Yadro reaktorining qurilmasi va ishlash printsipi o'z-o'zidan ta'minlangan yadro reaktsiyasini ishga tushirish va boshqarishga asoslangan. U tadqiqot vositasi sifatida, radioaktiv izotoplarni ishlab chiqarishda va atom elektr stansiyalari uchun quvvat manbai sifatida ishlatiladi.
Yadro reaktori: u qanday ishlaydi (qisqacha)
Bu yerda yadroning boʻlinish jarayoni qoʻllaniladi, bunda ogʻir yadro ikkita kichikroq boʻlakka boʻlinadi. Bu bo'laklar juda qo'zg'aluvchan holatda bo'lib, neytronlar, boshqa subatomik zarralar va fotonlarni chiqaradi. Neytronlar yangi bo'linishlarni keltirib chiqarishi mumkin, buning natijasida ko'proq neytronlar chiqariladi va hokazo. Bunday uzluksiz uzluksiz uzilishlar qatori zanjir reaksiyasi deyiladi. Shu bilan birga, katta miqdorda energiya ajralib chiqadi, uning ishlab chiqarilishi atom elektr stansiyalaridan foydalanishga qaratilgan.
Atom reaktori va atom elektr stantsiyasining ishlash printsipi shundan iboratki, bo'linish energiyasining taxminan 85% reaktsiya boshlanganidan keyin juda qisqa vaqt ichida ajralib chiqadi. Qolganlari ishlab chiqariladiparchalanish mahsulotlarining neytronlarni chiqargandan keyin radioaktiv parchalanishi natijasi. Radioaktiv parchalanish - bu atomning barqarorroq holatga kelishi jarayoni. U boʻlish tugallangandan keyin ham davom etadi.
Atom bombasida zanjir reaktsiyasi materialning katta qismi boʻlinmaguncha kuchayadi. Bu juda tez sodir bo'lib, bunday bombalarga xos bo'lgan juda kuchli portlashlarni keltirib chiqaradi. Yadro reaktorining qurilmasi va ishlash printsipi zanjir reaktsiyasini boshqariladigan, deyarli doimiy darajada ushlab turishga asoslangan. U shunday yaratilganki, u atom bombasi kabi portlamaydi.
Zanjirli reaktsiya va tanqidiylik
Yadro boʻlinish reaktorining fizikasi shundan iboratki, zanjir reaktsiyasi neytronlar emissiyasidan keyin yadro boʻlinish ehtimoli bilan belgilanadi. Agar ikkinchisining populyatsiyasi kamaysa, bo'linish tezligi oxir-oqibat nolga tushadi. Bunday holda, reaktor subkritik holatda bo'ladi. Agar neytronlarning populyatsiyasi doimiy darajada saqlansa, bo'linish tezligi barqaror bo'lib qoladi. Reaktor og'ir holatda bo'ladi. Va nihoyat, agar neytronlarning populyatsiyasi vaqt o'tishi bilan o'ssa, bo'linish tezligi va quvvati ortadi. Yadro o'ta tanqidiy bo'ladi.
Yadro reaktorining ishlash printsipi quyidagicha. U ishga tushirilishidan oldin neytron populyatsiyasi nolga yaqin. Keyin operatorlar yadrodan boshqaruv novdalarini olib tashlashadi, bu esa yadroviy bo'linishni kuchaytiradi, bu esa vaqtincha tarjima qilinadi.reaktor o'ta kritik holatga. Nominal quvvatga erishgandan so'ng, operatorlar neytronlar sonini sozlab, nazorat novdalarini qisman qaytaradilar. Kelajakda reaktor kritik holatda saqlanadi. Uni to'xtatish kerak bo'lganda, operatorlar novdalarni to'liq kiritadilar. Bu parchalanishni bostiradi va yadroni subkritik holatga keltiradi.
Reaktor turlari
Dunyodagi aksariyat atom inshootlari energiya ishlab chiqaruvchi bo'lib, elektr energiyasi generatorlarini harakatga keltiradigan turbinalarni aylantirish uchun zarur bo'lgan issiqlikni ishlab chiqaradi. Shuningdek, ko'plab tadqiqot reaktorlari mavjud va ba'zi mamlakatlarda atom suv osti kemalari yoki suv osti kemalari mavjud.
