Ядрен реакторот



жүктеу 100.86 Kb.
Дата01.05.2016
өлшемі100.86 Kb.
: uploads
uploads -> Қазақстан республикасы төтенше жағдайлар министрлігі көкшетау техникалық институты
uploads -> Қазақ тіліндегі ресми іс-қағаздары Басқару, ұйымдастыру, өкім шығару қызметіне қатысты құжаттар
uploads -> А. С. Макаренконың өмірі мен педагогикалық қызметі
uploads -> Ян Амос Коменскийдің педагогикалық қызметі мен теориясы. (1592-1670жж)
uploads -> Приложение к части а1
uploads -> Рабочий проект
uploads -> Кирилл Куренда: двухлетний вундеркинд Не иначе как вундеркиндом можно назвать Кирилла Куренда из крымского села Владиславовки. В свои два с половиной года он уже знает все буквы алфавита умеет считать и освоил азы компьютерной грамотности
Ядрен реакторот
Активна зона на малък ядрен реактор използван за изследвания.Ядреният реактор е устройство, в което се задействат, контролират и поддържат ядрени верижни реакции (за разлика от ядрената бомба, където подобни реакции се предизвикват за част от секундата и са изцяло неконтролирани). Ядрените реактори се използват за много цели, най-значимата, от които е произвеждането на електричество. Изледователските реактори се изполват за произвеждане на радиоизотопи и за лъчеви експерименти със свободни неутрони.
В момента всички промишлени ядрени реактори са базирани на делене на ядрата. Мненията за безопасността им са противоречиви: смятат се за проблематични, заради рискове, свързани с безопасността и здравето. Обратното, други смятат произвеждането на ток,чрез ядрени реактори за безопасен и екологично- чист метод, в сравнение с другите разработени до сега. Термоядреният синтез е технология, базирана на съединяване, вместо на делене, но засега е достъпна само неконтролируемата му форма - Водородна бомба.
Съществуват други устройства, в които се използват контролирани ядрени реакции – радиоизотопни термоелектрически генератори и ядрени батерии, които произвеждат топлина и енергия като използват пасивно радиационно разлагане.
История [редактиране]Въпреки че човечеството е “опитомило” ядрените сили едва наскоро, ядрени реакции са се случвали постоянно от само себе си. 15 природни реактора са били намерени до сега в три отделни рудни депозита в мината Окло в Габон, Западна Африка. Открити първо от френския физик Франсис Перин, те са познати като Фосилните реактори в Окло. Тези реактори са работили преди 2 милиарда години в продължение на няколкостотин хиляди години със средна мощност за този период около 100 kW.[1] [2] Също така звездите произвеждат светлинно, топлинно и други излъчвания чрез термоядрен синтез. Концепцията на природните ядрени реактори е била формулирана за пръв път през 1956 година от Пол Курода от Канзаския университет. Енрико Ферми и Лео Шилард от чикагския университет са първите, създали ядрен реактор и демонстрирали контролирана ядрена реакция на 2 декември 1942. През 1955 споделят патент № 2,708,856 за ядрения реактор.
Първите ядрени реактори са използвани за да произвеждат плутоний за ядрени оръжия. Други ядрени реактори са били използвани във флота за задвижване на подводници и самолетоносачи.
В средата на 50-те както Съветския съюз, така и западните държави разширяват ядрените си изследвания, за да открият мирна употреба на атома. Все пак, както военните, така и повечето от мирните изследвания били пазени в тайна. На 20 декември 1951 г. е произведено за първи път електричество чрез ядрен реактор в ЕБР-1 близо до Арко, Айдахо. На 26 юни 1954 г. в 5:30 сутринта, първата в света ядрена електроцентрала е започнала работа в Обниниск, област Калуга в СССР. Мощността й̀ от 5MW, е достатъчна да захрани 2000 домакинства. Първата ядрена електроцентрала с масови функции – Калдер Хол, била пусната в експлоатация на 17 октомври 1956 г. Друг ранен реактор бил реакторът Шипингпорт в Пенсилвания (1957 г.). Още преди инцидента на Тримилния остров (Три майл айлънд) през 1979 г., поръчките за нови реактори в САЩ били прекратени по икономически прични, главно поради удълженото време за построяване. От 1978 насам не е поръчвано построяването на нови реактори, макар това да може да се промени до 2010.
За разлика от инцидента през 1979 г, инцидентът в Чернобил през 1986г не увеличава рестрикциите на западните реактори. Това е, защото причината е несигурната конструкция на чернобилските реактори. Този инцидент рефлектира върху политиката на държавите в Европа относно ядрените реактори. През 1987 г. в Италия се провежда референдум, който довежда до затварянето на 4-те им ядрени централи.
През 1992 атомна централа в САЩ бива ударена директно от урагана Андрю, нанасяйки щети за над 90млн долара. Ураганът засяга главно воден резервоар и един от комините, но разпространение на радиация няма.
