A reaktor szerkezete. Hogyan működik egy atomreaktor?

11.10.2019

A működési elv és az eszköz megértése nukleáris reaktor, meg kell csinálni kis kirándulás a múltba. Az atomreaktor az emberiség évszázados, bár nem teljesen megvalósult álma egy kimeríthetetlen energiaforrásról. Ősi „őse” egy száraz ágakból rakott tűz, amely egykor megvilágította és felmelegítette annak a barlangnak a boltozatát, ahol távoli őseink találtak megmentést a hidegtől. Később az emberek elsajátították a szénhidrogéneket - szén, pala, olaj és földgáz.

Egy viharos, de rövid életű gőzkorszak vette kezdetét, amelyet az elektromosság még fantasztikusabb korszaka váltott fel. A városok megteltek fénnyel, a műhelyek pedig az eddig nem látott, villanymotorral hajtott gépek zümmögésével. Aztán úgy tűnt, hogy a fejlődés elérte a csúcspontját.

Minden megváltozott benne késő XIX században, amikor Antoine Henri Becquerel francia kémikus véletlenül felfedezte, hogy az uránsók radioaktívak. 2 évvel később honfitársai, Pierre Curie és felesége, Maria Sklodowska-Curie rádiumot és polóniumot szereztek be tőlük, és radioaktivitásuk milliószor magasabb volt, mint a tóriumé és az uráné.

A pálcát Ernest Rutherford vette fel, aki részletesen tanulmányozta a radioaktív sugarak természetét. Így kezdődött az atom kora, amely megszülte szeretett gyermekét - az atomreaktort.

Az első atomreaktor

A „Firstborn” az USA-ból származik. 1942 decemberében az első áramot a reaktor hozta létre, amely megkapta alkotója nevét - az egyik legnagyobb fizikusok században E. Fermi. Három évvel később Kanadában életre kelt a ZEEP nukleáris létesítmény. „Bronz” az első szovjet F-1 reaktor, amelyet 1946 végén indítottak. I. V. Kurchatov lett a hazai nukleáris projekt vezetője. Ma több mint 400 atomerőművi blokk működik sikeresen a világon.

Az atomreaktorok típusai

Fő céljuk egy szabályozott nukleáris reakció támogatása, amely elektromosságot termel. Egyes reaktorok izotópokat termelnek. Röviden, ezek olyan eszközök, amelyek mélyén egyes anyagok a felszabadulás során másokká alakulnak nagy mennyiség hőenergia. Ez egyfajta „sütő”, ahol ahelyett hagyományos típusok Az üzemanyag „égeti” az urán izotópjait – U-235, U-238 és plutóniumot (Pu).

Ellentétben például egy több típusú benzinhez tervezett autóval, minden radioaktív üzemanyagtípusnak megvan a saját típusú reaktora. Ebből kettő van - lassú (U-235-tel) és gyors (U-238-cal és Pu-val) neutronokon. A legtöbb atomerőmű lassú neutronreaktorral rendelkezik. Az atomerőművek mellett a létesítmények „dolgoznak” kutatóközpontokban, nukleáris tengeralattjárókon stb.

Hogyan működik a reaktor

Az összes reaktor körülbelül azonos áramkörrel rendelkezik. A „szíve” az aktív zóna. Nagyjából egy hagyományos kályha tűzteréhez hasonlítható. Csak tűzifa helyett nukleáris üzemanyag van fűtőelemek formájában, moderátorral - üzemanyagrudakkal. Az aktív zóna egyfajta kapszula - egy neutron reflektor - belsejében található. Az üzemanyagrudakat a hűtőfolyadék – víz – „mossa”. Mert a „szívben” nagyon magas szint radioaktivitás, megbízható sugárvédelem veszi körül.

Az üzemeltetők kettővel irányítják a létesítmény működését kritikus rendszerek– a láncreakció szabályozása és távoli rendszer menedzsment. Vészhelyzet esetén a vészvédelem azonnal működésbe lép.

Hogyan működik egy reaktor?

Az atom „lángja” láthatatlan, mivel a folyamatok a maghasadás szintjén mennek végbe. A láncreakció során a nehéz atommagok kisebb darabokra bomlanak, amelyek gerjesztett állapotban neutronok és más szubatomi részecskék forrásaivá válnak. De a folyamat ezzel nem ér véget. A neutronok tovább „hasadnak”, ennek eredményeként nagy mennyiségű energia szabadul fel, vagyis mi történik, amiért atomerőműveket építenek.

