Nükleer reaktör

Bölüm VIII Bir nükleer reaktörün çalışma prensibi ve yetenekleri I. Bir nükleer reaktörün tasarımı Bir nükleer reaktör aşağıdaki beş ana unsurdan oluşur: 1) nükleer yakıt; 2) nötron moderatörü 3) kontrol sistemi 5; ) koruyucu

Bölüm 11 DİELEKTRİĞİN İÇ YAPISI §1. Moleküler dipoller§2. Elektronik polarizasyon §3. Polar moleküller; yönelim polarizasyonu§4. Elektrik alanları dielektrik boşluklarda§5. Dielektrik sabiti sıvılar; Clausius-Mossotti formülü§6.

Bugün nükleer fizik dünyasına kısa bir yolculuğa çıkacağız. Gezimizin teması şu şekilde olacaktır: nükleer reaktör. Nasıl çalıştığını, çalışmasının altında hangi fiziksel prensiplerin yattığını ve bu cihazın nerede kullanıldığını öğreneceksiniz.

Nükleer Enerjinin Doğuşu

Dünyanın ilk nükleer reaktörü 1942'de ABD'de kurulduödüllü liderliğindeki fizikçilerden oluşan deney grubu Nobel Ödülü Enrico Fermi. Aynı zamanda kendi kendine yeten bir uranyum fisyon reaksiyonu gerçekleştirdiler. Atom cinleri serbest bırakıldı.

İlk Sovyet nükleer reaktörü 1946'da fırlatıldı. ve 8 yıl sonra Obninsk şehrinde dünyanın ilk nükleer enerji santrali elektrik üretti. SSCB'nin nükleer enerji endüstrisindeki baş bilimsel çalışma direktörü olağanüstü bir fizikçiydi Igor Vasilievich Kurchatov.

O zamandan beri, birkaç nesil nükleer reaktör değişti, ancak tasarımının ana unsurları değişmeden kaldı.

Bir nükleer reaktörün anatomisi

Bu nükleer tesis kalın duvarlı çelik tank birkaç santimetreküpten birçok metreküp'e kadar silindirik kapasiteye sahiptir.

Bu silindirin içinde kutsalların kutsalı var - reaktör çekirdeği. Nükleer fisyon zincir reaksiyonunun meydana geldiği yer burasıdır.

Bu sürecin nasıl gerçekleştiğine bakalım.

Özellikle ağır elementlerin çekirdekleri Uranyum-235 (U-235), küçük bir enerji şokunun etkisi altında, yaklaşık olarak eşit kütleye sahip 2 parçaya ayrılabilirler. Bu sürecin etken maddesi nötrondur.

Parçalar çoğunlukla baryum ve kripton çekirdekleridir. Her biri pozitif bir yük taşıyor, bu nedenle Coulomb itme kuvvetleri onları birbirinden ayrılmaya zorluyor farklı taraflarışık hızının yaklaşık 1/30'u kadar. Bu parçalar devasa kinetik enerjinin taşıyıcılarıdır.

Enerjinin pratik kullanımı için salınımının kendi kendine devam edebilmesi gerekir. Zincirleme tepki, Söz konusu fisyon özellikle ilginçtir çünkü her fisyon olayına yeni nötronların emisyonu da eşlik etmektedir. Başlangıçtaki nötron başına ortalama 2-3 yeni nötron üretilir. Bölünebilir uranyum çekirdeklerinin sayısı çığ gibi artıyor, muazzam bir enerjinin açığa çıkmasına neden oluyor. Bu süreç kontrol edilmezse olur nükleer patlama. 'da gerçekleşir.

Nötron sayısını düzenlemek Nötronları emen malzemeler sisteme dahil edilir, Enerjinin düzgün bir şekilde salınmasını sağlamak. Nötron emici olarak kadmiyum veya bor kullanılır.

Muazzam güç nasıl engellenir ve kullanılır? kinetik enerji parça? Soğutma sıvısı bu amaçlar için kullanılır; Hareket eden parçaların yavaşlatıldığı ve aşırı yüksek sıcaklıklara ısıtıldığı özel bir ortam. Böyle bir ortam sıradan veya ağır su olabilir. sıvı metaller(sodyum) ve bazı gazlar. Soğutucunun buhar durumuna geçmesine neden olmamak için, çekirdekte desteklenir yüksek basınç(160 atm'ye kadar). Bu nedenle reaktör duvarları on santimetrelik özel kalite çelikten yapılmıştır.

