راکتور هسته ای: اصول عامل و مدار واحد

طراحی و راه اندازی یک راکتور هسته ای بر اساس مقدار دهی اولیه و کنترل خود را حفظ واکنش های هسته ای. آن را به عنوان یک ابزار تحقیقاتی برای تولید ایزوتوپ های رادیواکتیو و به عنوان یک منبع انرژی برای نیروگاه های هسته ای استفاده می شود.

راکتور هسته ای: اصل عمل (کوتاه)

استفاده شده در اینجا فرایند شکافت که در آن یک هسته سنگین تقسیم به دو قطعه کوچکتر است. این قطعات در یک حالت بسیار هیجان زده و منتشر می کنند نوترون، و دیگر ذرات زیر اتمی و فوتون. نوترون ها را می تقسیمات جدید را به عنوان یک نتیجه از آن آنها حتی بیشتر ساطع شده است، و به همین ترتیب شود. این تعداد خود کفا مداوم تجزیه به نام واکنش زنجیره ای. در همان زمان، مقدار زیادی از انرژی، تولید که هدف از استفاده از انرژی هسته ای است.

اصل بهره برداری از یک راکتور هسته ای و یک نیروگاه هسته ای به گونه ای است که 85٪ از انرژی مستعمرات تقسیم شده است در مدت زمان بسیار کوتاه پس از شروع واکنش را منتشر کرد. بخش باقی مانده توسط واپاشی رادیواکتیو از محصولات شکافت تولید، پس از آنها نوترون را رد کرد. تجزیه رادیواکتیو روند که در آن اتم یک حالت پایدار می رسد. او ادامه داد: و پس از تقسیم.

واکنش زنجیره ای بمب اتمی را افزایش می دهد در شدت، تا زمانی که بسیاری از مواد تقسیم خواهد شد. این اتفاق می افتد بسیار سریع است، تولید یک انفجار بسیار قوی ویژگی چنین بمب. مکانیسم و بهره برداری از یک راکتور هسته ای بر اساس اصل حفظ واکنش زنجیره ای در سطح تقریبا ثابت تنظیم می شود. این طراحی شده است به طوری که منفجر بمب اتمی به عنوان نیست.

واکنش زنجیره ای و انتقاد

راکتور شکافت فیزیک مصمم است که احتمال واکنش زنجیره ای پس از نوترون شکافت هسته ای. اگر جمعیت های اخیر کاهش می یابد، میزان تقسیم در پایان به صفر برسد. در این مورد راکتور را در حالت بحرانی است. اگر جمعیت نوترون است در یک سطح ثابت نگهداری می شود، نرخ شکافت پایدار باقی خواهد ماند. راکتور خواهد در یک وضعیت بحرانی است. و در نهایت، اگر در طول زمان جمعیت نوترون رشد می کند، تقسیم سرعت و قدرت افزایش خواهد یافت. دولت هسته در شود.

اصل بهره برداری از یک راکتور هسته ای است. قبل از شروع جمعیت نوترون نزدیک به صفر است. سپس، اپراتورهای حذف میله های کنترل از هسته، افزایش هسته تقسیم که به طور موقت در حالت فوق بحرانی تبدیل به راکتور. پس از رسیدن به اپراتورهای قدرت امتیاز تا حدودی بازگشت میله های کنترل، تنظیم مقدار نوترون است. پس از آن راکتور در شرایط بحرانی داشت. هنگامی که لازم است متوقف شود، اپراتور درج میله به طور کامل. این سرکوب بخش و هسته قرار می دهد در حالت بحرانی.

انواع راکتور

بیشتر انرژی موجود در حال تولید است که حرارت لازم برای رانندگی توربین، که ژنراتور برق تاسیسات هسته ای در جهان رانندگی کنید. همچنین، بسیاری از راکتورهای تحقیقاتی وجود دارد، و برخی از کشورهای زیر دریاییها یا کشتی های سطحی، رانده شده توسط انرژی اتم دارند.

