Kernreaktor: bedryfsbeginsels, en die eenheid kring

Ontwerp en bedryf van 'n kernreaktor gebaseer op die inisialisering en beheer selfonderhoudende kernreaksie. Dit word gebruik as 'n instrument vir die produksie van radio-aktiewe isotope en as 'n energiebron vir kernkragsentrales.

Kernreaktor: die beginsel van werking (kort)

hierin gebruik fisie proses waarin 'n swaar kern split in twee kleiner fragmente. Hierdie fragmente is in 'n baie opgewekte toestand en uitstraal neutrone en ander subatomiese deeltjies en fotone. Neutrone kan nuwe afdelings as gevolg van wat hulle selfs meer uitgestraal, en so aan veroorsaak. Hierdie deurlopende selfonderhoudende aantal disintegrasies genoem kettingreaksie. Op dieselfde tyd, 'n groot bedrag van energie, die produksie van wat is die doel van die gebruik van kernkrag.

Die beginsel van werking van 'n kernreaktor en 'n kernkragsentrale is sodanig dat 85% van die kolonies verdeel energie vrygestel word binne 'n baie kort tyd na die aanvang van die reaksie. Die oorblywende deel is vervaardig deur die radio-aktiewe verval van fissieprodukte, nadat hulle verwerp neutrone. Radioaktiewe verval is die proses waarin die atoom 'n bestendige toestand bereik. Hy het voortgegaan en na afdeling.

Die atoombom kettingreaksie verhoog in intensiteit, totdat die meeste van die materiaal sal verdeel word. Dit gebeur baie vinnig, die vervaardiging van 'n uiters kragtige ontploffings kenmerk van sulke bomme. Meganisme en bedryf van 'n kernreaktor gebaseer op die beginsel van die behoud van die kettingreaksie op 'n gereguleerde byna konstante vlak. Dit is so ontwerp dat ontplof as atoombom kan nie.

Kettingreaksie en kritiek

Fisika fisie reaktor word bepaal dat 'n kettingreaksie waarskynlikheid na kernsplyting neutron emissie. As onlangse bevolking afneem, sal die tempo van verdeeldheid in die einde val na nul. In hierdie geval sal die reaktor wees in 'n subkritische staat. As die neutron bevolking teen 'n konstante vlak gehandhaaf word, sal die fisie koers stabiel bly. Die reaktor sal wees in 'n kritieke toestand. En ten slotte, as met verloop van tyd die neutron bevolking groei, verdeel die spoed en krag sal toeneem. kern staat word superkritiese.

Die beginsel van werking van 'n kernreaktor volgende. Voor die aanvang van die neutron bevolking is naby aan nul. Dan, operateurs verwyder die beheerstawe van die kern, die verhoging van die afdeling cores dat die reaktor tydelik vat in 'n superkritiese toestand. Na die bereik van die gegradeerde krag operateurs deels teruggekeer beheerstawe, aanpassing van die bedrag van neutrone. Daarna die reaktor in stand gehou word in 'n kritieke toestand. Wanneer dit nodig is om op te hou is, die operateur voeg stange heeltemal. Dit onderdruk die afdeling en stel die kern in subkritische staat.

tipes reaktore

Die meeste van die bestaande energie genereer die hitte wat nodig is om turbines, wat kragopwekkers van elektrisiteit van kerninstallasies in die wêreld te dryf ry. Ook, daar is baie navorsing reaktore, en 'n paar lande het duikbote of oppervlak skepe, gedryf deur die energie van die atoom.

kragsentrales

Daar is verskeie spesies van hierdie tipe reaktor, maar wyd aanvaar ontwerp van lig water. Op sy beurt is, kan dit gebruik word in druk water of kookwater. In die eerste geval is die hoë druk vloeistof verhit word deur die hitte van die kern en gaan die stoom generator. Daar is die hitte van die primêre na die sekondêre kring geslaag het, verder uit water. Die gegenereerde stoom uiteindelik dien as die werkende vloeistof in die stoomturbine siklus.

Die reaktor is 'n kokende tipe werk op die beginsel van direkte energie siklus. Water wat deur die kern, het tot kookpunt oor matige druk vlak. Versadigde stoom gaan deur 'n reeks van skeiding en droog is van die hand gesit in die reactorvat, wat lei tot sy sverhperegretoe staat. Verhitte stoom word dan gebruik as die werkende vloeistof, die roterende turbine.

Hoë-temperatuur gas-verkoelde

Hoë-temperatuur gasverkoelde reaktor (HTGR) - 'n kernreaktor, is die beginsel van die operasie wat gebaseer is op die gebruik van grafiet as 'n brandstofmengsel van brandstof en mikrosfere. Daar is twee mededingende ontwerpe:

• Duitse "Los-vul" stelsel, wat 'n sferiese brandstof elemente gebruik 60 mm in deursnee, wat bestaan uit 'n mengsel van brandstof en grafiet in 'n grafiet dop;
• die Amerikaanse weergawe van 'n grafiet seskantige prismas wat gekoppel word, om die kern te skep.