Elektrostansiyalar
Ushbu turdagi reaktorlarning bir nechta turlari mavjud, ammo engil suv dizayni keng qo'llanilishini topdi. O'z navbatida, u bosimli suv yoki qaynoq suvdan foydalanishi mumkin. Birinchi holda, yuqori bosim ostida suyuqlik yadroning issiqligi bilan isitiladi va bug 'generatoriga kiradi. U erda birlamchi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan issiqlik ikkinchi darajaga o'tkaziladi, u ham suvni o'z ichiga oladi. Oxir-oqibat hosil bo'lgan bug' bug' turbinasi siklida ishchi suyuqlik vazifasini bajaradi.
Qaynash tipidagi reaktor to'g'ridan-to'g'ri energiya aylanishi printsipi asosida ishlaydi. Faol zonadan o'tadigan suv o'rtacha bosim darajasida qaynatiladi. To'yingan bug 'reaktor idishida joylashgan bir qator ajratgichlar va quritgichlar orqali o'tadi va bu uni havoga keltiradi.haddan tashqari qizib ketgan holat. O‘ta qizigan bug‘turbinani aylantirish uchun ishchi suyuqlik sifatida ishlatiladi.
Yuqori haroratli gaz bilan sovutilgan
Yuqori haroratli gaz bilan sovutilgan reaktor (HTGR) yadroviy reaktor boʻlib, uning ishlash printsipi yoqilgʻi sifatida grafit va yonilgʻi mikrosferalari aralashmasidan foydalanishga asoslangan. Ikkita raqobatdosh dizayn mavjud:
- Grafit qobig'idagi grafit va yoqilg'i aralashmasi bo'lgan 60 mm diametrli sharsimon yonilg'i xujayralaridan foydalanadigan nemis "plomba" tizimi;
- Amerika versiyasi grafit olti burchakli prizmalar koʻrinishida bir-biriga bogʻlanib, faol zona hosil qiladi.
Ikkala holatda ham sovutish suvi taxminan 100 atmosfera bosimida geliydan iborat. Germaniya tizimida geliy sferik yonilg'i elementlari qatlamidagi bo'shliqlardan, Amerika tizimida esa reaktorning markaziy zonasi o'qi bo'ylab joylashgan grafit prizmalarining teshiklari orqali o'tadi. Ikkala variant ham juda yuqori haroratlarda ishlashi mumkin, chunki grafit juda yuqori sublimatsiya haroratiga ega, geliy esa butunlay kimyoviy inertdir. Issiq geliy to'g'ridan-to'g'ri gaz turbinasida yuqori haroratda ishlaydigan suyuqlik sifatida qo'llanilishi yoki uning issiqligidan suv aylanishi bug'ini hosil qilish uchun ishlatilishi mumkin.
Suyuq metall yadro reaktori: sxema va ishlash printsipi
Natriy sovutgichli tez neytron reaktorlari 1960 va 1970-yillarda katta e'tiborga sazovor bo'lgan. Keyinularning yaqin kelajakda yadro yoqilg'isini qayta ishlab chiqarish qobiliyati jadal rivojlanayotgan atom sanoati uchun yoqilg'i ishlab chiqarish uchun zarur bo'lib tuyuldi. 1980-yillarda bu umid haqiqiy emasligi ma'lum bo'lgach, ishtiyoq susaydi. Biroq, bunday turdagi bir qancha reaktorlar AQSh, Rossiya, Frantsiya, Buyuk Britaniya, Yaponiya va Germaniyada qurilgan. Ularning aksariyati uran dioksidi yoki uning plutoniy dioksidi bilan aralashmasidan ishlaydi. Qo'shma Shtatlarda esa eng katta muvaffaqiyat metall yoqilg'ilar bilan bog'liq.
CANDU
Kanada oʻz saʼy-harakatlarini tabiiy urandan foydalanadigan reaktorlarga qaratdi. Bu boshqa mamlakatlar xizmatlariga murojaat qilish uchun uni boyitish zaruratini yo'q qiladi. Ushbu siyosatning natijasi deyteriy-uran reaktori (CANDU) edi. Unda nazorat qilish va sovutish og'ir suv bilan amalga oshiriladi. Yadro reaktorining qurilmasi va ishlash printsipi atmosfera bosimida sovuq D2O bo'lgan tankdan foydalanishdan iborat. Yadro tabiiy uran yoqilg'isi bilan tsirkonyum qotishmasidan yasalgan quvurlar bilan teshiladi, bu orqali og'ir suv uni sovutadi. Elektr quvvati og'ir suvdagi parchalanish issiqligini bug 'generatori orqali aylanadigan sovutish suviga o'tkazish orqali ishlab chiqariladi. Keyin ikkilamchi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan bug 'odatiy turbina aylanishidan o'tadi.