نیروگاه

گونه های مختلفی از این نوع راکتور وجود دارد، اما به طور گسترده ای طراحی آب سبک به تصویب رسید. به نوبه خود، می توان آن را در آب تحت فشار و یا آب جوش استفاده می شود. در مورد اول مایع فشار بالا حرارت داده می شود توسط حرارت از هسته و وارد مولد بخار. وجود دارد، گرما از اولیه به مدار ثانویه منتقل می شود بیشتر این آب است. بخار تولید در نهایت به عنوان سیال کاری در چرخه توربین بخار عمل می کند.

راکتور یک نوع جوش نسخهها کار در اصل از چرخه انرژی مستقیم. عبور آب از طریق هسته، به جوش را روی سطح فشار متوسط به ارمغان آورد. بخار اشباع طریق یک سری از جدا می گذرد و خشک کن در مخزن رآکتور دفع، در حالت sverhperegretoe آن می شود. بخار فوق گرم شده است و سپس به عنوان سیال کاری از چرخش توربین استفاده می شود.

درجه حرارت بالا گاز سرد می شود

گاز سرد راکتور، درجه حرارت بالا (HTGR) - یک راکتور هسته ای، اصل عمل در استفاده از گرافیت به عنوان یک مخلوط سوخت و میکروسفرهای است. دو طرح رقابت وجود دارد:

• آلمانی "سست پر کردن" سیستم، که با استفاده از یک عناصر سوخت کروی 60 میلی متر قطر، متشکل از مخلوط سوخت و گرافیت در یک پوسته گرافیت؛
• نسخه آمریکایی از یک منشور شش ضلعی گرافیت که در هم بافتن برای ایجاد هسته ای است.

در هر دو مورد، مایع خنک کننده شامل هلیوم تحت فشار حدود 100 اتمسفر. هلیم سیستم آلمانی از عبور از شکاف در لایه ای از کروی عناصر سوخت، و در آمریکا - از طریق دهانه در منشور گرافیت مرتب در طول محور مرکزی هسته راکتور. هر دو گزینه می تواند در دماهای بسیار بالا کار، از گرافیت دارای دمای تصعید بسیار بالا، و هلیوم شیمیایی بی اثر به طور کامل. هلیم داغ را می توان مستقیما به عنوان یک سیال در یک توربین گاز در دمای بالا استفاده می شود و یا حرارت را می توان برای تولید آب چرخه بخار استفاده شده است.

فلز مایع راکتور هسته ای: مدار و اصل کار

راکتورهای سریع با خنک کننده سدیم توجه قابل توجه در 1960-1970 را دریافت کرده است. سپس آن را به نظر می رسید که توانایی خود را برای تولید مثل سوخت هسته ای در آینده نزدیک مورد نیاز برای تولید سوخت برای صنعت هسته ای به سرعت در حال تحول است. وقتی مشخص شد که این انتظار غیر واقعی است، شور و شوق در 1980s کاهش یافت. با این حال، در ایالات متحده، روسیه، فرانسه، بریتانیا، ژاپن و آلمان ساخته شده است یک سری از راکتور از این نوع. بسیاری از آنها کار بر روی دی اکسید اورانیوم و یا مخلوطی از دی اکسید پلوتونیوم. در ایالات متحده، با این حال، بیشترین موفقیت را در سوخت فلزی به دست آمد.

CANDU

کانادا تلاش های خود در راکتور، که استفاده از اورانیوم طبیعی متمرکز کرده است. این حذف نیاز به غنی سازی خود را به استفاده از خدمات از کشورهای دیگر. نتیجه این سیاست راکتور دوتریوم اورانیوم (CANDU) بود. کنترل و خنک کننده آن آب سنگین تولید شده است. طراحی و راه اندازی یک راکتور هسته ای است که استفاده از یک مخزن با D سرد ₂ O در فشار جو. منطقه فعال لوله زیرکونیوم سوخت آلیاژ اورانیوم طبیعی، که از طریق آن به گردش خنک کننده آب سنگین خود نفوذ. برق با تقسیم انتقال حرارت در خنک کننده آب سنگین، است که از طریق مولد بخار منتشر تولید شده است. بخار در حلقه ثانویه پس از آن از طریق یک چرخه توربین های معمولی عبور می کند.

