Ядролук реактордун аппараты жана иштөө принциби өз алдынча ядролук реакцияны инициализациялоого жана башкарууга негизделген. Ал изилдөө куралы катары, радиоактивдүү изотопторду өндүрүү үчүн жана атомдук электр станциялары үчүн энергия булагы катары колдонулат.
Ядролук реактор: ал кантип иштейт (кыскача)
Бул жерде ядролук бөлүнүү процесси колдонулат, мында оор ядро эки кичинекей фрагментке ажырайт. Бул фрагменттер абдан толкунданган абалда жана нейтрондорду, башка субатомдук бөлүкчөлөрдү жана фотондорду чыгарышат. Нейтрондор жаңы бөлүнүүлөрдү пайда кылышы мүмкүн, анын натыйжасында нейтрондор көбүрөөк бөлүнүп чыгат жана башкалар. Мындай үзгүлтүксүз өзүн-өзү камсыз кылуучу бөлүнүү сериясы чынжырлуу реакция деп аталат. Ошол эле учурда энергиянын көп көлөмү бөлүнүп чыгат, аны өндүрүү атомдук электр станцияларын колдонууга багытталган.
Ядролук реактордун жана атомдук электр станциясынын иштөө принциби реакция башталгандан кийин өтө кыска убакыттын ичинде бөлүнүү энергиясынын 85%ке жакыны бөлүнүп чыга тургандай. Калгандары өндүрүлгөннейтрондорду бөлүп чыгаргандан кийин бөлүнүү продуктуларынын радиоактивдүү ажыроосунун натыйжасы. Радиоактивдүү ажыроо – бул атомдун туруктуураак абалга жеткен процесси. Ал бөлүү аяктагандан кийин дагы уланат.
Атомдук бомбада чынжыр реакциясы материалдын көбү бөлүнгөнгө чейин күчөйт. Бул абдан тез болуп, мындай бомбаларга мүнөздүү өтө күчтүү жарылууларды пайда кылат. Ядролук реактордун түзүлүшү жана иштөө принциби чынжыр реакциясын башкарылуучу, дээрлик туруктуу деңгээлде кармап турууга негизделген. Ал атом бомбасындай жарылып кетпегидей кылып жасалган.
Чынжыр реакциясы жана критикалык
Ядролук бөлүнүү реакторунун физикасы чынжыр реакциясы нейтрондордун эмиссиясынан кийин ядролук бөлүнүү ыктымалдыгы менен аныкталат. Эгерде акыркысынын популяциясы азайса, анда бөлүнүү ылдамдыгы акыры нөлгө чейин төмөндөйт. Бул учурда реактор субкритикалык абалда болот. Эгерде нейтрондордун популяциясы туруктуу деңгээлде сакталса, анда бөлүнүү ылдамдыгы туруктуу бойдон калат. Реактор оор абалда болот. Акыр-аягы, нейтрондордун популяциясы убакыттын өтүшү менен өссө, бөлүнүү ылдамдыгы жана күчү көбөйөт. Өзөк суперкритикалык болуп калат.
Ядролук реактордун иштөө принциби төмөнкүдөй. Аны учурууга чейин нейтрондун популяциясы нөлгө жакын. Андан кийин операторлор өзөктөн башкаруу таякчаларын алып салышат, бул өзөктүк бөлүнүүнү күчөтөт, бул убактылуу которулатреактор суперкритикалык абалга. Номиналдуу күчкө жеткенден кийин, операторлор нейтрондордун санын жөнгө салуу менен башкаруу таякчаларын жарым-жартылай кайтарышат. Келечекте реактор критикалык абалда сакталат. Аны токтотуу керек болгондо, операторлор таякчаларды толугу менен киргизет. Бул бөлүнүүнү басат жана өзөктү критикалык субкритикалык абалга алып келет.
Реакторлордун түрлөрү
Дүйнөдөгү өзөктүк түзүлүштөрдүн көбү электр энергиясы генераторлорун иштеткен турбиналарды айландыруу үчүн зарыл болгон жылуулукту иштеп чыгуучу энергия болуп саналат. Ошондой эле көптөгөн изилдөө реакторлору бар жана кээ бир өлкөлөрдө атомдук суу астында жүрүүчү кайыктар же жер үстүндөгү кемелер бар.
