Tuumareaktor töötab sujuvalt ja tõhusalt. Vastasel juhul, nagu teate, on probleeme. Aga mis toimub sees? Proovime tuuma(tuuma)reaktori tööpõhimõtte lühidalt, selgelt, peatustega sõnastada.
Tegelikult toimub seal sama protsess, mis tuumaplahvatuse ajal. Ainult plahvatus toimub väga kiiresti, kuid reaktoris venib see kõik pikaks ajaks. Selle tulemusena jääb kõik terveks ja me saame energiat. Mitte niivõrd, et kõik ümberringi korraga häviks, aga täiesti piisav linna elektriga varustamiseks.
Kuidas reaktor töötab Tuumaelektrijaama jahutustornid?
Enne kui mõistate, kuidas juhitav tuumareaktsioon toimub, peate teadma, mis on tuumareaktsioon üldiselt.
Tuumareaktsioon on aatomituumade muundumisprotsess (lõhustumine), kui need interakteeruvad elementaarosakeste ja gammakiirgusega.
Tuumareaktsioonid võivad toimuda nii energia neeldumisel kui ka vabanemisel. Reaktor kasutab teist reaktsiooni.
Tuumareaktor on seade, mille eesmärk on säilitada kontrollitud tuumareaktsioon koos energia vabanemisega.
Sageli nimetatakse tuumareaktorit ka aatomireaktoriks. Märkigem, et põhimõttelist erinevust siin ei ole, kuid teaduse seisukohalt on õigem kasutada sõna “tuuma”. Praegu on tuumareaktoreid mitut tüüpi. Need on tohutud tööstuslikud reaktorid, mis on mõeldud energia tootmiseks elektrijaamades, allveelaevade tuumareaktorid, väikesed eksperimentaalreaktorid, mida kasutatakse teaduslikes katsetes. On isegi merevee magestamise reaktoreid.
Tuumareaktori loomise ajalugu
Esimene tuumareaktor käivitati mitte nii kaugel 1942. aastal. See juhtus USA-s Fermi juhtimisel. Seda reaktorit kutsuti Chicago Woodpile'iks.
1946. aastal alustas tööd esimene Kurtšatovi juhtimisel käivitatud Nõukogude reaktor. Selle reaktori korpus oli seitsmemeetrise läbimõõduga kuul. Esimestel reaktoritel ei olnud jahutussüsteemi ja nende võimsus oli minimaalne. Muide, Nõukogude reaktori keskmine võimsus oli 20 vatti ja Ameerika oma - ainult 1 vatt. Võrdluseks: tänapäevaste jõureaktorite keskmine võimsus on 5 gigavatti. Vähem kui kümme aastat pärast esimese reaktori käivitamist avati Obninski linnas maailma esimene tööstuslik tuumaelektrijaam.
Tuuma(tuuma)reaktori tööpõhimõte
Igal tuumareaktoril on mitu osa: südamik kütuse ja moderaatoriga, neutronreflektor, jahutusvedelik, juhtimis- ja kaitsesüsteem. Kõige sagedamini kasutatakse reaktorites kütusena uraani (235, 238, 233), plutooniumi (239) ja tooriumi (232) isotoope. Aktiivne tsoon on boiler, mille kaudu voolab tavaline vesi (jahutusvedelik). Muude jahutusvedelike hulgas kasutatakse harvemini “rasket vett” ja vedelat grafiiti. Kui rääkida tuumajaamade tööst, siis soojuse tootmiseks kasutatakse tuumareaktorit. Elekter ise toodetakse samal meetodil nagu muud tüüpi elektrijaamades – aur pöörab turbiini ja liikumisenergia muundatakse elektrienergiaks.
Allpool on diagramm tuumareaktori tööst.
tuumareaktori töö skeem Tuumajaama tuumareaktori skeem
Nagu me juba ütlesime, tekib raske uraani tuuma lagunemisel kergemaid elemente ja mitu neutronit. Tekkivad neutronid põrkuvad teiste tuumadega, põhjustades ka nende lõhustumise. Samal ajal kasvab neutronite arv nagu laviin.
Siin tuleb mainida neutronite korrutustegurit. Seega, kui see koefitsient ületab väärtuse, mis on võrdne ühega, toimub tuumaplahvatus. Kui väärtus on väiksem kui üks, on neutroneid liiga vähe ja reaktsioon kustub. Kuid kui säilitate koefitsiendi väärtuse ühega, kulgeb reaktsioon kaua ja stabiilselt.
Küsimus on selles, kuidas seda teha? Reaktoris sisaldub kütus nn kütuseelementides (kütuseelementides). Need on vardad, mis sisaldavad tuumkütust väikeste tablettide kujul. Kütusevardad on ühendatud kuusnurkseteks kassettideks, mida reaktoris võib olla sadu. Kütusevarrastega kassetid on paigutatud vertikaalselt ja igal kütusevardal on süsteem, mis võimaldab reguleerida selle südamikusse sukeldamise sügavust. Lisaks kassettidele endile on nende hulgas juhtvardad ja hädakaitsevardad. Vardad on valmistatud materjalist, mis neelab hästi neutroneid. Seega saab juhtvardaid südamikus erinevatele sügavustele langetada, reguleerides seeläbi neutronite korrutustegurit. Avariivardad on ette nähtud reaktori väljalülitamiseks hädaolukorras.
Kuidas tuumareaktor käivitatakse?
Tööpõhimõtte enda oleme välja mõelnud, aga kuidas käivitada ja reaktor funktsioneerima panna? Jämedalt öeldes, siin see on - uraani tükk, kuid ahelreaktsioon ei alga selles iseenesest. Fakt on see, et tuumafüüsikas on kriitilise massi mõiste.
Tuumakütus Tuumakütus
Kriitiline mass on tuuma ahelreaktsiooni käivitamiseks vajalik lõhustuva materjali mass.
Kütusevarraste ja kontrollvarraste abil luuakse reaktoris esmalt kriitiline mass tuumakütust ning seejärel viiakse reaktor mitmes etapis optimaalsele võimsustasemele.
Sulle meeldib: matemaatilised nipid humanitaarteaduste üliõpilastele ja mitte nii väga (1. osa)
Selles artiklis püüdsime anda teile üldise ettekujutuse tuuma(tuuma)reaktori struktuurist ja tööpõhimõttest. Kui teil on teema kohta küsimusi või ülikoolis küsiti tuumafüüsika alast probleemi, võtke ühendust meie ettevõtte spetsialistidega. Nagu tavaliselt, oleme valmis aitama teil lahendada kõik teie õpingutega seotud pakilised probleemid. Ja kui me sellega tegeleme, on siin teie tähelepanuks veel üks õpetlik video!
blogi/kak-rabotaet-yadernyj-reaktor/
See kirjeldamatu hall silinder on Venemaa tuumatööstuse võtmelüli. Väga esinduslik see muidugi välja ei näe, aga kui selle otstarbest aru saad ja tehnilisi omadusi vaatad, hakkad mõistma, miks selle loomise ja disaini saladust riik kaitseb nagu silmatera.
