Kearnreaktor: bedriuwsfieringskosten prinsipes, en de unit circuit

Design en eksploitaasje fan in kearnreaktor basearre op de Initialisieren en control himsels sustaining nukleêre reaksje. It wurdt brûkt as in ûndersyk helpmiddel foar de produksje fan radioaktive isotopen en as enerzjyboarne foar kearnsintrales.

Kearnreaktor: it prinsipe fan de operaasje (koarte)

Opnommen fission proses dêr't in swiere kearn splitst yn twa lytsere fragminten. Dizze fragminten binne yn in hiel entûsjast steat en emit neutroanen, en oare subatomêre dieltsjes en fotoanen. Neutroanen kinne liede ta nije divyzjes as gefolch fan dêr't se wurde ynfoege, noch mear, ensafuorthinne. Dat trochgeande self-sustaining tal disintegrations neamd chain reaksje. Tagelyk, in grut bedrach fan enerzjy, it wurk dat is it doel fan it brûken fan kearnenerzjy.

It prinsipe fan de wurking fan in kearnreaktor en in kearnsintrale is sa dat 85% fan 'e koloanjes splitting enerzjy wurdt útbrocht binnen in hiel koarte tiid nei it begjin fan' e reaksje. It restearjende diel wurdt produsearre troch it radioaktive ferfal fan fission produkten, neidat sy ôfwiisd neutroanen. Radioaktive ferfal is it proses wêryn it atoom berikt dêr in fêst steat. Hy gie troch en nei in dieling.

De atoombom keten reaksje ferhegings yn yntinsiteit, oant it grutste part fan it materiaal sil opsplitst wurde. Dit bart hiel fluch, it produsearjen fan in ekstreem krêftige eksploazjes karakteristyk foar sa'n bommen. Meganisme en eksploitaasje fan in kearnreaktor basearre op it prinsipe fan it hanthavenjen fan it keatling reaksje op in regele hast konstante nivo. It is ûntwurpen sadat explode as atoombom kin net.

Chain Reaction en krityk

Natuurkunde fission reactor wurdt bepaald dat in ketting reaksje kâns neidat nukleêre fission neutron emission. As resinte befolking nimt ôf, de snelheid fan de divyzje yn 'e ein sil falle nei nul. Yn dit gefal de reaktor sil wêze yn in subcritical steat. As de neutron befolking wurdt byhâlden op in konstante nivo, de fission taryf sil bliuwe stabyl. De reaktor sil wêze yn in kritysk betingst. En as lêste, as de tiid it neutron befolking groeit, snijt de fluggens en krêft sil tanimme. core steat wurdt supercritical.

It prinsipe fan de wurking fan in kearnreaktor neist. Foardat begjint it neutron befolking is ticht by nul. Dan, operators smyt de kontrôle roeden út de kearn, it fergrutsjen fan de ferdieling kearnen dy't tydlik set de reaktor yn in supercritical steat. Nei it berikken fan de rated macht operators in part werom kontrôle roeden, it oanpassen fan de hichte fan neutroanen. Dêrnei it reactor wurdt hanthavene yn in kritysk betingst. As it nedich is om te stopjen, de operator Inserts staven folslein. Dit Onderdrukt de kompetysje, en set de kearn yn subcritical steat.

soarten reaktoaren

It grutste part fan de besteande enerzjy makket de waarmte nedich te riden turbines, dy't trochride generators fan elektrisiteit fan nukleêre ynstallaasjes yn 'e wrâld. Ek binne der in soad ûndersyk reaktoaren, en guon lannen hawwe ûnderseeboaten of oerflak skippen, dreaun troch de enerzjy fan it atoom.

krachtsintrales

Der binne ferskate soarten fan dit type reactor, mar algemien oannommen ynrjochting fan ljocht wetter. Yn beurt, kin brûkt wurde yn pressurized wetter of siedend wetter. Yn it earste gefal it hege druk liquid ferwaarme troch de waarmte fan 'e kearn en komt de stoom generator. Dêr, de waarmte fan 'e primêre nei it fuortset circuit wurdt trochjûn, fierder bestiet út wetter. De generated steam úteinlik tsjinnet as de wurkje floeistof yn de stoomturbine syklus.

De reaktor is in siedende type wurket op it prinsipe fan de direkte enerzjy syklus. Wetter passing troch de kearn, brocht ta in swolm oer medium druk nivo. Verzadigd steam rint troch in rige fan separators en dryers wurde ynlevere yn 'e reactor pôt, resultearret yn syn sverhperegretoe steat. Superheated steam wurdt dan brûkt as de wurkje floeistof, de draaiende turbine.

High-temperatuer gas-kuolle

High-temperatuer gas-kuolle reactor (HTGR) - in kearnreaktor, it prinsipe fan wurking is basearre op it brûken fan grafyt as brânstof mingsel fan branje en microspheres. Der binne twa konkurrearjende ûntwerpen:

• Dútsk "Jeda fill" systeem, dat brûkt in bolfoarmige brânstof eleminten 60 mm yn diameter, besteande út in mingsel fan branje en grafyt yn in grafyt shell;
• de Amerikaanske ferzje fan in grafyt hexagonal prisms dy't interlock te meitsjen fan de kearn.