A személyzet fő feladata a láncreakció vezérlőrudak segítségével állandó, állítható szinten tartása. Ez a fő különbsége atombomba, ahol a nukleáris bomlás folyamata ellenőrizhetetlen és gyorsan lezajlik, erőteljes robbanás formájában.

Mi történt a csernobili atomerőműben

A katasztrófa egyik fő oka Csernobili atomerőmű 1986 áprilisában - az üzembiztonsági szabályok súlyos megsértése a 4. erőmű szokásos karbantartása során. Ekkor a magból egyszerre 203 grafitrudat távolítottak el az előírások által megengedett 15 helyett. Ennek eredményeként a megindult ellenőrizhetetlen láncreakció hőrobbanással és az erőmű teljes megsemmisülésével végződött.

Új generációs reaktorok

Mögött elmúlt évtizedben Oroszország a globális atomenergia egyik vezetőjévé vált. Tovább Ebben a pillanatban A Rosatom állami vállalat 12 országban épít atomerőműveket, ahol 34 erőművi blokk épül. Az ilyen nagy kereslet a modern orosz nukleáris technológia magas szintjének bizonyítéka. A sorban következnek az új 4. generációs reaktorok.

"Brest"

Az egyik a Breakthrough projekt részeként fejlesztés alatt álló Brest. Most operációs rendszer A nyílt ciklusú rendszerek alacsony dúsítású uránnal működnek, ami nagy mennyiségű kiégett fűtőelemet hagy maga után, amelyet ártalmatlanítani kell, ami óriási költségeket igényel. "Brest" - a gyorsneutronreaktor egyedülálló a zárt ciklusában.

Ebben a kiégett fűtőelem a gyorsneutronos reaktorban történő megfelelő feldolgozás után ismét teljes értékű fűtőanyaggá válik, amelyet vissza lehet tölteni ugyanabba a létesítménybe.

Brest magas szintű biztonság jellemzi. Soha nem fog „felrobbanni” a legsúlyosabb balesetben sem, rendkívül gazdaságos és környezetbarát, hiszen újrahasznosítja „megújított” uránját. Fegyverminőségű plutónium előállítására sem használható, ami a legszélesebb kilátásokat nyitja meg exportja számára.

VVER-1200

A VVER-1200 egy innovatív, 3+ generációs reaktor, 1150 MW teljesítménnyel. Egyedülálló műszaki adottságainak köszönhetően szinte abszolút üzembiztonsággal rendelkezik. A reaktor bőségesen fel van szerelve passzív biztonsági rendszerekkel, amelyek áramellátás hiányában is automatikusan működnek.

Ezek egyike a passzív hőelvezető rendszer, amely automatikusan működésbe lép, amikor a reaktor teljesen áramtalanítva van. Ebben az esetben vészhelyzeti hidraulika tartályok állnak rendelkezésre. Ha a primer körben rendellenes nyomásesés lép fel, akkor nagy mennyiségű bórt tartalmazó víz kerül a reaktorba, ami kioltja a magreakciót és elnyeli a neutronokat.

Egy másik know-how a védőhéj alsó részében található - az olvadék „csapda”. Ha egy baleset következtében a mag „kiszivárog”, a „csapda” nem engedi beomlani a védőburkolatot, és megakadályozza, hogy radioaktív termékek kerüljenek a talajba.

Az atomreaktor zökkenőmentesen és hatékonyan működik. Ellenkező esetben, mint tudod, bajok lesznek. De mi történik odabent? Próbáljuk meg röviden, érthetően, megállásokkal megfogalmazni az atom(atom)reaktor működési elvét.

Lényegében ugyanaz a folyamat zajlik ott, mint egy atomrobbanáskor. Csak a robbanás történik nagyon gyorsan, de a reaktorban mindez hosszú ideig elnyúlik. Ennek eredményeként minden épségben marad, és energiát kapunk. Nem annyira, hogy egyszerre minden tönkremenjen a környéken, de eléggé ahhoz, hogy árammal láthassa el a várost.

Mielőtt megértené, hogyan megy végbe egy szabályozott nukleáris reakció, tudnod kell, mi az nukleáris reakció egyáltalán.

nukleáris reakció Az atommagok átalakulási (hasadási) folyamata, amikor kölcsönhatásba lépnek elemi részecskékkel és gamma-kvantumokkal.

