Устройство ядерного реактора схема: Принцип действия и устройство ядерного (атомного) реактора

Содержание

Принцип действия и устройство ядерного (атомного) реактора

Чтобы понять принцип работы и устройство ядерного реактора, нужно совершить небольшой экскурс в прошлое. Атомный реактор – это многовековая воплощенная, пусть и не до конца, мечта человечества о неисчерпаемом источнике энергии. Его древний «прародитель» — костер из сухих веток, однажды озаривший и согревший своды пещеры, где находили спасение от холода наши далекие предки. Позже люди освоили углеводороды – уголь, сланцы, нефть и природный газ.

Наступила бурная, но недолгая эпоха пара, которую сменила еще более фантастическая эпоха электричества. Города наполнялись светом, а цеха – гулом невиданных доселе машин, приводимых в движение электродвигателями. Тогда казалось, что прогресс достиг своего апогея.

Все изменилось в конце XIX века, когда французский химик Антуан Анри Беккерель совершенно случайно обнаружил, что соли урана обладают радиоактивностью. Спустя 2 года, его соотечественники Пьер Кюри и его супруга Мария Склодовская-Кюри получили из них радий и полоний, причем уровень их радиоактивности в миллионы раз превосходил показатели тория и урана.

Эстафету подхватил Эрнест Резерфорд, детально изучивший природу радиоактивных лучей. Так начинался век атома, явивший на свет свое любимое дитя – атомный реактор.

Первый ядерный реактор

«Первенец» родом из США. В декабре 1942 года дал первый ток реактор, которому досталось имя его создателя — одного из величайших физиков столетия Э. Ферми. Три года спустя в Канаде обрела жизнь ядерная установка ZEEP. «Бронза» досталась первому советскому реактору Ф-1, запущенному в конце 1946 года. Руководителем отечественного ядерного проекта стал И. В. Курчатов. Сегодня в мире успешно трудятся более 400 ядерных энергоблоков.

Типы ядерных реакторов

Их основное назначение – поддерживать контролируемую ядерную реакцию, производящую электроэнергию. На некоторых реакторах производятся изотопы. Если кратко, то они представляют собой устройства, в недрах которых одни вещества превращаются в другие с выделением большого количества тепловой энергии. Это своеобразная «печь», где вместо традиционных видов топлива «сгорают» изотопы урана – U-235, U-238 и плутоний (Pu).

В отличии, к примеру, от автомобиля, рассчитанного на несколько видов бензина, каждому виду радиоактивного топлива соответствует свой тип реактора. Их два – на медленных (с U-235) и быстрых (c U-238 и Pu) нейтронах. На большинстве АЭС установлены реакторы на медленных нейтронах. Помимо АЭС, установки «трудятся» в исследовательских центрах, на атомных субмаринах и опреснителях морской воды.

Как устроен реактор

У всех реакторов примерна одна схема. Его «сердце» — активная зона. Ее можно условно сравнить с топкой обычной печки. Только вместо дров там находится ядерное топливо в виде тепловыделяющих элементов с замедлителем – ТВЭЛов.

Активная зона находится внутри своеобразной капсулы — отражателе нейтронов. ТВЭЛы «омываются» теплоносителем – водой. Поскольку в «сердце» очень высокий уровень радиоактивности, его окружает надежная радиационная защита.

Операторы контролируют работу установки с помощью двух важнейших систем – регулирования цепной реакции и дистанционной системы управления. Если возникает нештатная ситуация, мгновенно срабатывает аварийная защита.

Как работает реактор

Атомное «пламя» невидимо, так как процессы происходят на уровне деления ядер. В ходе цепной реакции тяжелые ядра распадаются на более мелкие фрагменты, которые, будучи в возбужденном состоянии, становятся источниками нейтронов и прочих субатомных частиц. Но на этом процесс не заканчивается. Нейтроны продолжают «дробиться», в результате чего высвобождается большая энергия, то есть, происходит то, ради чего и строятся АЭС.

Основная задача персонала – поддержание цепной реакции с помощью управляющих стержней на постоянном, регулируемом уровне. В этом его главное отличие от атомной бомбы, где процесс ядерного распада неуправляем и протекает стремительно, в виде мощнейшего взрыва.

Что произошло на Чернобыльской АЭС

Одна из основных причин катастрофы на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 года – грубейшее нарушение эксплуатационных правил безопасности в процессе проведения регламентных работ на 4-м энергоблоке. Тогда из активной зоны было одновременно выведено 203 графитовых стержня вместо 15, разрешенных регламентом. В итоге, начавшаяся неуправляемая цепная реакция завершилась тепловым взрывом и полным разрушением энергоблока.

Реакторы нового поколения

За последнее десятилетие Россия стала одним из лидеров мировой ядерной энергетики. На данный момент госкорпорация «Росатом» ведет строительство АЭС в 12 странах, где возводятся 34 энергоблока. Столь высокий спрос – свидетельство высокого уровня современной российской ядерной техники. На очереди — реакторы нового 4-го поколения.

«Брест»

Один из них – «Брест», разработка которого ведется в рамках проекта «Прорыв».

Ныне действующие системы разомкнутого цикла работают на низкообогащенном уране, после чего остается большое количество отработанного топлива, подлежащего захоронению, что требует огромных затрат. «Брест» — реактор на быстрых нейтронах уникален замкнутым циклом.

В нем отработанное топливо после соответствующей обработки в реакторе на быстрых нейтронах опять становится полноценным топливом, которое можно загружать обратно в ту же установку.

«Брест» отличает высокий уровень безопасности. Он никогда не «рванет» даже при самой серьезной аварии, очень экономичен и экологически безопасен, поскольку повторно пользуется своим «обновленным» ураном. Его также невозможно использовать для наработки оружейного плутония, что открывает широчайшие перспективы по его экспорту.

ВВЭР-1200

ВВЭР-1200 – инновационный реактор поколения «3+» мощностью 1150 МВт. Благодаря своим уникальным техническим возможностям, он обладает практически абсолютной эксплуатационной безопасностью. Реактор в изобилии оснащен системами пассивной безопасности, которые сработают даже в отсутствии электроснабжения в автоматическом режиме.

Одна из них – система пассивного отведения тепла, которая автоматически активируется при полном обесточивании реактора. На этот случай предусмотрены аварийные гидроемкости. При аномальном падении давления в первом контуре в реактор начинается подача большого количества воды, содержащей бор, которая гасит ядерную реакцию и поглощает нейтроны.

Еще одно ноу-хау находится в нижней части защитной оболочки – «ловушка» расплава. Если все же в результате аварии активная зона «потечет», «ловушка» не позволит разрушиться защитной оболочке и предотвратит попадание радиоактивных продуктов в грунт.

Содержание

  • Первый ядерный реактор
  • Типы ядерных реакторов
  • Как устроен реактор
  • Как работает реактор
  • Что произошло на Чернобыльской АЭС
  • Реакторы нового поколения
    • Брест
    • ВВЭР-1200

Принцип работы ядерного (атомного) реактора.

Как и что заставляет работать ядерный реактор, устройство и схема кратко

Ядерный реактор работает слаженно и четко. Иначе, как известно, будет беда. Но что там творится внутри? Попытаемся сформулировать принцип работы ядерного (атомного) реактора кратко, четко, с остановками.

По сути, там творится тот же процесс, что и при ядерном взрыве. Только вот взрыв происходит очень быстро, а в реакторе все это растягивается на длительное время. В итоге все остается целым и невредимым, а мы получаем энергию. Не столько, чтобы все вокруг сразу разнесло, но вполне достаточную для того, чтобы обеспечить электричеством город.

 

Градирни АЭС

 

Прежде чем понять, как идет управляемая ядерная реакция, нужно узнать, что такое ядерная реакция вообще.

Ядерная реакция – это процесс превращения (деления) атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами и гамма-квантами.

Ядерные реакции могут проходить как с поглощением, так и с выделением энергии. В реакторе используются вторые реакции.

Ядерный реактор

– это устройство, назначением которого является поддержание контролируемой ядерной реакции с выделением энергии.

Часто ядерный реактор называют еще и атомным. Отметим, что принципиальной разницы тут нет, но с точки зрения науки правильнее использовать слово “ядерный”. Сейчас существует множество типов ядерных реакторов. Это огромные промышленные реакторы, предназначенные для выработки энергии на электростанциях, атомные реакторы подводных лодок, малые экспериментальные реакторы, используемые в научных опытах. Существуют даже реакторы, применяемые для опреснения морской воды.

 

Реактор

 

История создания атомного реактора

Первый ядерный реактор был запущен в не таком уж и далеком 1942 году. Произошло это в США под руководством Ферми. Этот реактор назвали “Чикагской поленницей”.

В 1946 году заработал первый советский реактор, запущенный под руководством Курчатова. Корпус этого реактора представлял собой шар семи метров в диаметре. Первые реакторы не имели системы охлаждения, и мощность их была минимальной. К слову, советский реактор имел среднюю мощность 20 Ватт, а американский – всего 1 Ватт. Для сравнения: средняя мощность современных энергетических реакторов составляет 5 Гигаватт. Менее чем через десять лет после запуска первого реактора была открыта первая в мире промышленная атомная электростанция в городе Обнинске.

 

Первый в мире ядерный реактор

 

Принцип работы ядерного (атомного) реактора

У любого ядерного реактора есть несколько частей: активная зона с топливом и замедлителем, отражатель нейтронов, теплоноситель, система управления и защиты. В качестве топлива в реакторах чаще всего используются изотопы урана (235, 238, 233), плутония (239) и тория (232).  Активная зона представляет собой котел, через который протекает обычная вода (теплоноситель). Среди других теплоносителей реже используется «тяжелая вода» и жидкий графит. Если говорить про работу АЭС, то ядерный реактор используется для получения тепла. Само электричество вырабатывается тем же методом, что и на других типах электростанций – пар вращает турбину, а энергия движения преобразуется в электрическую энергию.

Приведем ниже схему работы ядерного реактора.

 

Схема ядерного реактора на АЭС

 

Как мы уже говорили, при распаде тяжелого ядра урана образуются более легкие элементы и несколько нейтронов. Образовавшиеся нейтроны сталкиваются с другими ядрами, также вызывая их деление. При этом количество нейтронов растет лавинообразно.

Здесь нужно упомянуть коэффициент размножения нейтронов. Так, если этот коэффициент превышает значение, равное единице, происходит ядерный взрыв. Если значение меньше единицы, нейтронов слишком мало и реакция угасает. А вот если поддерживать значение коэффициента равным единице, реакция будет протекать долго и стабильно.

 

Цепная реакция

 

Вопрос в том, как это сделать? В реакторе топливо находится в так называемых тепловыделяющих элементах (ТВЭЛах). Это стержни, в которых в виде небольших таблеток находится ядерное топливо. ТВЭЛы соединены в кассеты шестигранной формы, которых в реакторе могут быть сотни. Кассеты с ТВЭЛами располагаются вертикально, при этом каждый ТВЭЛ имеет систему, позволяющую регулировать глубину его погружения в активную зону. Помимо самих кассет среди них располагаются управляющие стержни и стержни аварийной защиты. Стержни изготовлены из материала, хорошо поглощающего нейтроны. Так, управляющие стержни могут быть опущены на различную глубину в активной зоне, тем самым регулируя коэффициент размножения нейтронов. Аварийные стержни призваны заглушить реактор в случае чрезвычайной ситуации.