امکانات پژوهشی

برای تحقیقات رآکتور هسته ای است که اغلب استفاده می شود، اصل که عبارت است از استفاده از عناصر صفحه خنک کننده آب و سوخت اورانیوم در مجامع فرم. قادر به عامل در طیف گسترده ای از سطح قدرت از چند صد کیلو وات تا مگاوات است. از آنجا که تولید برق است که هدف اولیه از راکتورهای تحقیقاتی نیست، آنها توسط انرژی حرارتی تولید شده، و چگالی نوترون انرژی اسمی هسته مشخص می شود. این است که این پارامتر کمک خواهد کرد برای تعیین کمیت توانایی یک راکتور تحقیقاتی به انجام مطالعات خاص. سیستم های کم توان تمایل به در دانشگاه عمل می کنند و برای آموزش استفاده می شود، و قدرت بالا در آزمایشگاه های تحقیقاتی برای مواد و ویژگی تست، و همچنین برای تحقیقات به طور کلی مورد نیاز است.

پژوهش رایج ترین راکتور هسته ای، ساختار و اصل عمل به شرح زیر است. منطقه فعال آن در پایین استخر بزرگ عمیق از آب واقع شده است. این تسهیل مشاهده و کانال تخصیص که پرتوهای نوترون می تواند به کارگردانی. در سطوح قدرت کم است بدون نیاز به پمپ خنک کننده، به عنوان حفظ حالت عامل امن از همرفت طبیعی مایع خنک کننده تضمین می کند اتلاف حرارت کافی وجود دارد. مبدل های حرارتی است که معمولا در سطح و یا در قسمت بالای استخر که در آن آب گرم انباشته شده است واقع شده است.

نصب و راه اندازی کشتی

استفاده اصلی و اولیه از راکتورهای هسته ای استفاده از آنها در زیر دریایی است. مزیت اصلی آنها این است که، در مقابل به سیستم احتراق سوخت های فسیلی برای تولید برق آنها هوا نیاز نیست. در نتیجه، زیردریایی هسته ای می تواند باقی می ماند برای یک مدت طولانی غوطه ور، و متعارف زیردریایی دیزل-الکتریک دوره باید به سطح افزایش یابد، به اجرا موتور هوا است. انرژی هسته ای کشتی های نیروی دریایی مزیت استراتژیک فراهم می کند. تشکر از او، بدون نیاز به سوخت گیری در بنادر خارجی و یا از تانکرهای به راحتی آسیب پذیر وجود دارد.

اصل بهره برداری از یک راکتور هسته ای در یک زیردریایی است. با این حال، مشخص شده است که در ایالات متحده آمریکا آن را با استفاده اورانیوم بسیار غنی شده، و کاهش سرعت و آب خنک کننده نور است. طراحی اولین رآکتور زیردریایی هسته ای یو اس اس ناتیلوس به شدت از سوی تاسیسات پژوهش قدرتمند تأثیر پذیرفته بود. ویژگی منحصر به فرد آن حاشیه واکنش بسیار بالا است، ارائه یک دوره طولانی از عملیات بدون سوخت گیری و توانایی راه اندازی مجدد پس از قطع. نیروگاه برق در زیردریایی باید بسیار آرام می شود، به جلوگیری از تشخیص. برای پاسخگویی به نیازهای خاص از طبقات مختلف از زیردریایی مدل های مختلف نیروگاه ایجاد شده است.

نیروی دریایی ایالات متحده بر روی ناوهای هواپیمابر استفاده راکتور هسته ای، اصل که اعتقاد بر این است از بزرگترین زیردریایی قرض گرفته شود. جزئیات ساخت و ساز و منتشر نشده است.