A nukleáris reakciók energia elnyelésével és felszabadulásával egyaránt előfordulhatnak. A reaktor a második reakciókat használja.

Nukleáris reaktor egy olyan eszköz, amelynek célja egy szabályozott nukleáris reakció fenntartása energia felszabadításával.

Az atomreaktort gyakran atomreaktornak is nevezik. Vegye figyelembe, hogy alapvető különbség itt nem, de tudományos szempontból helyesebb a „nukleáris” szó használata. Manapság sokféle atomreaktor létezik. Ezek hatalmas ipari reaktorok, amelyeket erőművek energiatermelésére terveztek, tengeralattjárók atomreaktorai, tudományos kísérletekben használt kis kísérleti reaktorok. Vannak még tengervíz sótalanítására használt reaktorok is.

Az atomreaktor létrehozásának története

Az első atomreaktort a nem is olyan távoli 1942-ben indították el. Ez az USA-ban történt Fermi vezetésével. Ezt a reaktort "Chicago Woodpile"-nek hívták.

1946-ban megkezdte működését az első szovjet reaktor, amelyet Kurcsatov vezetésével indítottak. Ennek a reaktornak a teste hét méter átmérőjű golyó volt. Az első reaktorok nem rendelkeztek hűtőrendszerrel, teljesítményük minimális volt. Egyébként a szovjet reaktor átlagos teljesítménye 20 watt volt, az amerikaié pedig csak 1 watt. Összehasonlításképpen: a modern reaktorok átlagos teljesítménye 5 Gigawatt. Kevesebb mint tíz évvel az első reaktor, a világ első ipari reaktorának elindítása után atomerőmű Obninsk városában.

A nukleáris (atom) reaktor működési elve

Minden atomreaktor több részből áll: mag Val vel üzemanyag És moderátor , neutron reflektor , hűtőfolyadék , vezérlő és védelmi rendszer . Az izotópokat leggyakrabban üzemanyagként használják a reaktorokban. uránium (235, 238, 233), plutónium (239) és tórium (232). Az aktív zóna egy kazán, amelyen keresztül áramlik tiszta víz(hűtőfolyadék). Egyéb hűtőfolyadékok között ritkábban használják a „nehézvizet” és a folyékony grafitot. Ha az atomerőművek működéséről beszélünk, akkor hőtermelésre atomreaktort használnak. Magát a villamos energiát ugyanazzal a módszerrel állítják elő, mint más típusú erőművekben - a gőz forgatja a turbinát, és a mozgás energiája elektromos energiává alakul.

Az alábbiakban egy atomreaktor működési diagramja látható.

Mint már említettük, egy nehéz uránmag bomlása során könnyebb elemek és több neutron keletkezik. A keletkező neutronok más atommagokkal ütköznek, ami szintén hasadást okoz. Ugyanakkor a neutronok száma lavinaszerűen nő.

Itt kell megemlíteni neutronszorzótényező . Tehát, ha ez az együttható meghaladja az eggyel egyenlő értéket, atomrobbanás. Ha az érték kisebb, mint egy, akkor túl kevés a neutron, és a reakció kialszik. De ha az együttható értékét eggyel egyenlőnek tartja, a reakció sokáig és stabilan megy végbe.

A kérdés az, hogyan kell ezt megtenni? A reaktorban az üzemanyag az ún fűtőelemek (TVELakh). Ezek olyan rudak, amelyek kis tabletták formájában tartalmazzák: nukleáris üzemanyag . A tüzelőanyag rudak hatszögletű kazettákba vannak kötve, amelyekből több száz is lehet egy reaktorban. Az üzemanyagrudakkal ellátott kazetták függőlegesen vannak elrendezve, és minden üzemanyagrúdnak van egy olyan rendszere, amely lehetővé teszi a magba merülés mélységének szabályozását. Magukon a kazettákon kívül tartalmazzák vezérlő rudak És vészvédelmi rudak . A rudak olyan anyagból készülnek, amely jól elnyeli a neutronokat. Így a vezérlőrudak a magban különböző mélységekbe süllyeszthetők le, ezáltal beállítható a neutronszorzótényező. A vészhelyzeti rudakat arra tervezték, hogy vészhelyzet esetén leállítsák a reaktort.

Hogyan indul el egy atomreaktor?