Электр станциялары
Ушул типтеги реакторлордун бир нече түрү бар, бирок жеңил суу дизайны кеңири колдонууну тапты. Өз кезегинде ал басымдагы сууну же кайнак сууну колдоно алат. Биринчи учурда жогорку басымдагы суюктук өзөктүн жылуулугу менен ысытылып, буу генераторуна кирет. Ал жерде баштапкы контурдан келген жылуулук экинчиликке өтөт, анда суу да бар. Жыйынтыгында пайда болгон буу буу турбинасы циклинде жумушчу суюктук катары кызмат кылат.
Кайнуу тибиндеги реактор түз энергия циклинин принцибинде иштейт. Суу, активдүү зонасы аркылуу өтүп, орточо басымдын деъгээлинде кайнап жатат. Каныккан буу реактордун идишинде жайгашкан бир катар сепараторлор жана кургаткычтар аркылуу өтөт, бул аныөтө ысытылган абал. Өтө ысып кеткен суу буусу андан кийин турбинаны айландыруу үчүн жумушчу суюктук катары колдонулат.
Жогорку температурадагы газ муздатылган
Жогорку температурадагы газ менен муздатылган реактор (HTGR) – өзөктүк реактор, анын иштөө принциби отун катары графит жана отун микросфераларынын аралашмасын колдонууга негизделген. Эки атаандаш дизайн бар:
- Графит кабыгында графит менен күйүүчү майдын аралашмасы болгон диаметри 60 мм сфералык күйүүчү май клеткаларын колдонгон немис "толтургуч" системасы;
- Активдик зонаны түзүү үчүн бири-бирине кошулган графит алты бурчтуу призмалар түрүндөгү америкалык версия.
Эки учурда тең муздаткыч 100 атмосферага жакын басымдагы гелийден турат. Германия системасында гелий сфералык отун элементтеринин катмарындагы боштуктар аркылуу, ал эми америкалык системада реактордун борбордук зонасынын огу боюнча жайгашкан графит призмаларынын тешиктери аркылуу өтөт. Эки вариант тең өтө жогорку температурада иштей алат, анткени графит өтө жогорку сублимация температурасына ээ, ал эми гелий толугу менен химиялык жактан инерттүү. Ысык гелийди түздөн-түз жогорку температурада газ турбинасында жумушчу суюктук катары колдонсо болот же анын ысыгын суунун айланма буусу үчүн колдонсо болот.
Суюк металл ядролук реактор: схемасы жана иштөө принциби
Натрий муздаткычы бар тез нейтрондук реакторлорго 1960-1970-жылдары көп көңүл бурулган. Андаалардын жакынкы келечекте ядролук отунду кайра чыгарууга жөндөмдүүлүгү тездик менен өнүгүп жаткан атомдук өнөр жай үчүн отун өндүрүү үчүн зарыл болуп көрүнгөн. 1980-жылдары бул күтүү чындыкка коошпой турганы айкын болгондон кийин, энтузиазм өчүп кетти. Бирок мындай типтеги бир катар реакторлор АКШ, Россия, Франция, Улуу Британия, Япония жана Германияда курулган. Алардын көбү урандын диоксиди же анын плутоний диоксиди менен аралашмасы менен иштейт. Бирок Кошмо Штаттарда эң чоң ийгилик металл күйүүчү майлар менен болгон.
CANDU
Канада өзүнүн аракеттерин табигый уранды колдонгон реакторлорго багыттады. Бул башка мамлекеттердин кызматына кайрылуу үчүн аны байытуу зарылдыгын жокко чыгарат. Бул саясаттын натыйжасы дейтерий-уран реактору (CANDU) болгон. Андагы контролдоо жана муздатуу оор суу менен жүзөгө ашырылат. Ядролук реактордун түзүлүшү жана иштөө принциби атмосфералык басымда муздак D2O бар резервуарды колдонуу болуп саналат. Өзөктү табигый уран отун менен цирконий эритмесинен жасалган түтүкчөлөр тешип, ал аркылуу оор суу муздайт. Электр энергиясы оор суудагы бөлүнүү жылуулукту буу генератору аркылуу айлануучу муздаткычка өткөрүү аркылуу өндүрүлөт. Андан кийин экинчи схемадагы буу кадимки турбиналык циклден өтөт.