 

ТВЭЛы, помещенные в топливную кассету

 

Как запускают ядерный реактор?

С самим принципом работы мы разобрались, но как запустить и заставить реактор функционировать? Грубо говоря, вот он – кусок урана, но ведь цепная реакция не начинается в нем сама по себе. Дело в том, что в ядерной физике существует понятие

критической массы.

 

Ядерное топливо

 

Критическая масса – это необходимая для начала цепной ядерной реакции масса делящегося вещества.

При помощи ТВЭЛов и управляющих стержней в ректоре сначала создается критическая масса ядерного топлива, а потом реактор в несколько этапов выводится на оптимальный уровень мощности.

В данной статье мы постарались дать Вам общее представление об устройстве и принципе работы ядерного (атомного) реактора. Если у Вас остались вопросы по теме или в университете задали задачу по ядерной физике – обращайтесь к специалистам нашей компании. Мы, как обычно, готовы помочь Вам решить любой насущный вопрос по учебе. А пока мы этим занимаемся, Вашему вниманию очередное образовательное видео!

 

ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР • Большая российская энциклопедия

Авторы: О. Ю. Кочнов

Я́ДЕРНЫЙ РЕА́КТОР, уст­рой­ст­во, в ко­то­ром осу­ще­ст­в­ля­ет­ся управ­ляе­мая ядер­ная цеп­ная ре­ак­ция де­ле­ния. Пер­вый в ми­ре Я. р. скон­ст­руи­ро­ван и за­пу­щен в 1942 в Чи­ка­го (США) под рук. Э. Фер­ми. В СССР пер­вый Я. р. по­стро­ен в 1946 под рук. И. В. Кур­ча­то­ва.

Цеп­ная ядер­ная ре­ак­ция в Я. р. идёт под дей­ст­ви­ем ней­тро­нов. Для осу­ще­ст­в­ле­ния управ­ляе­мой ре­ак­ции не­об­хо­ди­мы сле­дую­щие ком­по­нен­ты: ядер­ное то­п­ли­во, за­мед­ли­тель ней­тро­нов (умень­шаю­щий энер­гию ней­тро­нов до не­об­хо­ди­мых для ре­ак­ции де­ле­ния зна­че­ний) и те­п­ло­но­си­тель для от­во­да те­п­ло­ты из ак­тив­ной зо­ны ре­ак­то­ра. Яд­ро 235U под дей­ст­ви­ем ней­тро­на де­лит­ся, ис­пус­кая 2–3 ней­тро­на и вы­де­ляя те­п­ло­вую энер­гию. Ис­пу­щен­ные ней­тро­ны в свою оче­редь вы­зы­ва­ют де­ле­ние сле­дую­щих ядер 235U. Вы­де­лен­ная те­п­ло­та от­во­дит­ся те­п­ло­но­си­те­лем, в те­п­ло­об­мен­ных ап­па­ра­тах ге­не­ри­ру­ет­ся пар, по­сту­паю­щий на тур­би­ну. При ра­бо­те Я. р. об­ра­зу­ют­ся так­же со­пут­ст­вую­щие α -, β -, γ -из­лу­че­ния, за­щи­той от ко­то­рых слу­жит шах­та ре­ак­то­ра.

По ти­пу ак­тив­ной зо­ны Я. р. под­раз­де­ля­ют на ге­те­ро­ген­ные ре­ак­то­ры и го­мо­ген­ные ре­ак­то­ры; по на­зна­че­нию – на энер­ге­ти­че­ские, про­мыш­лен­ные и ис­сле­до­ва­тель­ские; по ти­пу те­п­ло­но­си­те­ля – на во­дя­ные, га­зо­вые и жид­ко­ме­тал­ли­че­ские; по энер­гии ней­тро­нов – на ре­ак­то­ры на те­п­ло­вых ней­тро­нах, ре­ак­то­ры на про­ме­жу­точ­ных ней­тро­нах и ре­ак­то­ры на бы­ст­рых ней­тро­нах; по ко­ли­че­ст­ву кон­ту­ров те­п­ло­но­си­те­ля – на од­но-, двух- и трёх­кон­тур­ные. Не­ко­то­рые Я. р. (ре­ак­то­ры-раз­мно­жи­те­ли) в про­цес­се ра­бо­ты спо­соб­ны са­ми вос­про­из­во­дить вто­рич­ное ядер­ное то­п­ли­во, ко­то­рое мо­жет быть ис­поль­зо­ва­но впо­след­ст­вии; к та­ким Я. р. от­но­сят­ся ре­ак­то­ры на бы­ст­рых ней­тро­нах БН-600, БН-800.

Осн. при­ме­не­ние Я. р. – вы­ра­бот­ка элек­тро­энер­гии. Кпд Я. р. дос­ти­га­ет 31,7% (во­до-во­дя­ной энер­ге­тич. ре­ак­тор ВВЭР-1000). Пер­вая в ми­ре АЭС мощ­но­стью 5 МВт бы­ла за­пу­ще­на в СССР в 1954 (см. Об­нин­ская атом­ная элек­тро­стан­ция). Обо­ру­до­ва­ние кон­ту­ра ге­не­ра­ции элек­тро­энер­гии АЭС ана­ло­гич­но обо­ру­до­ва­нию ти­по­вой ТЭС. Те­п­ло­вая энер­гия ути­ли­зи­ру­ет­ся в ат­мо­сфе­ру по­сред­ст­вом во­до­хра­ни­лищ, пру­дов-ох­ла­ди­те­лей, гра­ди­рен и др.

Рис. В. С. Давыдова Схема ядерного реактора ВВЭР-1000: 1 – привод системы управления и защиты; 2 – крышка реактора; 3 – корпус реактора; 4 – блок защитных труб; 5 – шахта; 6 – выгородк…

Те­п­ло­вы­де­ляю­щие эле­мен­ты (твэл) Я.  р. раз­ли­ча­ют по ти­пам: труб­ча­тые, стерж­не­вые, пла­стин­ча­тые, ша­ро­вые и др. Для разл. ти­пов твэ­лов ис­поль­зу­ют ядер­ное то­п­ли­во раз­но­го обо­га­ще­ния: от 2 до 90%. Обыч­но твэ­лы со­би­ра­ют в осо­бые кон­ст­рук­ции – те­п­ло­вы­де­ляю­щие сбор­ки (ТВС). Гл. ча­стью Я. р. слу­жит ак­тив­ная зо­на, в ко­то­рой про­те­ка­ет управ­ляе­мая ре­ак­ция де­ле­ния. Ак­тив­ная зо­на со­сто­ит из ТВС, ус­та­нов­лен­ных в со­от­вет­ст­вую­щих ячей­ках или ка­на­лах, и рас­по­ла­га­ет­ся в кор­пу­се, по­ме­щае­мом в шах­ту из «тя­жё­ло­го» бе­то­на. Осн. обо­ру­до­ва­ние Я. р. раз­ме­ща­ет­ся в гер­ме­тич­ном со­ору­же­нии, пре­дот­вра­щаю­щем вы­ход ра­дио­ак­тив­ных ве­ществ в ок­ру­жаю­щую сре­ду при на­ру­ше­нии нор­маль­ной экс­плуа­та­ции или в ава­рий­ных си­туа­ци­ях (рис.). Те­п­ло­от­вод осу­ще­ст­в­ля­ет­ся глав­ны­ми цир­ку­ля­ци­он­ны­ми на­со­са­ми. В про­цес­се ра­бо­ты Я. р. от­ра­бо­тан­ное то­п­ли­во не­об­хо­ди­мо пе­рио­ди­че­ски из­вле­кать и за­гру­жать све­жее. Для разл. ти­пов Я. р. су­ще­ст­ву­ют раз­ные спо­со­бы пе­ре­груз­ки ТВС: пе­рио­ди­че­ский (1 раз в год) и не­пре­рыв­ный.

Управ­ле­ние цеп­ной ядер­ной ре­ак­ци­ей обес­пе­чи­ва­ют стерж­ни, на­пол­нен­ные по­гло­ти­те­лем ней­тро­нов (кар­бид бо­ра, кад­мий, ев­ро­пий и др.). Стерж­ни обыч­но рас­по­ла­га­ют­ся в верх­ней час­ти Я. р. и вво­дят­ся в ак­тив­ную зо­ну свер­ху вниз, хо­тя бы­ва­ет и го­ри­зон­таль­ная ком­по­нов­ка стерж­ней. Ино­гда стерж­ни из­го­тав­ли­ва­ют в ви­де тон­ких из­де­лий и раз­ме­ща­ют пря­мо внут­ри ТВС. В до­пол­не­ние к стерж­ням для вы­рав­ни­ва­ния по­ля ней­трон­но­го по­то­ка, а так­же для умень­ше­ния ко­ли­че­ст­ва по­гло­щаю­щих стерж­ней мо­жет быть ис­поль­зо­ван жид­кий по­гло­ти­тель ней­тро­нов (напр., рас­твор бор­ной ки­сло­ты), ко­то­рый вы­во­дит­ся из кон­ту­ра в про­цес­се ра­бо­ты Я. р. В не­ко­то­рых ти­пах Я. р. ис­поль­зу­ют­ся вы­го­раю­щие по­гло­ти­те­ли, ус­та­нав­ли­вае­мые в ячей­ках ак­тив­ной зо­ны вме­сто штат­ных ТВС.

В Я. р. пре­ду­смот­ре­на ава­рий­ная за­щи­та, так­же обес­пе­чи­вае­мая по­гло­щаю­щи­ми стерж­ня­ми. Ино­гда до­пус­ка­ет­ся со­вме­ще­ние функ­ций стерж­ней управ­ле­ния и ава­рий­ной за­щи­ты. Вре­мя по­гру­же­ний стерж­ней в ак­тив­ную зо­ну Я. р. со­став­ля­ет неск. се­кунд (3–4 с для ВВЭР-1000). При опус­ка­нии стерж­ней в ак­тив­ную зо­ну ре­ак­ция де­ле­ния ядер пре­кра­ща­ет­ся и Я. р. ос­та­нав­ли­ва­ет­ся, по­сле че­го не­об­хо­ди­мо снять ос­та­точ­ное энер­го­вы­де­ле­ние из ак­тив­ной зо­ны, ко­то­рое в мо­мент ос­та­но­ва со­став­ля­ет ок. 6% от но­ми­наль­но­го уров­ня мощ­но­сти и за­тем экс­по­нен­ци­аль­но умень­ша­ет­ся.

