Tuumareaktori: tööpõhimõtted ja seade vooluringi

Disain ja operatsiooni tuumareaktori põhineb initsialiseerimise ja kontrolli isemajandav tuumareaktsiooni. Seda kasutatakse teadusuuringute vahendina tootmiseks radioaktiivsete isotoopide ja energiaallikana tuumaelektrijaamade.

Tuumareaktori: tööpõhimõte (lühike)

Siin kasutatuna lõhustumise protsessi, milles raske tuum laguneb kaheks väiksemateks fragmentideks. Need fragmendid on väga ergastatud oleku ja eritavad neutronid ja muu Subatomaarsed osakesed ja footonite. Neutronite võib põhjustada uue rajoonile mille tulemusena nad satuvad veelgi, ja nii edasi. See pidev isemajandav arv lagunemist nimetatakse ahelreaktsiooni. Samal ajal, suur hulk energiat, mille tootmine on eesmärk tuumaenergia kasutamise.

Tööpõhimõte tuumareaktori ja tuumaelektrijaama on selline, et 85% kolooniad lõikamise energia vabaneb väga lühikese aja jooksul pärast reaktsiooni algust. Ülejäänud osa on tootnud radioaktiivse lagunemise lõhustumissaaduseks, pärast nende lükata neutronit. Radioaktiivse lagunemise on protsess, milles aatom saavutab püsiseisundi. Ta jätkas ka pärast jagunemist.

Aatomipomm ahelreaktsiooni suurendab intensiivsuselt kuni enamus materjali jagatakse. See juhtub väga kiiresti, toodavad väga võimas plahvatused iseloomulik selliste pomme. Mehhanism ja toimimise tuumareaktori põhineb põhimõttel säilitades ahelreaktsiooni reguleeritud peaaegu konstantsena. See on konstrueeritud nii, et plahvatada kui tuumapomm ei saa.

Ahelreaktsiooni ja kriitikat

Füüsika lõhustumisreaktori on kindlaks teinud, et ahelreaktsiooni tõenäosus pärast tuuma lõhustumise neutron emissiooni. Kui viimastel elanikkonnast väheneb määr jagunemise lõpuks langeb nullini. Sel juhul reaktor olema alakriitilisel riik. Kui neutron populatsiooni hoitakse püsivana, lõhustumise määr jääb stabiilseks. Reaktor on kriitilises seisundis. Ja lõpuks, kui aja jooksul neutron elanikkonnast kasvab, jagades kiirus ja võimsus kasvab. core olekus muutub ülekriitilise.

Tööpõhimõte tuumareaktori järgmisena. Enne neutron elanikkonnast on nullilähedane. Seejärel operaatorid eemaldada juhtvarraste tuum, suurendades jagunemise südamikud et ajutiselt teisendab reaktori ülekriitiline riik. Pärast jõudmist nimivõimsusest operaatorid osaliselt tagastatud juhtvarraste koguse reguleerimine neutronite. Seejärel reaktor hoitakse kriitilises seisundis. Kui on vaja, et peatada sisestab operaator vardad täielikult. See pärsib jagunemine ja paneb südamiku subkriitilistel riik.

tüüpi reaktoreid

Enamik olemasolevaid energia tekitab soojust vaja sõita turbiinist, mis sõitma generaatorid elektri tuumarajatiste maailmas. Samuti on palju uurimisreaktorid, ja mõned riigid on allveelaevade ja laevade pinnast ajendatud energia aatom.

elektrijaamad

On mitmeid liike seda tüüpi reaktor, kuid laialdaselt disain valguse vett. See omakorda võib kasutada survestatud või keevavee. Esimesel juhul kõrgsurvevedelikkromatograafi köetakse soojust südamik ja siseneb aurugeneraator. Seal, soojust primaarne ka sekundaarahelat lastakse, mis sisaldab lisaks vett. Tekitatud auru lõppkokkuvõttes toimib töövedelik auruturbiintsükliga.

Reaktor on keemise tüüp töötab põhimõttel otsese energiatsüklisse. Vesi läbib südamiku keema üle keskmise rõhu tasemele. Küllastatud auru läbib rea separaatorite ja kuivatid paiknevad reaktori, mille tulemuseks on selle sverhperegretoe olekus. Ülekuumendatud auru kasutatakse seejärel töövedeliku, pöörleva turbiini.