Изилдөө орнотуулары
Илимий изилдөөлөр үчүн көбүнчө өзөктүк реактор колдонулат, анын принциби сууну муздатуу жанаассамблеялар түрүндөгү ламеллярдык уран отун элементтери. Бир нече киловатттан жүздөгөн мегаваттка чейинки кубаттуулуктун кеңири диапазондорунда иштөөгө жөндөмдүү. Электр энергиясын өндүрүү изилдөө реакторлорунун негизги милдети болбогондуктан, алар өзөктөгү нейтрондордун пайда болгон жылуулук энергиясы, тыгыздыгы жана номиналдык энергиясы менен мүнөздөлөт. Дал ушул параметрлер изилдөө реакторунун конкреттүү изилдөөлөрдү жүргүзүү мүмкүнчүлүгүн сандык аныктоого жардам берет. Төмөн кубаттуулуктагы системалар адатта университеттерде окутуу максатында колдонулат, ал эми жогорку кубаттуулуктагы системалар илимий-изилдөө лабораторияларында материалды жана натыйжалуулукту текшерүү жана жалпы изилдөө үчүн керектелет.
Кеңири таралган изилдөөчү ядролук реактор, анын структурасы жана иштөө принциби төмөнкүдөй. Анын активдүү зонасы чоң терең көлмөнүн түбүндө жайгашкан. Бул нейтрондук нурларды багыттай турган каналдарды байкоону жана жайгаштырууну жецилдетет. Төмөн кубаттуулуктун деңгээлинде муздатуучу затты канды кетирүүнүн кереги жок, анткени муздатуучу заттын табигый конвекциясы коопсуз иштөө абалын сактоо үчүн жетиштүү жылуулуктун диссипациясын камсыз кылат. Жылуулук алмаштыргыч, адатта, ысык суу чогулган бассейндин үстүнкү бетинде же жогору жагында жайгашкан.
Кеме орнотуулары
Ядролук реакторлордун баштапкы жана негизги колдонулушу суу астындагы кайыктарда. Алардын негизги артыкчылыгы болуп саналатдеп, казылып алынган күйүүчү системалардан айырмаланып, алар электр энергиясын өндүрүү үчүн абаны талап кылбайт. Демек, атомдук суу астындагы кайык узак убакыт бою суу астында кала алат, ал эми кадимки дизель-электрдик суу астында жүрүүчү кайык абада кыймылдаткычтарын ишке киргизүү үчүн мезгил-мезгили менен жер үстүнө чыгып турууга тийиш. Ядролук энергетика Аскер-деңиз флотунун кемелерине стратегиялык артыкчылык берет. Бул чет өлкөлүк порттордон же аялуу танкерлерден май куюунун зарылдыгын жок кылат.
Суу астындагы кайыктагы атомдук реактордун иштөө принциби классификацияланган. Бирок АКШда өтө байытылган уран колдонулары белгилүү, ал эми жайлоо жана муздатуу жеңил суу менен жүргүзүлөт. USS Nautilus атомдук суу астындагы кайыкынын биринчи реакторунун конструкциясына кубаттуу илимий-изилдөө объектилери катуу таасир эткен. Анын уникалдуу өзгөчөлүктөрү - бул өтө чоң реактивдүүлүк маржа, ал май куюусуз узак иштөөнү жана токтогондон кийин кайра иштетүү мүмкүнчүлүгүн камсыз кылат. Суу астындагы электр станциясы байкалбашы үчүн абдан тынч болушу керек. Суу астындагы кайыктардын ар кандай класстарынын өзгөчө муктаждыктарын канааттандыруу үчүн электр станцияларынын ар кандай моделдери түзүлдү.
АКШнын Аскер-деңиз флотунун учак конуучу кемелери өзөктүк реакторду колдонушат, анын принциби эң ири суу астындагы кайыктардан алынган деп эсептелинет. Алардын дизайнынын чоо-жайы да жарыялана элек.