Tadqiqot oʻrnatishlari
Ilmiy tadqiqotlar uchun yadro reaktori ko'pincha ishlatiladi, uning printsipi suvni sovutish va sovutishdan iborat.agregatlar ko'rinishidagi lamelli uran yoqilg'i elementlari. Bir necha kilovattdan yuzlab megavattgacha bo'lgan keng quvvat darajasida ishlashga qodir. Elektr ishlab chiqarish tadqiqot reaktorlarining asosiy vazifasi bo'lmagani uchun ular yadrodagi neytronlarning hosil bo'lgan issiqlik energiyasi, zichligi va nominal energiyasi bilan tavsiflanadi. Aynan mana shu parametrlar tadqiqot reaktorining aniq tadqiqotlarni o'tkazish qobiliyatini aniqlashga yordam beradi. Kam quvvatli tizimlar odatda universitetlarda oʻquv maqsadlarida qoʻllaniladi, yuqori quvvatli tizimlar esa AR-GE laboratoriyalarida materiallar va unumdorlikni tekshirish va umumiy tadqiqotlar uchun zarur.
Eng keng tarqalgan tadqiqot yadro reaktori, tuzilishi va ishlash printsipi quyidagicha. Uning faol zonasi katta chuqur suv havzasining tubida joylashgan. Bu neytron nurlarini yo'n altirish mumkin bo'lgan kanallarni kuzatish va joylashtirishni soddalashtiradi. Kam quvvat darajasida sovutish suyuqligining qonini to'kishning hojati yo'q, chunki sovutish suyuqligining tabiiy konvektsiyasi xavfsiz ish holatini saqlab qolish uchun etarli issiqlik tarqalishini ta'minlaydi. Issiqlik almashtirgich odatda issiq suv to'planadigan hovuz yuzasida yoki tepasida joylashgan.
Kema oʻrnatishlari
Yadro reaktorlarining asl va asosiy ishlatilishi suv osti kemalarida. Ularning asosiy afzalligiqazib olinadigan yoqilg'i yonish tizimlaridan farqli o'laroq, ular elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun havo talab qilmaydi. Shu sababli, atom suv osti kemasi uzoq vaqt suv ostida qolishi mumkin, an'anaviy dizel-elektr suv osti kemasi esa havoda dvigatellarini ishga tushirish uchun vaqti-vaqti bilan suv yuzasiga ko'tarilishi kerak. Yadro energetikasi dengiz floti kemalariga strategik ustunlik beradi. Bu xorijiy portlarda yoki zaif tankerlardan yoqilg‘i quyish zaruratini yo‘q qiladi.
Suv osti kemasida yadro reaktorining ishlash printsipi tasniflangan. Biroq, ma'lumki, AQShda u yuqori darajada boyitilgan urandan foydalanadi va sekinlashtirish va sovutish engil suv bilan amalga oshiriladi. USS Nautilus yadroviy suv osti kemasining birinchi reaktorining dizayni kuchli tadqiqot inshootlari tomonidan kuchli ta'sir ko'rsatdi. Uning o'ziga xos xususiyatlari juda katta reaktivlik chegarasi bo'lib, u yonilg'i quyishsiz uzoq vaqt ishlashni va to'xtashdan keyin qayta ishga tushirish imkoniyatini ta'minlaydi. Suv ostidagi elektr stantsiyasi aniqlanmasligi uchun juda jim bo'lishi kerak. Turli toifadagi suv osti kemalarining o'ziga xos ehtiyojlarini qondirish uchun elektr stantsiyalarining turli modellari yaratilgan.
AQSh Harbiy-dengiz kuchlarining samolyot tashuvchilari yadro reaktoridan foydalanadi, uning printsipi eng yirik suv osti kemalaridan olingan deb hisoblanadi. Ularning dizayni tafsilotlari ham oshkor etilmagan.
AQShdan tashqari, Buyuk Britaniya, Fransiya, Rossiya, Xitoy va Hindiston yadroviy suv osti kemalariga ega. Har bir holatda, dizayn oshkor etilmagan, ammo ularning barchasi juda o'xshash deb ishoniladi - buularning texnik xususiyatlari uchun bir xil talablarning natijasidir. Rossiyada, shuningdek, Sovet suv osti kemalari bilan bir xil reaktorlarga ega bo'lgan kichik yadroviy muzqaymoqlar parki mavjud.
Sanoat qurilmalari
Plutoniy-239 qurolini ishlab chiqarish uchun yadroviy reaktor ishlatiladi, uning printsipi energiya ishlab chiqarishning past darajasi bilan yuqori mahsuldorlikka ega. Buning sababi plutoniyning yadroda uzoq vaqt qolishi keraksiz 240Pu to'planishiga olib keladi.
Tritiy ishlab chiqarish
Hozirda bunday tizimlar tomonidan ishlab chiqariladigan asosiy material tritiy (3H yoki T), vodorod bombalari uchun zaryad hisoblanadi. Plutonium-239 ning uzoq yarimparchalanish davri 24 100 yilni tashkil etadi, shuning uchun ushbu elementdan foydalanadigan yadroviy qurol arsenaliga ega bo'lgan mamlakatlarda ular kerak bo'lganidan ko'proq bo'ladi. 239Pu dan farqli oʻlaroq, tritiyning yarim yemirilish davri taxminan 12 yil. Shunday qilib, zarur zaxiralarni ta'minlash uchun vodorodning ushbu radioaktiv izotopi doimiy ravishda ishlab chiqarilishi kerak. Masalan, AQShda, Janubiy Karolina shtatidagi Savannah Riverda tritiy ishlab chiqaradigan bir nechta og'ir suv reaktorlari mavjud.
Suzuvchi quvvat bloklari
Olis izolyatsiya qilingan hududlarni elektr va bug 'isitish bilan ta'minlaydigan yadroviy reaktorlar yaratildi. Masalan, Rossiyada dastur topildiArktika jamoalariga xizmat ko'rsatish uchun maxsus mo'ljallangan kichik elektr stantsiyalari. Xitoyda 10 MVt quvvatga ega HTR-10 stansiyasi o‘zi joylashgan ilmiy-tadqiqot institutini issiqlik va quvvat bilan ta’minlaydi. Shvetsiya va Kanadada xuddi shunday imkoniyatlarga ega bo'lgan kichik boshqariladigan reaktorlar ishlab chiqilmoqda. 1960-1972 yillarda AQSh armiyasi Grenlandiya va Antarktidadagi masofaviy bazalarni quvvatlantirish uchun ixcham suv reaktorlaridan foydalangan. Ularning oʻrniga neft elektr stansiyalari qurildi.
Kosmik tadqiqotlar
Bundan tashqari, energiya ta'minoti va koinotda harakatlanish uchun reaktorlar ishlab chiqilgan. 1967 yildan 1988 yilgacha Sovet Ittifoqi Kosmos sun'iy yo'ldoshlariga uskunalar va telemetriyani quvvatlantirish uchun kichik yadroviy qurilmalarni o'rnatdi, ammo bu siyosat tanqid uchun nishonga aylandi. Ushbu sun'iy yo'ldoshlarning kamida bittasi Yer atmosferasiga kirib, Kanadaning chekka hududlarini radioaktiv ifloslanishga olib keldi. Qo'shma Shtatlar 1965 yilda faqat bitta yadroviy sun'iy yo'ldoshni uchirdi. Biroq, ularni chuqur kosmik parvozlarda, boshqa sayyoralarni boshqariladigan tadqiq qilishda yoki doimiy oy bazasida ishlatish bo'yicha loyihalar ishlab chiqilmoqda. Bu, albatta, gaz bilan sovutilgan yoki suyuq metall yadroviy reaktor bo'ladi, uning jismoniy printsiplari radiator hajmini minimallashtirish uchun zarur bo'lgan eng yuqori haroratni ta'minlaydi. Bundan tashqari, kosmik reaktor ishlatiladigan material miqdorini kamaytirish uchun iloji boricha ixcham bo'lishi kerakekranlash va uchirish va kosmik parvoz paytida og'irlikni kamaytirish uchun. Yoqilg'i zahirasi reaktorning kosmik parvozning butun davri davomida ishlashini ta'minlaydi.