In beide gevalle, die koel vloeistof bestaan uit helium onder 'n druk van ongeveer 100 atmosfeer. Die Duitse stelsel helium gaan deur die gapings in die laag van sferiese brandstof elemente, en in die VSA - deur openinge in die grafiet prismas gereël langs die sentrale as van die reaktor kern. Beide opsies kan funksioneer teen 'n baie hoë temperature, aangesien die grafiet het 'n baie hoë sublimasie temperatuur, en chemies inert helium heeltemal. Hot helium kan direk gebruik word as 'n werkende vloeistof in 'n gas turbine by 'n hoë temperatuur of hitte aangewend kan word vir die opwekking van stoom siklus water.

Liquid-metaal kernreaktor: kring en werk beginsel

Vinnige reaktore met natrium koelmiddel het baie aandag gekry in die 1960-1970's. Dan lyk dit dat hul vermoë om voort te plant kernbrandstof in die nabye toekoms verwag word om brandstof te produseer vir 'n vinnig veranderende kernbedryf. Toe dit duidelik geword dat hierdie verwagting is onrealisties, entoesiasme afgeneem in die 1980's. Maar in die Verenigde State van Amerika, Rusland, Frankryk, Brittanje, Japan en Duitsland het 'n reeks van reaktors van hierdie tipe. Die meeste van hulle werk op uraandioksied of 'n mengsel van plutonium koolstofdioksied. In die Verenigde State van Amerika, maar die grootste sukses behaal met metaal brandstof.

CANDU

Kanada het sy pogings op die reaktors, wat natuurlike uraan gebruik gefokus. Dit skakel die behoefte vir sy verryking aan die dienste van ander lande gebruik. Die gevolg van hierdie beleid was die deuterium-uraan reaktor (CANDU). Beheer en koel dit geproduseer swaar water. Ontwerp en bedryf van 'n kernreaktor is om 'n tenk gebruik met koue D ₂ O by atmosferiese druk. Aktiewe gebied deurdring buise van sirkonium allooi brandstof van natuurlike uraan, waardeur sirkuleer koel sy swaar water. Elektrisiteit geproduseer word deur die hitte-oordrag in swaar water koelmiddel, wat gesirkuleer deur die stoom generator. Die stoom in die sekondêre lus gaan dan deur 'n konvensionele turbine siklus.

navorsingsfasiliteite

Vir navorsing kernreaktor is die mees dikwels gebruik word, die beginsel van wat bestaan in die gebruik van water koel plaat en brandstof uraan-elemente in die vorm gemeentes. In staat is om die bedryf in 'n wye verskeidenheid van vlakke van 'n paar honderd kilowatt om megawatt. Sedert kragopwekking is nie die primêre doel van navorsing reaktore, is hulle wat gekenmerk word deur hitte-energie gegenereer, en die digtheid van die kern nominale energie neutrone. Dit is hierdie parameters sal help om die vermoë van 'n ondersoek reactor om spesifieke studies uit te voer kwantifiseer. Lae-krag stelsels is geneig om te werk aan universiteite en word gebruik vir opleiding, en 'n hoë krag is nodig in navorsing laboratoriums vir die toets van materiale en eienskappe, sowel as vir algemene navorsing.

Die mees algemene navorsing kernreaktor, die struktuur en beginsel van werking is soos volg. Sy aktiewe gebied is geleë in die onderste van die groot diep poel water. Dit fasiliteer waarneming en kanaal toekenning waardeur die neutron balke kan gerig word. Teen 'n lae vlakke is daar geen behoefte om die koelmiddel pomp, as om 'n veilige bedryfstelsel toestand van die natuurlike konveksie van koelmiddel in stand te hou verseker voldoende warmteafvoer. Die hitteruiler word gewoonlik geleë op die oppervlak of in die boonste deel van die swembad waar die warm water is opgehoopte.

installasie skip

Oorspronklike en primêre gebruik van kernreaktore is die gebruik daarvan in duikbote. Hul groot voordeel is dat, in teenstelling met fossielbrandstof verbranding stelsels vir die opwekking van elektrisiteit wat hulle nie lug nodig. Gevolglik kan kern duikboot onder die water bly vir 'n lang tyd, en konvensionele diesel-elektriese duikboot moet van tyd tot tyd na die oppervlak styg, om hul lug motors hardloop. Kernenergie bied 'n strategiese voordeel skepe Navy. Danksy haar, daar is geen rede om te hervul in buitelandse hawens of uit maklik vatbaar tenkwaens.

