ĝi situas. Evoluo de malgrandaj reaktoroj aŭtomate kontrolita kun similaj kapabloj estas efektivigitaj en Svedio kaj Kanado. Inter 1960 kaj 1972, la usona armeo uzis kompaktan akvo reaktoroj provizi fora bazoj en Gronlando kaj Antarkto. Estis anstataŭitaj de karburaĵo-oleo energio.

kosma esplorado

Krome, la reaktoroj estis dizajnitaj por potenco kaj movado en spaco. En la periodo de 1967 ĝis 1988, Sovetunio establis malgrandan nukleaj instalaĵoj sur la "Kosmos" satelitoj provizi ekipaĵo kaj telemetría, sed tiu politiko fariĝis celo por kritiko. Almenaŭ unu el tiuj satelitoj eniris la Tera atmosfero, kaŭzante radioaktiva poluado foraj areoj de Kanado. Usono lanĉita nur unu satelito kun nuklea reaktoro en 1965. Tamen, projektoj sur ilia uzo en longaj kosmaj flugoj, pilotata esploro aliaj planedoj aŭ sur permanenta luna bazo daŭre disvolvi. Tio estas certa esti gaso malvarmetigita aŭ likva-metalo nuklea reaktoro, la fizikaj principoj de kiuj provizas la plej alta ebla temperaturo necesa minimumigi la grandeco de la radiatoro. Ankaŭ, la reactor spaco por teamo por esti tiel kompakta kiel ebla minimumigi la kvanton de materialo uzata por la blindaje kaj redukti la pezon dum lanĉo kaj spaca flugo. Brulaĵo kapablo certigos funkciado de la reaktoro por la tempodaŭro de la spaca flugo.