Jah, unustasin tutvustada: siin on gaasitsentrifuug uraani isotoopide VT-3F eraldamiseks (n. põlvkond). Tööpõhimõte on elementaarne, nagu piimaseparaatoril, eraldatakse raske valgusest tsentrifugaaljõu mõjul. Mis on siis selle tähtsus ja ainulaadsus?
Esmalt vastame teisele küsimusele - üldiselt, miks eraldada uraan?
Looduslik uraan, mis asub otse maa sees, on kahe isotoobi kokteil: uraan-238 Ja uraan-235(ja 0,0054% U-234).
Uraan-238, see on lihtsalt raske, hall metall. Saate sellest teha suurtükimürsku või... võtmehoidja. Siin on, mida saate teha uraan-235? No esiteks aatomipomm ja teiseks tuumajaamade kütus. Ja siit jõuamegi põhiküsimuseni – kuidas neid kahte peaaegu identset aatomit üksteisest eraldada? Ei päriselt KUIDAS?!
Muideks: Uraani aatomi tuuma raadius on 1,5 10 -8 cm.
Selleks, et uraani aatomid tehnoloogilisse ahelasse aetud, tuleb see (uraan) muuta gaasilisse olekusse. Keeda pole mõtet, piisab uraani fluoriga kombineerimisest ja uraanheksafluoriidist HFC. Selle tootmise tehnoloogia ei ole väga keeruline ja kallis ning seetõttu HFC nad saavad selle täpselt sealt, kus seda uraani kaevandatakse. UF6 on ainus väga lenduv uraaniühend (kuumutamisel temperatuurini 53 °C muutub heksafluoriid (pildil) otse tahkest olekust gaasiliseks). Seejärel pumbatakse see spetsiaalsetesse konteineritesse ja saadetakse rikastamiseks. 
Natuke ajalugu
Tuumavõistluse alguses omandasid nii NSV Liidu kui ka USA suurimad teaduslikud mõtted difusioonieralduse idee - uraani läbi sõela. Väike 235 isotoop libiseb läbi ja "rasv" 238 jääb kinni. Pealegi polnud 1946. aastal nõukogude tööstusele nanoaukudega sõela valmistamine just kõige keerulisem.
Isaac Konstantinovitš Kikoini aruandest Rahvakomissaride Nõukogu teadus- ja tehnikanõukogus (esitatud NSVLi tuumaprojekti desalastatud materjalide kogumikus (Toim. Rjabev)): Praegu oleme õppinud tegema umbes 5/1000 mm aukudega võrke, st. 50 korda suurem kui molekulide vaba tee atmosfäärirõhul. Järelikult peab gaasirõhk, mille juures toimub isotoopide eraldumine sellistel võredel, olema väiksem kui 1/50 atmosfäärirõhust. Praktikas eeldame töötamist umbes 0,01 atmosfääri rõhul, s.o. heades vaakumtingimustes. Arvutused näitavad, et kerge isotoobiga 90% kontsentratsioonini rikastatud saaduse saamiseks (sellest kontsentratsioonist piisab lõhkeaine tootmiseks) on vaja kaskaadina kombineerida umbes 2000 sellist etappi. Meie projekteeritavas ja osaliselt valmistatavas masinas oodatakse 75-100 g uraan-235 tootmist päevas. Installatsioon koosneb ligikaudu 80-100 "tulbast", millest igaühele on paigaldatud 20-25 etappi.
Allpool on dokument - Beria aruanne Stalinile esimese aatomipommi plahvatuse ettevalmistamise kohta. Allpool on lühike teave 1949. aasta suve alguseks toodetud tuumamaterjalide kohta.
Ja nüüd kujutlege ise – 2000 kopsakat paigaldust kõigest 100 grammi nimel! No mis sellega teha, meil on pomme vaja. Ja nad hakkasid ehitama tehaseid ja mitte ainult tehaseid, vaid terveid linnu. Ja okei, ainult linnad, need difusioonijaamad nõudsid nii palju elektrit, et pidid lähedale eraldi elektrijaamad ehitama.
Fotol maailma esimene gaasidifusiooniga uraani rikastamise tehas K-25 Oak Ridge'is (USA). Ehitus läks maksma 500 miljonit dollarit. U-kujulise hoone pikkus on umbes pool miili. 
NSV Liidus oli tehase nr 813 esimene etapp D-1 kavandatud tootma 140 grammi 92–93% uraan-235 päevas 3100 identse eraldusastmega kahes kaskaadis. Tootmiseks eraldati Sverdlovskist 60 km kaugusel Verkh-Neyvinski külas asuv lõpetamata lennukitehas. Hiljem muutus see Sverdlovski-44-ks ja tehasest 813 (pildil) Uurali elektrokeemiatehaseks – maailma suurimaks eraldustehaseks.
Ja kuigi difusioonieralduse tehnoloogia, kuigi suurte tehnoloogiliste raskustega, siluti, ei lahkunud päevakorrast idee töötada välja säästlikum tsentrifuugiprotsess. Lõppude lõpuks, kui meil õnnestub tsentrifuug luua, väheneb energiatarbimine 20-lt 50-le!
Kuidas tsentrifuug töötab?
Selle struktuur on enam kui elementaarne ja näeb välja nagu vana pesumasin, mis töötab režiimis "tsentrifuugimine / kuivatamine". Pöörlev rootor asub suletud korpuses. Sellele rootorile tarnitakse gaas (UF6). Tsentrifugaaljõu tõttu, mis on sadu tuhandeid kordi suurem kui Maa gravitatsiooniväli, hakkab gaas eralduma "rasketeks" ja "kergeteks" fraktsioonideks. Kerged ja rasked molekulid hakkavad rühmituma rootori erinevates tsoonides, kuid mitte keskel ja piki perimeetrit, vaid üla- ja alaosas.
See tekib konvektsioonivoolude tõttu - rootori kate kuumutatakse ja tekib gaasi vastuvool. Silindri üla- ja alaossa on paigaldatud kaks väikest sisselasketoru. Alumisse torusse siseneb lahja segu ja ülemisse torusse suurema aatomikontsentratsiooniga segu. 235U. See segu läheb järgmisse tsentrifuugi ja nii edasi kuni kontsentratsioonini 235 uraan ei saavuta soovitud väärtust. Tsentrifuugide ahelat nimetatakse kaskaadiks.
Tehnilised omadused.