Nötronlar nükleer yakıtın ötesine kaçarsa zincirleme reaksiyon kesintiye uğrayabilir. Bu nedenle, bölünebilir malzemenin kritik bir kütlesi vardır; zincirleme reaksiyonun sürdürüleceği minimum kütlesi. Reaktör çekirdeğini çevreleyen bir reflektörün varlığı da dahil olmak üzere çeşitli parametrelere bağlıdır. Nötron sızıntısını önlemeye yarar çevre. Bunun için en yaygın malzeme yapısal eleman grafittir.

Reaktörde meydana gelen işlemlere, salınımı eşlik eder. tehlikeli görünüşlü radyasyon – gama radyasyonu. Bu tehlikeyi en aza indirmek için anti-radyasyon korumasıyla donatılmıştır.

Nükleer reaktör nasıl çalışır?

Yakıt çubukları adı verilen nükleer yakıt, reaktörün çekirdeğine yerleştirilir. Ezilebilir malzemeden oluşturulan ve yaklaşık 3,5 m uzunluğunda ve 10 mm çapında ince tüplere yerleştirilen tabletlerdir.

Yüzlerce benzer yakıt düzeneği çekirdeğe yerleştirilir ve bunlar zincirleme reaksiyon sırasında açığa çıkan termal enerji kaynakları haline gelir. Yakıt çubuklarının etrafından akan soğutucu reaktörün ilk devresini oluşturur.

Yüksek parametrelere ısıtıldığında, enerjisini ikincil devre suyuna aktararak buhara dönüştürdüğü bir buhar jeneratörüne pompalanır. Ortaya çıkan buhar, turbojeneratörü döndürür. Bu ünite tarafından üretilen elektrik tüketiciye iletilir. Ve soğutma havuzundan gelen suyla soğutulan egzoz buharı, yoğuşma formunda buhar jeneratörüne geri döner. Döngü tamamlandı.

Nükleer tesisin bu çift devreli çalışması, çekirdekte meydana gelen süreçlere eşlik eden radyasyonun sınırlarının ötesinde nüfuz etmesini ortadan kaldırır.

Yani, reaktörde bir enerji dönüşüm zinciri vardır: bölünebilir malzemenin nükleer enerjisi → parçaların kinetik enerjisine → Termal enerji soğutucu → türbinin kinetik enerjisi → ve jeneratörde elektrik enerjisine dönüşür.

Kaçınılmaz enerji kayıpları Nükleer santrallerin verimliliği nispeten düşüktür, %33-34.

Üretimin yanı sıra elektrik enerjisi Nükleer santrallerde nükleer reaktörler, çeşitli radyoaktif izotoplar üretmek, endüstrinin birçok alanında araştırma yapmak ve endüstriyel reaktörlerin izin verilen parametrelerini incelemek için kullanılır. Araç motorlarına enerji sağlayan taşıma reaktörleri giderek yaygınlaşıyor.

Nükleer reaktör türleri

Tipik olarak nükleer reaktörler U-235 uranyumla çalışır. Ancak onun içeriği doğal malzeme son derece küçük, yalnızca %0,7. Doğal uranyumun büyük kısmı U-238 izotopudur. U-235'te yalnızca yavaş nötronlar zincirleme reaksiyona neden olabilir ve U-238 izotopu yalnızca hızlı nötronlar tarafından bölünür. Çekirdeğin bölünmesi sonucunda hem yavaş hem de hızlı nötronlar doğar. Soğutucuda (su) inhibisyon yaşayan hızlı nötronlar yavaşlar. Ancak doğal uranyumdaki U-235 izotopunun miktarı o kadar küçüktür ki, konsantrasyonunu% 3-5'e getirerek zenginleştirmeye başvurmak gerekir. Bu işlem çok pahalıdır ve ekonomik açıdan kârsızdır. Üstelik zaman daralıyor doğal Kaynaklar Bu izotopun yalnızca 100-120 yıl süreceği tahmin ediliyor.

