Reaktör yapısı. Nükleer reaktör nasıl çalışır?

11.10.2019

Çalışma prensibini ve cihazı anlamak nükleer reaktör, yapma ihtiyacı küçük gezi geçmişe. Nükleer reaktör, tam olarak gerçekleşmemiş olsa da, insanlığın tükenmez bir enerji kaynağına dair asırlık bir hayalidir. Onun eski "atası", bir zamanlar uzak atalarımızın soğuktan kurtuluş bulduğu mağaranın tonozlarını aydınlatan ve ısıtan kuru dallardan oluşan bir ateştir. Daha sonra insanlar hidrokarbonlar (kömür, şist, petrol ve doğal gaz) konusunda uzmanlaştı.

Çalkantılı ama kısa ömürlü bir buhar dönemi başladı ve yerini daha da fantastik bir elektrik çağı aldı. Şehirler ışıkla doluydu ve atölyeler, elektrik motorlarıyla çalıştırılan, şimdiye kadar görülmemiş makinelerin uğultusuyla doluydu. Sonra ilerleme doruğa ulaşmış gibi görünüyordu.

Her şey değişti XIX sonu yüzyılda Fransız kimyager Antoine Henri Becquerel uranyum tuzlarının radyoaktif olduğunu tesadüfen keşfetti. 2 yıl sonra yurttaşları Pierre Curie ve eşi Maria Sklodowska-Curie onlardan radyum ve polonyum elde ettiler ve radyoaktivite düzeyleri toryum ve uranyumdan milyonlarca kat daha yüksekti.

Cop, radyoaktif ışınların doğasını ayrıntılı olarak inceleyen Ernest Rutherford tarafından alındı. Böylece, çok sevdiği çocuğu olan atom reaktörünü doğuran atom çağı başladı.

İlk nükleer reaktör

“İlk doğan” ABD'den geliyor. Aralık 1942'de, yaratıcısının adını alan reaktör tarafından ilk akım üretildi. en büyük fizikçiler yüzyıl E. Fermi. Üç yıl sonra ZEEP nükleer tesisi Kanada'da hayata geçti. “Bronz”, 1946'nın sonunda başlatılan ilk Sovyet F-1 reaktörüne verildi. I.V. Kurchatov yerli nükleer projenin başına geçti. Bugün dünyada 400'den fazla nükleer güç ünitesi başarıyla faaliyet göstermektedir.

Nükleer reaktör türleri

Ana amaçları elektrik üreten kontrollü bir nükleer reaksiyonu desteklemektir. Bazı reaktörler izotoplar üretir. Kısaca, derinliklerinde bazı maddelerin salınımıyla diğerlerine dönüştüğü cihazlardır. büyük miktar Termal enerji. Bu bir tür “fırın”, bunun yerine geleneksel türler Yakıt, U-235, U-238 ve plütonyum (Pu) gibi uranyum izotoplarını “yakar”.

Örneğin, çeşitli benzin türleri için tasarlanmış bir arabanın aksine, her radyoaktif yakıt türünün kendi reaktör türü vardır. Bunlardan iki tane var - yavaş (U-235 ile) ve hızlı (U-238 ve Pu ile) nötronlar. Çoğu nükleer santralde yavaş nötron reaktörleri bulunur. Nükleer santrallere ek olarak, araştırma merkezlerinde, nükleer denizaltılarda vb. tesisler de “çalışıyor”.

Reaktör nasıl çalışır?

Tüm reaktörler yaklaşık olarak aynı devreye sahiptir. Onun “kalbi” aktif bölgedir. Kabaca geleneksel bir sobanın ocak kutusuyla karşılaştırılabilir. Sadece yakacak odun yerine, moderatörlü yakıt çubukları olan yakıt elemanları şeklinde nükleer yakıt vardır. Aktif bölge, bir tür kapsülün (nötron reflektörü) içinde bulunur. Yakıt çubukları soğutucu su ile “yıkanır”. Çünkü “kalpte” çok şey var yüksek seviye radyoaktivite, güvenilir radyasyon koruması ile çevrilidir.

Operatörler kurulumun çalışmasını iki kullanarak kontrol eder kritik sistemler– zincir reaksiyonunun düzenlenmesi ve uzak sistem yönetmek. Acil bir durum meydana geldiğinde acil durum koruması derhal devreye girer.

Bir reaktör nasıl çalışır?

Süreçler nükleer fisyon seviyesinde meydana geldiğinden atomik “alev” görünmez. Bir zincirleme reaksiyon sırasında, ağır çekirdekler daha küçük parçalara ayrışır ve bunlar uyarılmış durumdayken nötronların ve diğer atom altı parçacıkların kaynağı haline gelir. Ancak süreç bununla bitmiyor. Nötronlar "bölünmeye" devam ediyor, bunun sonucunda çok fazla enerji açığa çıkıyor, yani nükleer santrallerin inşa edilmesi uğruna ne oluyor.