Noh, esiteks, pöörlemiskiirus - tänapäevase põlvkonna tsentrifuugides ulatub see 2000 p / s (ma isegi ei tea, millega seda võrrelda ... 10 korda kiirem kui lennukimootori turbiin)! Ja see on töötanud vahetpidamata KOLM KÜMNENDIT! Need. Nüüd pöörlevad Brežnevi ajal sisse lülitatud tsentrifuugid kaskaadides! NSV Liitu pole enam olemas, aga nad muudkui keerlevad ja keerlevad. Pole raske välja arvutada, et oma töötsükli jooksul teeb rootor 2 000 000 000 000 (kaks triljonit) pööret. Ja milline laager sellele vastu peab? Jah, mitte ühtegi! Seal pole laagreid.
Rootor ise on tavaline ülaosa, mille põhjas on tugev nõel, mis toetub korundlaagrile ja ülemine ots ripub vaakumis, mida hoiab elektromagnetväli. Nõel pole ka lihtne, tehtud tavalisest klaverikeelte traadist, väga kavalalt karastatud (nagu GT). Pole raske ette kujutada, et sellise meeletu pöörlemiskiiruse juures peab tsentrifuug ise olema mitte lihtsalt vastupidav, vaid ülimalt vastupidav.
Akadeemik Joseph Fridlander meenutab: "Nad oleksid võinud mind kolm korda tulistada. Ükskord, kui olime juba Lenini preemia saanud, juhtus suur õnnetus, tsentrifuugi kaas lendas ära. Tükid hajusid ja hävitasid teised tsentrifuugid. Tekkis radioaktiivne pilv. Pidime kogu liini peatama – kilomeeter paigaldusi! Sredmashis juhtis kindral Zverev tsentrifuuge enne aatomiprojekti, ta töötas Beria osakonnas. Kindral koosolekul ütles: "Olukord on kriitiline. Riigi kaitse on ohus. Kui me olukorda kiiresti ei paranda, kordub '37 teie jaoks. Ja lõpetas koosoleku kohe. Siis mõtlesime välja täiesti uue tehnoloogia, mille kaaned on täiesti isotroopse ühtlase struktuuriga, kuid vaja oli väga keerulisi paigaldusi. Sellest ajast alates on seda tüüpi kaaned toodetud. Rohkem hädasid ei olnud. Venemaal on 3 rikastustehast, sadu tuhandeid tsentrifuuge.
Fotol: esimese põlvkonna tsentrifuugi testid
Ka rootori korpused olid algselt metallist, kuni need asendati... süsinikkiuga. Kerge ja suure tõmbetugevusega on see ideaalne materjal pöörleva silindri jaoks.
UEIP peadirektor (2009–2012) Aleksander Kurkin meenutab: "See muutus naeruväärseks. Kui nad katsetasid ja kontrollisid uut, leidlikumat tsentrifuugipõlvkonda, ei oodanud üks töötajatest rootori täielikku seiskumist, ühendas selle kaskaadi küljest lahti ja otsustas selle käsitsi stendile kanda. Kuid selle asemel, et edasi liikuda, võttis ta selle silindri omaks ja hakkas tagurpidi liikuma, ükskõik kuidas ta ka vastu pidas. Nii nägime oma silmaga, et maakera pöörleb ja güroskoop on suur jõud.
Kes selle välja mõtles?
Oh, see on müsteerium, mis on mähitud mõistatusse ja ümbritsetud põnevusega. Siit leiate vangistatud Saksa füüsikud, CIA, SMERSHi ohvitserid ja isegi allatulistatud spioonipiloot Powers. Üldiselt kirjeldati gaasitsentrifuugi põhimõtet 19. sajandi lõpus.
Juba aatomiprojekti koidikul pakkus Kirovi tehase erikonstrueerimisbüroo insener Viktor Sergejev välja tsentrifuugeraldusmeetodi, kuid alguses ei kiitnud kolleegid tema ideed heaks. Paralleelselt võitlesid lüüa saanud Saksamaa teadlased Suhhumis asuvas spetsiaalses uurimisinstituudis-5 eraldustsentrifuugi loomisega: dr Max Steenbeck, kes töötas Hitleri ajal juhtiva Siemensi insenerina, ja endine Luftwaffe mehaanik, Viini ülikooli lõpetanud, Gernot Zippe. Kokku kuulus rühma umbes 300 “eksporditud” füüsikut.
Rosatomi osariigi korporatsiooni Centrotech-SPb CJSC peadirektor Aleksei Kalitejevski tuletab meelde: «Meie eksperdid jõudsid järeldusele, et Saksa tsentrifuug on tööstuslikuks tootmiseks absoluutselt sobimatu. Steenbecki aparaadil puudus süsteem osaliselt rikastatud toote ülekandmiseks järgmisse etappi. Tehti ettepanek jahutada kaane otsad ja külmutada gaas ning seejärel sulatada, koguda ja panna järgmisse tsentrifuugi. See tähendab, et skeem ei tööta. Projektis oli aga mitmeid väga huvitavaid ja ebatavalisi tehnilisi lahendusi. Need "huvitavad ja ebatavalised lahendused" ühendati Nõukogude teadlaste saadud tulemustega, eriti Viktor Sergejevi ettepanekutega. Suhteliselt on meie kompaktne tsentrifuug üks kolmandik saksa mõtte viljast ja kaks kolmandikku nõukogude vili. Muide, kui Sergeev tuli Abhaasiasse ja avaldas oma mõtteid uraani valiku kohta samale Steenbeckile ja Zippele, jätsid Steenbeck ja Zippe need realiseerimatuteks.
Millega siis Sergejev välja mõtles?
Ja Sergejevi ettepanek oli luua gaasivalijad pitot-torude kujul. Kuid dr Steenbeck, kes, nagu ta arvas, oli sel teemal hambaid söönud, oli kategooriline: "Nad aeglustavad voolu, põhjustavad turbulentsi ja eraldumist ei teki!" Aastaid hiljem oma memuaaride kallal töötades kahetses ta seda: „Idee, mis väärib meilt tulekut! Aga see ei tulnud mulle kunagi pähe..."
Hiljem, olles väljaspool NSV Liitu, ei töötanud Steenbeck enam tsentrifuugidega. Kuid enne Saksamaale lahkumist oli Geront Zippel võimalus tutvuda Sergeevi tsentrifuugi prototüübi ja selle geniaalselt lihtsa tööpõhimõttega. Kunagi läänes patenteeris "kaval Zippe", nagu teda sageli kutsuti, tsentrifuugi konstruktsiooni oma nime all (1957. aasta patent nr 1071597, deklareeritud 13 riigis). 1957. aastal USA-sse kolinud Zippe ehitas seal toimiva installatsiooni, reprodutseerides mälu järgi Sergejevi prototüübi. Ja ta nimetas seda, avaldagem austust, "Vene tsentrifuugiks" (pildil).