Magát a működési elvet kitaláltuk, de hogyan kell elindítani és működőképessé tenni a reaktort? Nagyjából itt van - egy darab urán, de a láncreakció nem kezdődik meg benne magától. A tény az, hogy a magfizikában van egy fogalom kritikus tömeg .

A kritikus tömeg a nukleáris láncreakció elindításához szükséges hasadóanyag tömege.

A fűtőelem- és vezérlőrudak segítségével a reaktorban először egy kritikus tömegű nukleáris üzemanyag jön létre, majd több lépcsőben hozzák létre a reaktort az optimális teljesítményszintre.

Ebben a cikkben megpróbáltuk megadni alapgondolat a nukleáris (atom)reaktor felépítéséről és működési elvéről. Ha kérdése van a témával kapcsolatban, vagy az egyetemen magfizikai problémát kérdezett, forduljon bizalommal cégünk szakembereinek. Szokás szerint készek vagyunk segíteni a tanulmányaival kapcsolatos minden sürgető probléma megoldásában. És ha már itt tartunk, itt van még egy oktatóvideó a figyelmedbe!

Hogyan működik egy reaktor Atomerőmű hűtőtornyai?
Mielőtt megértené, hogyan megy végbe egy szabályozott nukleáris reakció, tudnod kell, mi a nukleáris reakció általában.

A magreakció az atommagok átalakulási (hasadási) folyamata, amikor kölcsönhatásba lépnek elemi részecskékkel és gamma-sugárzással.

A nukleáris reakciók energia elnyelésével és felszabadulásával egyaránt előfordulhatnak. A reaktor a második reakciókat használja.

Az atomreaktor olyan berendezés, amelynek célja szabályozott nukleáris reakció fenntartása energia felszabadulásával.

Az atomreaktort gyakran atomreaktornak is nevezik. Vegyük észre, hogy itt nincs alapvető különbség, de a tudomány szempontjából helyesebb a „nukleáris” szó használata. Ma már sokféle atomreaktor létezik. Ezek hatalmas ipari reaktorok, amelyeket erőművek energiatermelésére terveztek, tengeralattjárók atomreaktorai, tudományos kísérletekben használt kis kísérleti reaktorok. Vannak még tengervíz sótalanítására használt reaktorok is.

A teremtés története nukleáris reaktor

Az első atomreaktort a nem is olyan távoli 1942-ben indították el. Ez az USA-ban történt Fermi vezetésével. Ezt a reaktort Chicago Woodpile-nek hívták.

1946-ban megkezdte működését az első szovjet reaktor, amelyet Kurcsatov vezetésével indítottak. Ennek a reaktornak a teste hét méter átmérőjű golyó volt. Az első reaktorokban nem volt hűtőrendszer, teljesítményük minimális volt. Egyébként a szovjet reaktor átlagos teljesítménye 20 watt volt, az amerikaié pedig csak 1 watt. Összehasonlításképpen: a modern reaktorok átlagos teljesítménye 5 Gigawatt. Kevesebb mint tíz évvel az első reaktor beindítása után Obnyinszk városában megnyílt a világ első ipari atomerőműve.

A nukleáris (atom) reaktor működési elve

Bármely atomreaktor több részből áll: egy mag üzemanyaggal és moderátorral, egy neutron reflektor, egy hűtőfolyadék, egy vezérlő és védelmi rendszer. Az urán (235, 238, 233), a plutónium (239) és a tórium (232) izotópjait használják leggyakrabban üzemanyagként a reaktorokban. A mag egy kazán, amelyen keresztül közönséges víz (hűtőfolyadék) áramlik. Egyéb hűtőfolyadékok között ritkábban használják a „nehézvizet” és a folyékony grafitot. Ha az atomerőművek működéséről beszélünk, akkor hőtermelésre atomreaktort használnak. Magát a villamos energiát ugyanazzal a módszerrel állítják elő, mint más típusú erőművekben - a gőz forgatja a turbinát, és a mozgás energiája elektromos energiává alakul.

Az alábbiakban egy atomreaktor működési diagramja látható.

atomreaktor működésének diagramja Atomerőmű atomreaktorának diagramja

Itt meg kell említenünk a neutronszorzótényezőt. Tehát, ha ez az együttható meghaladja az eggyel egyenlő értéket, akkor nukleáris robbanás következik be. Ha az érték kisebb, mint egy, akkor túl kevés a neutron, és a reakció kialszik. De ha az együttható értékét eggyel egyenlőnek tartja, a reakció sokáig és stabilan megy végbe.