Personelin asıl görevi kontrol çubukları yardımıyla zincirleme reaksiyonu sabit, ayarlanabilir bir seviyede tutmaktır. Bu onun temel farkı atom bombası Nükleer bozunma sürecinin kontrol edilemediği ve güçlü bir patlama şeklinde hızla ilerlediği yer.

Çernobil nükleer santralinde ne oldu

Felaketin en önemli nedenlerinden biri Çernobil nükleer santrali Nisan 1986'da - 4. güç ünitesinin rutin bakımı sırasında operasyonel güvenlik kurallarının ağır ihlali. Daha sonra, yönetmeliklerin izin verdiği 15 adet yerine 203 adet grafit çubuk aynı anda çekirdekten çıkarıldı. Sonuç olarak, başlayan kontrol edilemeyen zincirleme reaksiyon, termal patlama ve güç ünitesinin tamamen tahrip olmasıyla sonuçlandı.

Yeni nesil reaktörler

Arka Son on yıl Rusya küresel nükleer enerjide liderlerden biri haline geldi. Açık şu an Devlet şirketi Rosatom, 12 ülkede 34 güç ünitesinin inşa edildiği nükleer enerji santralleri inşa ediyor. Bu kadar yüksek bir talep, modern Rus nükleer teknolojisinin yüksek seviyesinin kanıtıdır. Sırada yeni 4. nesil reaktörler var.

"Brest"

Bunlardan biri, Atılım projesinin bir parçası olarak geliştirilmekte olan Brest'tir. Şimdi işletim sistemleri Açık çevrim sistemleri düşük düzeyde zenginleştirilmiş uranyumla çalışır, bu da büyük miktarda harcanmış yakıtın imha edilmesini gerektirir ve bu da çok büyük maliyetler gerektirir. "Brest" - hızlı bir nötron reaktörü, kapalı döngüsünde benzersizdir.

İçinde kullanılmış yakıt, hızlı bir nötron reaktöründe uygun şekilde işlendikten sonra tekrar aynı tesise geri yüklenebilen tam teşekküllü yakıt haline gelir.

Brest, yüksek düzeyde güvenlikle ayırt edilir. En ciddi kazada dahi asla “patlamaz”, “yenilenmiş” uranyumunu yeniden kullandığı için oldukça ekonomik ve çevre dostudur. Aynı zamanda silah kalitesinde plütonyum üretmek için de kullanılamıyor, bu da ihracatı için geniş fırsatlar sunuyor.

VVER-1200

VVER-1200, 1150 MW kapasiteli yenilikçi nesil 3+ reaktördür. Eşsiz teknik yetenekleri sayesinde neredeyse mutlak operasyonel güvenliğe sahiptir. Reaktör, güç kaynağı olmadığında bile otomatik olarak çalışacak pasif güvenlik sistemleriyle bol miktarda donatılmıştır.

Bunlardan biri, reaktörün enerjisi tamamen kesildiğinde otomatik olarak devreye giren pasif ısı giderme sistemidir. Bu durumda acil durum hidrolik tankları sağlanır. Birincil devrede anormal bir basınç düşüşü varsa, reaktöre nükleer reaksiyonu söndüren ve nötronları emen büyük miktarda bor içeren su sağlanmaya başlar.

Başka bir teknik bilgi, koruyucu kabuğun alt kısmında - eriyik "tuzağı"nda bulunur. Bir kaza sonucu çekirdek "sızarsa", "tuzak" muhafaza kabuğunun çökmesine izin vermeyecek ve radyoaktif ürünlerin yere girmesini önleyecektir.

Nükleer reaktör sorunsuz ve verimli çalışıyor. Aksi takdirde bildiğiniz gibi sıkıntılar yaşanacaktır. Ama içeride neler oluyor? Bir nükleer (nükleer) reaktörün çalışma prensibini kısaca, açıkça, duraklarla formüle etmeye çalışalım.

Özünde, orada nükleer bir patlama sırasındaki sürecin aynısı yaşanıyor. Sadece patlama çok hızlı oluyor ama reaktörde tüm bunlar uzun bir süreye yayılıyor. Sonuç olarak her şey güvende ve sağlam kalır ve enerji alırız. Etraftaki her şey bir anda yok olacak kadar değil ama şehre elektrik sağlamaya yetecek kadar.

Kontrollü bir nükleer reaksiyonun nasıl oluştuğunu anlamadan önce bunun ne olduğunu bilmeniz gerekir. Nükleer reaksiyon hiç de.

Nükleer reaksiyon atom çekirdeğinin temel parçacıklar ve gama kuantumu ile etkileşime girdiğinde dönüşmesi (bölünmesi) sürecidir.

Nükleer reaksiyonlar enerjinin hem emilmesi hem de serbest bırakılmasıyla meydana gelebilir. Reaktör ikinci reaksiyonları kullanır.