Bu nedenle nükleer endüstride Hızlı nötronlarla çalışan reaktörlere kademeli bir geçiş var.

Temel farkları, soğutucu olarak nötronları yavaşlatmayan sıvı metalleri kullanmaları ve nükleer yakıt olarak U-238'i kullanmalarıdır. Bu izotopun çekirdekleri, U-235 ile aynı şekilde zincirleme reaksiyona maruz kalan Plütonyum-239'a bir nükleer dönüşüm zincirinden geçer. Yani nükleer yakıt yeniden üretilir ve tüketimini aşan miktarlarda.

Uzmanlara göre Uranyum-238 izotopunun rezervleri 3000 yıl boyunca yeterli olmalıdır. Bu süre, insanlığın diğer teknolojileri geliştirebilecek kadar zamana sahip olması için yeterlidir.

Nükleer enerji kullanmanın sorunları

Nükleer enerjinin bariz avantajlarının yanı sıra, nükleer tesislerin işletilmesiyle ilgili sorunların boyutu da göz ardı edilemez.

Birincisi radyoaktif atıkların ve sökülen ekipmanların imhası nükleer enerji. Bu elemanların aktif arkaplan radyasyonu uzun bir süre boyunca devam eden. Bu atıkların bertarafı için özel kurşun kaplar kullanılmaktadır. 600 metreye kadar derinlikteki permafrost alanlarına gömülmeleri gerekiyor. Bu nedenle, imha sorununu çözecek ve gezegenimizin ekolojisinin korunmasına yardımcı olacak radyoaktif atıkları geri dönüştürmenin bir yolunu bulmak için çalışmalar sürekli olarak devam etmektedir.

Daha az ciddi olmayan ikinci sorun ise NGS'nin işletilmesi sırasında güvenliğin sağlanması.Çernobil gibi büyük kazalar birçok kişiyi alıp götürebilir insan hayatı ve geniş alanları kullanım dışı bırakıyor.

Japon nükleer santrali Fukushima-1'deki kaza, yalnızca nükleer tesislerde acil bir durum meydana geldiğinde ortaya çıkan potansiyel tehlikeyi doğruladı.

Ancak nükleer enerjinin olanakları o kadar büyüktür ki ekolojik sorunlar arka planda kaybolur.

Bugün insanlığın giderek artan enerji açlığını gidermenin başka yolu yoktur. Geleceğin nükleer enerjisinin temeli muhtemelen nükleer yakıt üretme işlevine sahip “hızlı” reaktörler olacaktır.

Bu mesaj işinize yaradıysa sizi görmekten mutluluk duyarım

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, nükleer bir patlama sırasındaki sürecin aynısı orada da 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.

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 kontrollü tutmak olan bir cihazdır. Nükleer reaksiyon Enerjinin serbest bırakılmasıyla.

Genellikle bir nükleer reaktöre atomik reaktör de denir. Dikkat temel fark hayır 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. İlk reaktörün devreye alınmasından 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. Uranyum (235, 238, 233), plütonyum (239) ve toryum (232) izotopları çoğunlukla reaktörlerde yakıt olarak kullanılır. 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.

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

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 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 olabilen 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 çarpım 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 kritik kütle kavramı var.

Nükleer yakıtNükleer yakıt

Kritik kütle, bir nükleer zincir 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 size vermeye çalıştık. Genel fikir nükleer (nükleer) reaktörün yapısı ve çalışma prensibi hakkında. Konuyla ilgili 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/

Bu sıradan gri silindir, Rus nükleer endüstrisinin kilit halkasıdır. Elbette çok şık görünmüyor, ancak amacını anlamaya ve bir göz atmaya değer. özellikler yaratılış ve yapısının sırrının neden gözbebeği gibi devlet tarafından korunduğunu anlamaya başladıkça.

Evet, tanıtmayı unuttum: işte uranyum izotopları VT-3F'yi (n'inci nesil) ayırmak için bir gaz santrifüjü. Çalışma prensibi, bir süt ayırıcı gibi temeldir; merkezkaç kuvvetinin etkisiyle ağır, hafiften ayrılır. Peki önemi ve benzersizliği nedir?