Muide, Vene insener on ennast näidanud ka paljudel muudel juhtudel. Näiteks võib tuua lihtsa hädaseiskamisventiili. Puuduvad andurid, detektorid ega elektroonilised vooluringid. On ainult samovarisegisti, mis puudutab oma kroonlehega kaskaadi raami. Kui midagi läheb valesti ja tsentrifuug muudab oma asendit ruumis, siis see lihtsalt pöördub ja sulgeb sisselasketoru. See on nagu nali Ameerika pastaka ja vene pliiatsi kohta kosmoses.
Meie päevad
Sel nädalal viibis nende ridade autor olulisel sündmusel - USA energeetikaministeeriumi Venemaa vaatlejate büroo lepingu alusel sulgemisel. HEU-LEU. See tehing (kõrgelt rikastatud uraan – väherikastatud uraan) oli ja jääb suurimaks tuumaenergia valdkonna lepinguks Venemaa ja Ameerika vahel. Lepingu tingimuste kohaselt töötlesid Venemaa tuumateadlased 500 tonni meie relvade kvaliteediga (90%) uraani Ameerika tuumaelektrijaamade kütuseks (4%). Aastatel 1993-2009 ulatusid tulud 8,8 miljardi USA dollarini. See oli meie tuumateadlaste sõjajärgsetel aastatel isotoopide eraldamise alal tehtud tehnoloogilise läbimurde loogiline tulemus.
Fotol: gaasitsentrifuugide kaskaadid ühes UEIP töökojas. Neid on siin umbes 100 000.
Tänu tsentrifuugidele oleme saanud tuhandeid tonne suhteliselt odavat, nii militaar- kui ka kaubanduslikku toodet. Tuumatööstus on üks väheseid allesjäänud (sõjalennundus, kosmos), kus Venemaal on vaieldamatu ülimuslikkus. Ainuüksi välistellimused kümme aastat ette (2013-2022), Rosatomi portfell ilma lepinguta HEU-LEU on 69,3 miljardit dollarit. 2011. aastal ületas see 50 miljardi...
Fotol on UEIP-s HFC-dega konteinerite ladu.
28. septembril 1942 võeti vastu Riigikaitsekomitee resolutsioon nr 2352ss “Uraanitöö korraldamise kohta”. Seda kuupäeva peetakse Venemaa tuumatööstuse ajaloo ametlikuks alguseks.
Esimene tuumareaktor ehitati 1942. aasta detsembris USA-s E. Fermi
.
Euroopas käivitati esimene tuumareaktor 1946. aasta detsembris Moskvas I. V. juhtimisel. Kurtšatova
.
1978. aastaks töötas maailmas juba tuhatkond erinevat tüüpi tuumareaktorit. Mis tahes tuumareaktori komponendid on: tuum Koos tuumakütus, mida tavaliselt ümbritseb neutronreflektor, jahutusvedelik, ahelreaktsiooni juhtimissüsteem, kiirguskaitse, kaugjuhtimissüsteem ( riis. 1). Tuumareaktori peamine omadus on selle võimsus. Võimsus 1 juures Mv vastab ahelreaktsioonile, mille käigus toimub 3 10 16 lõhustumist 1-ks sek.
Elektriliste tuumareaktorite projekteerimine.
Tuumareaktor on seade, milles viiakse läbi raskete elementide tuumade lõhustumise kontrollitud ahelreaktsioon ja selle protsessi käigus vabanev soojusenergia eemaldatakse jahutusvedeliku abil. Tuumareaktori põhielement on tuum. See sisaldab tuumakütust ja viib läbi lõhustumisahelreaktsiooni. Tuum on teatud viisil paigutatud tuumakütust sisaldavate kütuseelementide kogum. Termilised neutronreaktorid kasutavad moderaatorit. Kütuseelementide jahutamiseks pumbatakse läbi südamiku jahutusvedelikku. Teatud tüüpi reaktorites täidab moderaatori ja jahutusvedeliku rolli sama aine, näiteks tavaline või raske vesi.
Homogeense reaktori skeem: 1-reaktori korpus, 2-südamikuline, 3-mahukompensaator, 4-soojusvaheti, 5-auru väljalaskeava, 6-toitevee sisselaskeava, 7-tsirkulatsioonipump
Reaktori töö juhtimiseks viiakse südamikusse suure neutronite neeldumise ristlõikega materjalidest valmistatud juhtvardad. Jõureaktorite südamikku ümbritseb neutronreflektor – aeglustusmaterjali kiht, et vähendada neutronite lekkimist südamikust. Lisaks võrdsustub tänu reflektorile neutronite tihedus ja energia eraldumine kogu südamiku ruumala ulatuses, mis võimaldab saada antud tsooni suuruse jaoks suuremat võimsust, saavutada ühtlasem kütuse läbipõlemine, pikendada reaktori tööaega. kütust üle koormamata ja lihtsustada soojuse eemaldamise süsteemi. Reflektorit soojendab aeglustavate ja neelduvate neutronite ja gamma kvantide energia, seega on tagatud selle jahutus. Südamik, reflektor ja muud elemendid on suletud korpusesse või korpusesse, mis on tavaliselt ümbritsetud bioloogilise varjestusega.
Tuumareaktori südamikus on tuumakütus, toimub tuuma lõhustumise ahelreaktsioon ja energia vabaneb. Riik Tuumareaktorit iseloomustab efektiivne koefitsient Kef neutronite paljunemine või reaktsioonivõime r:
R = (K ¥ - 1)/K eff. (1)
Kui K ef > 1, siis ahelreaktsioon aja jooksul suureneb, tuumareaktor on ülekriitilises olekus ja selle reaktsioonivõime r > 0; Kui K eff< 1 , siis reaktsioon kustub, reaktor on alakriitiline, r< 0; при TO ¥ = 1, r = 0, reaktor on kriitilises olekus, käimas on statsionaarne protsess ja lõhustumiste arv on ajas konstantne. Ahelreaktsiooni käivitamiseks tuumareaktori käivitamisel sisestatakse tavaliselt südamikusse neutroniallikas (Ra ja Be segu, 252 Cf jne), kuigi see pole vajalik, kuna uraani tuumade spontaanne lõhustumine ja kosmilised kiired tagama piisava arvu algneutroneid ahelreaktsiooni tekkeks at K ef > 1.
Enamik tuumareaktoreid kasutab lõhustuva ainena 235 U Kui südamik sisaldab lisaks tuumkütusele (looduslik või rikastatud uraan) neutronite aeglustajat (grafiit, vesi ja muud kergeid tuumasid sisaldavad ained, vt. Neutronite modereerimine), siis toimub põhiosa jagunemistest mõju all termilised neutronid (termiline reaktor). Termilises neutronite tuumareaktoris saab kasutada looduslikku uraani, mis ei ole rikastatud 235 U-ga (see oli esimene tuumareaktor). Kui südamikus moderaatorit pole, põhjustavad suurema osa lõhustumist kiired neutronid energiaga x n > 10 kev (kiire reaktor). Võimalikud on ka vahepealsed neutronreaktorid energiaga 1-1000 ev.