Nükleer reaktör amacı, enerjinin serbest bırakılmasıyla kontrollü bir nükleer reaksiyonu sürdürmek olan bir cihazdır.

Genellikle bir nükleer reaktöre atomik reaktör de denir. Dikkat temel fark Burada değil ama bilimsel açıdan “nükleer” kelimesini kullanmak daha doğru. Artık birçok nükleer reaktör türü var. Bunlar enerji santrallerinde enerji üretmek için tasarlanmış devasa endüstriyel reaktörler, denizaltıların nükleer reaktörleri, bilimsel deneylerde kullanılan küçük deneysel reaktörlerdir. Deniz suyunu tuzdan arındırmak için kullanılan reaktörler bile var.

Bir nükleer reaktörün yaratılış tarihi

İlk nükleer reaktör çok da uzak olmayan 1942'de fırlatıldı. Bu, Fermi'nin önderliğinde ABD'de gerçekleşti. Bu reaktöre "Chicago Woodpile" adı verildi.

1946'da Kurchatov önderliğinde başlatılan ilk Sovyet reaktörü faaliyete geçti. Bu reaktörün gövdesi yedi metre çapında bir toptu. İlk reaktörlerin soğutma sistemi yoktu ve güçleri minimum düzeydeydi. Bu arada, Sovyet reaktörünün ortalama gücü 20 Watt, Amerikan reaktörünün ise yalnızca 1 Watt gücü vardı. Karşılaştırma için: Modern güç reaktörlerinin ortalama gücü 5 Gigawatt'tır. Dünyanın ilk endüstriyel reaktörü olan ilk reaktörün lansmanından on yıldan az bir süre sonra nükleer enerji santrali Obninsk şehrinde.

Nükleer (nükleer) reaktörün çalışma prensibi

Herhangi bir nükleer reaktörün birkaç parçası vardır: çekirdek İle yakıt Ve moderatör , nötron reflektörü , soğutucu , kontrol ve koruma sistemi . İzotoplar çoğunlukla reaktörlerde yakıt olarak kullanılır. uranyum (235, 238, 233), plütonyum (239) ve toryum (232). Aktif bölge içinden akan bir kazandır. sade su(soğutucu). Diğer soğutucular arasında “ağır su” ve sıvı grafit daha az kullanılır. Nükleer santrallerin işleyişinden bahsedersek, ısı üretmek için bir nükleer reaktör kullanılır. Elektriğin kendisi, diğer enerji santrallerinde olduğu gibi aynı yöntem kullanılarak üretilir - buhar bir türbini döndürür ve hareket enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülür.

Aşağıda bir nükleer reaktörün çalışmasının bir diyagramı bulunmaktadır.

Daha önce de söylediğimiz gibi, ağır bir uranyum çekirdeğinin bozunması, daha hafif elementler ve çok sayıda nötron üretir. Ortaya çıkan nötronlar diğer çekirdeklerle çarpışarak onların da bölünmesine neden olur. Aynı zamanda nötronların sayısı da çığ gibi artıyor.

Burada belirtilmesi gereken nötron çarpım faktörü . Yani bu katsayı bire eşit bir değeri aşarsa, nükleer patlama. Değer birden küçükse, çok az nötron vardır ve reaksiyon sona erer. Ancak katsayı değerini bire eşit tutarsanız reaksiyon uzun ve istikrarlı bir şekilde ilerleyecektir.

Sorun bunun nasıl yapılacağıdır? Reaktörde yakıt sözde yakıt elemanları (TVELah). Bunlar küçük tabletler şeklinde içeren çubuklardır. nükleer yakıt . Yakıt çubukları, bir reaktörde yüzlerce bulunabilen altıgen şekilli kasetlere bağlanır. Yakıt çubuklu kasetler dikey olarak düzenlenmiştir ve her yakıt çubuğunun çekirdeğe daldırılma derinliğini ayarlamanıza izin veren bir sistemi vardır. Kasetlerin yanı sıra şunları içerirler: kontrol çubukları Ve acil koruma çubukları . Çubuklar nötronları iyi emen bir malzemeden yapılmıştır. Böylece kontrol çubukları çekirdekte farklı derinliklere indirilebiliyor ve böylece nötron çoğalma faktörü ayarlanabiliyor. Acil durum çubukları, acil durumlarda reaktörü kapatmak için tasarlanmıştır.

Nükleer reaktör nasıl çalıştırılır?

Çalışma prensibini çözdük ama reaktörü nasıl çalıştırıp çalıştıracağız? Kabaca konuşursak, işte burada - bir uranyum parçası, ancak zincirleme reaksiyon kendi başına başlamıyor. Gerçek şu ki nükleer fizikte bir kavram var Kritik kitle .

Kritik kütle, nükleer zincirleme reaksiyonu başlatmak için gereken bölünebilir malzemenin kütlesidir.