علاوه بر ایالات متحده، زیردریایی های هسته ای در انگلستان، فرانسه، روسیه، چین و هند هستند. در هر مورد، طراحی اعلام نشده است، اما اعتقاد بر این است که همه آنها بسیار شبیه هم هستند - این یک نتیجه از الزامات برای ویژگی های فنی خود است. روسیه همچنین یک ناوگان کوچک یخ شکن هسته ای، که راکتور همان است که در زیردریایی شوروی بنیان شد.

تاسیسات صنعتی

برای اهداف تولید درجه سلاح پلوتونیم 239 با استفاده از یک راکتور هسته ای، اصل که شامل بهره وری بالا با انرژی سطح پایین است. این به خاطر این واقعیت است که در دراز مدت اقامت پلوتونیوم در هسته منجر به تجمع ناخواسته ²⁴⁰ Pu می شود.

تولید تریتیوم

این اتهام را برای - در حال حاضر، مواد اصلی حصول با چنین سیستم تریتیوم ⁽³ H یا T) است بمب های هیدروژنی. پلوتونیوم 239 است نیمه عمر طولانی از 24100 سال است، بنابراین یک کشور با سلاح های هسته ای است که استفاده از این عنصر، به عنوان یک قاعده، آن را نسبت به نیاز بیشتر است. در مقابل به ²³⁹ پلوتونیم، نیمه عمر تریتیوم در حدود 12 سال است. بنابراین، برای حفظ موجودی لازم باشد، این ایزوتوپ رادیواکتیو هیدروژن باید به طور مداوم انجام. در ایالات متحده، رودخانه ساوانا (کارولینای جنوبی)، به عنوان مثال، چند راکتور آب سنگین، که تولید تریتیوم.

قدرت شناور

ایجاد شده توسط راکتورهای هسته ای، قادر به ارائه برق و بخار گرم مناطق جدا شده حذف شده است. در روسیه، به عنوان مثال، ما استفاده از سیستم های قدرت کوچک، ویژه طراحی شده برای تهیه کردن به شهرک های قطب شمال یافت می شود. در چین، نیروگاه 10 مگاواتی HTR-10 منابع گرما و برق موسسه تحقیقات، که در آن واقع شده است. توسعه رآکتورهای کوچک به طور خودکار با قابلیت های مشابه کنترل ها در سوئد و کانادا انجام شده است. در دوره 1960-1972، ارتش ایالات متحده مورد استفاده قرار راکتورهای آب جمع و جور به ارائه پایگاه های از راه دور در گرینلند و قطب جنوب. آنها با نیروگاه های سوخت نفت جایگزین شد.

اکتشافات فضایی

علاوه بر این، راکتور برای قدرت و حرکت در فضا طراحی شده بودند. در دوره 1967-1988، اتحاد جماهیر شوروی تاسیسات هسته ای کوچک بر روی "کاسموس" ماهواره تاسیس برای تامین تجهیزات و تله متری، اما این سیاست تبدیل به یک هدف برای انتقاد. حداقل یکی از این ماهواره ها وارد جو زمین، باعث آلودگی رادیو اکتیو مناطق دور افتاده از کانادا است. ایالات متحده تنها یک ماهواره با یک راکتور هسته ای در سال 1965 راه اندازی شد. با این حال، پروژه های استفاده از آنها در ماموریت های اعماق فضا، تحقیق سرنشین دار سیارات دیگر و یا در یک پایگاه قمری دائمی همچنان دنبال شود. این است که به یک راکتور گاز سرد و یا فلز مایع هسته ای، اصول فیزیکی که ارائه بالاترین دمای ممکن لازم برای به حداقل رساندن اندازه رادیاتور است. همچنین، فضای راکتور برای تجهیزات به عنوان جمع و جور که ممکن است برای به حداقل رساندن مقدار مواد مورد استفاده برای محافظ، و به منظور کاهش وزن در طول راه اندازی و فضا پرواز. ظرفیت سوخت بهره برداری از راکتور برای مدت زمان پرواز به فضا را تضمین می کند.