Tuumareaktori kriitilisuse tingimus on järgmine:
Keff = K ¥ × P = 1 , (1)
kus 1 - P on neutronite väljapääsemise (lekke) tõenäosus tuumareaktori südamikust, TO ¥ - neutronite korrutustegur lõpmatult suures südamikus, mis on termilise tuumareaktori jaoks määratud nn nelja teguri valemiga:
TO¥ = neju. (2)
Siin n on keskmine sekundaarsete (kiirete) neutronite arv, mis tuleneb 235 U tuuma tuuma lõhustumisest termiliste neutronite poolt, e on korrutustegur kiirete neutronitega (neutronite arvu suurenemine tuumade lõhustumise tõttu, peamiselt 238 U tuumad, kiirete neutronite poolt); j on tõenäosus, et 238 U tuum ei haara neutronit aeglustumisprotsessi ajal, u on tõenäosus, et termiline neutron põhjustab lõhustumist. Sageli kasutatakse väärtust h = n/(l + a), kus a on kiirguse sidumise ristlõike s p ja lõhustumise ristlõike s d suhe.
Tingimus (1) määrab tuumareaktori mõõtmed Näiteks looduslikust uraanist ja grafiidist valmistatud tuumareaktori puhul n = 2.4. e » 1.03, eju » 0.44, kust TO¥ = 1,08. See tähendab, et TO ¥ > 1 vajalik P<0,93, что соответствует (как показывает теория Ядерный реактор) размерам активной зоны Ядерный реактор ~ 5-10 m. Kaasaegse energeetilise tuumareaktori maht ulatub sadadesse m 3 ja selle määravad peamiselt soojuse eemaldamise võimalused, mitte kriitilised tingimused. Kriitilises olekus oleva tuumareaktori aktiivse tsooni mahtu nimetatakse tuumareaktori kriitiliseks ruumalaks ja lõhustuva materjali massi kriitiliseks massiks. Väikseima kriitilise massiga on tuumareaktor, mille kütus on puhaste lõhustuvate isotoopide soolade lahusena vees ja millel on veeneutronreflektor. 235 U puhul on see mass 0,8 kg, Sest 239 Pu - 0,5 kg . 251 Cf on väikseima kriitilise massiga (teoreetiliselt 10 g). Loodusliku uraaniga grafiidist tuumareaktori kriitilised parameetrid: uraani mass 45 T, grafiidi maht 450 m 3 . Neutronite lekke vähendamiseks antakse südamikule sfääriline või peaaegu sfääriline kuju, näiteks silinder, mille kõrgus on suurusjärgus läbimõõdust või kuubik (väikseim pinna ja ruumala suhe).
n väärtust teatakse termiliste neutronite puhul 0,3% täpsusega (tabel 1). Lõhustumise põhjustanud neutroni energia x n kasvades suureneb n vastavalt seadusele: n = n t + 0,15x n (x n in Mav), kus n t vastab lõhustumisele termiliste neutronite poolt.
Tabel 1. - Väärtused n ja h) termiliste neutronite jaoks (vastavalt 1977. aasta andmetele)
233U |
235U |
239 Pu |
241 Pu |
Väärtus (e-1) on tavaliselt vaid paar%, kuid kiire neutronite paljunemise roll on oluline, kuna suurte tuumareaktorite puhul (; TO ¥ - 1) << 1 (графитовые Ядерный реактор с естественным ураном, в которых впервые была осуществлена цепная реакция, невозможно было бы создать, если бы не существовало деления на быстрых нейтронах).
J maksimaalne võimalik väärtus saavutatakse tuumareaktoris, mis sisaldab ainult lõhustuvaid tuumasid. Energeetilised tuumareaktorid kasutavad nõrgalt rikastatud uraani (kontsentratsioon 235 U ~ 3-5%) ja 238 U tuumad neelavad olulise osa neutronitest. Seega on uraani isotoopide loodusliku segu puhul maksimaalne väärtus nJ = 1.32. Neutronite neeldumine moderaatoris ja konstruktsioonimaterjalides ei ületa tavaliselt 5-20% kõigi tuumakütuse isotoopide neeldumisest. Moderaatoritest on raske vee neutronite ja struktuurimaterjalide - Al ja Zr - neeldumine madalaim.
Neutronite resonantspüüdmise tõenäosus 238 U tuumaga modereerimisprotsessi käigus (1-j) väheneb heterogeenses tuumareaktoris oluliselt resonants väheneb järsult kütuseploki sees ja resonantsneeldumises Kaasatud on ainult ploki välimine kiht. Tuumareaktori heterogeenne struktuur võimaldab teostada looduslikku uraani kasutades ahelprotsessi. See vähendab O väärtust, kuid see reaktsioonivõime kadu on oluliselt väiksem kui resonantsneeldumise vähenemisest tulenev võimendus.
Tuumareaktori soojusomaduste arvutamiseks on vaja määrata termiliste neutronite spekter. Kui neutronite neeldumine on väga nõrk ja neutronil õnnestub enne neeldumist mitu korda põrkuda moderaatori tuumadega, siis tekib termodünaamiline tasakaal (neutronite termiliseerumine) modereeriva keskkonna ja neutrongaasi vahel ning kirjeldatakse termiliste neutronite spekter. Maxwelli jaotus . Tegelikkuses on neutronite neeldumine tuumareaktori südamikus üsna kõrge. See toob kaasa kõrvalekaldumise Maxwelli jaotusest – neutronite keskmine energia on suurem kui keskkonna molekulide keskmine energia. Termiseerimisprotsessi mõjutavad tuumade liikumised, aatomite keemilised sidemed jne.
Tuumakütuse läbipõlemine ja taastootmine. Tuumareaktori töötamise ajal toimub kütuse koostise muutus sellesse akumuleeruvate lõhustumisfragmentide tõttu (vt. Tuuma lõhustumine) ja haridusega transuraansed elemendid, peamiselt Pu isotoobid. Lõhustumisfragmentide mõju reaktsioonivõimele Tuumareaktorit nimetatakse mürgitamiseks (radioaktiivsete fragmentide puhul) ja räbu tekitamiseks (stabiilsete fragmentide puhul). Mürgistust põhjustab peamiselt 135 Xe, millel on suurim neutronite neeldumise ristlõige (2,6 10 6 ait). Selle poolestusaeg on T 1/2 = 9,2 tundi, lõhustumise saagis on 6-7%. Põhiosa 135 Xe-st moodustub 135 lagunemise tulemusena]( Ostukeskus = 6,8 h). Mürgituse korral muutub Cef 1-3%. 135 Xe suur neeldumisristlõige ja vahepealse isotoobi 135 I olemasolu põhjustavad kaks olulist nähtust: 1) 135 Xe kontsentratsiooni suurenemine ja sellest tulenevalt tuumareaktori reaktsioonivõime vähenemine pärast seda. on seiskunud või võimsust vähendatud ("joodikaev"). See sunnib reguleerivatesse asutustesse lisareaktiivsuse reservi või muudab lühiajalised seisakud ja võimsuse kõikumised võimatuks. Joodi kaevu sügavus ja kestus sõltuvad neutronite voost Ф: juures Ф = 5·10 13 neutronit/cm 2 × sek Joodi kaevu kestus ~ 30 h, ja sügavus on 2 korda suurem kui statsionaarne muutus K eff, mille põhjustas 135 Xe mürgistus. 2) Mürgituse tõttu võivad tekkida neutronite voo F ja seega ka võimsuse ruumilised võnked. h.