Първата организация, разработила използваем реактор - Американският флот, е единствената организация с чисто от инциденти досие. Това е може би заради стриктните изисквания на адмирал Химан Риковър, който е водеща сила във въвеждането на ядреното задвижване на морски съдове. Американският флот е използвал ядрените реактори повече от всяка друга организация, с изключение на Съветския флот, без да има известни големи инциденти. Американски подводници – УСС Скорпион и Вършач са потънали, макар причните за това да не са в техните ядрени реактори и местоположението им е известно, така че опасността от радиационно замърсяване се счита за ниска.
Атомната енергия в производството на електричество [редактиране]Атомната енергия от реакторите обикновено се използва за производство на електричество. Това обикновено се постига чрез стандартен метод, който включва използването на топлината от ядрения реактор за задвижването на парни турбини. Атомната енергия е привлекателна заради относително малките количества гориво, които се използват за производството на огромни количества електричество с почти никакво отделяне на въглероден диоксид.
Атомната енергия е спорна, защото произвежда радиоактивни отпадъци. Такива случаи, макар и вероятността да се случат е минимална, могат да доведат до катастрофални последици, като глобално замърсяване с радиационни излъчвания. Модерните реактори са проектирани, така че да използват обеднени ядрени горива и ядрена експлозия е практически невъзможна.
Бъдещето на индустрията [редактиране]Последната централа пусната в експолатация в САЩ е Уатс Бар, пусната през 1997 г. Този пример често се използва като доказателство за успешното провеждане на световната кампания за изваждане от употреба на ядрената мощ. Политическа съпротива обаче, има само в части на Европа, в Нова Зеландия, Филипините и САЩ. Много страни остават активни в разработването на ядрени реактори. Япония, Китай и Индия разработват бързи и термални реактори, Южна Корея и САЩ – само термални, а Южна Африка и Китай разработват версии на реакторите с лещи. Финландия и Франция активно следват ядрените програми. Финландия има нов европейски реактор под налягане, който се разработва от Арева. Япония провежда активна кампания за построяване на нови реактори, пускат няколко нови в експлоатация през 2005. Швеция промени изцяло гласуваната на национален референдум политика за прекратяване дейността на атомните си централи и възнамерява да организира проект за построяването на нови реактори.[3] [4] С последните новини за откриването на нови начини за съхраняване на енергия с литиум-йонови батерии, затвърдени със силикатни мрежи[5], както и суперкондензатори [6] ще е възможно произведената енергия да се подава за съхранение на най-различни типове устройства - от автомобили до мобилни устройства. Нарастването на потреблението на ел. енергия ще надмине досегашната корелация между ел. енергия и БВП, което ще направи ядрената промишленост още по-рентабилна и важна, като единствената предлагаща скалируемост, огромен мащаб, надежност, икономичност и достатъчна екологичност.
Устройство и принцип на работа [редактиране]Превръщането на веществото е съпроводено с отделяне на свободна енергия само в този случай, ако това вещество има запас от енергия. Това означава, че микрочастиците на вещесвото се намират в състояние на покой, с енергия по-голяма, отколкото в друго възможно състояние, в което е възможно да се извърши преход. Самопроизволният преход винаги е възпрепястван от енергетична бариера, за преодоляването на която микрочастицата трябва да получи отвън известно количество енергия – енергия на възбуждането. Енергетичната реакция се състои в това, че в последвалото след възбуждането превърщане, се отделя по-голяма енергия, отколкото е нужна за възбуждане на процеса. Съществуват 2 начина за преодоляване на енергетичната бариера : или за сметка на кинетична енергия на сблъскващите се частици, или за сметка на енергията на връзката на присъединяващата се частица.
Ако имаме предвид микроскопични мащаби на отделяне на енергия, то за възбуждане на реакцията, е необходимо кинетична енергия да имат всички частици на веществото. Това е достижимо само при повишаване на температурата на средата до стойности, при които енергията на топлинното движение се приближава до енергетичния праг, ограничават течението на процеса. В случай на молекулярни превръщания, т.е. при химични реакции, това повишение е стотици келвини, а в случай на ядрени реакции това е минимум 107 келвина, заради много голямата височина на кулоновите бариери на сблъскващите се ядра. Топлинното възбуждане на ядрени реакции на практика се осъществява само при синтез на най-леки ядра, при които кулоновите бариери са минимални (термоядрен синтез). Възбуждането на присъединяващи се частици не изисква голяма кинетична енергия и следователно не зависи от температурата на средата, тъй като се получава за сметка на неизползваните връзки, присъщи на тези частици. И ако имаме предвид не отделна реакция, а получаването на енергия в макроскопични мащаби, то това е възможно само при възникване на верижна реакция. Тя възниква когато възбуждащите я частици се появяват като продукт на екзоенергетична реакция.
Схематично устройство на хетерогенен реактор с топлинни неутрони.
Управляващи графити