Öncelikle başka bir soruyu cevaplayalım - genel olarak neden uranyumu ayıralım?

Yerin hemen altında bulunan doğal uranyum iki izotoptan oluşan bir kokteyldir: uranyum-238 Ve uranyum-235(ve %0,0054 U-234).
Uran-238 sadece ağır, gri metal. Bunu top mermisi ya da anahtarlık yapmak için kullanabilirsin. İşte yapabilecekleriniz uranyum-235? İlk önce atom bombası ikincisi, nükleer santraller için yakıt. Ve işte burada anahtar soruya geliyoruz: Neredeyse aynı olan bu iki atomu birbirinden nasıl ayıracağız? Hayır, gerçekten NASIL?!

Bu arada: Bir uranyum atomunun çekirdeğinin yarıçapı 1,5 × 10 -8 cm'dir.

Uranyum atomlarının teknolojik zincire sürülmesi için onun (uranyum) gaz haline dönüştürülmesi gerekir. Kaynatmanın bir anlamı yok, uranyumu flor ile birleştirip uranyum heksaflorür elde etmek yeterli HFC. Üretim teknolojisi çok karmaşık ve pahalı değildir ve bu nedenle HFC bu uranyumun çıkarıldığı yerde anlıyorlar. UF6 son derece uçucu tek uranyum bileşiğidir (53°C'ye ısıtıldığında heksaflorür (resimde) doğrudan katı halden gaz durumuna dönüşür). Daha sonra özel kaplara pompalanarak zenginleştirmeye gönderilir.

Biraz tarih

Nükleer yarışın en başında, hem SSCB'nin hem de ABD'nin en büyük bilimsel beyinleri, uranyumun bir elekten geçirilmesi - difüzyon ayrımı fikrinde ustalaştı. Küçük 235. izotop içeri girecek ve "yağ" 238. sıkışıp kalacak. Ayrıca nano delikli bir elek yapın. Sovyet endüstrisi 1946'da bu en zor görev değildi.

Konsey bünyesindeki Bilimsel ve Teknik Konsey'de Isaac Konstantinovich Kikoin'in raporundan Halk Komiserleri(SSCB atom projesine ilişkin gizliliği kaldırılmış materyallerin bir koleksiyonunda verilmiştir (Ed. Ryabev)): Şu anda yaklaşık 5/1.000 mm'lik deliklere sahip ağlar yapmayı öğrendik; Atmosfer basıncında moleküllerin serbest yolundan 50 kat daha fazla. Dolayısıyla bu tür ızgaralarda izotop ayrışmasının gerçekleşeceği gaz basıncının 1/50'den az olması gerekmektedir. atmosferik basınç. Pratikte yaklaşık 0,01 atmosferlik bir basınçta çalıştığımızı varsayıyoruz; iyi vakum koşulları altında. Hesaplamalar, hafif izotopla %90 konsantrasyona kadar zenginleştirilmiş bir ürün elde etmek için (bu konsantrasyon bir patlayıcı üretmek için yeterlidir), bu tür yaklaşık 2.000 aşamayı bir kademede birleştirmenin gerekli olduğunu göstermektedir. Tasarımını ve kısmen imalatını yaptığımız makinenin günde 75-100 gr uranyum-235 üretmesi bekleniyor. Kurulum yaklaşık 80-100 “sütun”dan oluşacak ve bunların her birinde 20-25 aşama kurulacak.”

Aşağıda bir belge var - Beria'nın ilk atom patlamasının hazırlanmasına ilişkin Stalin'e raporu. Aşağıda 1949 yazının başlarında üretilen nükleer maddelere ilişkin kısa bilgiler yer almaktadır.

Ve şimdi kendiniz hayal edin - sadece 100 gram uğruna 2000 ağır kurulum! Peki nereye gidebiliriz, bombalara ihtiyacımız var. Ve fabrikalar kurmaya başladılar, sadece fabrikalar değil, tüm şehirler. Ve tamam, sadece şehirlerde, bu difüzyon tesisleri o kadar çok elektriğe ihtiyaç duyuyordu ki, yakınlarda ayrı enerji santralleri inşa etmek zorunda kalıyorlardı.