При ра­бо­те Я. р. об­ра­зу­ют­ся жид­кие, твёр­дые и га­зо­об­раз­ные про­дук­ты де­ле­ния, тре­бую­щие ути­ли­за­ции. Га­зы по­сле фильт­ро­ва­ния (в осн. от 131I) вы­бра­сы­ва­ют­ся в ок­ру­жаю­щую сре­ду че­рез вен­тиля­ци­он­ную тру­бу; жид­ко­сти кон­ди­цио­ни­ру­ют и от­прав­ля­ют на спец. пред­при­ятия для под­го­тов­ки к дли­тель­но­му хра­не­нию. Твёр­дые ра­дио­ак­тив­ные от­хо­ды сор­ти­ру­ют по сте­пе­ни ак­тив­но­сти для по­сле­дую­щей от­прав­ки на дли­тель­ное хра­не­ние. От­ра­бо­тан­ное ядер­ное то­п­ли­во вы­дер­жи­ва­ют в хра­ни­ли­щах для спа­да ра­дио­ак­тив­но­сти и за­тем пе­ре­да­ют на ре­ге­не­ра­цию. Из ТВС из­вле­ка­ют не­вы­го­рев­шее то­п­ли­во, ко­то­рое слу­жит сырь­ём для из­го­тов­ле­ния но­вых ТВС.

Я. р. ис­поль­зу­ют так­же для про­из-ва ра­дио­нук­ли­дов ме­ди­цин­ско­го (99Мо, 131I и др.) и тех­ни­че­ско­го (60Co, 192Ir и др.) на­зна­че­ния. В ме­ди­ци­не ра­дио­нук­ли­ды, дос­тав­ляе­мые с Я. р., при­ме­ня­ют для ди­аг­но­сти­ки и ле­че­ния он­ко­ло­гич. за­бо­ле­ва­ний.

Урок 22. принцип действия ядерных реакторов – Естествознание – 11 класс

Естествознание, 11 класс

Урок 22. Принцип действия ядерных реакторов

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

  • Ядра каких атомов участвуют в реакциях в ядерных реакторах;
  • Типы ядерных реакторов;
  • Принцип действия ядерного реактора;

Глоссарий по теме:

Ядерный реактор – это устройство, назначением которого является поддержание контролируемой ядерной реакции с выделением энергии.

Реактор на быстрых нейтронах – ядерный реактор, в активной зоне которого нет замедлителей нейтронов.

Реактор на медленных нейтронах – ядерный реактор, активная зона которого, кроме ядерного горючего содержит еще замедлитель нейтронов.

Отражатель – конструктивная часть ядерного реактора, окружающая активную зону, предотвращая утечку нейтронов в окружающую среду.

Активная зона – центральная часть реактора, в которой протекает самоподдерживающаяся цепная реакция деления и выделяется энергия.

Замедлитель – вещество с малой атомной массой, служащее для замедления, образующихся при делении ядер нуклидов, нейтронов с высокой энергией (0,5-10 МэВ) до тепловых энергий (менее 1 эВ).

Теплоноситель – жидкое или газообразное вещество, применяемое для передачи тепловой энергии.

Регулирующие стержни – Конструктивная часть ядерного реактора, обеспечивающая частичное поглощение нейтронов в активной зоне для регулирования цепной реакции.

Парогенератор – теплообменный аппарат для производства водяного пара с давлением выше атмосферного за счёт теплоты первичного теплоносителя, поступающего из ядерного реактора.

Турбина – лопаточная машина, в которой происходит преобразование кинетической энергии и/или внутренней энергии рабочего тела (пара, газа, воды) в механическую работу на валу.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

  • Естествознание. 11 класс: Учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2017 – §35, С. 112-113.
  • Физика. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. учреждений: базовый уровень; профильный уровень/А.В. Грачев, В.А. Погожев, А.М. Салецкий и др.- Вентана-Граф, 2011

Теоретический материал для самостоятельного изучения

2 августа 1939 года знаменитый физик-теоретик Альберт Эйнштейн отправил президенту США Франклину Рузвельту письмо с просьбой о помощи физикам. В письме обращалось внимание на активные исследования нацистской Германии в области ядерной физики, благодаря которым у Германии может в скором времени появится атомная бомба. Эйнштейн вместе с физиками Лео Силардом, Юджином Вигнером и Эдвардом Теллером призывали к началу широкомасштабных атомных исследований в США.

В том же 1939 году под руководством Энрико Ферми начались работы по созданию ядерного реактора.

Исследования привели к открытию самоподдерживающейся реакции на основе деления ядер урана под воздействием нейтронов почти сразу после постройки реактора, но были направлены не в мирное русло, как альтернативный источник энергии. Первоочередной задачей было создание нового оружия- атомной бомбы, работа над которой затянулась на 3 года и была представлена лишь в 1945 году. Сложность заключалась в нахождении правильных веществ. Для осуществления ядерной реакции можно использовать Уран-235, Уран-233, Уран-238, Плутоний-239, Теорий-232…

Поясняя содержание таблицы:

Быстрые нейтроны– нейтроны, движущиеся со скоростями больше 14 000 км/с. Испускаются в процессе деления ядер. Медленные нейтроны– нейтроны, движущиеся со скоростями около 2 км/с.

Из содержания таблицы следует, что если проводить реакцию, используя только быстрые нейтроны, то лучшим горючим являются ядра Уран-235, Уран-233 и Плутоний-239, но их распространенность в природе крайне мала. Уран-238 и Теорий-232 подвергаются делению ядер с малой долей вероятности. Реакцию Урана-235 нейтрализует Уран-238, содержащийся в нем.

Первый способ решить проблему – обогащение урана. Это сложно и дорого. Метод заключается в удалении из смеси Урана-238 с Ураном-235 Урана-238.

Второй способ– осуществление реакции по средствам замедления нейтронов.

Медленными нейтронами воздействовать на Уран-235, в котором вероятность деления становится больше. Уран-238 в процессе реакции образует Плутоний -239. Из Тория-232 помимо энергии образуются ядра Урана-233, используемы как ядерное топливо.

Именно из-за сложности, разносторонности проблемы, большой стоимости и опасности исследования атомная бомба разрабатывалась столь долгий срок.

Теперь разберемся с конструкцией ректоров.

Выделяют два основных типа реакторов: реакторы, работающие на быстрых нейтронах, и реакторы, работающие на медленных нейтронах.

В реакторах на быстрых нейтронах используется обогащенный уран, в котором доля Урана-235 больше 15% от общего количества обогащенного урана. Возможно использование Плутония-239.

В реакторах на быстрых нейтронах в активной зоне находится топливо. В реакторах на медленных электронах в активной зоне так же помещается замедлитель нейтронов.

В качестве замедлителя обычно используют графит или воду.

Вода используется и как теплоноситель, отводя тепло от ядерного горючего, но поглощает радиацию.

Радиоактивная нагретая вода нагревает чистую воду до состояния пара, вода первичного контура циркулирует по кругу.

В реакторах на быстрых нейтронах вместо воды, как теплоноситель, используется жидкий металл, например, натрий.

Важный аспект работы реактора- регуляция его мощности: вывод на полную мощность или полная остановка. Регуляция происходит за счет частичного поглощения нейтронов. Для этого в активную зону вводят и выводят регулирующие стержни.

Регулирующие стержни состоят из вещества, хорошо поглощающего нейтроны, например, кадмия или бора.

Все команды, касающиеся управления реактором, отдаются с системы управления.

Система управления – это множество датчиков и механизмов, приводящих в движение регулирующие стержни. Большинство вычислительных операций берет на себя система, но последнее слово остается за человеком.

Применение ядерной энергии в мирных целях было осуществлено в СССР 26 июня 1954 года. Первой АЭС стала Обнинская АЭС, выведенная из эксплуатации лишь 29 апреля 2002 года.

На данный момент в мире эксплуатируется 192 атомных электростанции с 451 энергоблоком.

Разбор решения заданий:

Задание 1: Вставьте пропущенные слова: «Реактор на медленных нейтронах – ядерный реактор, ______________ зона которого, кроме ядерного горючего содержит еще ___________ _________________».

Правильный вариант:

Активная, замедлитель нейтронов.

Задание 2: Выберите и подчеркните конструктивные элементы, входящие в активную зону реактора

Варианты ответов:

  1. Отражатель
  2. Регулирующие стержни
  3. Парогенератор
  4. Замедлитель

Правильные варианты: 1), 2), 4)

::3.5 .

“”

..

 &nbsp 1.
 &nbsp 2
 &nbsp 3 .
 &nbsp &nbsp 3. 1
 &nbsp &nbsp 3.2
 &nbsp &nbsp 3.3
 &nbsp &nbsp 3.4
 &nbsp &nbsp 3.5 .
 &nbsp &nbsp 3.6
 &nbsp 4
 

3.5 .

В природе имеется три изотопа урана и тория, которые могут служить ядерным топливом или сырьем для его получения:

1)  — в естественном уране его содержится примерно 0,7%;

2)  — в естественном уране его содержится примерно 99,3% — используется для получения трансуранового элемента плутония по схеме: 

3)  — служит сырьем для получения искусственного ядерного топлива  по схеме:

Устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер, называется ядерным (или атомным) реактором. Схема ядерного реактора на медленных нейтронах приведена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Схема устройства ядерного реактора на медленных нейтронах

Хотите посмотреть как работает ядерный реактор? 

 

 

 

 

Ядерная реакция протекает в активной зоне реактора, которая заполнена замедлителем и пронизана стержнями, содержащими обогащенную смесь изотопов урана с повышенным содержанием урана-235 (до 3 %). В активную зону вводятся регулирующие стержни, содержащие кадмий или бор, которые интенсивно поглощают нейтроны. Введение стержней в активную зону позволяет управлять скоростью цепной реакции.

Активная зона охлаждается с помощью прокачиваемого теплоносителя, в качестве которого может применяться вода или металл с низкой температурой плавления (например, натрий, имеющий температуру плавления 98°C). В парогенераторе теплоноситель передает тепловую энергию воде, превращая ее в пар высокого давления, который направляется в турбину, соединенную с электрогенератором, а из турбины поступает в конденсатор. Во избежание утечки радиации контуры теплоносителя I и парогенератора II работают по замкнутым циклам.

Турбина атомной электростанции является тепловой машиной, определяющей в соответствии со вторым законом термодинамики общую эффективность станции. У современных атомных электростанций коэффициент полезного действия приблизительно равен Следовательно, для производства 1000 МВт электрической мощности тепловая мощность реактора должна достигать 3000 МВт. 2000 МВт должны уносится водой, охлаждающей конденсатор. Это приводит к локальному перегреву естественных водоемов и последующему возникновению экологических проблем.

Однако, главная проблема состоит в обеспечении полной радиационной безопасности людей, работающих на атомных электростанциях, и предотвращении случайных выбросов радиоактивных веществ, которые в большом количестве накапливаются в активной зоне реактора. При разработке ядерных реакторов этой проблеме уделяется большое внимание. Тем не менее, после аварий на некоторых АЭС, в частности на АЭС в Пенсильвании (США, 1979 г.) и на Чернобыльской АЭС (1986 г.), проблема безопасности ядерной энергетики встала с особенной остротой.

