Reactor nuclear: principios de funcionamento, eo circuíto de unidade

Deseño e operación dun reactor nuclear baseada na reacción nuclear de arranque e control de auto-apoio. El é usado como unha ferramenta de investigación para a produción de isótopos radioactivos e como fonte de enerxía para centrais nucleares.

reactor nuclear: o principio de funcionamento (curta)

aquí utilizado proceso de escisión no que un núcleo pesado divídese en dous fragmentos máis pequenos. Estes fragmentos están nun estado moi animado e emiten neutróns e outras partículas subatómicas e fotóns. Neutróns pode causar novas divisións, como resultado do que son emitidos aínda máis, e así por diante. Este número de auto-apoio continuo de desintegrações chamados reacción en cadea. Ao mesmo tempo, unha gran cantidade de enerxía, a produción de que é o obxectivo do uso da enerxía nuclear.

O principio de funcionamento dun reactor nuclear e unha central de enerxía nuclear é tal que o 85% da enerxía colonias división é liberado dentro dun curto espazo de tempo despois do inicio da reacción. A parte restante é producida polo decaemento radioactivo de produtos de fisión, despois de rexeitar neutróns. decaimento radioactivo é o proceso no que o átomo de alcanzar un estado de equilibrio. El continuou e despois da división.

A reacción en cadea da bomba atómica aumenta en intensidade, ata que a maior parte do material será dividida. Isto acontece moi rápido, producindo un moi poderoso explosións característicos tales bombas. Mecanismo e funcionamento dun reactor nuclear a base do principio de manter a reacción en cadea cun nivel case constante regulada. El está deseñado para que explotar a bomba atómica como non pode.

Reacción en cadea e crítica

reactor de fisión Physics for determinado que unha probabilidade de reacción en cadea tras a emisión de neutróns de fisión nuclear. A poboación recente diminúe, o tipo de división a finais vai caer a cero. Neste caso, o reactor estará nun estado subcrítico. A poboación de neutróns é mantida a un nivel constante, a taxa de fisión permanecerá estable. O reactor será en estado crítico. E por fin, ao longo do tempo a poboación de neutróns crece, dividindo a velocidade e potencia vai aumentar. Estado supercrítico núcleo convértese en.

O principio de funcionamento dun reactor nuclear seguinte. Antes de iniciar a poboación de neutróns está preto de cero. A continuación, os operadores de retirar as puntas de control dende o núcleo, aumentando os núcleos de división que converte temporalmente o reactor nun estado supercrítico. Despois de acadar os operadores de potencia nominal, en parte, volveu puntas de control, axustando a cantidade de neutróns. Como consecuencia, o reactor é mantido nun estado crítico. Cando sexa necesario para parar, o operador inserir puntas completamente. Isto elimina a división e pon o núcleo no estado subcrítico.

tipos de reactores

A maioría da enerxía existente está a xerar a calor necesaria para mover turbinas, que levan xeradores de electricidade das instalacións nucleares no mundo. Ademais, hai moitos reactores de investigación, e algúns países teñen submarinos ou buques de superficie, impulsado pola enerxía do átomo.

centrais

Existen varias especies deste tipo de reactor, pero amplamente adoptado deseño de auga lixeira. Pola súa banda, isto pode ser utilizado en auga presurizada ou auga en ebulición. No primeiro caso, o líquido de alta presión Calefacción pola calor do núcleo e entra no xerador de vapor. Alí, a calor do fondo para o circuíto secundario é pasado, comprendendo aínda auga. O vapor xerado en definitiva, serve como o fluído de traballo do ciclo de turbina de vapor.

O reactor é un tipo de ebulición traballa co principio do ciclo de enerxía directa. A auga que pasa a través do núcleo, levada á ebulición sobre o nivel de presión media. vapor saturado pasa a través dunha serie de fichas e secadores son dispostos no interior do vaso do reactor, o que resulta no seu estado sverhperegretoe. Vapor sobrequentado é entón utilizado como o fluído de traballo, a turbina rotativa.