Kõrge temperatuur gaasi jahutatud

Kõrgtemperatuuriline gaasiga jahutati reaktori (HTGR) - tuumareaktori tööpõhimõte põhineb grafiidi kasutamine kütusena ja kütuse segu mikrokerad. On kaks konkureerivat kujundused:

• Saksa "puisteproduktid" süsteem, mis kasutab sfäärilise kütteelemendid 60 mm läbimõõduga, mis koosneb kütuse ja grafiit grafiidist kest;
• Ameerika versioon grafiit kuusnurkne prismad, mis lukustavad luua tuum.

Mõlemal juhul jahutusvedeliku koosneb heeliumi rõhul umbes 100 atmosfääri. Saksa süsteemi heeliumi läbib lüngad kihi sfääriline kütteelemendid, ja USA - avade kaudu grafiidi prismad paigutatud piki kesktelge reaktori südamiku. Mõlemad variandid võivad toimida väga kõrgel temperatuuril, sest grafiit on äärmiselt kõrge sublimatsiooni temperatuur ja keemiliselt inertne heeliumi täielikult. Kuumad heeliumi saab kasutada otseselt töövedeliku gaasiturbiini kõrgel temperatuuril või kuumust saab kasutada auru tsükli vesi.

Vedelik-metal tuumareaktori: vooluringi ja tööpõhimõte

Fast reaktorite naatrium jahutusvedeliku on saanud märkimisväärset tähelepanu 1960-1970 on. Siis tundus, et nende võime paljuneda tuumakütuse lähitulevikus on vaja toota kütust kiiresti arenevas tuumatööstuse. Kui sai selgeks, et see ootus on ebareaalne, entusiasmi kahanenud 1980.. Kuid USA, Venemaa, Prantsusmaa, Suurbritannia, Jaapan ja Saksamaa ehitatud mitmeid reaktoreid seda tüüpi. Enamik neist töötab uraaniga või segu plutooniumdioksiidi. Ameerika Ühendriigid, aga suurim edu saavutati metallist kütuse.

CANDU

Kanada on keskendunud oma jõupingutused reaktorid, mis kasutavad looduslikku uraani. See kaob vajadus selle rikastamise teenuseid kasutada teiste riikidega. Selle tulemusena poliitika oli deuteeriumi uraani reaktori (CANDU). Kontrollida ja jahtumist toodetud raske vee. Design and operatsiooni tuumareaktori on kasutada paagi külma _D2O atmosfäärirõhul. Aktiivses piirkonnas läbitavale torud tsirkooniumi sulam kütuse looduslikku uraani, mille kaudu ringleb jahutamist selle raske vee. Elektrit toodetakse jagades soojusülekande raske jahutusvee, mis ringleb aurugeneraator. Aurujõul sekundaarses loop läbib seejärel tavalisel turbiini tsükli.

uurimisasutuste

Teadusuuringute tuumareaktori on kõige sagedamini kasutatav, mille põhimõte seisneb vee kasutamise jahutusplaat ja uraani kütuseelemente kujul sõlmed. Võimelised töötama mitmesuguseid võimsusastet mõnesajast kilovatist megavatti. Kuna elektritootmise ei ole peamine eesmärk uurimisreaktorid, neid iseloomustab soojusenergia ja tihedus tuum nominaalne energia neutronite. On need parameetrid aitab mõõta võime reaktori viia läbi spetsiifilisi uuringuid. Nõrkvoolusüsteemide kipuvad tegutsema ülikoolide ja kasutatakse koolituse ja suure võimsusega on vaja teaduslaborid materjalide katsetamiseks ja omadused, samuti üldine uurimistöö.

Kõige tavalisem teadusuuringute tuumareaktori struktuuri ja tööpõhimõtte on järgmine. Selle aktiivne piirkond asub põhjas suur sügav bassein veega. See hõlbustab jälgimist ning kanalite omistamise mille raames neutronkiirgust võib suunata. Madalatel võimsusastet ei ole vaja pumbata jahutusvedeliku, et säilitada ohutu Tööoleku loodusliku konvektsioon jahutusvedeliku tagab piisava soojuse hajumist. Soojusvaheti asub tavaliselt pinnal või ülemises osas bassein, kus kuum vesi koguneb.

laeva paigaldus

Original ja esmane kasutamine tuumareaktorid on nende kasutamine allveelaeva. Nende peamine eelis on see, et erinevalt fossiilse kütuse põlemisel süsteemid elektrienergia nad ei nõua õhus. Järelikult tuumaallveelaevade võib jääda vee all pikka aega, ja tavalised diisel-elektrilised allveelaev peab regulaarselt pinnale tõusta, et käitada õhu mootorid. Tuumaenergia annab strateegiline eelis mereväe laevu. Tänu temale ei ole vaja tankida välismaa sadamatesse või lihtsalt haavatavad autod.

Tööpõhimõte tuumareaktori allveelaevaga klassifitseeritud. Siiski on teada, et USA-s, mida ta kasutab väga rikastatud uraani ning aeglustus ja jahutamiseks on kerge vesi. Projekteerimise esimene tuumareaktor allveelaev USS Nautilus oli tugevasti mõjutanud võimas rajatised. Selle unikaalne omadus on väga kõrge reaktsioonivõime marginaal, pakkudes pikemat operatsiooni ilma tankimata ja võime uuesti pärast lõpetamist. Elektrijaam allveelaevad peab olema väga vaikne, et vältida avastamist. Et rahuldada erivajadusi erinevate klasside allveelaeva eri mudelite elektrijaamad on asutatud.

USA mereväe kohta lennukikandjate kasutatakse tuumareaktoris, mille põhimõte on arvatavalt laenatud suurima allveelaeva. Andmed nende ehituse ja ei ole avaldatud.

Lisaks USA, tuumaallveelaevade on UK, Prantsusmaa, Venemaa, Hiina ja India. Igal juhul disain ei avalikustatud, kuid arvatakse, et nad on kõik väga sarnane - see on tagajärg samad nõuded nende tehnilised omadused. Venemaa on ka väike laevastik tuumaenergia jäämurdjate, millega loodi samas reaktoris nagu Nõukogude allveelaeva.

tööstusrajatiste

Tootmise eesmärgil ning plutooniumi-239 kasutab tuumareaktori põhimõtet, mis koosneb kõrge tootlikkuse madal energia. See on tingitud asjaolust, et pikaajaline viibimine plutooniumi tuuma viib kogunemine soovimatu ²⁴⁰ Pu.

tootmise triitiumi

Praegu põhimaterjal saadav sellised süsteemid on triitium ⁽³ H või T) - tasu vesinik pomme. Plutoonium-239 on pikk poolväärtusaeg 24100 aastat, nii et riigi tuumarelvad, et kasutada seda elementi, reeglina on see rohkem kui vaja. Erinevalt ²³⁹ Pu, poolestusaeg triitiumi on umbes 12 aastat. Seega, et säilitada vajalikku inventari selles vesiniku radioaktiivne isotoop peab toimuma pidevalt. USA, Savannah River (South Carolina), näiteks on mitu rasket vett reaktorid, mis toodavad triitium.

ujuva võimsus

Loodud tuumareaktorid, mis suudab anda elektri ja auru küte välja isoleeritud piirkondades. Venemaal, näiteks, leidsime kasutamise väikese võimsusega süsteemid, mis on spetsiaalselt projekteeritud, et rahuldada Arctic asulates. Hiinas, 10-megavatise taime HTR-10 edastab soojust ja elektrienergiat uurimisinstituut, kus ta asub. Development väikeste reaktorite automaatselt kontrollitud sarnaste võimete viiakse läbi Rootsis ja Kanadas. Aastatel 1960-1972, USA armee kasutas kompaktne veereaktorite kaugjuhita- alused Gröönimaa ja Antarktika. Nad asendati kütteõli elektrijaamad.

kosmoseuuringute

Lisaks reaktorid olid mõeldud võimu ja liikumine ruumis. Aastatel 1967-1988, Nõukogude Liidu kehtestatud väike tuumarajatiste "Kosmos" satelliite pakkuda seadmed ja telemeetria, kuid see poliitika on muutunud eesmärgiks kriitikat. Vähemalt üks neist satelliitide sisenes Maa atmosfääri, põhjustades radioaktiivse saastatuse äärealadel Kanada. USA alustas ainult üks satelliidi tuumareaktori 1965. Kuid projekte nende kasutamist süvakosmosesse missioone, mehitatud uuringud teiste planeetide või püsiva Kuu baasi arendamine jätkub. See on kindel, et gaasi jahutatud või ja vedela metalli tuumareaktori füüsilise põhimõtted, mis tagaksid võimalikult temperatuuri vaja vähendada suurus radiaator. Samuti reaktoriruumiga varustuse olema võimalikult kompaktne, et vähendada materjali hulk, mida kasutatakse varje, ning vähendada kaalu ajal käivitada ja kosmoselennud. Kütuse maht tagab reaktori ajaks kosmoselendude.