АКШдан тышкары Улуу Британия, Франция, Россия, Кытай жана Индиянын атомдук суу астындагы кайыктары бар. Ар бир учурда, дизайн ачыкталган эмес, бирок, алардын баары абдан окшош деп эсептелет - булалардын техникалык мүнөздөмөлөрү үчүн бирдей талаптардын натыйжасы болуп саналат. Россияда ошондой эле советтик суу астында жүрүүчү кайыктар сыяктуу реакторлор бар атомдук муз жаргыч кемелердин чакан флоту бар.
Өнөр жай орнотуулары
Курал-класстагы плутоний-239 өндүрүү үчүн өзөктүк реактор колдонулат, анын принциби энергия өндүрүүнүн төмөн деңгээли менен жогорку өндүрүмдүүлүк болуп саналат. Мунун себеби плутонийдин өзөктө көпкө кармалышы керексиз 240Pu топтолушуна алып келет.
Тритий өндүрүү
Учурда мындай системалар чыгарган негизги материал тритий (3Н же Т), суутек бомбаларынын заряды. Плутоний-239дун жарым ажыроо мезгили 24100 жылды түзөт, ошондуктан бул элементти колдонгон өзөктүк курал арсеналдары бар мамлекеттерде алар керек болгондон да көп болот. 239Puдан айырмаланып, тритийдин жарым ажыроо мезгили болжол менен 12 жылды түзөт. Ошентип, керектүү запастарды камсыз кылуу үчүн суутектин бул радиоактивдүү изотопу үзгүлтүксүз өндүрүлүшү керек. Мисалы, АКШда, Саванна Риверинде, Түштүк Каролинада тритийди өндүргөн бир нече оор суу реакторлору бар.
Калкуучу кубаттуулуктар
Алыскы обочолонгон аймактарды электр энергиясы жана буу жылытуу менен камсыз кыла турган өзөктүк реакторлор түзүлдү. Россияда, мисалы, өтүнмө табылганАрктикадагы жамааттарды тейлөө үчүн атайын иштелип чыккан чакан электр станциялары. Кытайда кубаттуулугу 10 МВт болгон ХТР-10 станциясы жайгашкан илим-изилдөө институтун жылуулук жана электр энергиясы менен камсыздайт. Швецияда жана Канадада ушундай эле мүмкүнчүлүктөрү бар башкарылуучу чакан реакторлор иштелип жатат. 1960-1972-жылдар аралыгында АКШнын армиясы Гренландия менен Антарктидадагы алыскы базаларды энергия менен камсыз кылуу үчүн компакт суу реакторлорун колдонгон. Алардын ордуна мунай менен иштеген электр станциялары орнотулду.
Космосту изилдөө
Мындан тышкары, энергия менен камсыздоо жана космосто кыймыл үчүн реакторлор иштелип чыккан. 1967-1988-жылдар аралыгында Советтер Союзу Космос спутниктерине жабдууларды жана телеметрияны энергия менен камсыз кылуу үчүн чакан өзөктүк орнотмолорду орноткон, бирок бул саясат сындын бутасына айланган. Бул спутниктердин жок дегенде бири Жердин атмосферасына кирип, натыйжада Канаданын алыскы аймактары радиоактивдүү булганган. Америка Кошмо Штаттары 1965-жылы бир гана өзөктүк спутник учурган. Бирок аларды терең космостук учууларда, башка планеталарды адам менен изилдөөдө же Айдын туруктуу базасында колдонуу боюнча долбоорлорду иштеп чыгуу улантылууда. Бул сөзсүз түрдө газ менен муздатылган же суюк металл ядролук реактор болот, анын физикалык принциптери радиатордун өлчөмүн минималдаштыруу үчүн зарыл болгон мүмкүн болгон эң жогорку температураны камсыз кылат. Мындан тышкары, космостук реактор колдонулган материалдын көлөмүн азайтуу үчүн мүмкүн болушунча компакттуу болушу кереккоргоо, жана учуруу жана космостук учуу учурунда салмагын азайтуу үчүн. Күйүүчү майдын запасы космоско учуунун бүткүл мезгилинде реактордун иштешин камсыздайт.