A kérdés az, hogyan kell ezt megtenni? A reaktorban a tüzelőanyagot úgynevezett fűtőelemek (fűtőelemek) tartalmazzák. Ezek olyan rudak, amelyek nukleáris üzemanyagot tartalmaznak kis tabletták formájában. A tüzelőanyag-rudakat hatszögletű kazettákba kötik, amelyekből több száz is lehet egy reaktorban. Az üzemanyagrudakkal ellátott kazetták függőlegesen vannak elrendezve, és minden üzemanyagrúdnak van egy olyan rendszere, amely lehetővé teszi a magba merülés mélységének szabályozását. Magukon a kazettákon kívül vannak köztük vezérlőrudak és vészvédelmi rudak is. A rudak olyan anyagból készülnek, amely jól elnyeli a neutronokat. Így a vezérlőrudak a magban különböző mélységekbe süllyeszthetők, ezáltal beállítható a neutronszorzótényező. A vészhelyzeti rudakat arra tervezték, hogy vészhelyzet esetén leállítsák a reaktort.

Hogyan indul el egy atomreaktor?

Nukleáris üzemanyag Nukleáris üzemanyag

A kritikus tömeg a nukleáris láncreakció elindításához szükséges hasadóanyag tömege.

Tetszeni fog: Matematikai trükkök bölcsészhallgatóknak és nem annyira (1. rész)
Ebben a cikkben megpróbáltunk általános képet adni egy nukleáris (nukleáris) reaktor felépítéséről és működési elvéről. Ha kérdése van a témával kapcsolatban, vagy az egyetemen magfizikai problémát kérdezett, forduljon cégünk szakembereihez. Szokás szerint készek vagyunk segíteni a tanulmányaival kapcsolatos minden sürgető probléma megoldásában. És ha már itt tartunk, itt van még egy oktatóvideó a figyelmedbe!

blog/kak-rabotaet-yadernyj-reaktor/

Az atomenergia jelentősége a modern világban

Az atomenergia hatalmas előrelépést tett az elmúlt néhány évtizedben, és számos ország számára az egyik legfontosabb villamosenergia-forrássá vált. Ugyanakkor emlékezni kell arra, hogy ennek az iparágnak a fejlődése nemzetgazdaság Megéri tudósok, mérnökök és hétköznapi munkások tízezreinek óriási erőfeszítéseit, akik mindent megtesznek annak érdekében, hogy a „békés atom” ne váljon valódi fenyegetéssé emberek milliói számára. Minden atomerőmű igazi magja az atomreaktor.

Az atomreaktor létrehozásának története

Első hasonló készülék a második világháború tetőpontján építette az USA-ban a híres tudós és mérnök E. Fermi. Az övé miatt szokatlan megjelenésű, egymásra rakott grafittömbökből álló halomra hasonlít, ezt az atomreaktort Chicago Stacknek hívták. Érdemes megjegyezni, hogy ez az eszköz uránnal működött, amely közvetlenül a blokkok közé került.

Atomreaktor létrehozása a Szovjetunióban

Nálunk a nukleáris kérdések is adottak voltak fokozott figyelem. Annak ellenére, hogy a tudósok fő erőfeszítései az atom katonai felhasználására összpontosultak, a kapott eredményeket aktívan használták békés célokra. Az első, F-1 kódnevű atomreaktort a híres fizikus, I. Kurcsatov vezette tudóscsoport építette meg 1946 decemberének végén. Jelentős hátránya volt, hogy nincs benne semmiféle hűtőrendszer, így az általa leadott energia ereje rendkívül jelentéktelen volt. Ezzel egy időben a szovjet kutatók befejezték a megkezdett munkát, amelynek eredményeként mindössze nyolc évvel később megnyílt a világ első atomerőműve Obnyinszk városában.

A reaktor működési elve

Az atomreaktor rendkívül összetett és veszélyes műszaki eszköz. Működési elve azon alapul, hogy az urán bomlása során több neutron szabadul fel, amelyek viszont kiütik az elemi részecskéket a szomszédos uránatomokból. Ennek a láncreakciónak az eredményeként jelentős mennyiségű energia hő és gamma-sugárzás formájában. Ugyanakkor figyelembe kell venni azt a tényt, hogy ha ezt a reakciót semmilyen módon nem szabályozzuk, akkor az urán atomok hasadása rövid idő vezethet erős robbanás nemkívánatos következményekkel.