Yakıt çubukları ve kontrol çubukları yardımıyla önce reaktörde kritik miktarda nükleer yakıt oluşturulur ve ardından birkaç aşamada reaktör optimum güç seviyesine getirilir.

Bu yazımızda size vermeye çalıştık. Genel fikir nükleer (nükleer) reaktörün yapısı ve çalışma prensibi hakkında. Konuyla ilgili herhangi bir sorunuz varsa veya üniversitede nükleer fizikle ilgili bir soru sorulduysa lütfen iletişime geçin. Şirketimizin uzmanlarına. Her zamanki gibi, çalışmalarınızla ilgili herhangi bir acil sorunu çözmenize yardımcı olmaya hazırız. Hazır bu arada dikkatinizi çekecek başka bir eğitici video daha var!

Nükleer santral soğutma kuleleri nasıl çalışır?
Kontrollü bir nükleer reaksiyonun nasıl oluştuğunu anlamadan önce, genel olarak nükleer reaksiyonun ne olduğunu bilmeniz gerekir.

Nükleer reaksiyon, atom çekirdeğinin temel parçacıklar ve gama ışınlarıyla etkileşime girdiğinde dönüşmesi (bölünmesi) sürecidir.

Nükleer reaksiyonlar enerjinin hem emilmesi hem de serbest bırakılmasıyla meydana gelebilir. Reaktör ikinci reaksiyonları kullanır.

Nükleer reaktör, amacı enerjinin serbest bırakılmasıyla kontrollü bir nükleer reaksiyonu sürdürmek olan bir cihazdır.

Genellikle bir nükleer reaktöre atomik reaktör de denir. Burada temel bir fark olmadığını belirtelim ancak bilim açısından “nükleer” kelimesini kullanmanın daha doğru olduğunu belirtelim. Artık birçok nükleer reaktör türü var. Bunlar enerji santrallerinde enerji üretmek için tasarlanmış devasa endüstriyel reaktörler, denizaltıların nükleer reaktörleri, bilimsel deneylerde kullanılan küçük deneysel reaktörlerdir. Deniz suyunu tuzdan arındırmak için kullanılan reaktörler bile var.

Yaratılış tarihi nükleer reaktör

İlk nükleer reaktör çok da uzak olmayan 1942'de fırlatıldı. Bu, Fermi'nin önderliğinde ABD'de gerçekleşti. Bu reaktöre Chicago Woodpile adı verildi.

1946'da Kurchatov önderliğinde başlatılan ilk Sovyet reaktörü faaliyete geçti. Bu reaktörün gövdesi yedi metre çapında bir toptu. İlk reaktörlerin soğutma sistemi yoktu ve güçleri minimum düzeydeydi. Bu arada, Sovyet reaktörünün ortalama gücü 20 Watt, Amerikan reaktörünün ise yalnızca 1 Watt gücü vardı. Karşılaştırma için: Modern güç reaktörlerinin ortalama gücü 5 Gigawatt'tır. İlk reaktörün faaliyete geçmesinden on yıldan az bir süre sonra Obninsk şehrinde dünyanın ilk endüstriyel nükleer enerji santrali açıldı.

Nükleer (nükleer) reaktörün çalışma prensibi

Herhangi bir nükleer reaktörün birkaç parçası vardır: yakıt ve moderatörlü bir çekirdek, bir nötron reflektörü, bir soğutucu, bir kontrol ve koruma sistemi. Reaktörlerde yakıt olarak en sık kullanılan izotoplar uranyum (235, 238, 233), plütonyum (239) ve toryumdur (232). Çekirdek, içinden sıradan suyun (soğutucu sıvı) aktığı bir kazandır. Diğer soğutucular arasında “ağır su” ve sıvı grafit daha az kullanılır. Nükleer santrallerin işleyişinden bahsedersek, ısı üretmek için bir nükleer reaktör kullanılır. Elektriğin kendisi, diğer enerji santrallerinde olduğu gibi aynı yöntem kullanılarak üretilir - buhar bir türbini döndürür ve hareket enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülür.

Aşağıda bir nükleer reaktörün çalışmasının bir diyagramı bulunmaktadır.

bir nükleer reaktörün çalışma diyagramı Bir nükleer santraldeki bir nükleer reaktörün diyagramı

Burada nötron çoğalma faktöründen bahsetmemiz gerekiyor. Yani bu katsayı bire eşit bir değeri aşarsa nükleer patlama meydana gelir. Değer birden küçükse, çok az nötron vardır ve reaksiyon sona erer. Ancak katsayı değerini bire eşit tutarsanız reaksiyon uzun ve istikrarlı bir şekilde ilerleyecektir.

Soru şu ki, bunun nasıl yapılacağı? Reaktörde yakıt, yakıt elemanları (yakıt elemanları) adı verilen bileşenlerde bulunur. Bunlar küçük tabletler şeklinde nükleer yakıt içeren çubuklardır. Yakıt çubukları, bir reaktörde yüzlerce bulunabilen altıgen şekilli kasetlere bağlanır. Yakıt çubuklu kasetler dikey olarak düzenlenmiştir ve her yakıt çubuğunun çekirdeğe daldırılma derinliğini ayarlamanıza izin veren bir sistemi vardır. Bunlar arasında kasetlerin yanı sıra kontrol çubukları ve acil koruma çubukları da bulunmaktadır. Çubuklar nötronları iyi emen bir malzemeden yapılmıştır. Böylece kontrol çubukları çekirdekte farklı derinliklere indirilebiliyor ve böylece nötron çoğalma faktörü ayarlanabiliyor. Acil durum çubukları, acil durumlarda reaktörü kapatmak için tasarlanmıştır.

Nükleer reaktör nasıl çalıştırılır?

Nükleer yakıtNükleer yakıt

Kritik kütle, nükleer zincirleme reaksiyonu başlatmak için gereken bölünebilir malzemenin kütlesidir.

Yakıt çubukları ve kontrol çubukları yardımıyla önce reaktörde kritik miktarda nükleer yakıt oluşturulur ve ardından birkaç aşamada reaktör optimum güç seviyesine getirilir.

Hoşunuza gidecek: Beşeri bilimler öğrencileri için pek de fazla olmayan matematik hileleri (Bölüm 1)
Bu yazımızda sizlere nükleer (nükleer) reaktörün yapısı ve çalışma prensibi hakkında genel bir fikir vermeye çalıştık. Konuyla ilgili hala sorularınız varsa veya üniversitede nükleer fizikle ilgili bir soru sorulduysa lütfen firmamızın uzmanlarıyla iletişime geçin. Her zamanki gibi, çalışmalarınızla ilgili herhangi bir acil sorunu çözmenize yardımcı olmaya hazırız. Hazır bu arada dikkatinizi çekecek başka bir eğitici video daha var!

blog/kak-rabotaet-yadernyj-reaktör/

Modern dünyada nükleer enerjinin önemi

Nükleer enerji son birkaç on yılda büyük ilerlemeler kaydederek birçok ülke için en önemli elektrik kaynaklarından biri haline geldi. Aynı zamanda bu sektörün gelişmesinin de unutulmaması gerekiyor. Ulusal ekonomi"Barışçıl atomun" milyonlarca insan için gerçek bir tehdide dönüşmemesini sağlamak için her şeyi yapan on binlerce bilim adamının, mühendisin ve sıradan işçinin muazzam çabalarına değer. Herhangi bir nükleer enerji santralinin gerçek çekirdeği nükleer reaktördür.

Nükleer reaktörün yaratılış tarihi

Birinci benzer cihazÜnlü bilim adamı ve mühendis E. Fermi tarafından ABD'de İkinci Dünya Savaşı'nın zirvesinde inşa edildi. Onun yüzünden sıradışı görünümlüÜst üste dizilmiş bir grafit blok yığınına benzeyen bu nükleer reaktöre Chicago Yığını adı verildi. Bu cihazın blokların hemen arasına yerleştirilen uranyumla çalıştığını belirtmekte fayda var.

Sovyetler Birliği'nde bir nükleer reaktörün oluşturulması

Ülkemizde nükleer konulara da yer verildi artan dikkat. Bilim adamlarının asıl çabaları atomun askeri kullanımına odaklanmış olmasına rağmen, elde edilen sonuçları barışçıl amaçlarla aktif olarak kullandılar. F-1 kod adlı ilk nükleer reaktör, ünlü fizikçi I. Kurchatov liderliğindeki bir grup bilim adamı tarafından Aralık 1946 sonlarında inşa edildi. Önemli dezavantajı herhangi bir soğutma sisteminin olmamasıydı, dolayısıyla serbest bıraktığı enerjinin gücü son derece önemsizdi. Aynı zamanda, Sovyet araştırmacılar başladıkları çalışmayı tamamladılar ve bu, yalnızca sekiz yıl sonra Obninsk şehrinde dünyanın ilk nükleer enerji santralinin açılmasıyla sonuçlandı.

Reaktörün çalışma prensibi

Nükleer reaktör son derece karmaşık ve tehlikelidir. teknik cihaz. Çalışma prensibi, uranyumun bozunması sırasında birkaç nötronun salınması ve bunun da temel parçacıkları komşu uranyum atomlarından uzaklaştırması gerçeğine dayanmaktadır. Bu zincirleme reaksiyonun sonucunda; önemli miktar Isı ve gama ışınları şeklinde enerji. Aynı zamanda, eğer bu reaksiyon herhangi bir şekilde kontrol edilmezse uranyum atomlarının fisyonunun gerçekleşeceği gerçeği de dikkate alınmalıdır. kısa zaman e sebep olabilir güçlü patlama istenmeyen sonuçlarla.