Yn beide gefallen, de cooling floeistof bestiet út helium ûnder in druk fan sa'n 100 atmospheres. De Dútske systeem helium rint troch de gatten yn de laach fan de sfearyske brânstof eleminten, en yn US - fia iepeningen yn it grafyt prisms regele lâns de sintrale as fan de reaktor kearn. Beide opsjes kinne funksjonearje op tige hege temperatueren, sûnt it grafyt hat in ekstreem hege sublimaasje temperatuer, en Kanuunat inerte helium hielendal. Hot helium kin brûkt wurde direkt as wurkje floeistof yn in gas turbine op in hege temperatuer of waarmte kinne wurde benut foar it oanmeitsjen fan stoom Cycle wetter.

Liquid-metaal kearnreaktor: circuit en wurkje prinsipe

Flugge reaktoaren mei natrium coolant hat krigen in soad omtinken yn de 1960-1970 s. Dan like it der op dat harren feardigens om reprodusearjen nukleêr brânstof yn de heine takomst binne nedich om te produsearjen brânstof foar in hurd yn ûntwikkeling nukleêre yndustry. Doe't dúdlik waard dat dizze ferwachting is realistisch, entûsjasme waned yn de 1980er jierren. Lykwols, yn 'e Feriene Steaten, Ruslân, Frankryk, Grut-Brittanje, Japan en Dútslân boude in rige fan reaktoaren fan dit type. De measte fan harren wurkje op uranium dioxide of in mingsel fan plutoanium dioxide. Yn de Feriene Steaten, lykwols, de grutste súkses waard berikt mei metalen brânstof.

Candu

Kanada hat rjochte har ynspannings op de reaktoaren, dy't brûke natuerlik uranium. Dit elimineert de needsaak fan syn ferriking te brûken de tsjinsten fan de oare lannen. It resultaat fan dit belied wie it deuterium-uranium reactor (Candu). Kontrôle en koeling dat produsearre swier wetter. Design en eksploitaasje fan in kearnreaktor is te brûken op in tank mei kâld D ₂ O by atmosfearyske druk. Aktive gebiet permeated buizen fan zirconium alloy brânstof fan natuerlike uranium, troch hokker circulates koeling syn swiere wetter. Elektrisiteit wurdt produsearre troch ferdielen de waarmte oerdracht yn swiere wetter coolant, dat wurdt sirkulearren troch de stoom generator. De stoom yn it fuortset lus dan rint troch in konvinsjonele turbine syklus.

ûndersyk fasiliteiten

Foar ûndersyk kearnreaktor wurdt meast faak brûkt wurdt, it prinsipe fan dy't bestiet yn it brûken fan wetter cooling plaat en uranium brânstof eleminten yn de foarm gemeinten. Steat fan it betsjinjen fan in breed oanbod fan macht nivo 's fan een pear hûndert kilowatt oan megawatts. Sûnt macht generaasje is net it primêre doel fan ûndersyk reaktoaren, se wurde karakterisearre troch termyske enerzjy generearre, en de tichtheid fan de kearn nominale enerzjy neutroanen. It is dizze parameters sille helpe te kwantifisearjen de mooglikheid fan in ûndersyk reactor te fieren út spesifike stúdzjes. Low-power systemen oanstriid te operearjen op universiteiten en wurde brûkt foar opliedings, en hege macht is nedich yn ûndersyk laboratoaria foar it testen fan materialen en eigenskippen, likegoed as foar it algemien ûndersyk.

De meast foarkommende ûndersyk kearnreaktor, de struktuer en it prinsipe fan wurking is as folget. Syn aktive gebiet leit yn de boaiem fan grutte djip fiver fan wetter. Dit fasilitearret observaasje en kanaal tawizing troch dêr't it neutron balken kinne jo rjochtsje. By lege macht 's der gjin ferlet te pompen it coolant, lykas te ûnderhâlden in feilige operearjend steat fan' e natuerlike convection fan coolant soarget genôch waarmte fersiljen. De waarmte Exchanger wurdt meastal leit oan it oerflak of yn it boppeste part fan it swimbad dêr't de hite wetter wurdt opboude.

ship ynstallaasje

Orizjinele en basisûnderwiis gebrûk fan kearnreaktors is har gebrûk yn ûnderseeboaten. Har wichtichste foardiel is dat, yn tsjinstelling ta fossile brânstof ferbaarning systemen foar it opwekken elektrisiteit se net nedich lucht. Dus, nukleêre ûnderseeboat kin bliuwe leeftijdsgrens foar in lange tiid, en konvinsjonele diesel-elektryske ûnderseeboat moat de safolle tiid oprinne nei it oerflak, om rinne harren loft motors. Nukleêre enerzjy jout in strategysk foardiel marine skippen. Mei tank oan har, der is gjin needsaak om te tanken yn frjemde havens of út maklik kwetsber Tankers.