Наряду с ядерным реактором, работающим на медленных нейтронах, большой практический интерес представляют реакторы, работающие без замедлителя на быстрых нейтронах. В таких реакторах ядерным горючим является обогащенная смесь, содержащая не менее 15 % изотопа  Преимущество реакторов на быстрых нейтронах состоит в том, что при их работе ядра урана-238, поглощая нейтроны, посредством двух последовательных β–-распадов превращаются в ядра плутония, которые затем можно использовать в качестве ядерного топлива: 

Коэффициент воспроизводства таких реакторов достигает 1,5, т. е. на 1 кг урана-235 получается до 1,5 кг плутония. В обычных реакторах также образуется плутоний, но в гораздо меньших количествах.

Первый ядерный реактор был построен в 1942 году в США под руководством Э. Ферми. В нашей стране первый реактор был построен в 1946 году под руководством И. В. Курчатова.

ЧАЭС: Тип и устройство реактора

Рейтинг:   / 167

ПлохоОтлично 

Подробности
Родительская категория: ЧАЭС
Категория: ЧАЭС сегодня

Использование ядерной энергии для получения электроэнергии осуществляется при помощи специальных аппаратов, которые называют ядерными реакторами. В реакторе процесс высвобождения энергии идет постепенно, поскольку в цепной реакции деления нейтроны освобождаются не одновременно. Большая часть нейтронов образуется менее чем через 0,001 секунды – это так называемые мгновенные нейтроны. Другая часть (около 0,7%) образуется через 13 секунд – это запоздалые нейтроны. Именно они дают возможность регулировать скорость прохождения цепной реакции при помощи специальных стержней, которые поглощают избыток нейтронов. Стержни вводятся в активную зону реактора и стабилизируют процесс размножение нейтронов на безопасном уровне.

 

Что собой представляет ядерный реактор?

Существует две основные категории реакторов – реакторы на тепловых (медленных) нейтронах и реакторы на быстрых нейтронах. В дальнейшем речь будет идти о реакторах на тепловых нейтронах

Основным элементом ядерного реактора является активная зона, в которую загружают тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы). В этих элементах и происходит цепная реакция. ТВЭЛ реактора РБМК – это циркониевая трубка диаметром 10 мм и длинной 3,5 м. В трубке помещены таблетки двуокиси урана (UO2). ТВЭЛы размещены в замедлителе. В реакторах РБМК Чернобыльской АЭС в качестве замедлителя используют графит. К слову, именно это существенно усугубило ситуацию в апреле 1986 года. В конструкциях других атомных реакторов в качестве замедлителя используют воду.

Тепло, которое выделяется в ТВЭЛах в результате деления урана, отводится при помощи теплоносителя (например, водой). Теплоноситель непрерывно циркулирует сквозь активную зону. Через реактор РБМК-1000 ежечасно проходить 37500 м3 воды. Управление работой реактора осуществляется при помощи системы управления и защиты (СУЗ). СУЗ обеспечивает запуск, остановку реактора а также осуществляет регулирование его мощности. К ней относятся стержни, которые наполнены веществом сильно поглощающем нейтроны (кадмий, бор и т.д.). Введение в активную зону стержней приводит к остановке реактора, а извлекая их из реактора осуществляется регулировка мощности. Для реакторов на тепловых нейтронах характерным является наличие замедлителя в активной зоне (вода и графит).

Существует большое количество других типов реакторов, которые отличаются конструкцией, типом теплоносителя, энергией используемых нейтронов и т.д.

Принципиальная схема устройства ядерного реактора (активной зоны) представлена на рисунке.

Тип ядерного реактора на ЧАЭС

На Чернобыльской АЭС было установлено четыре реактора РБКМ-1000. Аббревиатура РБМК – реактор большой мощности канальный. Цифра 1000 указывает мощность энергетической установки, которая способна генерировать 1000 мегаватт электроэнергии в час. Необходимо отметить, что ядерный реактор, кроме энергетической мощности имеет тепловую мощность выделения тепла в реакторе. Тепловая энергия составляет 3000 мегаватт. Используя эти два значения (значения тепловой и энергетической мощности) можно легко рассчитать коэффициент полезного действия ядерного реактора РБКМ–1000 – 31%.

Важной особенностью устройства РБМК является наличие каналов в активной зоне, по которым движется теплоноситель (вода). То есть, наличие каналов в толще замедлителя дает возможность двигаться теплоносителю, который нагреваясь превращается в пар, который в свою очередь вырабатывает электроэнергию. Такая схема генерации энергии позволила сконструировать мощные реакторы. Так, активная зона РБМК имеет вид вертикального цилиндра высотой 7 метров, а диаметр 11,8 метров. Весь внутренний объем реактора заполнен графитовыми блоками размерами 25x25x60 см3. Общий вес графита в реакторе составляет 1850 тонн.

Графитовые блоки имеют в центре цилиндрическое отверстие, через которое проходит канал с водой, которая является теплоносителем. Графитовые блоки, которые находятся на периферии реактора отверстий и каналов не имеют. Эти блоки играют роль отражателя. Толщина этого слоя один метр.

Графитовая кладка окружена цилиндрическим металлическим баком с водой. Он играет роль биологической защиты. Графит опирается на плиту, которая состоит из металлоконструкций, а сверху графит также накрыт подобной плитой. Верхняя плита, для защиты от излучений, накрыта дополнительным настилом.

ЧАЭС: Устройство реактора РБМК

 

Общее устройство реактора РБМК:

1 – опорная металлоконструкция;

2 – индивидуальные водяные трубопроводы;

3 – нижняя металлоконструкция;

4 – боковая биологическая защита;

5 – графитовая кладка;

6 – барабан-сепаратор;

7 – индивидуальные пароводяные трубопроводы;

8 – верхняя металлоконструкция;

9 – разгрузочно-загрузочная машина;

10 – верхнее центральное перекрытие;

11 – верхнее боковое перекрытие;

12 – система контроля герметичности оболочек твэлов;

13 – главный циркуляционный насос.

 В реакторах типа РБМК находится 1661 канал в которых размещены кассеты с ядерным топливом. Ядерное топливо – двуокись урана, который запечен в виде таблеток. Такие таблетки имеют диаметр около одного сантиметра и высотой полтора сантиметра. Таблетки собирают в колону в количестве двухсот штук и загружают в ТВЭЛ. ТВЭЛ – пустотелый циркониевый цилиндр с примесью (1%) ниобия, длинной 3,5 метра и диаметров 13,5 мм. 36 ТВЭЛов собирают в кассету, которая вставляется в канал реактора. Общий вес урана, который при этом загружается в реактор – 190 тонн. В других 211 каналах реактора двигаются стержни-поглотители.

Литературные источники:

  • Бар’яхтар В.Г. та ін. Радіація. Що ми про неї знаємо? / В.Г.Бар’яхтар, В.І. Стрижак, В.О.Поярков. К.: Наук.думка, 1991. – 32 с.
  • Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика: В 2-х т. Т.1. Физика атомного ядра. – М.: Атомиздат, 1974 – 584 с.
  • Пристер Б.С., Лощилов Н.А., Немец О.Ф., Поярков В.А. Основы сельскохозяйственной радиологии. – Киев: Урожай, 1988. – 256 с.

Nuclear Reactor Diagram – Bilder und Stockfotos

39Bilder

  • Bilder
  • Fotos
  • Grafiken
  • Vektoren
  • Videos
AlleEssentials

Niedrigster Preis

Signature

Beste Qualität

Durchstöbern Sie 39

nuclear reactor diagram Stock -Фотография и фотографии. Oder starten Sie eine neuesuche, um noch mehr Stock-Photografie und Bilder zu entdecken.

наука о виртуальной реальности forschungskonzept. hud-display-arbeiten zur projekt-augmented-reality. 3D атомный точный цифровой анализ цифровых данных. онлайн-медицина-технология-вектор-иллюстрация – схема ядерного реактора сток-график, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Наука виртуальной реальности Forschungskonzept. HUD-Display-Arbeiten…

диаграмма с kernreaktion – схема ядерного реактора стоковая графика, -клипарт, -мультфильмы и -symbole , -clipart, -cartoons und -symbole

AKW-Reaktorbereich

komponenten des kernreaktors – схема ядерного реактора stock-grafiken, -clipart, -cartoons und -symbole

Componenten des Kernreaktors

Die durch die Uranspaltung freigesetzte Energie erwärmt das Wasser. Dampf wird dann verwendet, um Stromgeneratoren zu drehen und Strom zu erzeugen. Physik Illustration

kernenergie: kernspaltung und kernfusion konzept диаграммы, flash vektor-illustration. – схемы ядерных реакторов, стоковые графики, клипарты, карикатуры и символы

Kernenergie: Kernspaltung und Kernfusion Konzept Diagramm,…

Kernenergie: Konzeptdiagramm für Spaltung und Fusion, flash Vektorillustration. Trennen und Kombinieren von Atomen.

термоядерный реактор-схема. вектор. Weg zu Neuer Energy. gerät, das energie aus der thermonuklearen verschmelzung von wasserstoff zu erhält гелия. – Схема ядерного реактора, графика, клипарт, мультфильмы и символы

Thermonuclear Fusionsreaktor-Diagramm. Вектор. Weg zu neuer…

Схема термоядерных термоядерных реакторов. Векториллюстрация. Weg zu Neuer Energie. Gerät, das Energie aus der thermonuclearen Fusion von Wasserstoff zu Helium erhält. Saubere Energie

kernfusionsreaktionsprozess vektorbild – схема ядерного реактора стоковые графики, -клипарты, -мультфильмы и -символы Abbildung eines Kernfusionsprozesses. Kernenergiediagramm der Kernfusionsreaktion.

kernkraftprozess – схема ядерного реактора стоковая графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Kernkraftprozess

nukleare fusion – схема ядерного реактора стоковая графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Nukleare Fusion

biogasproduktionsprozess von der der sammlung von lebensmittelabfällen über die anaerobe vergärung bis hin zur biomethanproduktion. – диаграмма ядерного реактора – графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Biogasproduktionsprozess von der Sammlung von Lebensmittelabfällen

biogasverbrauch im energieverbrauch, cartoon-infografik, flash vektorillustration auf weißemhintergrund. – схема ядерного реактора: стоковые графики, клипарты, мультфильмы и символы

Biogasverbrauch im Energieverbrauch, Cartoon-Infografik, flash…

Industrie – Схема атомного реактора – графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Industrie

Pflanzen-Infografiken Vectorillustration mit Set-Design und dekorativen isolierten Elemen

neue energiequellen. glühbirne und ölsymbol. вектор-дизайн. – Схемы ядерных реакторов – графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

neue Energiequellen. Glühbirne und Ölsymbol. Вектор-Дизайн.

biogas-infografik, schema der verwendung von flachem stil, vektorillustration – схема ядерного реактора, графика, клипарт, мультфильмы и символы

Biogas-Infografik, Schema der Verwendung von flachem Stil,…

infografik цу альтернативной энергии. диаграмма zur stromerzeugung aus grünen quellen. Фабрикен и Мюлен. натуральное крафте. соненколлекторен. reduzierung der produktion окаменелость brennstoffe. вектор-концепт – схема ядерного реактора сток-график, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Infografik цу альтернативной энергетики. Diagramme zur…

kernspaltungsprozess vektorbild – схема ядерного реактора сток-график, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Kernspaltungsprozess Vektorbild

Vektorbild der Kernspaltungsreaktion. Abbildung eines Kernspaltungsprozesses. Kernenergiediagramm der Kernspaltungsreaktion.