Reaksiyonun kesin olarak belirlenmiş sınırlar içerisinde ilerlemesi için nükleer reaktörün tasarımı büyük önem taşımaktadır. Şu anda, bu tür yapıların her biri, içinden soğutucunun aktığı bir tür kazandır. Bu kapasitede genellikle su kullanılır ancak sıvı grafit veya ağır su kullanan nükleer santraller de vardır. Yüzlerce özel altıgen kaset olmadan modern bir nükleer reaktör hayal etmek imkansızdır. Soğutucuların aktığı kanallar boyunca yakıt üreten elemanlar içerirler. Bu kaset, nötronları yansıtabilen ve böylece zincir reaksiyonunu yavaşlatabilen özel bir katmanla kaplanmıştır.

Nükleer reaktör ve korunması

Birkaç koruma düzeyine sahiptir. Gövdenin yanı sıra üst kısmı özel ısı yalıtımı ve biyolojik koruma ile kaplanmıştır. Mühendislik açısından bakıldığında, bu yapı, kapıları mümkün olduğunca sıkı bir şekilde kapatılan güçlü bir betonarme sığınaktır.

Yirminci yüzyılın ortalarında, insanlığın dikkati atom ve bilim adamlarının başlangıçta askeri amaçlarla kullanmaya karar verdikleri nükleer reaksiyonla ilgili açıklamaları etrafında odaklanmıştı. nükleer bombalar. Ancak 20. yüzyılın 50'li yıllarında SSCB'deki nükleer reaktör barışçıl amaçlarla kullanıldı. 27 Haziran 1954 tarihinde 5000 kW kapasiteli dünyanın ilk nükleer santralinin insanlığın hizmetine girdiği bilinmektedir. Bugün bir nükleer reaktör 4000 MW ve üzerinde, yani yarım asır öncesine göre 800 kat daha fazla elektrik üretmeyi mümkün kılıyor.

Nükleer reaktör nedir: ünitenin temel tanımı ve ana bileşenleri

Nükleer reaktör, kontrollü bir nükleer reaksiyonun uygun şekilde sürdürülmesi sonucunda enerji üreten özel bir ünitedir. “Atomik” kelimesinin “reaktör” kelimesiyle birlikte kullanılmasına izin verilmektedir. Birçoğu, aralarında temel bir fark bulamadıkları için genellikle “nükleer” ve “atomik” kavramlarının eşanlamlı olduğunu düşünüyor. Ancak bilimin temsilcileri daha doğru bir kombinasyona - "nükleer reaktöre" meyillidir.

İlginç hakikat! Enerjinin salınması veya emilmesiyle nükleer reaksiyonlar meydana gelebilir.

Bir nükleer reaktörün tasarımındaki ana bileşenler aşağıdaki unsurlardır:

Moderatör;
Kontrol çubukları;
Zenginleştirilmiş bir uranyum izotop karışımı içeren çubuklar;
Özel koruyucu elemanlar radyasyondan;
Soğutucu;
Buhar jeneratörü;
Türbin;
Jeneratör;
Kapasitör;
Nükleer yakıt.

Bir nükleer reaktörün çalışmasının hangi temel prensipleri fizikçiler tarafından belirlenir ve neden sarsılmazdır?

Bir nükleer reaktörün temel çalışma prensibi, nükleer reaksiyonun tezahürünün özelliklerine dayanmaktadır. Standart bir fiziksel zincir nükleer süreci sırasında parçacık etkileşime girer. atom çekirdeği Bunun sonucunda çekirdek, bilim adamlarının gama ışınları adını verdiği ikincil parçacıkların salınmasıyla yeni bir yapıya dönüşür. Nükleer zincirleme reaksiyon sırasında muazzam miktarda termal enerji açığa çıkar. Zincirleme reaksiyonun meydana geldiği alana reaktör çekirdeği adı verilir.

İlginç hakikat! Aktif bölge dışarıdan sıradan suyun aktığı ve soğutucu görevi gören bir kazana benzer.

Nötron kaybını önlemek için reaktör varlık bölgesi özel bir nötron reflektörü ile çevrelenmiştir. Birincil görevi, yayılan nötronların çoğunu çekirdeğe reddetmektir. Moderatör görevi gören aynı madde genellikle reflektör olarak kullanılır.

Bir nükleer reaktörün ana kontrolü, özel kontrol çubukları kullanılarak gerçekleşir. Bu çubukların reaktör çekirdeğine yerleştirildiği ve ünitenin çalışması için tüm koşulları oluşturduğu bilinmektedir. Tipik olarak kontrol çubukları şunlardan yapılır: kimyasal bileşikler bor ve kadmiyum. Bu belirli unsurlar neden kullanılıyor? Evet, çünkü bor veya kadmiyum termal nötronları etkili bir şekilde absorbe edebiliyor. Fırlatma planlanır planlanmaz, nükleer reaktörün çalışma prensibine göre çekirdeğe kontrol çubukları yerleştirilir. Birincil görevleri, nötronların önemli bir bölümünü absorbe etmek, böylece bir zincir reaksiyonunun gelişimini tetiklemektir. Sonuç istenilen seviyeye ulaşmalıdır. Güç ayarlanan seviyenin üzerine çıktığında otomatik makineler çalıştırılır ve kontrol çubuklarının reaktör çekirdeğinin derinliklerine daldırılması gerekir.