De alta temperatura do gas arrefecido

reactor de alta temperatura que se baixa con gas (htgr) - un reactor nuclear, o principio de funcionamento baséase no uso de grafito como unha mestura de combustible de combustible e microesferas. Hai dous proxectos competidores:

• Alemán sistema "Feble-recheo", que utiliza un esféricos elementos de combustible de 60 mm de diámetro, formado por unha mestura de combustible e de grafito nunha cuncha de grafito;
• a versión americana dun grafito prisma hexagonal que se interligam para crear o núcleo.

En ambos os casos, o fluído de refrixeración está composta por helio a unha presión de preto de 100 atmosferas. O helio sistema alemán pasa a través dos ocos na capa de esféricos elementos de combustible, e no documento US - a través de aberturas nos prismas de grafito dispostas ao longo do eixe central do núcleo do reactor. Ambas opcións poden operar a temperaturas moi elevadas, xa que a grafito ten unha temperatura de sublimación moi alta, e helio quimicamente inerte completamente. helio quente pode ser usado directamente como un fluído de traballo nunha turbina de gas a unha temperatura elevada ou de calor pode ser usado para a produción de auga ciclo de vapor.

De metal líquido, reactor nuclear: circuíto e principio de funcionamento

reactores rápidos con refrixerante sódico recibiu atención considerable nos 1960-1970 do. Entón pareceu que a súa capacidade de reproducir combustible nuclear no futuro próximo son necesarios para producir combustible para unha industria nuclear en rápida evolución. Cando quedou claro que esta expectativa é irrealista, o entusiasmo diminuíu na década de 1980. Con todo, nos Estados Unidos, Rusia, Francia, Gran Bretaña, Xapón e Alemaña construíu unha serie de reactores deste tipo. A maioría deles funciona en dióxido de uranio ou unha mestura de dióxido de plutonio. Nos Estados Unidos, con todo, o maior éxito foi alcanzado con combustible metal.

CANDU

Canadá ten concentrado os seus esforzos nos reactores, que utilizan uranio natural. Isto elimina a necesidade do seu enriquecemento de utilizar os servizos de outros países. O resultado desta política foi o reactor de deuterio-uranio (CANDU). Controlar e refrixeración produciu auga pesada. Deseño e operación dun reactor nuclear é a utilización dun tanque con D ₂ O fría á presión atmosférica. área activa permeada tubos de circonio combustible liga de uranio natural, a través do cal circula a súa refrixeración de auga pesada. A electricidade é producida por dividindo a transferencia de calor do líquido de refrixeración en auga pesada, que é circulada a través do xerador de vapor. O vapor no circuíto secundario, logo pasa a través dun ciclo de turbina convencional.

instalacións de investigación

Para reactor nuclear de investigación é utilizado na maioría das veces, o principio dos cales consiste na utilización de elementos de chapa de refrixeración de auga e de combustible de uranio nos conxuntos de formularios. Capaz de operar nunha ampla gama de niveis de potencia de algúns centenares de quilowatts de megawatts. Xa que a xeración de enerxía non é o obxectivo primario de reactores de investigación, son caracterizados por enerxía térmica xerada, ea densidade de enerxía dos neutróns do núcleo de nomes. É estes parámetros axudará a cuantificar a capacidade dun reactor de investigación para realizar estudos específicos. sistemas de baixa potencia tenden a operar en universidades e son usados para adestramento e alta potencia é necesaria en laboratorios de investigación para examinar materiais e características, así como para a investigación en xeral.

O reactor máis común de investigación nuclear, a estrutura eo principio de funcionamento é o seguinte. A súa área activa está situado na parte inferior da gran piscina de profundidade de auga. Isto facilita a observación e asignación de canle a través do cal os raios de neutróns pode ser dirixida. En niveis baixos de enerxía, non hai necesidade de bombear o líquido de refrixeración, a manter un estado de operación segura da convección natural do líquido de refrixeración garante a disipación de calor suficiente. O intercambiador de calor está xeralmente situado sobre a superficie ou na parte superior da piscina onde a auga quente é acumulado.

instalación buque

uso orixinal e primaria dos reactores nucleares é o seu uso en submarinos. A súa principal vantaxe é que, en contraste co sistema de combustión de combustibles fósiles para xerar electricidade que non esixen aire. En consecuencia, submarino pode permanecer mergullado durante un longo período de tempo, e submarino diesel-eléctrico convencional debe elevar-se, periodicamente, para a superficie, para realizar os seus motores de aire. A enerxía nuclear proporciona unha vantaxe barcos estratéxicos da Mariña. Grazas a ela, non hai necesidade de encher en portos estranxeiros ou de petroleiros facilmente vulnerables.

