مفاعل نووي: مبادئ التشغيل، ودائرة وحدة

تصميم وتشغيل مفاعل نووي بناء على التهيئة والتحكم التفاعل النووي مكتفية ذاتيا. يتم استخدامه كأداة بحثية لإنتاج النظائر المشعة وكمصدر للطاقة لتشغيل محطات الطاقة النووية.

مفاعل نووي: مبدأ التشغيل (قصيرة)

المستخدمة هنا عملية الانشطار التي تنقسم نواة ثقيلة إلى قسمين أجزاء أصغر. هذه الشظايا في حالة متحمس للغاية وتنبعث النيوترونات، والجسيمات دون الذرية الأخرى والفوتونات. النيوترونات يمكن أن يسبب انقسامات جديدة نتيجة لذلك تنبعث أكثر من ذلك، وهلم جرا. هذا الرقم الاكتفاء الذاتي المستمر من التفكك تسمى سلسلة من ردود الفعل. في نفس الوقت، وكمية كبيرة من الطاقة، وإنتاج والذي هو الهدف من استخدام الطاقة النووية.

مبدأ تشغيل المفاعل النووي ومحطة للطاقة النووية هو من هذا القبيل أن 85٪ من الطاقة المستعمرات تقسيم يتم تحرير غضون فترة زمنية قصيرة جدا بعد بدء التفاعل. يتم إنتاج الجزء المتبقي من التحلل الإشعاعي من نواتج الانشطار، بعد أن رفضت النيوترونات. الاضمحلال الإشعاعي هو عملية فيها ذرة تصل إلى حالة مستقرة. وتابع وبعد الانقسام.

ذرية سلسلة من ردود الفعل قنبلة يزيد في شدة، حتى وسيتم تقسيم معظم المواد. يحدث هذا بسرعة كبيرة، وتنتج انفجارات قوية جدا مميزة من مثل هذه القنابل. آلية وتشغيل المفاعل النووي على أساس مبدأ الحفاظ على سلسلة من ردود الفعل على مستوى ثابت تقريبا تنظيمها. وهي مصممة بحيث تنفجر قنبلة ذرية كما لا يمكن.

سلسلة من ردود الفعل والانتقادات

يتم تحديد مفاعل الانشطار الفيزياء أن احتمال سلسلة من ردود الفعل بعد إصدار نيوتروني الانشطار النووي. إذا ينخفض عدد السكان في الآونة الأخيرة، فإن معدل انقسام في النهاية ينخفض إلى الصفر. في هذه الحالة سوف يكون المفاعل في حالة دون الحرجة. وإذا ما استمر السكان النيوترون عند مستوى ثابت، سيبقى معدل الانشطار مستقرة. سوف المفاعل يكون في حالة حرجة. وأخيرا، إذا مر الزمن ينمو السكان النيوترون، وتقسيم السرعة والقوة ستزداد. تصبح دولة الأساسية الحرجة.

مبدأ تشغيل مفاعل نووي المقبل. قبل البدء السكان النيوترون هي قريبة من الصفر. ثم، ومشغلي إزالة قضبان تحكم من جوهر، وزيادة النوى الانقسام الذي يحول المفاعل مؤقتا في حالة الحرجة. بعد وصوله الى السلطة في التصنيف مشغلي عاد جزئيا قضبان التحكم، وضبط كمية من النيوترونات. وفي وقت لاحق تم الحفاظ على المفاعل في حالة حرجة. عندما يكون ذلك ضروريا لوقف، المشغل إدراج قضبان تماما. ويقمع هذا الانقسام ويضع الأساسية في الدولة دون الحرجة.

أنواع المفاعلات

معظم الطاقة الموجودة وتوليد الحرارة اللازمة لدفع التوربينات التي تدفع مولدات الكهرباء للمنشآت النووية في العالم. أيضا، هناك العديد من المفاعلات البحثية، وبعض الدول لديها غواصات أو سفن السطح، مدفوعا الطاقة من الذرة.