Böylece kontrol veya kontrol çubuklarının oynadığı netleşir. önemli rol termal nükleer reaktörün işleyişinde.

Nötron sızıntısını azaltmak için, reaktör çekirdeği, serbestçe kaçan nötronların önemli bir kısmını çekirdeğe fırlatan bir nötron reflektörü ile çevrelenmiştir. Reflektör genellikle moderatörle aynı maddeyi kullanır.

Standarda göre, moderatör maddenin atomlarının çekirdeği nispeten küçük bir kütleye sahiptir, böylece zincirde bulunan nötron, hafif bir çekirdekle çarpıştığında, ağır bir çekirdekle çarpıştığında olduğundan daha fazla enerji kaybeder. En yaygın moderatörler sıradan su veya grafittir.

İlginç hakikat! Nükleer reaksiyon sürecindeki nötronlar son derece karakterize edilir yüksek hız nötronları enerjilerinin bir kısmını kaybetmeye iten bir moderatörün gerekli olmasının nedeni budur.

Dünyadaki tek bir reaktör, soğutucunun yardımı olmadan normal şekilde çalışamaz çünkü bunun amacı, reaktörün kalbinde üretilen enerjiyi uzaklaştırmaktır. Nötronları absorbe edemedikleri için soğutucu olarak sıvı veya gazlar kullanılmalıdır. Kompakt bir nükleer reaktör için soğutucuya bir örnek verelim - su, karbon dioksit ve hatta bazen sıvı sodyum metali.

Bu nedenle, bir nükleer reaktörün çalışma prensipleri tamamen zincirleme reaksiyon yasalarına ve seyrine dayanmaktadır. Reaktörün tüm bileşenleri - moderatör, çubuklar, soğutucu, nükleer yakıt - kendilerine verilen görevleri yerine getirerek reaktörün normal çalışmasını sağlar.

Nükleer reaktörlerde hangi yakıt kullanılıyor ve neden bu kimyasal elementler seçiliyor?

Reaktörlerdeki ana yakıt uranyum, plütonyum veya toryum izotopları olabilir.

1934 yılında, uranyum çekirdeğinin fisyon sürecini gözlemleyen F. Joliot-Curie, bunun sonucunda şunu fark etti: Kimyasal reaksiyon uranyum çekirdeği, çekirdek parçalarına ve iki veya üç serbest nötrona bölünmüştür. Bu, serbest nötronların diğer uranyum çekirdeklerine katılarak başka bir fisyona neden olma ihtimalinin olduğu anlamına gelir. Ve böylece, zincirleme reaksiyonun öngördüğü gibi: üç uranyum çekirdeğinden altı ila dokuz nötron salınacak ve bunlar yeniden yeni oluşan çekirdeklere katılacak. Ve bu sonsuza kadar devam edecek.

Hatırlanması önemli! Nükleer fisyon sırasında ortaya çıkan nötronlar, kütle numarası 235 olan bir uranyum izotopunun çekirdeğinin fisyonunu tetikleyebilir ve kütle numarası 238 olan bir uranyum izotopunun çekirdeğini yok etmek için bozunma işlemi sırasında çok az enerji üretilebilir.

235 numaralı uranyum doğada nadiren bulunur. Bu oran yalnızca %0,7'dir, ancak doğal uranyum-238 daha büyük bir yer kaplar ve %99,3'ü oluşturur.

Doğada bu kadar küçük bir uranyum-235 oranına rağmen, fizikçiler ve kimyagerler bunu hala reddedemezler çünkü bir nükleer reaktörün çalışması için en etkili olanıdır ve insanlık için enerji üretiminin maliyetini azaltır.

İlk nükleer reaktörler ne zaman ortaya çıktı ve günümüzde yaygın olarak nerelerde kullanılıyor?

1919'da Rutherford, alfa parçacıklarının nitrojen atomlarının çekirdekleriyle çarpışması sonucu hareketli protonların oluşma sürecini keşfedip tanımladığında fizikçiler çoktan zafer kazanmıştı. Bu keşif, bir nitrojen izotop çekirdeğinin, bir alfa parçacığı ile çarpışması sonucu, bir oksijen izotop çekirdeğine dönüştüğü anlamına geliyordu.

İlk nükleer reaktörler ortaya çıkmadan önce dünya, her şeyi yöneten birkaç yeni fizik kanununu öğrendi. önemli yönler Nükleer reaksiyon. Böylece, 1934'te F. Joliot-Curie, H. Halban, L. Kowarski, topluma ve dünya bilim adamlarından oluşan çevreye ilk kez nükleer reaksiyonların gerçekleştirilme olasılığı hakkında teorik bir varsayım ve kanıt temeli önerdi. Tüm deneyler bir uranyum çekirdeğinin fisyonunun gözlemlenmesiyle ilgiliydi.

