Nuclear reactor: operating prinsipyo, at ang yunit circuit

Disenyo at pagpapatakbo ng isang nuclear reactor batay sa initialization at kontrol self-nagtutukod nuclear reaksyon. Ito ay ginagamit bilang isang tool ng pananaliksik para sa produksyon ng mga radioactive isotopes at bilang isang enerhiya pinagmulan para sa nuclear halaman kapangyarihan.

Nuclear reactor: sa prinsipyo ng operasyon (maikli)

Ginamit dito fission proseso kung saan ang isang mabigat na nucleus Splits sa dalawang mas maliit na fragment. Ang mga fragment ay nasa isang napaka nasasabik estado at naglalabas ng neutrons, at iba pang mga subatomic particle at photons. Neutrons maaaring maging sanhi ng mga bagong dibisyon bilang isang resulta ng kung saan sila ay napalabas kahit higit pa, at iba pa. Ito ang patuloy na self-nagtutukod bilang ng mga disintegrations tinatawag na chain reaction. Kasabay nito, ang isang malaking halaga ng enerhiya, ang produksyon ng mga na kung saan ay ang layunin ng paggamit ng nuclear power.

Ang prinsipyo ng operasyon ng isang nuclear reactor at isang nuclear power plant ay tulad na 85% ng mga kolonya ng paghahati ng enerhiya ay inilabas sa loob ng isang napaka-maikling panahon pagkatapos ng simula ng reaksyon. Ang natitirang bahagi ay nagawa sa pamamagitan ng mga radioactive pagkabulok ng mga produkto fission, pagkatapos nilang tinanggihan neutrons. Radioactive pagkabulok ay ang proseso kung saan ang mga atom ay umabot sa isang matatag na estado. Nagpatuloy siya at pagkatapos ng paghahati.

Ang atomic bomba chain reaction ay nagdaragdag sa intensity, hanggang sa karamihan ng mga materyal na Hahatiin. Nangyayari ito masyadong mabilis, na gumagawa ng isang lubhang malakas na pagsabog na katangian ng naturang bomba. Mekanismo at pagpapatakbo ng isang nuclear reactor batay sa prinsipyo ng pagpapanatili ng chain reaction sa isang regulated halos pare-pareho na antas. Ito ay dinisenyo upang ang sumasabog bilang atomic bomba ay hindi.

Chain Reaction at kritisismo

Physics reaktor fission ay tinutukoy na ang isang chain reaction na maaaring mangyari pagkatapos ng nuclear fission neutron emission. Kung nababawasan kamakailan-lamang na populasyon, ang rate ng paghahati sa dulo ay mahulog sa zero. Sa kasong ito ang reactor ay magiging sa isang subcritical estado. Kung ang neutron populasyon ay pinananatili sa isang pare-pareho ang antas, ang fission rate ay mananatiling matatag. Ang reaktor ay magiging sa isang kritikal na kondisyon. At sa wakas, kung sa paglipas ng panahon ang mga neutron populasyon ay lumalaki, hinahati ang bilis at lakas ay tumaas. core estado nagiging supercritical.

Ang prinsipyo ng operasyon ng isang nuclear reactor susunod. Bago simulan ang neutron populasyon ay malapit sa zero. Pagkatapos, operator alisin ang control rods mula sa core, pagtaas ng division core na pansamantalang nag-convert ang reactor sa isang supercritical estado. Pagkatapos maabot ang rated power operator bahagyang bumalik control rods, pag-aayos ng halaga ng neutrons. Kasunod ng reactor ay pinananatili sa isang kritikal na kondisyon. Kapag ito ay kinakailangan upang ihinto, ang operator pagsingit rods ganap. Ito suppresses ang division at inilalagay ang core sa subcritical estado.

uri ng reactors

Karamihan sa mga umiiral na enerhiya ay bumubuo ng init na kinakailangan upang drive turbines, na humimok generators ng kuryente ng nuclear installation sa buong mundo. Gayundin, may mga maraming ng pananaliksik reactors, at ang ilang mga bansa na may mga submarino o ships ibabaw, nahimok ng ang enerhiya ng atom.

halaman kapangyarihan

Mayroong ilang mga species ng ganitong uri ng reactor, ngunit malawak na pinagtibay disenyo ng ilaw tubig. Kaugnay nito, maaari itong gamitin sa may presyon ng tubig o tubig na kumukulo. Sa unang kaso ng mataas na presyon ng likido nainitan ng init ng core at pumapasok sa steam generator. Doon, ang init mula sa mga pangunahing sa pangalawang circuit ay lumipas, karagdagang binubuo ng tubig. Ang nabuong steam huli ay nagsisilbi bilang ang nagtatrabaho fluid sa steam turbine cycle.

Ang reaktor ay isang uri bulak ay gumagana sa mga prinsipyo ng direktang enerhiya cycle. Tubig pagpasa sa pamamagitan ng mga core, dinadala sa isang pigsa sa paglipas ng daluyan ng antas ng presyon. Puspos steam ay ipinapasa sa pamamagitan ng isang serye ng mga separator at dryers ay itapon sa reactor sasakyang-dagat, na nagreresulta sa sverhperegretoe estado nito. Pagkainit-init na singaw ay pagkatapos ay ginagamit bilang ang nagtatrabaho likido, ang umiikot turbina.

High-temperatura gas-cooled

High-temperatura gas-cooled reactor (HTGR) - isang nuclear reactor, ang prinsipyo ng operasyon ay batay sa ang paggamit ng grapayt bilang fuel halo ng gasolina at microspheres. Mayroong dalawang mga kakumpetensyang disenyo:

• German "Maluwag-fill" system, na kung saan ay gumagamit ng isang spherical elemento fuel 60 mm sa diameter, na binubuo ng isang halo ng gasolina at grapayt sa isang grapayt shell;
• sa American bersyon ng isang grapayt hexagonal prisms na magkakawing upang lumikha ng mga core.

Sa parehong mga kaso, ang paglamig likido ay binubuo ng helium sa ilalim ng isang presyon ng tungkol sa 100 atmospheres. Ang Aleman sistema ng helium ay ipinapasa sa pamamagitan ng mga gaps sa layer ng spherical elemento gasolina, at sa US - sa pamamagitan ng openings sa prisms grapayt hagdan kasama ang gitnang axis ng reactor core. Ang parehong mga pagpipilian ay maaaring gumana sa mataas na temperatura, dahil ang grapayt ay may isang napakataas na pangingimbabaw temperatura, at chemically hindi gumagalaw helium ganap. Hot helium ay maaaring gamitin nang direkta bilang isang nagtatrabaho likido sa isang gas turbine sa isang mataas na temperatura o init ay maaaring utilized para sa pagbuo ng steam cycle ng tubig.

Liquid-metal nuclear reactor: circuit at nagtatrabaho prinsipyo

Mabilis reactors na may sodium coolant ay nakatanggap ng marami pansin sa 1960-1970 ni. Pagkatapos ito tila na ang kanilang mga kakayahan upang muling gawin nuclear fuel sa malapit na hinaharap ay kinakailangan upang makabuo ng gasolina para sa isang mabilis na umuusbong nuclear industriya. Kapag ito ay naging malinaw na inaasahan na ito ay hindi makatotohanang, sigasig waned sa 1980s. Gayunpaman, sa Estados Unidos, Russia, France, Britain, Japan at Germany na binuo ng isang serye ng mga reactors ng ganitong uri. Karamihan sa kanila gumana sa uranium dioxide o isang halo ng plutoniyum dioxide. Sa Estados Unidos, gayunpaman, ang pinakamalaking tagumpay ay nakakamit na may metal fuel.

Candu

Canada ay nakatutok sa kanyang mga pagsusumikap sa reactors, na gumagamit ng mga natural na yureyniyum. Ito ang pangangailangan para sa kanyang pagpayaman upang gamitin ang mga serbisyo ng iba pang mga bansa. Ang resulta ng patakarang ito ay ang deuterium-uranium reactor (Candu). Kontrolin at pagpapalamig ito nagawa sa mabigat na tubig. Disenyo at pagpapatakbo ng isang nuclear reactor ay upang gamitin ang isang tangke na may malamig D ₂ O sa atmospera presyon. Active lugar tiomak tubes ng zirconium alloys fuel ng natural uranium, kung saan circulates paglamig kanyang mabigat na tubig. Koryente ay ginawa sa pamamagitan ng paghati sa init transfer sa mabigat na tubig coolant, na kung saan ay circulated sa pamamagitan ng steam generator. Ang steam sa pangalawang loop at pagkatapos ay ipinapasa sa pamamagitan ng isang maginoo cycle turbina.