O principio de funcionamento dun reactor nuclear nun submarino clasificado. Con todo, sábese que en Estados Unidos que utiliza uranio altamente enriquecido, ea desaceleración e refrixeración é auga luz. O proxecto do submarino nuclear primeiro reactor USS Nautilus foi fortemente influenciado por instalacións de investigación poderosos. A súa característica única é a marxe de reactividade moi elevada, que proporciona un longo período de funcionamento sen recarga ea capacidade de reiniciar despois de parar. estación de enerxía en submarinos que ser moi tranquila, para evitar a detección. Para atender ás necesidades específicas de diferentes clases de submarinos diferentes modelos de centrais de enerxía foron establecidas.

Mariña dos Estados Unidos en portaavións usado reactor nuclear, o principio de que está acreditado para ser prestado dos maiores submarinos. Detalles da súa construción e non foron publicados.

Ademais dos Estados Unidos, submarinos nucleares están no Reino Unido, Francia, Rusia, China e India. No seu caso, o proxecto non foi revelado, pero crese que son todos moi semellantes - esta é unha consecuencia dos mesmos requisitos para as súas características técnicas. A Rusia tamén ten unha pequena flota de rompe-xeos nucleares, que estableceu o mesmo reactor como en submarinos soviéticos.

instalacións industriais

Para fins de produción de grao de armas de plutonio-239 utilízase un reactor nuclear, cuxo principio consiste na alta produtividade coa enerxía de baixo nivel. Isto é debido ao feito de que permanencia a longo prazo de plutonio no núcleo leva á acumulación de non desexado ²⁴⁰ Pu.

produción de tritio

Na actualidade, o principal material obtido por estes sistemas é tritio ^(3H ou T) - a carga para bombas de hidróxeno. Plutonio-239 ten unha vida media longa de 24.100 anos, entón un país con armas nucleares que usan este elemento, como norma xeral, telo máis que o necesario. En contraste co ²³⁹ Pu, a vida media de tritio é de preto de 12 anos. Así, para manter o inventario necesario, este isótopo radioactivo de hidróxeno debe realizarse de forma continua. Nos EUA, o río Savannah (Carolina do Sur), por exemplo, posúe varios reactores de auga pesada, que producen o tritio.

poder flotante

Creado por reactores nucleares, capaces de proporcionar electricidade e vapor de calefacción excluídos áreas illadas. En Rusia, por exemplo, atopamos o uso de sistemas de enerxía pequenos, especialmente deseñado para atender aos asentamentos do Ártico. Na China, a planta 10 megawatts HTR-10 fontes de calor e Electric Power Research Institute, no que está situado. Desenvolvemento de pequenos reactores controlados automaticamente con capacidades similares realízanse en Suecia e Canadá. Entre 1960 e 1972, a US Army utilizados reactores de auga compactos para proporcionar bases remotas en Groenlandia e Antártica. Eles foron substituídos por plantas a aceite combustible.

exploración espacial

Ademais, os reactores foron deseñados para poder e movemento no espazo. No período 1967-1988, a Unión Soviética estableceu unha pequena instalacións nucleares nos satélites "Kosmos" para fornecer equipos e telemetría, pero esta política converteuse en obxecto de críticas. Polo menos un deses satélites entrou na atmosfera da Terra, causando contaminación radioactiva áreas remotas do Canadá. Estados Unidos lanzaron só un satélite cun reactor nuclear en 1965. Con todo, os proxectos sobre o seu uso en misións no espazo profundo, busca tripulado outros planetas ou nunha base lunar permanente seguen sendo desenvolvidas. Esta é a certeza de ser un reactor arrefecido a gas ou líquido-metálico nuclear, os principios físicos das cales proporcionan a temperatura máis alta posible necesario para minimizar o tamaño do radiador. Ademais, o espazo do reactor para o equipo a ser tan compacto como sexa posible para minimizar a cantidade de material usado para a Blindaxe, e para reducir o peso durante o lanzamento e espazo voo. capacidade de combustible pode garantir o funcionamento do reactor para a duración do voo espacial.