It prinsipe fan de wurking fan in kearnreaktor op in ûnderseeboat klassifisearre. Lykwols, it is bekend dat yn 'e Feriene Steaten is it brûkt tige ferrike uranium, en de deceleration en cooling is licht wetter. It ûntwerp fan de earste reactor nukleêre ûnderseeboat USS Nautilus waard tige beynfloede troch machtige ûndersyk ynstallaasjes. Syn unike eigenskip is it tige hege reaktiviteit marzje, it jaan fan in langere perioade fan operaasje sûnder refueling en de mooglikheid om 'e nij starte nei stopping. Power stasjon yn ûnderseeboaten moat hiel stil, om foar te kommen detection. Om oan de spesifike ferlet fan ferskillende klassen fan ûnderseeboaten ferskillende modellen fan macht planten binne oprjochte.

US Navy op fleandekskippen brûkt kearnreaktor, it prinsipe wêrfan wurdt leaud wurde liend fan 'e grutste ûnderseeboaten. Details fan harren bou en noch net publisearre.

Neist de Feriene Steaten, kearnsintrales ûnderseeboaten binne yn it Feriene Keninkryk, Frankryk, Ruslân, Sina en Yndia. Yn elts gefal, it ûntwerp is net bekend makke, mar it wurdt leaud dat se allegear hiel ek - dat is in gefolch fan 'e deselde easken foar harren technyske eigenskippen. Ruslân hat ek in lytse float fan nukleêre icebreakers, dy't oprjochte deselde reactor as yn Sovjet ûnderseeboaten.

yndustriële ynstallaasjes

Foar tapassen fan produksje fan wapens graad plutoanium-239 brûkt in kearnreaktor, it prinsipe fan dat bestiet yn hege produktiviteit mei lege nivo enerzjy. Dat komt troch it feit dat lange-termyn ferbliuw fan plutoanium yn de kearn liedt ta it sammeljen fan net winske ²⁴⁰ Pu.

produksje fan tritium

Op it stuit, it wichtichste materiaal obtainable troch sokke systemen is tritium ⁽³ H or T) - de heffing foar wetterstof bommen. Plutoanium-239 hat in lange ferfaltiid fan 24.100 jier, dus in lân mei nukleêre wapens dy't brûk dit elemint, as in regel, hawwe dat mear as nedich. Yn tsjinstelling ta de ²³⁹ Pu, de heal-libben fan tritium giet oer 12 jier. Sa, te behâlden de needsaaklike ynventaris, dizze radioaktive isotoop fan wetterstof moat útfierd kontinu. Yn de Feriene Steaten, de Savannah River (Súd-Karolina), bygelyks, hat ferskate swiere wetter reaktoaren, dy't produsearje tritium.

driuwend macht

Makke troch kearnreaktors, by steat jaan fan elektrisiteit en steam ferwaarming deleted isolearre gebieten. Yn Ruslân, bygelyks, wy fûnen it brûken fan lytse macht systemen, spesjaal ûntwurpen om miette oan de Arktyske delsettingen. Yn Sina, de 10-megawatt plant HTR-10 Supplies waarmte en elektryske krêft ûndersyk ynstitút, dêr't it yn leit. Untwikkeling fan lytse reaktoaren automatysk kontrolearre mei ferlykbere kapasiteiten wurde útfierd yn Sweden en Kanada. Yn de perioade fan 1960 oant 1972, it Amerikaanske leger brûkt kompakt wetter reaktoaren te foarsjen eksterne bases yn Grienlân en Antarktika. Se waarden ferfongen troch fuel-oalje macht planten.

romte exploration

Boppedat, de reaktoaren waarden ûntwurpen foar macht en beweging yn romte. Yn de perioade fan 1967 oant 1988, de Sovjet-Uny oprjochte in lytse nukleêre ynstallaasjes op de "Kosmos" Satelliten te leverjen apparatuer en telemetry, mar dit belied is in doelwyt foar krityk. Op syn minst ien fan dy Satelliten ynfierd de ierde syn atmosfear, wêrtroch radioaktive fersmoarging remote gebieten fan Kanada. De Feriene Steaten lansearre mar ien satellyt mei in kearnreaktor yn 1965. Lykwols, projekten op harren brûken yn djippe romte misjes, manned ûndersyk oare planeten of op in permanint Lunar basis fierder te wurde ûntwikkele. Dit is wis te wêzen fan in gas-kuolle of liquid-metaal kearnreaktor, de fysike begjinsels fan dy't soargje foar de heechste mooglik temperatuer nedich om minimalisearje de grutte fan de radiator. Ek de reaktor romte foar materiaal te wêzen sa kompakt as mooglik te beheinen it bedrach fan materiaal brûkt foar de shielding, en te ferminderjen it gewicht yn lansearring en romte flecht. Fuel kapasiteit sil soargje wurking fan de reaktor foar de doer fan 'e romte flecht.