Annak érdekében, hogy a reakció szigorúan meghatározott határok között menjen végbe, nagy jelentősége van egy atomreaktor tervezésének. Jelenleg minden ilyen szerkezet egyfajta kazán, amelyen keresztül a hűtőfolyadék áramlik. Általában vizet használnak ebben a minőségben, de vannak olyan atomerőművek, amelyek folyékony grafitot vagy nehézvizet használnak. Lehetetlen elképzelni egy modern atomreaktort több száz speciális hatszögletű kazetta nélkül. Tüzelőanyag-termelő elemeket tartalmaznak, amelyek csatornáin keresztül hűtőfolyadék áramlik. Ez a kazetta speciális réteggel van bevonva, amely képes visszaverni a neutronokat és ezáltal lelassítani a láncreakciót

Az atomreaktor és védelme

Több védelmi szinttel rendelkezik. Maga a karosszéria mellett speciális hőszigeteléssel és felül biológiai védelemmel van ellátva. Mérnöki szempontból ez a szerkezet egy erős vasbeton bunker, amelynek ajtói a lehető legszorosabban záródnak.

A huszadik század közepén az emberiség figyelme az atomra és a nukleáris reakcióra vonatkozó tudósok magyarázatára összpontosult, amelyet kezdetben katonai célokra használnak fel, feltalálva az elsőt. atombombák. De a 20. század 50-es éveiben a Szovjetunióban egy atomreaktort békés célokra használtak. Köztudott, hogy 1954. június 27-én lépett az emberiség szolgálatába a világ első 5000 kW teljesítményű atomerőműve. Napjainkban egy atomreaktor 4000 MW vagy annál nagyobb villamos energia előállítását teszi lehetővé, vagyis 800-szor többet, mint fél évszázaddal ezelőtt.

Mi az atomreaktor: alapdefiníció és a blokk fő összetevői

Az atomreaktor egy speciális egység, amely egy szabályozott nukleáris reakció megfelelő fenntartása eredményeként termel energiát. Az „atom” szó használata a „reaktor” szóval együtt megengedett. Sokan általában szinonimának tartják az „atom” és az „atomi” fogalmakat, mivel nem találnak alapvető különbséget közöttük. De a tudomány képviselői hajlamosak egy helyesebb kombinációra - az „atomreaktorra”.

Érdekes tény! Nukleáris reakciók energia felszabadulásával vagy elnyelésével léphetnek fel.

Az atomreaktor tervezésének fő összetevői a következő elemek:

Moderátor;
Vezérlőrudak;
Uránizotópok dúsított keverékét tartalmazó rudak;
Különleges védő elemek a sugárzástól;
Hűtőfolyadék;
Gőzgenerátor;
Turbina;
Generátor;
Kondenzátor;
Nukleáris üzemanyag.

Az atomreaktor működésének milyen alapelveit határozzák meg a fizikusok, és miért megingathatatlanok

Az atomreaktor alapvető működési elve a nukleáris reakció megnyilvánulásának sajátosságain alapul. Egy szabványos fizikai lánc nukleáris folyamat pillanatában a részecske kölcsönhatásba lép atommag Ennek eredményeként az atommag újjá alakul a másodlagos részecskék felszabadulásával, amelyeket a tudósok gamma-sugárzásnak neveznek. A nukleáris láncreakció során hatalmas mennyiségű hőenergia szabadul fel. A teret, amelyben a láncreakció végbemegy, reaktormagnak nevezzük.

Érdekes tény! Az aktív zóna külsőleg egy kazánhoz hasonlít, amelyen keresztül közönséges víz áramlik, és hűtőfolyadékként működik.

A neutronvesztés elkerülése érdekében a reaktormag területét speciális neutronreflektor veszi körül. Elsődleges feladata, hogy a kibocsátott neutronok nagy részét a magba taszítsa. Ugyanazt az anyagot, amely moderátorként szolgál, általában reflektorként használják.

Az atomreaktor fő vezérlése speciális vezérlőrudak segítségével történik. Ismeretes, hogy ezeket a rudakat bevezetik a reaktormagba, és megteremtik az egység működéséhez szükséges összes feltételt. A vezérlőrudak általában ebből készülnek kémiai vegyületek bór és kadmium. Miért használják ezeket az elemeket? Igen, mindez azért, mert a bór vagy a kadmium képes hatékonyan elnyelni a termikus neutronokat. És amint az indítást tervezik, az atomreaktor működési elve szerint vezérlőrudakat helyeznek a zónába. Elsődleges feladatuk a neutronok jelentős részének elnyelése, ezáltal láncreakció kiváltása. Az eredménynek el kell érnie a kívánt szintet. Amikor a teljesítmény a beállított szint fölé emelkedik, bekapcsolnak az automaták, amelyek szükségszerűen a vezérlőrudakat mélyen a reaktormagba merítik.

Így világossá válik, hogy a vezérlő vagy a vezérlőrudak játszanak fontos szerep termikus atomreaktor működésében.

A neutronszivárgás csökkentése érdekében pedig a reaktormagot neutronreflektor veszi körül, amely jelentős tömegű szabadon szökő neutront dob a zónába. A reflektor általában ugyanazt az anyagot használja, mint a moderátor.

A szabvány szerint a moderátor anyag atomjainak magja viszonylag kis tömegű, így könnyű atommaggal való ütközéskor a láncban lévő neutron több energiát veszít, mint egy nehéz atommaggal való ütközéskor. A leggyakoribb moderátorok a közönséges víz vagy grafit.

Érdekes tény! A neutronokat a magreakció folyamatában rendkívül jellemzik Magassebesség mozgás, ezért van szükség moderátorra, aki a neutronokat löki, hogy elveszítsék energiájuk egy részét.

A világon egyetlen reaktor sem tud normálisan működni hűtőközeg segítsége nélkül, hiszen annak célja a reaktor szívében keletkező energia eltávolítása. Hűtőfolyadékként folyadékot vagy gázt kell használni, mivel ezek nem képesek elnyelni a neutronokat. Adjunk példát egy kompakt atomreaktor hűtőközegére - víz, szén-dioxid, és néha még folyékony nátrium-fém is.

Így az atomreaktor működési elvei teljes mértékben a láncreakció törvényein és lefolyásán alapulnak. A reaktor minden alkatrésze - moderátor, rudak, hűtőfolyadék, nukleáris üzemanyag - ellátja a rájuk bízott feladatot, biztosítva a reaktor normál működését.

Milyen fűtőanyagot használnak az atomreaktorokhoz, és miért választották ezeket a kémiai elemeket

A reaktorok fő tüzelőanyaga az urán, a plutónium vagy a tórium izotópja lehet.

Még 1934-ben F. Joliot-Curie, miután megfigyelte az uránmag hasadási folyamatát, észrevette, hogy ennek eredményeként kémiai reakció az uránmag részekre - atommagokra és két vagy három szabad neutronra oszlik. Ez azt jelenti, hogy fennáll annak a lehetősége, hogy szabad neutronok csatlakoznak más uránmagokhoz, és újabb hasadást indítanak el. És így, ahogy a láncreakció előrevetíti: három uránmagból hat-kilenc neutron szabadul fel, és ezek ismét csatlakoznak az újonnan kialakult atommagokhoz. És így tovább a végtelenségig.

Fontos emlékezni! A maghasadás során megjelenő neutronok képesek kiváltani a 235 tömegszámú uránizotóp magjainak hasadását, illetve a 238 tömegszámú uránizotóp atommagjainak elpusztítására a bomlási folyamat során kevés energia keletkezhet.

A 235-ös urán ritkán fordul elő a természetben. Részesedése mindössze 0,7%, de a természetes urán-238 tágasabb rést foglal el, és 99,3%-ot tesz ki.

Annak ellenére, hogy az urán-235 a természetben ilyen kis arányban van jelen, a fizikusok és vegyészek továbbra sem tagadhatják meg, mert ez a leghatékonyabb egy atomreaktor működéséhez, csökkentve az emberiség energiatermelési költségeit.

Mikor jelentek meg az első atomreaktorok, és hol használják őket manapság?

1919-ben a fizikusok már diadalmaskodtak, amikor Rutherford felfedezte és leírta a mozgó protonok képződésének folyamatát az alfa-részecskék és a nitrogénatommagok ütközésének eredményeként. Ez a felfedezés azt jelentette, hogy egy nitrogén-izotóp atommag egy alfa-részecskékkel való ütközés következtében oxigénizotóp-maggá alakult.