SSCB'de, 813 numaralı tesisin ilk D-1 aşaması, güç bakımından aynı 3100 ayırma aşamasının 2 kademesinde günde toplam 140 gram% 92-93 uranyum-235 çıkışı için tasarlandı. Sverdlovsk'a 60 km uzaklıktaki Verkh-Neyvinsk köyünde tamamlanmamış bir uçak fabrikası üretime tahsis edildi. Daha sonra Sverdlovsk-44'e dönüştü ve 813 numaralı tesis (resimde) dünyanın en büyük ayırma tesisi olan Ural Elektrokimya Tesisi'ne dönüştü.

Her ne kadar difüzyon ayırma teknolojisi büyük teknolojik zorluklarla da olsa hata ayıklanmış olsa da, daha ekonomik bir santrifüj prosesi geliştirme fikri gündemden düşmedi. Sonuçta, eğer bir santrifüj oluşturmayı başarırsak, enerji tüketimi 20'den 50 kata düşecek!

Santrifüj nasıl çalışır?

Yapısı basit olmaktan öte ve eskisine benzer çamaşır makinesi“sıkma/kurutma” modunda çalışıyor. Dönen rotor, kapalı bir mahfazanın içinde bulunur. Bu rotora gaz verilir (UF6). Dünyanın çekim alanından yüzbinlerce kat daha büyük olan merkezkaç kuvveti nedeniyle gaz, “ağır” ve “hafif” fraksiyonlara ayrılmaya başlar. Hafif ve ağır moleküller rotorun farklı bölgelerinde gruplanmaya başlar, ancak merkezde ve çevre boyunca değil, üstte ve altta.

Bu, konveksiyon akımları nedeniyle oluşur - rotor kapağı ısıtılır ve ters gaz akışı meydana gelir. Silindirin üstüne ve altına monte edilmiş iki küçük giriş borusu vardır. Zayıf bir karışım alt tüpe girer ve daha yüksek atom konsantrasyonuna sahip bir karışım üst tüpe girer. 235U. Bu karışım bir sonraki santrifüje alınır ve konsantrasyon yoğunlaşana kadar bu şekilde devam eder. 235. uranyum istenilen değere ulaşamayacaktır. Bir santrifüj zincirine kaskad denir.

Teknik özellikler.

Öncelikle, dönüş hızı - modern nesil santrifüjlerde 2000 rpm'ye ulaşır (bunu neyle karşılaştıracağımı bile bilmiyorum... bir uçak motorundaki türbinden 10 kat daha hızlı)! Ve ÜÇ YILDIR aralıksız çalışıyor! Onlar. Şimdi Brejnev'in altında çalıştırılan santrifüjler kademeli olarak dönüyor! SSCB artık yok ama dönmeye devam ediyorlar. Rotorun çalışma döngüsü boyunca 2.000.000.000.000 (iki trilyon) devir yaptığını hesaplamak zor değildir. Peki buna hangi dayanak dayanabilir? Evet, hiçbiri! Orada hiçbir rulman yok.

Rotorun kendisi sıradan bir üst kısımdır; alt kısmında korindon yatağına dayanan güçlü bir iğne bulunur ve üst uç vakumda asılı kalır ve tutulur. elektromanyetik alan. İğne de basit değil, piyano telleri için sıradan telden yapılmış, çok kurnazca temperlenmiş (GT gibi). Böylesine çılgın bir dönüş hızıyla, santrifüjün kendisinin sadece dayanıklı değil, aynı zamanda son derece dayanıklı olması gerektiğini hayal etmek zor değil.

Akademisyen Joseph Friedlander şunları hatırlıyor: “Beni üç kez vurabilirlerdi. Bir keresinde Lenin Ödülü'nü aldığımızda büyük bir kaza oldu ve santrifüjün kapağı uçtu. Parçalar dağıldı ve diğer santrifüjleri yok etti. Radyoaktif bir bulut yükseldi. Bir kilometrelik kurulumdan oluşan hattın tamamını durdurmak zorunda kaldık! Sredmash'ta General Zverev santrifüjlere komuta ediyordu; atom projesinden önce Beria'nın bölümünde çalışıyordu. Toplantıya katılan general şunları söyledi: “Durum kritik. Ülkenin savunması tehlikede. Eğer durumu hemen düzeltmezsek, '37 sizin için tekrarlanacak." Ve toplantıyı hemen kapattık. Sonra tamamen ortaya çıktık yeni teknoloji tamamen izotropik, düzgün bir kapak yapısına sahipti ancak çok karmaşık kurulumlar gerekiyordu. O zamandan beri bu tür kapaklar üretildi. Artık sorun kalmadı. Rusya'da 3 zenginleştirme tesisi ve yüzbinlerce santrifüj var."
Fotoğrafta: ilk nesil santrifüjlerin testleri

Rotor muhafazaları da başlangıçta metalden yapılmıştı, ta ki yerini karbon fiberle değiştirene kadar. Hafif ve son derece dayanıklı, ideal malzeme dönen bir silindir için.

UEIP Genel Müdürü (2009-2012) Alexander Kurkin şunları hatırlıyor: "Gülünç olmaya başladı. Yeni, daha "becerikli" nesil santrifüjleri test ederken ve kontrol ederken, çalışanlardan biri rotorun tamamen durmasını beklemedi, onu kademeden ayırdı ve elle standa taşımaya karar verdi. Ancak ne kadar dirense de ileri gitmek yerine bu silindiri kucakladı ve geriye doğru hareket etmeye başladı. Böylece dünyanın döndüğünü ve jiroskopun büyük bir kuvvet olduğunu kendi gözlerimizle gördük.”

Kim icat etti?

Ah, bu bir gizem, gizemle sarılmış ve belirsizlikle örtülü. Burada yakalanan Alman fizikçileri, CIA'yı, SMERSH memurlarını ve hatta düşürülen casus pilot Powers'ı bulacaksınız. Genel olarak gaz santrifüjünün çalışma prensibi 19. yüzyılın sonunda anlatılmıştır.

Atom Projesinin başlangıcında bile, Kirov Fabrikası Özel Tasarım Bürosunda mühendis olan Viktor Sergeev bir santrifüj ayırma yöntemi önerdi, ancak ilk başta meslektaşları bu fikri onaylamadı. Buna paralel olarak, mağlup Almanya'dan gelen bilim adamları, Sohum'daki özel bir araştırma enstitüsünde-5 bir ayırma santrifüjü oluşturmak için çabaladılar: Hitler döneminde Siemens'te baş mühendis olarak çalışan Dr. Max Steenbeck ve eski tamirci"Luftwaffe", Viyana Üniversitesi Gernot Zippe mezunu. Toplamda grupta yaklaşık 300 “ihraç edilen” fizikçi vardı.

Hatırlıyor CEO CJSC Centrotech-SPb Devlet Şirketi Rosatom Alexey Kaliteevsky: "Uzmanlarımız Alman santrifüjünün kesinlikle uygun olmadığı sonucuna vardı. endüstriyel üretim. Steenbeck'in aparatında kısmen zenginleştirilmiş ürünü bir sonraki aşamaya aktaracak bir sistem yoktu. Kapağın uçlarının soğutulması ve gazın dondurulması, ardından buzunun çözülmesi, toplanması ve bir sonraki santrifüje konulması önerildi. Yani plan çalışmıyor. Ancak projenin çok ilginç ve sıra dışı teknik çözümleri vardı. Bunlar "ilginç ve sıradışı çözümler"Sovyet bilim adamlarının elde ettiği sonuçlarla, özellikle Viktor Sergeev'in önerileriyle birleştirildi. Nispeten konuşursak, kompakt santrifüjümüzün üçte biri Alman düşüncesinin, üçte ikisi ise Sovyet düşüncesinin meyvesidir.” Bu arada, Sergeev Abhazya'ya gelip uranyum seçimi hakkındaki düşüncelerini aynı Steenbeck ve Zippe'ye ifade ettiğinde, Steenbeck ve Zippe bunları gerçekleştirilemez olarak nitelendirdi.

Peki Sergeyev ne buldu?

Ve Sergeev'in teklifi pitot tüpleri şeklinde gaz seçiciler yaratmaktı. Ancak bu konuda dişlerini yemiş olduğuna inandığı Dr. Steenbeck kategorikti: "Akışı yavaşlatacaklar, türbülansa neden olacaklar ve hiçbir ayrılık olmayacak!" Yıllar sonra anıları üzerinde çalışırken pişman olacaktı: “Bizden gelmeye değer bir fikir! Ama hiç aklıma gelmedi..."