pasilidad ng pananaliksik

Para sa pananaliksik nuclear reactor ay pinaka-madalas na ginagamit, ang mga prinsipyo ng kung saan ay binubuo sa paggamit ng tubig paglamig plate at uranium fuel elemento sa mga pagtitipon form. Kaya ng operating sa isang malawak na hanay ng mga antas ng kapangyarihan mula sa isang ilang daang kilowatts sa megawatts. Dahil power generation ay hindi ang pangunahing layunin ng pananaliksik reactors, ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng thermal enerhiya na nabuo, at sa density ng core nominal enerhiya neutrons. Ito ay mga parameter na ito ay makakatulong upang tumyak ng dami ang mga kakayahan ng isang research reactor upang magsagawa ng mga tiyak na pag-aaral. Low-power systems ay may posibilidad na tumakbo sa mga unibersidad at ay ginagamit para sa pagsasanay, at mataas na kapangyarihan ay kinakailangan sa pananaliksik laboratoryo para sa pagsubok materyales at mga katangian, pati na rin ang para sa pangkalahatang pananaliksik.

Ang pinaka-karaniwang pananaliksik nuclear reactor, ang istraktura at mga prinsipyo ng operasyon ay tulad ng sumusunod. Nito aktibong lugar ay matatagpuan sa ibaba ng malaking malalim na pool ng tubig. Ito facilitates pagmamasid at channel allocation sa pamamagitan ng kung saan ang mga neutron beam ay maaaring maidirekta. Sa mababang antas ng kapangyarihan hindi na kailangan upang mag-usisa ang coolant, tulad ng upang mapanatili ang isang ligtas na operating estado ng natural na kombeksyon ng coolant Tinitiyak ng sapat na init pagwawaldas. Ang init Exchanger ay karaniwang matatagpuan sa ibabaw o sa itaas na bahagi ng pool kung saan ang mainit na tubig ay naipon.

pag-install ship

Orihinal at pangunahing paggamit ng mga nuclear reactors ay ang kanilang paggamit sa submarines. Ang kanilang mga pangunahing bentahe ay na, sa kaibahan sa fossil fuel combustion system para sa pagbuo ng koryente hindi sila nangangailangan ng hangin. Bilang resulta, nuclear submarino ay maaaring manatiling lubog para sa isang mahabang panahon, at maginoo diesel-electric submarine ay dapat na panaka-nakang tumaas sa ibabaw, upang patakbuhin ang kanilang mga air motors. Nuclear enerhiya ay nagbibigay ng isang strategic advantage Navy ships. Salamat sa kanya, hindi na kailangan na kumuha ng gatong sa mga banyagang port o mula sa madaling masugatan tankers.

Ang prinsipyo ng operasyon ng isang nuclear reactor sa isang submarino naiuri. Gayunman, ito ay kilala na sa USA ginagamit nito mataas na enriched uranium, at ang pagbabawas ng bilis at paglamig ay light tubig. Ang disenyo ng unang reactor nuclear submarino USS Nautilus Matindi ay naiimpluwensyahan ng malakas na mga pag-install ng pananaliksik. Nito natatanging tampok ay ang mataas na reaktibiti margin, na nagbibigay ng isang pinalawig na tagal ng operasyon nang walang refueling at ang kakayahan upang i-restart matapos ihinto. Power istasyon sa submarines ay dapat na napaka-tahimik, upang maiwasan ang detection. Upang matugunan ang mga partikular na pangangailangan ng iba't ibang mga klase ng mga submarines iba't-ibang modelo ng mga halaman kapangyarihan ay nai-itinatag.

US Navy sa aircraft carrier na ginagamit nuclear reactor, ang prinsipyo ng kung saan ay pinaniniwalaan na hiniram mula sa pinakamalaking submarines. Mga detalye ng kanilang mga konstruksiyon at ay hindi nai-publish.

Bukod sa Estados Unidos, nuclear submarines ay nasa UK, France, Russia, China at Indya. Sa bawat kaso, ang disenyo ay hindi isiwalat, ngunit ito ay pinaniniwalaan na ang mga ito ay ang lahat ng napaka-katulad na - ito ay isang kinahinatnan ng parehong mga kinakailangan para sa kanilang mga teknikal na mga katangian. Russia ay mayroon ding isang maliit na armada ng nuclear icebreaker, na kung saan itinatag ang parehong reactor tulad ng sa Sobiyet submarines.

pang-industriya instalasyon

Para sa mga layunin ng produksyon ng mga armas grade plutoniyum-239 ay gumagamit ng isang nuclear reactor, ang prinsipyo ng kung saan ay binubuo sa mataas na pagiging produktibo na may mababang antas ng enerhiya. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang pang-matagalang pananatili ng plutoniyum sa core ay humahantong sa akumulasyon ng mga hindi-ginustong ²⁴⁰ Pu.

produksyon ng tritiyum

Sa kasalukuyan, ang pangunahing materyal na makakamit sa pamamagitan ng naturang mga sistema ay tritiyum ⁽³ H o T) - ang singil para sa hydrogen bomb. Plutoniyum-239 ay may mahabang half-life ng 24,100 taon, kaya ang isang bansa na may nuclear armas na gumagamit ng sangkap na ito, bilang isang panuntunan, mayroon itong higit pa sa kinakailangan. Sa kaibahan sa ²³⁹ Pu, ang half-life ng tritiyum ay tungkol sa 12 taon. Kaya, upang mapanatili ang mga kinakailangang imbentaryo, ay dapat na natupad ito radioactive isotope ng hydrogen patuloy. Sa US, ang Savannah River (South Carolina), halimbawa, ay may ilang mga reactors mabigat na tubig, na kung saan makabuo ng tritiyum.

lumulutang na kapangyarihan

Nilikha ng nuclear reactors, na may kakayahang pagbibigay ng kuryente at steam heating natanggal nakahiwalay na lugar. Sa Russia, halimbawa, nakita namin ang paggamit ng mga maliliit na mga sistema ng kapangyarihan, espesyal na dinisenyo upang magsilbi sa Arctic pakikipag-ayos. Sa Tsina, ang 10-megawat planta HTR-10 supplies init at electric power instituto ng pananaliksik, na kung saan ito ay matatagpuan. Pag-unlad ng mga maliliit na reactors awtomatikong kinokontrol na may katulad na kakayahan ay natupad sa Sweden at Canada. Sa pagitan ng 1960 at 1972, ang US Army ginagamit compact tubig reactors upang magbigay ng remote base sa Greenland at Antarctica. Sila ay pinalitan ng fuel-oil halaman kapangyarihan.

paggalugad na espasyo

Sa karagdagan, ang reactors ay dinisenyo para sa kapangyarihan at kilusan sa espasyo. Sa panahon ng 1967-1988, ang Sobiyet Union itinatag ng isang maliit na nuclear installation sa "Kosmos" satellite upang matustusan ang kagamitan at telemetry, ngunit patakarang ito ay naging isang target para sa mga pintas. Hindi bababa sa isa sa mga satellite pumasok atmospera ng Daigdig, na nagiging sanhi radioactive contamination remote na lugar ng Canada. Ang Estados Unidos inilunsad lamang ng isang satellite na may isang nuclear reactor sa 1965. Gayunman, ang mga proyekto sa kanilang paggamit sa malalim space misyon, na pinapatakbo ng tao pananaliksik iba pang mga planeta o sa isang permanenteng batayan lunar ay patuloy na pinauunlad. Ito ay sigurado na maging isang gas-cooled o liquid-metal nuclear reactor, ang pisikal na mga prinsipyo na kung saan ay nagbibigay ng pinakamataas na posibleng temperatura kinakailangan upang i-minimize ang laki ng radiator. Gayundin, ang reactor space para sa mga kagamitan upang maging bilang compact hangga't maaari upang i-minimize ang halaga ng mga materyales na ginamit para sa shielding, at upang mabawasan ang timbang sa panahon ng ilunsad at space flight. Fuel kapasidad Titiyakin operasyon ng reactor para sa tagal ng ang space flight.