Tuuma lõhustumisel tekkivate erinevate stabiilsete fragmentide hulk on suur. Võrreldes lõhustuva isotoobi neeldumisristlõikega on killud suure ja väikese neeldumisristlõikega. Esimese kontsentratsioon saavutab küllastumise tuumareaktori esimestel tööpäevadel (peamiselt 149 Sm, muutes Keffi 1% võrra). Viimaste kontsentratsioon ja nende poolt tekitatav negatiivne reaktsioonivõime suurenevad aja jooksul lineaarselt.
Transuraani elementide moodustumine tuumareaktoris toimub vastavalt järgmistele skeemidele:
Siin tähendab 3 neutronite püüdmist, noole all olev number on poolestusaeg.
239 Pu (tuumakütus) akumuleerumine tuumareaktori töö alguses toimub ajas lineaarselt ja mida kiiremini (fikseeritud põlemisega 235 U), seda madalam on uraani rikastamine. Siis kaldub 239 Pu kontsentratsioon konstantsele väärtusele, mis ei sõltu rikastamise astmest, vaid määratakse neutronite püüdmise ristlõigete 238 U ja 239 Pu suhtega. . Iseloomulik aeg tasakaalukontsentratsiooni saavutamiseks 239 Pu ~ 3/ F aastat (F ühikutes 10 13 neutronit/ cm 2× s). Isotoobid 240 Pu ja 241 Pu saavutavad tasakaalukontsentratsiooni ainult siis, kui kütus põletatakse uuesti tuumareaktoris pärast tuumakütuse regenereerimist.
Tuumakütuse läbipõlemist iseloomustab tuumareaktorisse eralduv koguenergia 1 kohta T kütust. Looduslikul uraanil töötava tuumareaktori puhul on maksimaalne põlemine ~10 GW × päev/t(raskevee tuumareaktor). B Tuumareaktor nõrgalt rikastatud uraaniga (2-3% 235 U) saavutatakse läbipõlemine ~ 20-30 GW-päev/t. Kiire neutronite tuumareaktoris - kuni 100 GW-päev/t. Läbipõlemine 1 GW-päev/t vastab 0,1% tuumakütuse põletamisele.
Tuumakütuse läbipõlemisel väheneb tuumareaktori reaktsioonivõime (looduslikku uraani kasutavas tuumareaktoris toimub väikeste põlemiste korral reaktsioonivõime mõningane tõus). Põlenud kütuse asendamine võib toimuda kohe kogu südamikust või järk-järgult mööda kütusevardaid, nii et südamik sisaldab igas vanuses kütusevardaid - pidev ülekoormusrežiim (võimalikud on vahepealsed valikud). Esimesel juhul on värske kütusega tuumareaktoris liigne reaktiivsus, mis tuleb kompenseerida. Teisel juhul on sellist kompensatsiooni vaja ainult esmasel käivitamisel, enne pideva ülekoormusrežiimi sisenemist. Pidev ümberlaadimine võimaldab suurendada põlemissügavust, kuna tuumareaktori reaktsioonivõime määravad lõhustuvate nukliidide keskmised kontsentratsioonid (tabel 2 näitab regenereeritud tuuma koostist). kütus (sisse kg) V survevee reaktor võimsus 3 Gvt. Kogu südamik laaditakse maha üheaegselt pärast tuumareaktori 3-tunnist töötamist aastat ja "väljavõtted" 3 aastat(Ф = 3×10 13 neutronit/cm 2 ×sek). Esialgne koosseis: 238 U - 77350, 235 U - 2630, 234 U - 20.
Tabel 2. - mahalaaditud kütuse koostis, kg
Tuumareaktori tööpõhimõtte ja struktuuri mõistmiseks peate tegema lühikese ekskursiooni minevikku. Tuumareaktor on sajanditevanune, ehkki mitte täielikult ellu viidud inimkonna unistus ammendamatust energiaallikast. Selle iidne “eellane” on kuivadest okstest lõke, mis kunagi valgustas ja soojendas koopa võlve, kus meie kauged esivanemad leidsid pääste külma eest. Hiljem valdasid inimesed süsivesinikke – kivisütt, põlevkivi, naftat ja maagaasi.
Algas rahutu, kuid lühiajaline auruajastu, mis asendus veelgi fantastilisema elektriajastuga. Linnad täitusid valgusega ja töökojad täitusid seninägematute elektrimootoritega töötavate masinate suminast. Siis tundus, et areng on jõudnud haripunkti.
Kõik muutus 19. sajandi lõpus, kui prantsuse keemik Antoine Henri Becquerel avastas kogemata, et uraanisoolad on radioaktiivsed. 2 aastat hiljem said tema kaasmaalased Pierre Curie ja tema naine Maria Sklodowska-Curie neilt raadiumi ja polooniumi ning nende radioaktiivsuse tase oli miljoneid kordi kõrgem kui tooriumil ja uraanil.
Teatekepi võttis kätte Ernest Rutherford, kes uuris üksikasjalikult radioaktiivsete kiirte olemust. Nii algas aatomi ajastu, millest sündis tema armastatud laps – aatomireaktor.
Esimene tuumareaktor
“Firstborn” on pärit USA-st. 1942. aasta detsembris andis esimese voolu reaktor, mis sai nime selle looja, sajandi ühe suurima füüsiku E. Fermi järgi. Kolm aastat hiljem elavnes ZEEP-i tuumarajatis Kanadas. “Pronks” läks esimesele Nõukogude reaktorile F-1, mis käivitati 1946. aasta lõpus. I. V. Kurchatov sai kodumaise tuumaprojekti juhiks. Tänapäeval töötab maailmas edukalt üle 400 tuumaelektrijaama.
Tuumareaktorite tüübid
Nende peamine eesmärk on toetada kontrollitud tuumareaktsiooni, mis toodab elektrit. Mõned reaktorid toodavad isotoope. Lühidalt öeldes on need seadmed, mille sügavustes muudetakse ühed ained suure hulga soojusenergia vabanemisega teisteks. See on omamoodi "ahi", kus traditsiooniliste kütuste asemel põletatakse uraani isotoope - U-235, U-238 ja plutooniumi (Pu).