محطات توليد الطاقة

هناك عدة أنواع من هذا النوع من المفاعلات، ولكن اعتمد على نطاق واسع تصميم بالماء الخفيف. في المقابل، يمكن استخدامه في الماء المضغوط أو الماء المغلي. في الحالة الأولى السائل ارتفاع ضغط ساخنة من حرارة نواة ويدخل مولد البخار. هناك، يتم تمرير الحرارة من المرحلة الابتدائية إلى الدائرة الثانوية، وكذلك تضم المياه. تخدم البخار في نهاية المطاف كما سائل العمل في دورة التوربينات البخارية.

المفاعل هو نوع الغليان يعمل على مبدأ دورة الطاقة المباشرة. الماء يمر الأساسية، جلب ليغلي على مستوى الضغط المتوسط. يمر البخار المشبع من خلال سلسلة من فواصل ويتم التخلص من مجففات في وعاء المفاعل، مما أدى إلى حالة sverhperegretoe لها. ثم يتم استخدام البخار كما سائل العمل، والتوربينات الدوارة.

ارتفاع في درجة الحرارة وتبريد الغاز

ارتفاع في درجة الحرارة مفاعل تبريد الغاز (HTGR) - مفاعل نووي، ويستند مبدأ العملية على استخدام الجرافيت على شكل مزيج الوقود من الوقود والمجهرية. هناك نوعان من التصاميم المتنافسة:

• الألماني "فضفاض ملء" النظام الذي يستخدم عناصر الوقود كروية 60 مم في القطر، والتي تتكون من خليط من الوقود والجرافيت في قذيفة الجرافيت.
• النسخة الأمريكية من ورشة عمل سداسية الجرافيت التي التعشيق لإنشاء الأساسية.

في كلتا الحالتين، ويتكون السائل التبريد من الهيليوم تحت ضغط من حوالي 100 الاجواء. يمر الهليوم النظام الألماني من خلال الثغرات في طبقة كروية عناصر الوقود، وفي الولايات المتحدة - من خلال فتحات في ورشة عمل الجرافيت رتبت على طول المحور الرئيسي للقلب المفاعل. يمكن أن كلا الخيارين تعمل في درجات حرارة عالية جدا، منذ الجرافيت لديه درجة حرارة التسامي عالية للغاية، والهليوم خامل كيميائيا تماما. الهيليوم الساخن يمكن استخدامها مباشرة كسائل العمل في التوربينات الغازية في درجة حرارة عالية أو يمكن أن تستخدم الحرارة لتوليد المياه دورة البخار.

السائل المعادن المفاعل النووي: دائرة ومبدأ العمل

تلقت المفاعلات السريعة مع المبرد الصوديوم اهتماما كبيرا في عام 1960-1970. ثم يبدو أن قدرتها على إنتاج الوقود النووي في المستقبل القريب المطلوبة لإنتاج الوقود للصناعة النووية تتطور بسرعة. عندما أصبح واضحا أن هذا التوقع غير واقعي، تضاءل الحماس في 1980s. ومع ذلك، في الولايات المتحدة، روسيا، فرنسا، بريطانيا، الذي بني اليابان وألمانيا سلسلة من مفاعلات من هذا النوع. ومعظمهم من العمل على ثاني أكسيد اليورانيوم أو خليط من ثاني أكسيد البلوتونيوم. في الولايات المتحدة، ومع ذلك، وتحقق أعظم نجاح مع الوقود المعدني.

CANDU

وقد ركزت كندا جهودها على المفاعلات التي تستخدم اليورانيوم الطبيعي. هذا يلغي الحاجة لتخصيب اليورانيوم لاستخدام خدمات البلدان الأخرى. وكانت نتيجة هذه السياسة المفاعل الديوتيريوم اليورانيوم (CANDU). مراقبة والتبريد أنتجت الماء الثقيل. تصميم وتشغيل مفاعل نووي هو استخدام خزان مع D ₂ O البارد في الضغط الجوي. تخلل منطقة نشطة أنابيب من سبائك الزركونيوم وقود اليورانيوم الطبيعي، والتي من خلالها توزع تبريد المياه الثقيلة. يتم إنتاج الكهرباء من خلال تقسيم انتقال الحرارة في المبرد بالماء الثقيل، والتي يتم توزيعها من خلال مولد البخار. البخار في حلقة الثانوية ثم يمر من خلال دورة التوربينات التقليدية.