солнечная панель и схема термоядерного синтеза. geräte, die energie aus der thermonuklearen verschmelzung von wasserstoff в гелии и prozess der umwandlung von licht in elektrizität erhalten. – Схемы ядерных реакторов – стоковые графики, -клипарты, -мультфильмы и -символы

Солнечная панель и термоядерный термоядерный реактор. Герете, умри…

gesundheit, covid-19-virus und wirtschaftskrise, symbolisiert durch grafik mit dem wort gesundheit, die auf das bild geht, dass das Coronavirus die gesundheit beeinflusst und zu abschwung und rezession führt, 3d-иллюстрация – схема ядерного реактора и фото

Gesundheit, Covid-19-Virus und Wirtschaftskrise, symbolisiert…

Gesundheit, Covid-19-Virus und Wirtschaftskrise, symbolisiert durch Grafik mit Wort Gesundheit, die zu Bild geht, dass das Coronavirus die Gesundheit beezuinflusst und führt, 3D-иллюстрация.

erdbeben-seismische aktivität — схема ядерного реактора, графика, клипарт, мультфильмы и символы Seismisches Erschütterungszeichen. Erdbebenseismische Aktivität

kernspaltung. нейтрон триффт einen atomkern, wodurch er sich in zwei neue kerne teilt und нейтронен auswirft. 3d-иллюстрация. – схема ядерного реактора стоковые фотографии и изображения

Кернспалтунг. Neutron trifft einen Atomkern, wodurch er sich in…

Neutronen treffen auf einen Atomkern, wodurch er sich in zwei neue Kerne teilt und Neutronen ausstößt. 3D-иллюстрация.

инфографика зеленой энергии. термоядерный реактор, турбина, солнечная панель, батарея, мотор-генератор стирлинга, вектор brennstoffzelle. заубер, альтернативная энергия. – Схема ядерного реактора, графика, клипарт, мультфильмы и символы

Green Power Infografik. Fusionsreaktor, Турбина, Солнечная панель,…

große papierrollen, um seismische aktivitäten aufzuschreiben – nuclear reactor diagram stock-fotos und bilder

Große Papierrollen, um seismische Aktivitäten aufzuschreiben

Drei große Papierrollen zum Aufschreiben seismischer Aktivitäten

elektrische ingenieur zieht ein diagramm auf einer rennstrecke – nuclear reactor diagram stock-fotos und bilder

Elektrische Ingenieur zieht ein Diagramm auf einer Rennstrecke

Elektroingenieur zeichnet ein Diagramm einer Schaltung. Kraftwerksinnenraum im Hintergrund

kernspaltung – схема ядерного реактора фото и фотографии

Kernspaltung

Kettenreaktion der Kernspaltung. Цифровая иллюстрация.

satz von horizontalen linien-doodles von seismischen wellen der schwingungsform eines erdbebens mit einer zufälligen frequenz und амплитуда, einem vektorseismogramm, das erdschwingungen registriert – схема ядерного реактора фондовая графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Satz- Dvon Horizontalen von seismischen Wellen der…

Brennstoffzelle и реактор термоядерного синтеза. вектор. geräte, die energie aus der thermonuclearen verschmelzung von wasserstoff zu gelium erhalten und chemische potenzialenergie in elektrische energie umwandeln – схема ядерного реактора – графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Brennstoffzelle und Thermonuclear Fusionsreaktor. Вектор. Geräte,

grüne stromerzeugung infografik windkraftanlage, солнечная панель, батарея, термоядерный реактор, вектор brennstoffzelle. – схема ядерного реактора: стоковые графики, клипарты, карикатуры и символы

Grüne Stromerzeugung Infografik Windkraftanlage, Solarpanel,…

Grüne Stromerzeugung Infografik Windkraftanlage, Solarpanel, Batterie, Fusionsreaktor, Brennstoffzelle Vector. Empfangen Sie Energie aus der thermonuklearen Fusion und wandeln Sie chemische potentielle Energie in elektrische Energie um

kernspaltung. prozess, bei dem sich der atomkern in kleinere teile aufspaltet. – Схемы ядерных реакторов – стоковые графики, -клипарты, -мультфильмы и -символы

Kernspaltung. Prozess, bei dem sich der Atomkern in kleinere…

изолированная базовая схема системы, erdbebensicher struktur – схема ядерного реактора, графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

isolierte Basissystem Diagramm, erdbebensicher Struktur

grüne stromerzeugung. ветроэнергетика, солнечная батарея, батарея, термоядерный реактор и бреннштоффцелле. вектор. erhalten sie energie aus der thermonuclearen fusion und wandeln chemische potenzialenergie in elektrische energie um. солнечная панель, ветроэнергетика – схема ядерного реактора, графика, клипарт, мультфильмы и символы

Grüne Stromerzeugung. Windkraftanlage, Solarzelle, Batterie,…

energie-generation-konzept – схема атомного реактора, графика, -картинки, -мультфильмы и -символы

Energie-generation-Konzept

Energieerzeugungskonzept. Zwiebel und Diagramm mit Kraftwerken.

Neutronprotonenverhältnis für kernstabilität, kernreaktionsmodus – схема ядерного реактора стоковая графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Neutronprotonenverhältnis für Kernstabilität, Kernreaktionsmodus

Die Kernstabilität hängt vom Neutronenprotonenverhältnis eines Kerns ab. Kernreaktion, dh, Kernspaltung oder Kernfusionsreaktion hängt auch vom Neutron-Proton-Verhältnis ab. Bild zeigt auch die Stabilitätszone.

Nuclear Kettenreaktion – схема ядерного реактора, графика, клипарт, мультфильмы и символы. Уран-236 состоит из атома бария-141 (Ba-141), атома криптона-9. 2 (Kr-92) и drei Neutronen auf.

grüne stromerzeugung. ветроэнергетика, солнечная батарея, батарея, термоядерный реактор и бреннштоффцелле. вектор. erhalten sie energie aus der thermonuclearen fusion und wandeln chemische potenzialenergie in elektrische energie um. солнечная панель, ветроэнергетика – схема ядерного реактора, графика, клипарт, мультфильмы и символы

Grüne Stromerzeugung. Windkraftanlage, Solarzelle, Batterie,…

reaktorabbruch mit infografiedienstleistung – схема ядерного реактора, стоковые фотографии и изображения

Reaktorabbruch mit Infografiedienstleistung

der Tsunami greift die küste town.cute papier kunst vektor illustration papierschnitt – диаграмма ядерного реактора сток-графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Der Tsunami greift die küste town.cute Papier Kunst Vektor…

энергоконцепт. glühbirne mit industrieanlagen. infografik zur stromerzeugung – схема ядерного реактора фондовая графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Energiekonzept. Glühbirne mit Industrieanlagen. Инфографик на…

Кернкрафтверк, вектор. – Схемы ядерных реакторов стоковые графики, -клипарты, -мультики и -символы

Kernkraftwerk, Vektor.

Der Querschnitt eines Kernkraftwerks, вектор и иллюстрация.

biogaserzeugungs- und -verteilungszyklus, flashe vektorillustration isoliert auf weißem hintergrund. – схема ядерного реактора – графика, -клипарт, -мультфильмы и -символ

Biogaserzeugungs- und -verteilungszyklus, flash…

из 1

Как атомная электростанция производит электричество?

Версия для печати

Как ядерный реактор вырабатывает электричество? Давайте начнем с конца и посмотрим, как все это сочетается друг с другом.

Начнем с электродвигателя. Двигатель состоит в основном из двух основных компонентов: статора , который стоит неподвижно, и ротора , который вращается внутри статора. Когда на двигатель подается электричество, электромагниты внутри статора и ротора толкают и тянут друг друга таким образом, что ротор вращается. Магниты в статоре притягивают к себе магниты в роторе, а затем, когда магниты ротора проходят мимо, реверсируют и отталкивают магниты ротора. Детали расположены так, что тяга и толкание идут в одном направлении, поэтому ротор вращается внутри статора. Электрическая энергия, приложенная к двигателю, приводит к механической энергии в роторе.

Но эту же машину можно использовать и в обратном порядке: если какая-то внешняя сила заставляет ротор вращаться, взаимодействие магнитов вызывает выработку электричества: «мотор» теперь является «генератором», производящим в результате электрическую энергию. механической энергии, приложенной к его ротору. Это наиболее распространенный способ получения большого количества электроэнергии.

Так как же заставить ротор вращаться? Вот тут-то и появляется ядерный реактор, хотя и косвенно. Напомним, что ядерный реактор вырабатывает тепло. Топливные стержни нагреваются из-за ядерной реакции. Это тепло используется для кипячения воды, а пар от этой кипящей воды используется для вращения ротора. Как мы видели, когда ротор вращается, электричество выходит из статора.
Когда вода кипит, образующийся пар занимает гораздо больше физического пространства, чем вода, которая его произвела.

Итак, если вы прокачиваете воду через какой-либо источник тепла — например, ядерный реактор или угольный котел — который достаточно горяч, чтобы вскипятить воду, выходящий пар будет двигаться намного быстрее, чем поступающая вода. Этот пар проходит через машину, называемую турбиной, которая действует как очень сложная ветряная мельница. Физическая структура сильно отличается от ветряной мельницы, и большая турбина может быть гораздо более мощной, чем любая когда-либо созданная ветряная мельница, но эффект отчасти тот же: пар или ветер заставляет часть машины вращаться, и эта вращающаяся часть может быть подключена к генератору для производства электроэнергии.

Пар, выходящий из турбины, собирается в устройстве, называемом конденсатором. По сути, это металлическая коробка размером с дом, через которую проходят тысячи труб. По трубам течет холодная вода, а пар от турбины охлаждается и конденсируется обратно в воду. Затем вода прокачивается обратно через нагреватель, и цикл продолжается.

Теперь вернемся к ядерному реактору. . . Мы видели, как реактор вырабатывает тепло, и мы видели, как тепло используется для производства пара и как пар затем приводит в действие турбину, которая вращает генератор, производящий электричество. Последняя часть головоломки — это то, как тепло ядерной реакции генерирует пар.

Топливные стержни подвешены в водяной бане, содержащейся в большом металлическом контейнере, похожем на гигантскую скороварку. Типичный «корпус реактора» может иметь диаметр 15 футов и высоту 20 футов, а некоторые из них намного больше. В некоторых типах реакторов вода закипает, а тепло, выделяющееся в топливных стержнях, уносится паром. Их называют «реакторами с кипящей водой» (или «BWR»). В других вода находится под очень высоким давлением — порядка 2000 фунтов на квадратный дюйм. (Кстати, это более чем в 60 раз превышает давление в шинах обычного автомобиля. ) В такой ситуации вода не может расширяться и не может кипеть.