Erinevalt näiteks mitut tüüpi bensiini jaoks mõeldud autost on igal radioaktiivse kütuse tüübil oma reaktoritüüp. Neid on kaks - aeglastel (U-235-ga) ja kiiretel (U-238 ja Pu-ga) neutronitel. Enamikul tuumaelektrijaamadel on aeglaste neutronreaktorid. Lisaks tuumaelektrijaamadele "töötavad" rajatised uurimiskeskustes, tuumaallveelaevadel jne.
Kuidas reaktor töötab
Kõikidel reaktoritel on ligikaudu sama vooluring. Selle "süda" on aktiivne tsoon. Seda saab umbkaudu võrrelda tavalise pliidi tulega. Ainult küttepuude asemel on tuumakütus moderaatoriga kütuseelementide kujul - kütusevardad. Aktiivne tsoon asub omamoodi kapsli – neutronreflektori – sees. Kütusevardaid “pestakse” jahutusvedelikuga – veega. Kuna "süda" on väga kõrge radioaktiivsusega, on see ümbritsetud usaldusväärse kiirguskaitsega.
Operaatorid juhivad tehase tööd kahe kriitilise süsteemi abil - ahelreaktsiooni juhtimine ja kaugjuhtimissüsteem. Hädaolukorra tekkimisel aktiveeritakse koheselt hädakaitse.
Kuidas reaktor töötab?
Aatomi "leek" on nähtamatu, kuna protsessid toimuvad tuuma lõhustumise tasemel. Ahelreaktsiooni käigus lagunevad rasked tuumad väiksemateks fragmentideks, mis ergastatud olekus muutuvad neutronite ja muude subatomaarsete osakeste allikateks. Kuid protsess ei lõpe sellega. Neutronid jätkavad “lõhenemist”, mille tulemusena eraldub palju energiat ehk mis juhtub, mille nimel tuumajaamu ehitatakse.
Personali põhiülesanne on hoida juhtvarraste abil ahelreaktsiooni konstantsel reguleeritaval tasemel. See on selle peamine erinevus aatomipommist, kus tuuma lagunemise protsess on kontrollimatu ja kulgeb kiiresti võimsa plahvatuse kujul.
Mis juhtus Tšernobõli tuumaelektrijaamas
1986. aasta aprillis Tšernobõli tuumaelektrijaamas toimunud katastroofi üks peamisi põhjuseid oli tööohutuse reeglite jäme rikkumine 4. jõuploki korraliste hooldustööde käigus. Seejärel eemaldati südamikust korraga 203 grafiitvarda eeskirjadega lubatud 15 asemel. Selle tulemusena lõppes alanud kontrollimatu ahelreaktsioon termilise plahvatuse ja jõuallika täieliku hävimisega.
Uue põlvkonna reaktorid
Viimase kümnendi jooksul on Venemaa tõusnud üheks maailma tuumaenergia liidriks. Hetkel ehitab riiklik korporatsioon Rosatom tuumaelektrijaamu 12 riiki, kuhu ehitatakse 34 jõuplokki. Nii suur nõudlus annab tunnistust kaasaegse Venemaa tuumatehnoloogia kõrgest tasemest. Järjekorras on uued 4. põlvkonna reaktorid.
"Brest"
Üks neist on Brest, mida arendatakse Breakthrough projekti raames. Praegused avatud tsükliga süsteemid töötavad väherikastatud uraanil, mistõttu tuleb suures koguses kasutatud tuumkütust kõrvaldada tohutute kuludega. "Brest" – kiire neutronreaktor on ainulaadne oma suletud tsüklis.
Selles muutub kasutatud tuumkütus pärast vastavat töötlemist kiirneutronreaktoris taas täisväärtuslikuks kütuseks, mida saab samasse käitisse tagasi laadida.
Bresti eristab kõrge turvalisuse tase. See ei "plahvata" kunagi isegi kõige tõsisema õnnetuse korral, see on väga ökonoomne ja keskkonnasõbralik, kuna kasutab uuesti oma "uuendatud" uraani. Seda ei saa kasutada ka relvakvaliteediga plutooniumi tootmiseks, mis avab selle ekspordiks kõige laiemad väljavaated.
VVER-1200
VVER-1200 on uuenduslik 3+ põlvkonna reaktor võimsusega 1150 MW. Tänu ainulaadsetele tehnilistele võimalustele on sellel peaaegu absoluutne tööohutus. Reaktor on rikkalikult varustatud passiivsete ohutussüsteemidega, mis töötavad automaatselt ka toite puudumisel.
Üks neist on passiivne soojuse eemaldamise süsteem, mis aktiveerub automaatselt, kui reaktor on täielikult pingevaba. Sel juhul on ette nähtud avariihüdraulikapaagid. Kui primaarringis esineb ebanormaalne rõhulangus, hakkab reaktorisse tarnima suur kogus boori sisaldavat vett, mis summutab tuumareaktsiooni ja neelab neutroneid.
Teine oskusteave asub kaitsekesta alumises osas - sulamislõks. Kui avarii tagajärjel südamik "lekib", ei lase "lõks" isolatsioonikestal kokku kukkuda ja takistab radioaktiivsete toodete sattumist maapinnale.
Tavainimese jaoks on kaasaegsed kõrgtehnoloogilised seadmed nii salapärased ja mõistatuslikud, et on aeg neid kummardada, nii nagu vanad inimesed kummardasid välku. Koolifüüsikatunnid, mis on täis matemaatilisi arvutusi, ei lahenda probleemi. Kuid võite isegi rääkida huvitava loo tuumareaktorist, mille tööpõhimõte on teismeliselegi selge.
Kuidas tuumareaktor töötab?
Selle kõrgtehnoloogilise seadme tööpõhimõte on järgmine:
- Kui neutron neeldub, tuumkütus (enamasti see uraan-235 või plutoonium-239) toimub aatomituuma lõhustumine;
- Vabaneb kineetiline energia, gammakiirgus ja vabad neutronid;
- Kineetiline energia muundub soojusenergiaks (tuumade põrkumisel ümbritsevate aatomitega), gammakiirgus neeldub reaktoris endas ja muutub ka soojuseks;
- Osa toodetud neutronitest neeldub kütuseaatomites, mis põhjustab ahelreaktsiooni. Selle juhtimiseks kasutatakse neutronite absorbereid ja moderaatoreid;
- Jahutusvedeliku (vesi, gaas või vedel naatrium) abil eemaldatakse reaktsioonikohast soojus;
- Auruturbiinide käitamiseks kasutatakse kuumutatud veest saadavat surveauru;
- Generaatori abil muudetakse turbiini pöörlemise mehaaniline energia vahelduvvooluks.