Биологична защита

Топлинна защита

Забавящо устройство

Ядрено гориво

Преносител на топлина

Конструкция [редактиране]Всеки ядрен реактор се състои от следните части : - активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство

- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона

- преносител на топлина(работно тяло)

- система за регулиране на верижната реакция, включваща аварийна защита(Система за управление и защита - СУЗ)

- радиационна(биологична) защита

- система за дистанционно управление

Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна реакция, при която за 1 секунда протичат 3х10^16 деления.
Физически принципи на работа на реактора [редактиране]Текущото състояние на ядрения реактор може да бъде характеризирано чрез коефициента на размножение на неутрони (k) или реактивността, които са свързани с формулата р=(k-1)/k. За тези величини са характерни съответните стойности :
k>1 – верижната реакция нараства с времето, реакторът се намира в надкритично състояние и р>0.

k<1 – реакторът затихва, той е под критичен р<0

k=1, р=0 – броят ядрени деления е постоянен, реакторът се намира в стабилно критично състояние.

Условието за критичност на ядрения реактор : k =k0w=1, където пси е частта от образуващите се в реактора неутрони, които се поглъщат в активната зона на реактора с цел избягване излизането на електрона от обема на реактора, а пък k0 е коефициент на размножаване на неутроните в активната зона на реактора. Приравняването на коефициента на размножаване на единица, се постига чрез балансиране на размножаването на неутроните с техните загуби. Причините за загуби са 2 : неутрони, които не се делят и неутрони, излезли извън зоната за размножение. Очевидно, че при k
Обемите на съвременните енергетични реактори достигат стотици кубични метри и се определят предимно не от условията за критичност, а от възможността на топлоотвода.
Критичният обем на ядрения реактор е обемът на активната му зона в критично състояние. Критичната маса - масата на делящото се вещество в реактора, намиращо се в критично състояние. Най-малка критична маса имат реакторите, в които гориво са водните разтвори на соли, на чисти делящи се изотопи, с водно отразяване на неутроните. За уран-235 тази маса е 0,8 kg, а за плутоний-239 – 0,5 kg. Теоретично, най-малка критична маса има калифорний-251, за когото тя е само 10 г. С цел намаляване на отечката на неутрони, активната зона е конструирана със сферична или близка до сферичната форма като цилиндър или куб, тъй като тези тела имат най-малко отношение на пълна повърхнина към обем. Ролята на бързите неутрони, независимо от формата на активната зона е достатъчно голяма, което е направило възможно създаването на първите графитови реактори с естествен уран. За начало на верижните реакции обикновено са достатъчни неутрони, родени при спонтанно деление при ядрата на урана. Възможно е също използването на външен източник на неутрони за стартиране на реактора, например смеси от Ra, Be, Cf или други вещества.
Материали [редактиране]Материалите на реакторите трябва да работят при висока температура и при полета от неутрони, гама лъчи и остатъци от делението. Затова, за реакторостроенето са нужни материали с повишени изисквания. При избора им се отчита тяхната радиационна устойчивост, химична инертност, сечение на поглълщането и други свойства. Обвивките на реакторите се правят от материали с малко сечение на поглъщане, а за поглъщащи пръти се използват материали с голямо сечение на поглъщане. Това значително съкращава количеството пръти, нужно за управление на реактора.