مرافق البحوث

لغالبا ما يتم استخدام مفاعل أبحاث نووي، ومبدأ الذي يتكون في استخدام عناصر لوحة تبريد المياه وقود اليورانيوم في المجالس النموذج. قادرة على العمل في مجموعة واسعة من مستويات الطاقة من بضع مئات من كيلووات لميجاوات. منذ توليد الطاقة ليست هي الهدف الأساسي من المفاعلات البحثية، فهي تتميز الطاقة الحرارية المتولدة، وكثافة النيوترونات الطاقة الاسمية الأساسية. وسوف يتم هذه المعايير تساعد على قياس قدرة مفاعل الأبحاث لإجراء دراسات محددة. أنظمة الطاقة المنخفضة تميل للعمل في الجامعات وتستخدم للتدريب، وهناك حاجة إلى طاقة عالية في مختبرات الأبحاث للمواد وخصائص الاختبار، فضلا عن البحوث العامة.

المفاعل الأكثر شيوعا للأبحاث النووية، وهيكل ومبدأ العملية على النحو التالي. يقع في منطقة نشطة في الجزء السفلي من بركة عميقة كبير من الماء. وهذا يسهل توزيع المراقبة والقناة التي أشعة النيوترون يمكن توجيهها. عند مستويات منخفضة الطاقة ليست هناك حاجة إلى ضخ المبرد، وإلى الحفاظ على حالة التشغيل الآمن للالحراري الطبيعي المبرد يضمن ما يكفي من تبديد الحرارة. يقع مبادل حراري عادة على السطح أو في الجزء العلوي من حوض السباحة حيث تراكمت المياه الساخنة.

تركيب سفينة

استخدام الأصلي والأساسي للمفاعلات النووية هو استخدامها في الغواصات. ميزتها الرئيسية هي أنه، على عكس النظم احتراق الوقود الأحفوري لتوليد الكهرباء التي لا تتطلب الهواء. ونتيجة لذلك، غواصة نووية يمكن أن تبقى مغمورة لفترة طويلة، والتقليدية غواصة تعمل بالديزل والكهرباء يجب أن ترتفع بشكل دوري إلى السطح، لتشغيل المحركات الجوية الخاصة بهم. الطاقة النووية توفر ميزة السفن البحرية الاستراتيجية. الشكر لها، ليست هناك حاجة للتزود بالوقود في الموانئ الأجنبية أو من ناقلات الضعيفة بسهولة.

مبدأ تشغيل مفاعل نووي في غواصة تصنيف. ومع ذلك، فمن المعروف أنه في الولايات المتحدة الأمريكية ويستخدم اليورانيوم عالي التخصيب، وتباطؤ والتبريد هو الماء الخفيف. تصميم الغواصة النووية المفاعل الأول USS نوتيلوس وقد تأثر بشدة من قبل المنشآت البحثية القوية. وتتمثل الميزة فريدة من نوعها هو الهامش تفاعل عالية جدا، وتوفير فترة طويلة من العملية دون التزود بالوقود، والقدرة على إعادة تشغيل بعد التوقف. يجب أن يكون محطة توليد الكهرباء في الغواصات هادئة جدا، لتجنب الكشف. لتلبية الاحتياجات المحددة للفئات مختلفة من الغواصات تم إنشاء نماذج مختلفة من محطات توليد الكهرباء.

استخدمت البحرية الأمريكية على حاملات الطائرات مفاعل نووي، ومبدأ الذي يعتقد انه اقترض من أكبر الغواصات. لم تنشر تفاصيل بنائها و.

وإلى جانب الولايات المتحدة والغواصات النووية في المملكة المتحدة وفرنسا وروسيا والصين والهند. في كل حال، لم يتم الكشف عن التصميم، ولكن يعتقد أنها كلها متشابهة جدا - وهذا هو نتيجة لنفس الشروط لخصائصها التقنية. وفي روسيا أيضا أسطولا صغيرا من كاسحات الجليد النووية، الذي أنشأ نفسه مفاعل كما هو الحال في الغواصات السوفيتية.

المنشآت الصناعية

لأغراض الإنتاج من البلوتونيوم 239 يستخدم مفاعل نووي، ومبدأ الذي يتكون في إنتاجية عالية مع طاقة مستوى منخفض. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن البقاء على المدى الطويل من البلوتونيوم في قلب يؤدي إلى تراكم غير مرغوب فيه ²⁴⁰ بو هذا.

إنتاج التريتيوم

حاليا، المادة الرئيسية التي يمكن الحصول عليها من قبل هذه النظم هي التريتيوم ⁽³ H أو T) - المسؤول عن القنابل الهيدروجينية. البلوتونيوم 239 منذ فترة طويلة نصف العمر لل24،100 سنة، وذلك على البلاد مع الأسلحة النووية التي تستخدم هذا العنصر، كقاعدة عامة، يكون ذلك أكثر من اللازم. وعلى النقيض من ²³⁹ بو، عمر النصف من التريتيوم حوالي 12 عاما. وهكذا، للحفاظ على المخزون الضروري، يجب أن يتم هذا النظير المشع للهيدروجين بشكل مستمر. في الولايات المتحدة، ونهر سافانا (ساوث كارولينا)، على سبيل المثال، لديها العديد من مفاعلات الماء الثقيل، والتي تنتج التريتيوم.

السلطة عائمة

المنشأة بواسطة المفاعلات النووية، وقادرة على توفير الكهرباء والبخار التدفئة حذف المناطق المعزولة. في روسيا، على سبيل المثال، وجدنا استخدام نظم الطاقة الصغيرة، والمصممة خصيصا لتلبية احتياجات المستوطنات في المنطقة القطبية الشمالية. في الصين، ومصنع 10 ميغاواط HTR-10 إمدادات الحرارة ومعهد أبحاث الطاقة الكهربائية، التي يقع فيها. يتم تنفيذ تطوير مفاعلات صغيرة تسيطر عليها تلقائيا مع قدرات مماثلة في السويد وكندا. بين عامي 1960 و 1972، استخدم الجيش الأمريكي مفاعلات الماء المضغوط لتوفير قواعد نائية في غرينلاند والقطب الجنوبي. تم استبدال من قبل محطات توليد الطاقة وقود النفط.

استكشاف الفضاء

وبالإضافة إلى ذلك، تم تصميم مفاعلات للطاقة والحركة في الفضاء. في الفترة 1967-1988، أنشأ الاتحاد السوفياتي المنشآت النووية الصغيرة على أقمار "كوزموس" لتوريد معدات والقياس عن بعد، ولكن أصبحت هذه السياسة هدفا للانتقادات. واحد على الأقل من هذه الأقمار دخلت الغلاف الجوي للأرض، مما تسبب التلوث الإشعاعي المناطق النائية في كندا. شنت الولايات المتحدة قمر واحد فقط مع مفاعل نووي في عام 1965. ومع ذلك، يستمر تطوير مشاريع على استخدامها في بعثات الفضاء السحيق، والبحوث المأهولة الكواكب الأخرى أو على قاعدة دائمة على سطح القمر. هذا ومن المؤكد أن يكون مفاعل تبريد الغاز أو السائل المعادن النووية والمبادئ الفيزيائية التي توفر أعلى درجة حرارة ممكنة اللازمة للحد من حجم المبرد. أيضا، ومساحة مفاعل للمعدات ليكون التعاقد قدر الإمكان لتقليل كمية المواد المستخدمة في التدريع، ولخفض الوزن خلال إطلاق والتحليق في الفضاء. سوف سعة خزان الوقود ضمان تشغيل المفاعل لمدة التحليق في الفضاء.