Klassifitseerimise lähenemisviisid
Reaktorite tüpoloogial võib olla palju põhjuseid:
- Tuumareaktsiooni tüübi järgi. Lõhustumine (kõik kaubanduslikud rajatised) või termotuumasünteesi (termotuumaenergia, laialt levinud ainult mõnes uurimisinstituudis);
- Jahutusvedeliku järgi. Enamikul juhtudel kasutatakse selleks vett (keedvat või rasket). Mõnikord kasutatakse alternatiivseid lahendusi: vedel metall (naatrium, plii-vismut, elavhõbe), gaas (heelium, süsinikdioksiid või lämmastik), sulasool (fluoriidisoolad);
- Põlvkonna järgi. Esimene neist oli varajased prototüübid, millel polnud kaubanduslikku mõtet. Teiseks on suurem osa praegu kasutusel olevatest tuumaelektrijaamadest ehitatud enne 1996. aastat. Kolmas põlvkond erineb eelmisest vaid väikeste täiustuste poolest. Töö neljanda põlvkonna kallal alles käib;
- Koondamisoleku järgi kütus (gaasikütus on praegu olemas ainult paberil);
- Kasutusotstarbe järgi(elektri tootmiseks, mootori käivitamiseks, vesiniku tootmiseks, magestamiseks, elementide transmutatsiooniks, neuraalse kiirguse saamiseks, teoreetiliseks ja uurimistööks).
Tuumareaktori struktuur
Enamiku elektrijaamade reaktorite põhikomponendid on:
- Tuumakütus on aine, mida on vaja elektriturbiinide jaoks soojuse tootmiseks (tavaliselt väherikastatud uraan);
- Tuumareaktori südamik on koht, kus toimub tuumareaktsioon;
- Neutronide moderaator – vähendab kiirete neutronite kiirust, muutes need termilisteks neutroniteks;
- Käivitav neutroniallikas – kasutatakse tuumareaktsiooni usaldusväärseks ja stabiilseks käivitamiseks;
- Neutronabsorber – saadaval mõnes elektrijaamas värske kütuse kõrge reaktsioonivõime vähendamiseks;
- Neutronhaubits – kasutatakse reaktsiooni taasalgatamiseks pärast seiskamist;
- Jahutusvedelik (puhastatud vesi);
- Juhtvardad – uraani või plutooniumi tuumade lõhustumise kiiruse reguleerimiseks;
- Veepump - pumpab vett aurukatlasse;
- Auruturbiin – muudab auru soojusenergia pöörlemismehaaniliseks energiaks;
- Jahutustorn - seade liigse soojuse eemaldamiseks atmosfääri;
- Radioaktiivsete jäätmete vastuvõtu- ja ladustamissüsteem;
- Ohutussüsteemid (avarii-diiselgeneraatorid, seadmed südamiku avariijahutuseks).
Kuidas uusimad mudelid töötavad
Viimase 4. põlvkonna reaktorid on saadaval kommertskasutuseks mitte varem kui 2030. Praegu on nende toimimise põhimõte ja struktuur väljatöötamisjärgus. Kaasaegsete andmete kohaselt erinevad need modifikatsioonid olemasolevatest mudelitest eeliseid:
- Kiire gaasijahutussüsteem. Eeldatakse, et jahutusvedelikuna kasutatakse heeliumi. Projekteerimisdokumentatsiooni järgi saab sel viisil jahutada reaktoreid, mille temperatuur on 850 °C. Sellistel kõrgetel temperatuuridel töötamiseks on vaja spetsiifilisi tooraineid: komposiitkeraamilised materjalid ja aktiniidiühendid;
- Peamise jahutusvedelikuna on võimalik kasutada pliid või plii-vismuti sulamit. Nendel materjalidel on madal neutronite neeldumiskiirus ja suhteliselt madal sulamistemperatuur;
- Samuti võib peamise jahutusvedelikuna kasutada sulasoolade segu. See võimaldab töötada kõrgematel temperatuuridel kui tänapäevased vesijahutusega kolleegid.
Looduslikud analoogid looduses
Tuumareaktorit tajutakse avalikkuse teadvuses eranditult kui kõrgtehnoloogia toodet. Samas tegelikult esimene selline seade on looduslikku päritolu. See avastati Kesk-Aafrikas Gaboni osariigis Oklo piirkonnas:
- Reaktor tekkis uraanikivimite üleujutuse tõttu põhjavee poolt. Nad tegutsesid neutronite moderaatoritena;
- Uraani lagunemisel vabanev soojusenergia muudab vee auruks ja ahelreaktsioon peatub;
- Pärast jahutusvedeliku temperatuuri langemist kordub kõik uuesti;
- Kui vedelik poleks ära keenud ja reaktsiooni peatanud, oleks inimkond silmitsi seisnud uue looduskatastroofiga;
- Selles reaktoris algas isemajandav tuuma lõhustumine umbes poolteist miljardit aastat tagasi. Selle aja jooksul saadi ligikaudu 0,1 miljonit vatti väljundvõimsust;
- Selline maailmaime Maal on teadaolevalt ainus. Uute tekkimine on võimatu: uraan-235 osakaal looduslikus tooraines on palju väiksem kui ahelreaktsiooni säilitamiseks vajalik tase.
Mitu tuumareaktorit on Lõuna-Koreas?
Loodusvarade poolest vaene, kuid tööstuslikult arenenud ja ülerahvastatud Korea Vabariik vajab erakordselt energiat. Saksamaa keeldumise taustal rahumeelse aatomi kasutamisest on sellel riigil suured lootused tuumatehnoloogia ohjeldamisel:
- Aastaks 2035 on plaanis jõuda tuumajaamade toodetud elektrienergia osakaal 60%ni ning kogutoodang on üle 40 gigavati;
- Riigil pole aatomirelvi, kuid tuumafüüsika uurimine käib. Korea teadlased on välja töötanud kaasaegsete reaktorite konstruktsioonid: moodulreaktorid, vesinik, vedela metalliga jne;
- Siinsete teadlaste edu võimaldab tehnoloogiaid välismaale müüa. Eeldatakse, et riik ekspordib järgmise 15–20 aasta jooksul 80 sellist ühikut;
- Kuid tänase seisuga ehitati enamik tuumaelektrijaamu Ameerika või Prantsuse teadlaste abiga;
- Töötavate jaamade arv on suhteliselt väike (ainult neli), kuid igal neist on märkimisväärne arv reaktoreid – kokku 40 ja see arv kasvab.
Neutronite pommitamisel läheb tuumakütus ahelreaktsiooni, mille tulemuseks on tohutul hulgal soojust. Süsteemis olev vesi võtab selle soojuse ja muutub auruks, mis muudab elektrit tootvad turbiinid. Siin on lihtne skeem Maa võimsaima energiaallika tuumareaktori tööst.
Video: kuidas tuumareaktorid töötavad
Selles videos räägib tuumafüüsik Vladimir Tšaikin teile, kuidas tuumareaktorites elektrit toodetakse ja nende üksikasjalikust ülesehitusest:
Laadimine...