1939'da E. Fermi, I. Joliot-Curie, O. Gan, O. Frisch, nötronlarla bombardıman edildiğinde uranyum çekirdeklerinin fisyon reaksiyonunu izledi. Araştırma sırasında bilim insanları, hızlandırılmış bir nötronun uranyum çekirdeğine çarptığında mevcut çekirdeğin iki veya üç parçaya bölündüğünü buldu.

Zincirleme reaksiyon 20. yüzyılın ortalarında pratik olarak kanıtlandı. Bilim adamları 1939'da bir uranyum çekirdeğinin bölünmesinin yaklaşık 200 MeV enerji açığa çıkardığını kanıtlamayı başardılar. Ama üzerinde kinetik enerji Parça çekirdeklerden yaklaşık 165 MeV çıkarılır ve geri kalanı gama ışınlarını taşır. Bu keşif kuantum fiziğinde bir devrim yarattı.

E. Fermi birkaç yıl daha çalışmalarına ve araştırmalarına devam etti ve 1942 yılında ABD'de ilk nükleer reaktörü faaliyete geçirdi. Hayata geçirilen projeye “Chicago Woodpile” adı verildi ve raylara oturtuldu. 5 Eylül 1945'te Kanada, ZEEP nükleer reaktörünü faaliyete geçirdi. Avrupa kıtası da çok geride değildi ve aynı zamanda F-1 tesisi de inşa ediliyordu. Ve Ruslar için başka bir tane daha var Unutulmaz bir tarih– 25 Aralık 1946'da Moskova'da I. Kurchatov önderliğinde bir reaktör devreye alındı. Bunlar en güçlü nükleer reaktörler değildi ama insanın atom üzerindeki hakimiyetinin başlangıcıydı.

Barışçıl amaçlarla, 1954'te SSCB'de bilimsel bir nükleer reaktör kuruldu. Dünyanın ilk barışçıl nükleer enerjiyle çalışan gemisi enerji santrali – nükleer buzkıran"Lenin" - 1959'da Sovyetler Birliği'nde inşa edildi. Devletimizin bir diğer başarısı ise nükleer buz kırıcı “Arktika”dır. Dünyada ilk kez bu yüzey gemisi ulaştı Kuzey Kutbu. Bu 1975'te oldu.

İlk taşınabilir nükleer reaktörler yavaş nötronları kullanıyordu.

Nükleer reaktörler nerede kullanılıyor ve insanlık hangi türlerini kullanıyor?

Endüstriyel reaktörler. Nükleer santrallerde enerji üretmek için kullanılırlar.
Nükleer denizaltılar için tahrik ünitesi görevi gören nükleer reaktörler.
Deneysel (taşınabilir, küçük) reaktörler. Onlar olmadan tek bir modern bilimsel deney veya araştırma gerçekleşmez.

Bugün bilim dünyası, deniz suyunu tuzdan arındırmak ve nüfusa yüksek kalitede su sağlamak için özel reaktörler kullanmayı öğrendi. içme suyu. Rusya'da çok sayıda nükleer reaktör çalışıyor. Dolayısıyla istatistiklere göre 2018 yılı itibarıyla eyalette yaklaşık 37 birim faaliyet göstermektedir.

Ve sınıflandırmaya göre aşağıdaki gibi olabilirler:

Araştırma (tarihsel). Bunlar arasında plütonyum üretimi için deneysel bir alan olarak oluşturulan F-1 istasyonu da yer alıyor. I.V. Kurchatov F-1'de çalıştı ve ilk fiziksel reaktöre liderlik etti.
Araştırma (aktif).
Cephanelik. Bir reaktör örneği olarak - soğutmalı ilk reaktör olarak tarihe geçen A-1. Nükleer reaktörün geçmiş gücü küçük ama işlevseldir.
Enerji.
Geminin. Gemi ve denizaltılarda zorunluluk ve teknik imkan nedeniyle su soğutmalı veya sıvı metal reaktörlerin kullanıldığı bilinmektedir.
Uzay. Örnek olarak kuruluma “Yenisei” adını verelim. uzay gemileri Ek enerji elde etmek gerekliyse yürürlüğe girer ve kullanılarak elde edilmesi gerekecektir. Solar paneller ve izotop kaynakları.

Bu nedenle, nükleer reaktörler konusu oldukça kapsamlıdır ve bu nedenle yasaların derinlemesine incelenmesini ve anlaşılmasını gerektirir. kuantum fiziği. Ancak nükleer reaktörlerin devletin enerji ve ekonomisi açısından önemi, şüphesiz, halihazırda bir fayda ve fayda havasıyla çevrelenmiştir.