Вода в реакторе этого типа уносит тепло, оставаясь жидкой, и это тепло затем передается в другую водную систему, где происходит кипение. Эта передача происходит в устройстве, метко названном «парогенератором». Их называют «реакторами с водой под давлением» (или «PWR»). Небольшой PWR может иметь два парогенератора. В большом может быть четыре. У некоторых три. Пар от всех парогенераторов обычно объединяется в один «главный паропровод», по которому пар поступает к турбине, поэтому реактор и все парогенераторы действуют вместе как единый источник пара.

Вода из конденсатора перекачивается непосредственно в корпус реактора для BWR или в парогенераторы для PWR.

Итак, вот оно: ядерная реакция нагревает топливо, топливо нагревает воду для производства пара, пар вращает турбину, турбина вращает генератор, а генератор вырабатывает электричество.

Комиссия по ядерному регулированию США является независимым федеральным правительственным органом, ответственным за регулирование коммерческого использования ядерных материалов. Этот документ не защищен авторскими правами и может быть воспроизведен в образовательных целях.

Последнее изменение страницы Четверг, 19 марта 2020 г.

Что такое ядерная энергия? Наука о ядерной энергетике

Ядерная энергия — это форма энергии, высвобождаемой из ядра, сердцевины атомов, состоящей из протонов и нейтронов. Этот источник энергии может быть получен двумя способами: делением — когда ядра атомов расщепляются на несколько частей — или слиянием — когда ядра сливаются друг с другом.

В настоящее время ядерная энергия, используемая во всем мире для производства электроэнергии, осуществляется путем ядерного деления, в то время как технология получения электроэнергии путем синтеза находится на стадии НИОКР. В этой статье будет рассмотрено деление ядер. Чтобы узнать больше о ядерном синтезе, нажмите здесь.

Что такое деление ядер?

Деление ядер — это реакция, при которой ядро ​​атома расщепляется на два или более меньших ядра с выделением энергии.

Например, при попадании нейтрона ядро ​​атома урана-235 распадается на два меньших ядра, например, ядро ​​бария и ядро ​​криптона и два или три нейтрона. Эти дополнительные нейтроны будут сталкиваться с другими окружающими атомами урана-235, которые также будут расщепляться и генерировать дополнительные нейтроны в эффекте умножения, таким образом вызывая цепную реакцию за доли секунды.

Каждый раз, когда происходит реакция, происходит высвобождение энергии в виде тепла и излучения. Тепло может быть преобразовано в электричество на атомной электростанции, аналогично тому, как тепло от ископаемого топлива, такого как уголь, газ и нефть, используется для выработки электроэнергии.

Ядерное деление (Рисунок: А. Варгас/МАГАТЭ)

Как работает атомная электростанция?

Внутри атомных электростанций ядерные реакторы и их оборудование содержат и контролируют цепные реакции, чаще всего подпитываемые ураном-235, для производства тепла путем деления. Тепло нагревает охлаждающий агент реактора, обычно воду, для производства пара. Затем пар направляется на вращающиеся турбины, приводящие в действие электрический генератор для выработки электроэнергии с низким содержанием углерода.

Узнайте больше о различных типах ядерных энергетических реакторов на этой странице.

Реакторы с водой под давлением являются наиболее используемыми в мире. (Рисунок: A. Vargas/IAEA)

Добыча, обогащение и захоронение урана

Уран — это металл, который можно найти в горных породах по всему миру. У урана есть несколько встречающихся в природе изотопов, которые представляют собой формы элемента, различающиеся по массе и физическим свойствам, но с одинаковыми химическими свойствами. Уран имеет два первичных изотопа: уран-238 и уран-235. Уран-238 составляет большую часть урана в мире, но не может вызывать цепную реакцию деления, в то время как уран-235 можно использовать для производства энергии путем деления, но он составляет менее 1 процента мирового урана.

Чтобы повысить вероятность деления природного урана, необходимо увеличить количество урана-235 в данном образце с помощью процесса, называемого обогащением урана. После обогащения уран можно эффективно использовать в качестве ядерного топлива на электростанциях в течение трех-пяти лет, после чего он все еще остается радиоактивным и должен быть утилизирован в соответствии со строгими правилами защиты людей и окружающей среды. Отработавшее топливо, также называемое отработавшим топливом, также может быть переработано в другие виды топлива для использования в качестве нового топлива на специальных атомных электростанциях.

Что такое ядерный топливный цикл?

Ядерный топливный цикл представляет собой промышленный процесс, включающий различные этапы производства электроэнергии из урана в ядерных энергетических реакторах. Цикл начинается с добычи урана и заканчивается захоронением ядерных отходов.

Ядерные отходы

При эксплуатации атомных электростанций образуются отходы с различным уровнем радиоактивности. С ними обращаются по-разному в зависимости от их уровня радиоактивности и назначения. См. анимацию ниже, чтобы узнать больше об этой теме.

Обращение с радиоактивными отходами

Радиоактивные отходы составляют небольшую часть всех отходов. Это побочный продукт миллионов медицинских процедур каждый год, промышленных и сельскохозяйственных применений, в которых используется радиация и ядерные реакторы, производящие около 11 % мировой электроэнергии. Этот анимационный фильм объясняет, как обращаются с радиоактивными отходами, чтобы защитить людей и окружающую среду от радиации сейчас и в будущем.

Атомные электростанции следующего поколения, также называемые инновационными усовершенствованными реакторами, будут производить гораздо меньше ядерных отходов, чем сегодняшние реакторы. Ожидается, что они могут быть построены к 2030 г.

Атомная энергетика и изменение климата

Атомная энергетика является низкоуглеродным источником энергии, поскольку в отличие от угольных, нефтяных или газовых электростанций атомные электростанции практически не выделяют CO 2 в процессе своей работы. Ядерные реакторы производят почти одну треть безуглеродной электроэнергии в мире и имеют решающее значение для достижения целей в области изменения климата.

Чтобы узнать больше об атомной энергетике и переходе на экологически чистую энергию, прочитайте этот выпуск Бюллетеня МАГАТЭ.

Какова роль МАГАТЭ?

  • МАГАТЭ устанавливает и продвигает международные стандарты и рекомендации по безопасному и надежному использованию ядерной энергии для защиты людей и окружающей среды.
  • МАГАТЭ поддерживает существующие и новые ядерные программы во всем мире, предоставляя техническую поддержку и управление знаниями. В рамках поэтапного подхода МАГАТЭ предоставляет технические знания и рекомендации странам, которые хотят разработать ядерно-энергетическую программу, а также тем, кто выводит свои из эксплуатации.
  • Благодаря своей деятельности по гарантиям и проверке МАГАТЭ следит за тем, чтобы ядерные материалы и технологии не переключались с мирного использования.
  • Миссии по обзору и консультационные услуги под руководством МАГАТЭ предоставляют рекомендации по деятельности, необходимой в течение всего срока службы ядерной энергии: от добычи урана до строительства, технического обслуживания и вывода из эксплуатации атомных электростанций и обращения с ядерными отходами.
  • МАГАТЭ управляет запасом низкообогащенного урана (НОУ) в Казахстане, который может быть использован в качестве крайней меры странами, остро нуждающимися в НОУ в мирных целях.

 

Эта статья была впервые опубликована на сайте iaea.org 2 августа 2021 года. если один произойдет. Все эти системы регулярно обслуживаются и проверяются, а при необходимости модернизируются, чтобы обеспечить соблюдение или превышение заводами строгих стандартов безопасности, установленных Канадской комиссией по ядерной безопасности. Системы выполняют три основные функции безопасности: управление реактором, охлаждение топлива и сдерживание радиации.

  • Как работает атомная электростанция
  • Управление реактором
  • Охлаждение топлива
  • Содержащие радиацию

Как работает атомная электростанция

Реактор

Все атомные электростанции в Канаде используют конструкцию CANDU — безопасную и надежную реакторную технологию.

Реакторы CANDU производят электричество посредством процесса, известного как деление. Деление — это процесс расщепления атомов природного урана внутри реактора с выделением радиации и тепла.

Затем расщепленные атомы продолжают «цепную реакцию»: все больше атомов продолжают расщепляться, что приводит к большему излучению и теплу.

Тепло – энергия – используется для производства пара для питания турбин и генераторов, которые, в свою очередь, производят электричество.

Бассейн отработавшего ядерного топлива

После того, как уран или ядерное топливо было использовано в реакторе, его удаляют и надежно хранят в бассейне в течение периода от 6 до 10 лет.

Вода в бассейне продолжает охлаждать топливо и обеспечивает защиту от радиации.

Все топливные бассейны Канады построены в земле, в отдельных зданиях на атомной электростанции, и спроектированы таким образом, чтобы выдерживать землетрясения .

Топливный бассейн на АЭС Брюс, Кинкардин, Онтарио

Начало страницы

Управление реактором

Нормальная работа

Управление реактором включает усиление, уменьшение или остановку цепной реакции, происходящей внутри реактора.

При работающем реакторе цепная реакция (или уровень мощности) регулируется перемещением регулировочных стержней и изменением уровня воды в вертикальных цилиндрах.

Чувствительные детекторы постоянно контролируют различные аспекты, такие как температура, давление и уровень мощности реактора.

При необходимости реакторы CANDU могут безопасно и автоматически отключаться в течение нескольких секунд.

Системы останова

Все ядерные энергетические реакторы в Канаде имеют две независимые быстродействующие и одинаково эффективные системы останова.

Первая система отключения состоит из стержней, которые автоматически падают и останавливают цепную реакцию, если обнаруживается что-то ненормальное.

Вторая система впрыскивает жидкость или яд внутрь реактора, чтобы немедленно остановить цепную реакцию.

Обе системы работают без питания и вмешательства оператора. Однако их также можно активировать вручную.

Эти системы регулярно и безопасно тестируются.


Перезапуск реактора

После остановки реактора CANDU он останется в таком состоянии до тех пор, пока операторы в диспетчерской не перезапустят его.

Нет возможности случайного перезапуска реактора после остановки. Реактор должен быть перезапущен вручную. Это еще одна важная функция безопасности.

К началу страницы

Охлаждение топлива

Остаточное тепло

После останова количество энергии, вырабатываемой реактором, быстро уменьшается.

Однако ядерное топливо будет продолжать выделять тепло и должно охлаждаться.

Это тепло, называемое остаточным теплом, представляет собой небольшую долю тепла, выделяемого при нормальной работе.

Топливная связка CANDU

Основные системы охлаждения

Охлаждение топлива включает три основные системы:

  • система теплопередачи
  • паровая система
  • конденсатор системы охлаждения

Система теплопередачи подает тепло, вырабатываемое реактором, к парогенераторам.

Эта система состоит из очень прочных труб, заполненных тяжелой водой – редким типом воды, встречающимся в природе. Трубы и другие компоненты регулярно обслуживаются и проверяются и при необходимости заменяются.

Осмотры включают измерение износа труб и выявление любых микроскопических трещин или изменений задолго до того, как они станут проблемой.

Краткий факт

В среднем одна из 7000 капель воды является тяжелой водой. Она на 10% тяжелее обычной воды, потому что содержит тяжелую форму водорода, называемую дейтерием.

Система теплопередачи

Вторая система, паровая система , использует обычную воду. Тепло от реактора превращает эту воду в пар для запуска турбин и генераторов.

Паровая система

Этот пар затем охлаждается и конденсируется с помощью третьей системы, которая закачивает холодную воду из водоема, такого как озеро или водохранилище. Это называется система охлаждения конденсатора .

Как и другие компоненты, система охлаждения пара и конденсатора регулярно проверяется.

Эти инспекции проводятся в течение всего срока службы ядерных установок для подтверждения того, что стареющее оборудование функционирует в соответствии с первоначальным проектом.

Система охлаждения конденсатора

Система охлаждения останова

Более простая система охлаждения используется, когда реактор останавливается на длительный период, например, во время планового останова.

Для работы требуется небольшое количество энергии, и он подключается непосредственно к системе теплопередачи. Это позволяет частично слить воду из системы теплоносителя первого контура для выполнения работ по проверке и техническому обслуживанию (например, проверка труб парогенератора или замена компонентов насоса).

Несколько источников питания

Для работы систем охлаждения требуется электричество. При нормальной работе они получают электроэнергию из той же энергосистемы, что и все мы.

Атомные электростанции в Канаде также оснащены несколькими источниками резервного питания на случай отключения их от сети.

Источники резервного питания включают электроэнергию на месте, то есть электроэнергию, вырабатываемую самой установкой.

Кроме того, доступны:

Аварийные электрогенераторы
  • два или три резервных электрогенератора
  • два или три аварийных электрогенератора
  • аварийные батареи

Некоторые заводы включают в себя еще больше оборудования.

Вы можете узнать больше, наблюдая за тем, что произойдет в очень маловероятном случае полного отключения электроэнергии на станции — ситуации, которая привела к аварии на Фукусиме после сильного цунами, уничтожившего все доступные источники энергии на месте.

Естественная циркуляция

Одной из неотъемлемых и проверенных характеристик безопасности реакторов CANDU является их способность охлаждать реактор за счет естественной циркуляции.

В реакторах CANDU естественная циркуляция вступает в силу, когда перестают работать насосы, обычно проталкивающие теплоноситель по системе теплопередачи.

Для сохранения естественной циркуляции парогенераторы должны быть заполнены холодной водой.

Как это работает?

Эта функция охлаждения реакторов CANDU работает из-за разницы в температуре и высоте между парогенераторами (холоднее и физически выше, чем активная зона реактора) и активной зоной реактора (горячее и ниже, чем парогенераторы)

Системы аварийного впрыска

Аварийные резервуары с азотом под давлением

В маловероятном случае утечки тяжелой воды, которая может быть вызвана, например, разрывом трубы, система аварийного впрыска обеспечит продолжение циркуляции воды над контейнерами с топливом для его охлаждения.

Они будут делать это, работая с баллонами под давлением азота или насосами.

Резервуар для сбора, расположенный в подвале здания реактора, собирал воду и перекачивал ее обратно в реактор до проведения ремонта.

Аварийное оборудование для смягчения последствий

Инспектор CNSC проверяет портативный аварийный электрогенератор

В качестве одного из действий, предусмотренных CNSC после аварии на Фукусиме, операторы атомных электростанций в Канаде приобретают аварийное оборудование для смягчения последствий, такое как переносные электрогенераторы и насосы, который можно было бы использовать для перевода реакторов в состояние безопасного останова во время тяжелой аварии.

Оборудование, расположенное на площадке и за ее пределами, легко транспортируется и может использоваться несколькими способами.

Например, его можно использовать для стабилизации реакторов, подачи питания в диспетчерскую и добавления воды в бассейны с отработавшим ядерным топливом, чтобы они могли продолжать охлаждать отработавшее ядерное топливо.

К началу страницы

Содержащие радиацию

Защитные слои

Ядерные реакторы имеют несколько барьеров для безопасного сдерживания радиации.

В основе всех реакторов CANDU лежат закаленные керамические таблетки из природного урана.

Эти гранулы содержат радиацию. Они образуют первый слой сдерживания.

Гранулы заключены в стержни, образующие второй слой защитной оболочки. Топливные стержни CANDU изготовлены из циркалоя, металлического сплава, чрезвычайно стойкого к нагреву и коррозии.

Затем стержни загружаются в напорные трубы, являющиеся частью системы теплопередачи. Это третий уровень сдерживания.

Напорные трубы находятся внутри металлического резервуара, называемого каландрией, который сам находится внутри толстого свода из железобетона.

Четвертый уровень защитной оболочки — это здание, в котором размещается и защищается реактор.

Стены здания реактора выполнены из не менее одного метра железобетона.

Здание реактора окружено запретной (охранной) зоной.

Минимизация выбросов радиации

При нормальной работе атомные электростанции выбрасывают очень небольшое количество радиации в воздух и воду.

Эти выбросы происходят из реактора и его системы, а также в результате деятельности по обращению с отходами.

В целях снижения выбросов в атмосферу в составе систем вентиляции устанавливаются высокоэффективные фильтры и радиационные мониторы.

Фильтры удаляют более 99% радиации из воздуха до того, как она попадет в окружающую среду.

Подобные системы также устанавливаются для удаления радиоактивности из водных выбросов.

Инспектор CNSC проверяет уровни радиации

Эти выбросы обычно происходят из промывочной воды, используемой для мытья поверхностей, полов и стирки, а также из воды, стекающей из душевых и раковин.

Все выбросы радиации от ядерных объектов в Канаде очень малы. Они контролируются и контролируются оператором станции, и о них сообщается в CNSC.

Уровни выброса значительно ниже нормативных пределов и не представляют опасности для здоровья и безопасности людей или окружающей среды.

Системы фильтрации регулярно проверяются, и по закону операторы электростанций должны сообщать обо всех радиоактивных выбросах в окружающую среду.

Защита защитной оболочки в случае аварии

Предусмотрены системы безопасности, позволяющие в случае аварии защитить защитную оболочку от внутреннего давления из-за выбросов пара внутри здания реактора.

В одноблочной станции внутреннее давление может быть снижено за счет распыления воды из бака для облива.

Вид в разрезе здания реактора с одним блоком CANDU

На многоблочной станции давление будет снижаться за счет выпуска пара и горячих газов из здания реактора в здание вакуума.

Вакуумное здание представляет собой конструкцию, специально разработанную для быстрого и безопасного снижения давления внутри здания реактора. В этом здании также есть система облива для контроля давления.

Вакуумные и обдувочные системы работают без электропитания и периодически проверяются под наблюдением инспекторов CNSC.

Вид в разрезе многоблочной атомной электростанции CANDU Текстовая версия многоблочной атомной электростанции.

Завод состоит из трех основных частей: вакуумного цеха, здание реактора и машинный зал. На изображении указаны ключевые компоненты и их расположение на предприятии. В вакуумном здании мы находим сливной бак и клапаны сброса давления. В здании реактора мы видим парогенераторы, реактор и сборный бассейн, который находится в подвале здания. Машинный зал соединен со зданием реактора. На изображении показаны турбины, генератор, а также конденсатор для охлаждения воды из озера или моря. Также идентифицированы некоторые части за пределами завода, а именно система воздушного фильтра рядом с вакуумным зданием, аварийные и резервные электрогенераторы и опора ЛЭП. Версия с большим изображением

Управление водородом

Инспектор CNSC лично осматривает недавно установленный пассивный автокаталитический рекомбинатор.

Во время серьезной аварии может образоваться газообразный водород. Легковоспламеняющийся газообразный водород может вызвать взрыв и повредить защитную оболочку, а также персонал и другие части станции.

Для устранения потенциальных опасностей, связанных с газообразным водородом, большинство установок CANDU оснащены водородными воспламенителями или горелками.

В последнее время операторы атомных электростанций начали устанавливать пассивные автокаталитические рекомбинаторы.

Это устройства, которые пассивно (без необходимости внешнего питания) удаляют водород из защитной оболочки и эффективно снижают риск взрыва или пожара.

Узнать больше
  • Отчет о надзоре регулирующих органов для канадских атомных электростанций
  • Ответ Канады на Фукусиму

Экстрим своими руками: строительство самодельного ядерного реактора в Нью-Йорке

Мэтью Данзико
BBC News, Бруклин, Нью-Йорк

  • Опубликовано

    32-летний г-н Саппес является частью растущего сообщества «синтезаторов» — любителей науки, которые строят самодельные термоядерные реакторы ради развлечения и с прицелом на то, чтобы стать частью решения эта проблема.

    По данным сайта сообщества Fusor.net, он стал 38-м независимым физиком-любителем в мире, добившимся ядерного синтеза на самодельном реакторе. Другие в списке — 15-летний юноша из Мичигана и докторант из Огайо.

    Подпись к изображению,

    Г-н Саппес провел последние два года, совершенствуя свой реактор

    «Я был вдохновлен, потому что я верил, что ищу технологию, которая действительно может решить наши энергетические проблемы, и я верил, что это то, что я могу по крайней мере, начните строить», — сказал Саппес Би-би-си.

    Хотя они могут нервировать соседей, термоядерные реакторы такого типа совершенно легальны в США.

    «Пока они [частные лица] получают этот материал [компоненты реактора] на законных основаниях, они могут делать все, что захотят», — говорит Энн Старк, старший сотрудник по связям с общественностью Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Калифорнии.

    Во время синтеза высвобождается энергия, поскольку атомные ядра сталкиваются вместе при высоких температурах и давлениях, образуя более крупные ядра.

    Ученые говорят, что устройства, подобные устройству г-на Саппса, не представляют реальной угрозы для соседних населенных пунктов или окружающей среды, поскольку они не содержат ядерных материалов, таких как уран или плутоний.

    «При термоядерном синтезе нет никаких шансов на какую-либо аварию», — говорит Нил Колдер, начальник отдела коммуникаций Iter, многонационального проекта, начатого в 1985 году с целью демонстрации осуществимости термоядерной энергии.

    «Нет загрязнения CO2, нет парниковых газов, вы не можете использовать это для распространения [распространения ядерного оружия] — у этого так много преимуществ», — сказал он.

    «От механиков до дворников»

    Усилия правительства по производству энергии из термоядерного синтеза предпринимаются во всем мире уже 50 лет.

    Iter, финансируемый ЕС, США, Японией, Россией, Индией, Китаем и Южной Кореей, работает над многомиллиардным усовершенствованным реактором, который должен быть построен на юге Франции к 2019 году..

    Но доступность оборудования и технологий привела к тому, что в бой вступает все больше любителей.

    Image caption,

    Новость о ядерном реакторе по соседству вызвала неоднозначную реакцию

    “У нас есть люди самых разных профессий, от физиков до электронщиков, автомехаников и даже одного дворника – и всех этих людей объединяет общая связь заниматься ядерным синтезом у себя дома», — сказал Ричард Халл, основатель Fusor.net.

    Некоторые эксперты скептически относятся к тому, что все эти люди производят термоядерные реакции, но когда он демонстрирует свое устройство, г-н Саппес говорит, что счетчик пузырьков, размещенный рядом с реактором, указывает на то, что был произведен быстрый нейтрон, побочный продукт синтеза.