Az első atomreaktorok megjelenése előtt a világ számos új fizikai törvényt tanult meg, amelyek mindent irányítottak fontos szempontok nukleáris reakció. Így 1934-ben F. Joliot-Curie, H. Halban, L. Kowarski javasolta először a társadalomnak és a világ tudósainak körét elméleti feltevéseket és bizonyítékokat a nukleáris reakciók végrehajtásának lehetőségéről. Minden kísérlet egy uránmag hasadásának megfigyelésére vonatkozott.

1939-ben E. Fermi, I. Joliot-Curie, O. Gan, O. Frisch követte nyomon az uránmagok hasadási reakcióját, amikor neutronokkal bombázták őket. A kutatás során a tudósok azt találták, hogy amikor egy felgyorsított neutron eltalál egy uránmagot, a meglévő atommag két vagy három részre oszlik.

A láncreakció a XX. század közepén gyakorlatilag bebizonyosodott. A tudósoknak 1939-ben sikerült bebizonyítaniuk, hogy egy uránmag hasadása körülbelül 200 MeV energiát szabadít fel. De tovább kinetikus energia körülbelül 165 MeV-ot távolítanak el a fragmentummagokból, a maradék pedig gamma-sugarakat visz el. Ez a felfedezés áttörést hozott a kvantumfizikában.

E. Fermi még több évig folytatta munkáját és kutatásait, és 1942-ben elindította az első atomreaktort az USA-ban. A megvalósított projekt a „Chicago Woodpile” nevet kapta, és sínre került. 1945. szeptember 5-én Kanada elindította ZEEP atomreaktorát. Az európai kontinens sem maradt el, és ezzel párhuzamosan épült az F-1-es létesítmény is. És az oroszok számára van egy másik emlékezetes dátum– 1946. december 25-én Moszkvában I. Kurcsatov vezetésével reaktort indítottak. Nem ezek voltak a legerősebb atomreaktorok, de ez volt a kezdete annak, hogy az ember uralja az atomot.

Békés célokra 1954-ben tudományos atomreaktort hoztak létre a Szovjetunióban. A világ első békés nukleáris meghajtású hajója erőmű – atomjégtörő"Lenin" - 1959-ben épült a Szovjetunióban. És államunk másik vívmánya az Arktika atomjégtörő. Ez a hajó a világon először ért el északi sark. Ez 1975-ben történt.

Az első hordozható atomreaktorok lassú neutronokat használtak.

Hol használnak atomreaktorokat, és milyen típusokat használ az emberiség?

Ipari reaktorok. Az atomerőművek energiatermelésére használják őket.
Nukleáris tengeralattjárók meghajtó egységeiként működő atomreaktorok.
Kísérleti (hordozható, kisméretű) reaktorok. Nélkülük egyetlen modern tudományos kísérlet vagy kutatás sem megy végbe.

Ma a tudományos világ megtanulta speciális reaktorok használatát a tengervíz sótalanítására és a lakosság jó minőségű ellátására. vizet inni. Oroszországban sok működő atomreaktor van. Így a statisztikák szerint 2018-ban mintegy 37 egység működik az államban.

Az osztályozás szerint a következők lehetnek:

Kutatás (történelmi). Ezek közé tartozik az F-1 állomás, amelyet a plutónium előállításának kísérleti helyszíneként hoztak létre. I. V. Kurchatov az F-1-ben dolgozott, és vezette az első fizikai reaktort.
Kutatás (aktív).
Fegyvertár. Példaként egy reaktorra - A-1, amely az első hűtéssel ellátott reaktorként vonult be a történelembe. Az atomreaktor múltbeli teljesítménye kicsi, de működőképes.
Energia.
Hajó. Ismeretes, hogy a hajókon és tengeralattjárókon szükségből és műszaki megvalósíthatóságból vízhűtéses vagy folyékony fémreaktorokat használnak.
Hely. Példaként nevezzük a „Yenisei” telepítést űrhajók, amely akkor lép életbe, ha többletenergia beszerzésére van szükség, és ezt a felhasználással kell majd megszerezni napelemekés izotópforrások.

Így az atomreaktorok témája meglehetősen kiterjedt, ezért alapos tanulmányozást és a törvények megértését igényli. kvantumfizika. De az atomreaktorok fontosságát az energiaszektorban és az állam gazdaságában már kétségtelenül a hasznosság és a haszon aurája övezi.