Daha sonra SSCB dışına çıkan Steenbeck artık santrifüjlerle çalışmadı. Ancak Almanya'ya gitmeden önce Geront Zippe, Sergeev'in santrifüjünün prototipiyle tanışma fırsatı buldu ve zekice basit prensip onun işi. Batı'ya vardığında, sık sık adlandırıldığı şekliyle "kurnaz Zippe", santrifüj tasarımının patentini kendi adı altında aldı (1957 patent No. 1071597, 13 ülkede ilan edildi). 1957'de ABD'ye taşınan Zippe, orada Sergeev'in prototipini hafızadan yeniden üreten çalışan bir kurulum kurdu. Ve o buna "Rus santrifüjü" adını verdi (resimde).

Bu arada, Rus mühendisliği başka birçok durumda da kendini gösterdi. Bir örnek, temel bir acil durumdur durdurma vanası. Hiçbir sensör, dedektör veya elektronik devreler. Sadece taç yaprağı ile basamaklı çerçeveye temas eden bir semaver musluğu bulunmaktadır. Bir şeyler ters giderse ve santrifüj uzaydaki konumunu değiştirirse, basitçe döner ve giriş hattını kapatır. Uzayda bir Amerikan kalemi ve bir Rus kalemi şakası gibi.

Günlerimiz

Bu hafta bu satırların yazarı katıldı önemli olay– Sözleşme kapsamında ABD Enerji Bakanlığı gözlemcilerinin Rusya ofisinin kapatılması HEU-LEU. Bu anlaşma (yüksek derecede zenginleştirilmiş uranyum - düşük zenginleştirilmiş uranyum), Rusya ile Amerika arasında nükleer enerji alanında yapılan en büyük anlaşmaydı ve öyle olmaya da devam ediyor. Sözleşme şartları uyarınca, Rus nükleer bilim adamları, silah kalitesinde (%90) 500 ton uranyumu Amerikan nükleer santralleri için yakıt (%4) HFC'lere dönüştürdü. 1993-2009 gelirleri 8,8 milyar ABD doları olarak gerçekleşti. Bu, nükleer bilim adamlarımızın savaş sonrası yıllarda izotop ayırma alanında yaptığı teknolojik atılımın mantıksal sonucuydu.
Fotoğrafta: UEIP atölyelerinden birinde gaz santrifüjlerinin basamakları. Burada yaklaşık 100.000 tane var.

Santrifüjler sayesinde binlerce ton nispeten ucuz hem askeri hem de ticari ürün elde ettik. Nükleer endüstri, Rusya'nın tartışmasız önceliğe sahip olduğu az sayıdaki endüstriden (askeri havacılık, uzay) biridir. On yıl önceden (2013'ten 2022'ye kadar) yalnızca yabancı siparişler, sözleşme hariç Rosatom'un portföyü HEU-LEU 69,3 milyar dolar. 2011'de 50 milyarı aştı...
Fotoğrafta UEIP'de HFC içeren konteynerlerin bulunduğu bir depo gösterilmektedir.

28 Eylül 1942'de Devlet Savunma Komitesi'nin 2352ss sayılı “Uranyumla ilgili çalışmaların organizasyonu hakkında” Kararı kabul edildi. Bu tarih, Rus nükleer endüstrisi tarihinin resmi başlangıcı olarak kabul ediliyor.

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, ulusal ekonominin bu sektörünün gelişiminin arkasında, "barışçıl atomun" dönüşmemesini sağlamak için her şeyi yapan onbinlerce bilim adamının, mühendisin ve sıradan işçinin muazzam çabalarının olduğu da unutulmamalıdır. milyonlarca insan için gerçek bir tehdit. Herhangi bir nükleer enerji santralinin gerçek çekirdeği nükleer reaktördür.

Nükleer reaktörün yaratılış tarihi

Bu tür ilk cihaz, ABD'de İkinci Dünya Savaşı'nın zirvesinde ünlü bilim adamı ve mühendis E. Fermi tarafından yapıldı. 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'nın sonunda 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.