    Ученый-любитель начал строить свой реактор два года назад, купив детали на eBay на 35 000 долларов собственных денег и около 4 000 долларов, которые он собрал на веб-сайте, который связывает художников и изобретателей с частными инвесторами.

    «Настоящие исследователи, которые работают в Лос-Аламосе [Национальная лаборатория Министерства энергетики США] и в Ливерморской лаборатории имени Лоуренса, следят за этим и комментируют его, хотя это и не официально санкционированный проект», — говорит он.

    Сложная ситуация

    Г-н Саппес рассматривает свою работу в области ядерного синтеза как нечто большее, чем просто хобби, и он намеревается попытаться построить один из первых в мире безубыточных реакторов – установка, производящая столько энергии, сколько потребляет для работы.

    «Теперь он должен выйти и сделать то, что должны делать все остальные, а именно убедить людей вкладывать средства в его проект — будь то государственное финансирование или частное финансирование, чтобы довести его до конца», — сказал г-н Колдер.

    Мистер Саппес надеется построить безубыточный реактор на основе планов, созданных покойным Робертом Бассардом, физиком-ядерщиком, который разработал планы термоядерного реактора, который мог бы преобразовывать водород и бор в электричество.

    Работа над увеличенной версией реактора Буссарда, финансируемая ВМС США, уже ведется в Калифорнии.

    Но г-н Саппес полагает, что сможет собрать миллионы долларов, необходимые для строительства реактора Бюссара, потому что он чувствует, что тот, у кого достаточно денег, «почувствует, что не может упустить возможность», чтобы узнать, сработает ли это.

    Итер сказал, что было бы неправильно сразу отвергать мысль о том, что любитель может что-то изменить.

    «Я не буду говорить что-то такое, что расстроит этих парней, но это сложная ситуация, потому что есть много денег и времени, а также много очень опытных ученых, работающих в данный момент над термоядерным синтезом», — сказал г-н Колдер.

    “Но это не исключает других идей, исходящих от другой группы людей.

    Что говорят соседи

    Для мистера Саппеса убедить экспертов – это одно. Убедить местных жителей — совсем другая проблема.

    «Самодельный термоядерный реактор строится в Бруклине — я бы подумал, что будут какие-то правила и законы, касающиеся возни с ядерным синтезом в вашей квартире», — сказал житель Бруклина Стивен Дэвис. «Я не уверен, что хотел бы, чтобы это жило рядом со мной».

    «Тот факт, что он пытается создать новый вид энергии, — это хорошо», — сказал другой местный житель, Кристофер Райт. «Но без должной научной работы за этим я не знаю, слишком ли хороша эта идея».

    Но другие относились к реактору мистера Саппеса более позитивно.

    “Я думаю, что это хорошая идея. Если парень может сделать подобное изобретение, оно обязательно должно быть распространено, чтобы нам не нужно было зависеть от нефти”, – сказал Би-би-си житель Бруклина Крис Стивенс.

    “Нам нужно сделать что-то новое и более креативное для общества.

    BBC не несет ответственности за содержание внешних сайтов.

    7.4: Производство электроэнергии с помощью деления

    1. Последнее обновление
    2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    95560
    • Элизабет Гордон
    • Университет Фурмана

    Как работает ядерный реактор

    Электроэнергия может быть получена различными способами

    Видео \(\PageIndex{1}\): Объяснение ядерной энергии: риск или возможность. Все, что рядом со словом «ядерный», обычно вызывает недопонимание. Надеемся, что это видео демистифицирует процесс превращения ядерного топлива в электричество и то, как мы можем использовать его в сочетании с возобновляемыми источниками энергии для сокращения выбросов парниковых газов, а также влияние на климат, связанное с их высоким уровнем.

    Компоненты реактора

    Цепные реакции расщепляющихся материалов можно контролировать и поддерживать без взрыва в ядерном реакторе. Любой ядерный реактор, производящий энергию за счет деления урана (U-235) или плутония (Pu-239) путем бомбардировки нейтронами, должен иметь как минимум пять компонентов: ядерное топливо, состоящее из делящегося материала, ядерный замедлитель, теплоноситель реактора, регулирующие стержни. , и система щита/сдерживания.

    Рисунок \(\PageIndex{1}\): Ядерный реактор Энди Браннинга.

    Реактор работает путем разделения делящегося ядерного материала таким образом, что критическая масса не может образоваться, контролируя как поток, так и поглощение нейтронов, чтобы позволить остановить реакции деления. В ядерном реакторе, используемом для производства электроэнергии, энергия, высвобождаемая в результате реакций деления, улавливается в виде тепловой энергии и используется для кипячения воды и производства пара. Пар используется для вращения турбины, которая приводит в действие генератор для производства электроэнергии.

    Рисунок \(\PageIndex{2}\): Легководный ядерный реактор деления для производства электроэнергии. ТВЭЛы изготовлены из коррозионностойкого сплава, в который заключено частично обогащенное урановое топливо; управляемое деление 235 Уран в топливе производит тепло. Вода окружает топливные стержни и снижает кинетическую энергию нейтронов, замедляя их, чтобы увеличить вероятность того, что они вызовут деление. Стержни управления, которые содержат такие элементы, как бор, кадмий или гафний, которые очень эффективно поглощают нейтроны, используются для контроля скорости реакции деления. Теплообменник используется для кипячения воды во вторичной системе охлаждения, создавая пар для привода турбины и производства электроэнергии. Крупная гиперболическая градирня, которая является наиболее заметной частью объекта, конденсирует пар во вторичном контуре охлаждения; он часто находится на некотором расстоянии от реального реактора. (CC BY-NC-SA 3.0; анонимно)

    Ядерное топливо

    Встречающийся в природе уран почти полностью состоит из двух изотопов урана. Он содержит более \(99\%\) урана-238 и менее \(1\%\) урана-235. Это уран-235. Однако это делящихся (будет делиться). Для использования урана в качестве топлива в ядерном реакторе процентное содержание урана-235 должно быть увеличено, обычно примерно до \(3\%\). (Уран, в котором содержание \(\ce{U}\)-235 превышает \(1\%\), называется обогащенным ураном .) Обогащенный газ UF 6 собирают, охлаждают до затвердевания, а затем направляют на завод по изготовлению, где из него изготавливают топливные сборки. Каждая топливная сборка состоит из топливных стержней, содержащих множество топливных таблеток из обогащенного урана (обычно UO 2 ) размером с наперсток в керамической оболочке. Современные ядерные реакторы могут содержать до 10 миллионов топливных таблеток. Количество энергии в каждой из этих гранул равно количеству энергии почти в тонне угля или 150 галлонах нефти. Как только запас \(\ce{U}\)-235 получен, он помещается в серию длинных цилиндрических трубок, называемых топливными стержнями. Эти топливные баллоны комплектуются вместе 9Стержни управления 0212 изготовлены из материала, поглощающего нейтроны. Количество \(\ce{U}\)-235 во всех вместе взятых твэлах достаточно для протекания цепной реакции, но меньше критической массы.

    Рисунок \(\PageIndex{3}\): Сборка топливных стержней на коммерческих атомных электростанциях США. (Авторское право; автор через источник)

    Nuclear Moderators

    Нейтроны, образующиеся в результате ядерных реакций, движутся слишком быстро, чтобы вызвать деление (Рисунок \(\PageIndex{4}\)). Чтобы произошли эффективные столкновения, необходимо использовать замедлитель для замедления скорости нейтронов. Замедлители могут состоять из многих различных типов химических веществ. В первых экспериментальных ядерных реакторах в качестве замедлителя использовался графит (или углерод) высокой чистоты. Сегодня во многих странах в качестве замедлителей используется легкая вода (LW). Также известный как H 2 О, это вещество должно быть в большом количестве. Большинство LW-реакторов строятся вблизи озер или других источников пресной воды. В зависимости от типа топлива страна выберет соответствующий замедлитель для определения выходной мощности. Другие типы замедлителей, которые используются сегодня, включают тяжелую воду (HW, D 2 O), диоксид углерода, бериллий или графит.

    Рисунок \(\PageIndex{4}\): Реактор Magnox используется Россией и Великобританией. (CC BY-SA 3.0; Эмоскопы через Википедию)

    Reactor Coolants

    Теплоноситель ядерного реактора используется для переноса тепла, произведенного в результате реакции деления, к внешнему котлу и турбине, где оно преобразуется в электричество. Часто используются два перекрывающихся контура охлаждающей жидкости; это противодействует переносу радиоактивности из реактора в первый контур теплоносителя. Все атомные электростанции в США используют легкую воду в качестве теплоносителя. Другие хладагенты включают расплавленный натрий, свинец, смесь свинца и висмута или расплавленные соли.

    Нажмите на видео ниже и посмотрите его с 1-минутной отметки до конца, чтобы узнать о жидкометаллических реакторах-размножителях на быстрых нейтронах. Видео\(\PageIndex{1}\): Жидкометаллические реакторы-размножители на быстрых нейтронах (LMFBR)

    1) Укажите форматы символ-масса для изотопов, которые используются в этом конкретном ядерном реакторе.

    2) Что это за разведение реактора?

    3) Перечислите преимущества страны, использующей LFMBR.

    4) Перечислите недостатки страны, использующей LFMBR.

    5) Как вы думаете, Соединенные Штаты используют этот тип реактора в коммерческих целях? Почему или почему нет?

    Стержни управления 94_2He}\]

    Когда сборки регулирующих стержней вставлены в топливный элемент в активной зоне реактора, они поглощают большую часть медленных нейтронов, тем самым замедляя скорость реакции деления и уменьшая вырабатываемую мощность. И наоборот, если стержни управления удалены, поглощается меньше нейтронов, а скорость деления и производство энергии увеличиваются. В аварийной ситуации цепную реакцию можно остановить, полностью вставив все стержни СУЗ в активную зону между топливными стержнями.

    Рисунок \(\PageIndex{5}\): Активная зона ядерного реактора, показанная на (а), содержит сборку топлива и регулирующего стержня, показанную на (б). (кредит: модификация работы Э. Дженерик, glossary.periodni.com/glossar…en=control+rod)

    Система защиты и удержания

    Во время работы ядерный реактор производит нейтроны и другие виды излучения. Даже в выключенном состоянии продукты распада остаются радиоактивными. Кроме того, работающий реактор термически очень горячий, и высокое давление возникает в результате циркуляции через него воды или другого теплоносителя. Таким образом, реактор должен выдерживать высокие температуры и давления и должен защищать обслуживающий персонал от радиации. Реакторы оборудованы системой защитной оболочки (или экраном), состоящей из трех частей:

    1. Корпус реактора, стальная оболочка толщиной 3–20 см, вместе с замедлителем поглощающая большую часть излучения, производимого реактором
    2. Основной щит 1–3 метра из высокоплотного бетона
    3. Персональный щит из более легких материалов, защищающий операторов от гамма- и рентгеновских лучей

    Кроме того, реакторы часто накрывают стальным или бетонным куполом, предназначенным для удержания любых радиоактивных материалов, которые могут быть выброшены в результате аварии на реакторе.

Оставить комментарий