Die beginsel van werking van 'n kernreaktor op 'n duikboot geklassifiseer. Dit is egter bekend dat in die VSA dit gebruik hoogs verrykte uraan, en die verlangsaming en verkoeling is lig water. Die ontwerp van die eerste reaktor kern duikboot USS Nautilus is sterk beïnvloed deur kragtige navorsing installasies. Sy unieke kenmerk is die baie hoë reaktiwiteit marge, die verskaffing van 'n lang tydperk van die operasie sonder hervulling en die vermoë om weer te begin na die staking. Kragstasie in duikbote moet baie stil wees, om opsporing te vermy. Om die spesifieke behoeftes van die verskillende klasse van duikbote verskillende modelle van kragsentrales is gestig ontmoet.

US Navy op vliegdekskepe gebruik kernreaktor, die beginsel van wat geglo word geleen uit die grootste duikbote. Besonderhede van die konstruksie en is nog nie gepubliseer word nie.

Behalwe die Verenigde State van Amerika, kern duikbote is in die Verenigde Koninkryk, Frankryk, Rusland, China en Indië. In elk geval, is die ontwerp nie bekend gemaak nie, maar dit word geglo dat hulle almal baie soortgelyk - dit is 'n gevolg van die dieselfde vereistes vir hul tegniese eienskappe. Rusland het ook 'n klein vloot van kern ysbrekers, wat dieselfde reaktor as in Sowjet duikbote gestig.

industriële installasies

Vir doeleindes van die produksie van wapens plutonium-239 maak gebruik van 'n kernreaktor, die beginsel van wat bestaan in 'n hoë produktiwiteit met 'n lae vlak van energie. Dit is te wyte aan die feit dat langtermyn verblyf van plutonium in die kern lei tot die opeenhoping van ongewenste ²⁴⁰ Pu.

produksie van tritium

Op die oomblik is die belangrikste materiaal verkrygbaar by sulke stelsels is tritium ⁽³ H of T) - die koste vir waterstof bomme. Plutonium-239 het 'n lang halfleeftyd van 24.100 jaar, so 'n land met kernwapens dat hierdie element gebruik as 'n reël, het dit meer as wat nodig is. In teenstelling met die ²³⁹ Pu, die half-lewe van tritium is ongeveer 12 jaar. Dus, om die nodige voorraad in stand te hou, hierdie radio-aktiewe isotoop van waterstof moet uit voortdurend gedra. In die VSA, die rivier Savannah (Suid-Carolina), byvoorbeeld, het 'n paar swaar water reaktore, wat tritium produseer.

drywende krag

Geskep deur kernreaktors, in staat om van die verskaffing van elektrisiteit en stoom verwarming verwyder afgeleë gebiede. In Rusland, byvoorbeeld, het ons gevind die gebruik van klein kragstelsels, spesiaal ontwerp om te voldoen aan die Arktiese nedersettings. In China, die 10-megawatt aanleg HTR-10 voorrade hitte en elektriese krag navorsingsinstituut, waarin dit geleë is. Ontwikkeling van klein reaktors outomaties beheer word met 'n soortgelyke vermoëns word in Swede en Kanada uitgevoer. Tussen 1960 en 1972, het die US Army kompakte water reaktors na afgeleë basisse in Groenland en Antarktika te voorsien. Hulle is vervang deur brandstof-olie kragsentrales.

verkenning van die ruimte

Daarbenewens is die reaktors ontwerp vir krag en beweging in die ruimte. In die tydperk 1967-1988, die Sowjet-Unie het 'n klein kern installasies op die "Kosmos" satelliete om toerusting en telemetrie voorsien, maar hierdie beleid het 'n teiken vir kritiek. Ten minste een van hierdie satelliete geloop die Aarde se atmosfeer, wat veroorsaak dat radioaktiewe besoedeling afgeleë gebiede van Kanada. Die Verenigde State van Amerika van stapel gestuur net een satelliet met 'n kernreaktor in 1965. Maar projekte op die gebruik daarvan in diep ruimte missies, bemande navorsing ander planete of op 'n permanente maan basis voortgaan om te ontwikkel. Dit is seker 'n gasverkoelde of vloeistof-metaal kernreaktor, die fisiese beginsels van wat bied die hoogste moontlike temperatuur wat nodig is om die grootte van die verkoeler te minimaliseer wees. Ook die reaktor ruimte vir toerusting om so kompak wees as moontlik om die hoeveelheid materiaal wat gebruik word vir die afskerming te verminder, en om die gewig te verminder tydens die bekendstelling en ruimte vlug. Brandstof kapasiteit sal verseker werking van die reaktor vir die duur van die ruimte vlug.