Бързите неутрони, гама-лъчите и остатъците от делението повреждат структурата на веществото. Например, в твърдо вещество, бързите неутрони избиват атоми от кристалната решетка или ги преместват от местата им. В следствие на това се влошават пластичните свойства и топлопроводността на материалите. Сложните молекули под действие на излъчване се разпадат на по-прости молекули или на съставящите ги атоми. Например, водата се разлага на водород и кислород; това явление е известно под името радиолиза на водата.
Радиационната неустойчивост на материалите се отразява по-слабо при високи температури. Подвижността на атомите става толкова голяма, че вероятността избитите от кристалната решетка атоми да се върнат на своето място или рекомбинацията на водород и кислород във водородна молекула, значимо се увеличава. Реакторните материали контактуват помежду си. Естествено, че контактуващите материали трябва да бъдат химически инертни (съвместими).
Като пример за несъвместимост могат да служат уран и гореща вода, които встъпват в химична реакция. При много материали якостните свойства рязко се влошават с увеличаване на температурата. В енергетичните реактори конструкционните материали работят при високи температури. Това ограничава избора на тези материали, особено за тези детайли на реактора, които трябва да издържат и високо налягане.
Общо взето, реакторите се правят от неръждаема топлоустойчива стомана.
Безопасност [редактиране] Основна статия: Ядрена безопасност
Класификация [редактиране]По характера на използването си реакторите се делят на :
експериментални, предназначени за изучаване на физични величини, чието значение е необходимо за проектиране и експлоатация на ядрени реактори; Мощността им не превишава няколко KW.

изследователски, в които потоците неутрони и гама-кванти, създавани в активната зона, се използват за изследвания в областта на ядрената физика, физиката на твърдото тяло, радиационната химия, биологията, за изследвания на материали, предназначени за работа в интензивни неутронни потоци, за производство на изотопи. Мощността им не превишава 100MW.

изотопни (оръжейни, промишлени) реактори се използват за изработка на изотопи, използвани в ядрените оръжия, например Pu239.

енергетични реактори – предназначени за получаване на електрическа и топлинна енергия, използват се в енергетиката за превръщане на морската вода в сладка, за силови установки на кораби и т.н. Мощността на съвременните реактори достига 3,5GW.

По спектъра на неутроните реакторите се делят на :
с топлинни неутрони

с бързи неутрони - бридери, или реактори - размножители

с междинни неутрони

Според разположението на горивото :


Хетерогенни реактори, в които горивото се намира в активната зона, дискретно във вид на блокове, между които е разположена забавящата система.

Хомогенни реактори, в които горивото и забавящата система представляват еднородна смес (хомогенна система).



Блоковете от ядрено гориво в хетерогенния реактор се наричат топлоотделящи елементи и се намират в..



©netref.ru 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет