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reattore nucleare: principi di funzionamento, ed il circuito dell'unità

Progettazione e del funzionamento di un reattore nucleare basata sulla reazione nucleare autosostenuta inizializzazione e controllo. È usato come uno strumento di ricerca per la produzione di isotopi radioattivi e come fonte di energia per le centrali nucleari.

reattore nucleare: il principio di funzionamento (breve)

Qui usato processo di fissione in cui un nucleo pesante divide in due frammenti più piccoli. Questi frammenti sono in uno stato molto eccitato ed emettono neutroni e altre particelle subatomiche e fotoni. I neutroni possono provocare nuove divisioni a seguito della quale sono emessi ancora di più, e così via. Questo numero autosufficiente continuo di disintegrazioni chiamati reazione a catena. Allo stesso tempo, una grande quantità di energia, la cui produzione è lo scopo dell'uso dell'energia nucleare.

Il principio di funzionamento di un reattore nucleare e un impianto nucleare è tale che l'85% dell'energia colonie scissione viene rilasciato entro un tempo molto breve dopo l'inizio della reazione. La parte restante è prodotto dal decadimento radioattivo dei prodotti di fissione, dopo essere respinto neutroni. decadimento radioattivo è il processo in cui l'atomo raggiunge uno stato stazionario. Ha continuato e dopo la divisione.

La reazione a catena bomba atomica aumenta di intensità, fino maggior parte del materiale sarà diviso. Questo avviene molto rapidamente, producendo un estremamente potenti esplosioni caratteristici di tali bombe. Meccanismo e il funzionamento di un reattore nucleare basato sul principio di mantenere la reazione a catena su un livello quasi costante regolato. E 'stato progettato in modo da esplodere bomba atomica come non può.

Reazione a catena e la critica

fisica del reattore a fissione è determinato che una probabilità reazione a catena dopo emissione di neutroni di fissione nucleare. Se recente popolazione diminuisce, il tasso di divisione alla fine cadrà a zero. In questo caso il reattore sarà in uno stato subcritico. Se la popolazione di neutroni è mantenuta ad un livello costante, il tasso di fissione rimarrà stabile. Il reattore sarà in condizioni critiche. E infine, se nel corso del tempo la popolazione di neutroni cresce, dividendo la velocità e la potenza aumenterà. Stato nucleo diventa supercritico.

Il principio di funzionamento di un reattore nucleare successivo. Prima di iniziare la popolazione di neutroni è vicino a zero. Poi, operatori rimuovere le barre di controllo dal nucleo, aumentando i nuclei di divisione che converte temporaneamente il reattore in uno stato supercritico. Dopo aver raggiunto gli operatori potenza nominale parzialmente restituiti barre di controllo, regolando la quantità di neutroni. Successivamente il reattore è mantenuto in condizioni critiche. Quando è necessario fermare, l'operatore inserisce completamente aste. Ciò elimina la divisione e mette il nucleo nella condizione subcritico.

tipi di reattore

La maggior parte dell'energia esistente sta generando il calore necessario per guidare le turbine, che guidano i generatori di energia elettrica degli impianti nucleari in tutto il mondo. Inoltre, ci sono molti reattori di ricerca, e alcuni paesi hanno sottomarini o navi di superficie, guidato dall'energia dell'atomo.

centrali elettriche

Ci sono diverse specie di questo tipo di reattore, ma ampiamente adottati disegno di acqua luce. A sua volta, può essere utilizzato in acqua pressurizzata o acqua bollente. Nel primo caso il liquido ad alta pressione riscaldata dal calore del nucleo ed entra nel generatore di vapore. Lì, il calore dal primario al secondario viene passato, comprendente inoltre acqua. Il vapore generato in definitiva serve come fluido di lavoro nel ciclo turbina a vapore.

Il reattore è un tipo di ebollizione funziona sul principio del ciclo di energia diretta. Acqua che passa attraverso il nucleo, portato a ebollizione a livello di pressione media. vapore saturo passa attraverso una serie di separatori e essiccatori sono disposti nel contenitore del reattore, con conseguente suo stato sverhperegretoe. Vapore surriscaldato viene quindi utilizzato come fluido di lavoro, la turbina rotante.

-Alta temperatura raffreddato a gas

Reattore ad alta temperatura raffreddato a gas (HTGR) – un reattore nucleare, il principio di funzionamento è basato sull'impiego di grafite come una miscela combustibile di carburante e microsfere. Ci sono due modelli in competizione:

  • Tedesco sistema "sfuso", che utilizza un sferiche elementi di combustibile 60 mm di diametro, costituito da una miscela di combustibile e grafite in un guscio di grafite;
  • la versione americana di una grafite prismi esagonali che si incastrano per creare il nucleo.

In entrambi i casi, il fluido di raffreddamento è costituito da elio ad una pressione di circa 100 atmosfere. L'elio sistema tedesco passa attraverso le lacune nello strato di sferiche elementi di combustibile, e in US – attraverso aperture nei prismi grafite disposti lungo l'asse centrale del nocciolo del reattore. Entrambe le opzioni possono operare a temperature molto elevate, dal momento che la grafite è completamente una temperatura di sublimazione estremamente elevata, ed elio chimicamente inerte. elio caldo può essere utilizzato direttamente come fluido di lavoro in una turbina a gas ad alta temperatura o di calore può essere utilizzata per la produzione di acqua ciclo a vapore.

Metallo liquido reattore nucleare: circuito e principio di funzionamento

reattori veloci con refrigerante sodio ha ricevuto notevole attenzione negli 1960-1970 di. Poi sembrava che la loro capacità di riprodursi combustibile nucleare nel prossimo futuro sono tenuti a produrre carburante per un'industria nucleare in rapida evoluzione. Quando divenne chiaro che questa aspettativa non è realistico, l'entusiasmo scemato nel 1980. Tuttavia, negli Stati Uniti, Russia, Francia, Gran Bretagna, Giappone e Germania hanno costruito una serie di reattori di questo tipo. La maggior parte di loro lavorano sul biossido di uranio o una miscela di biossido di plutonio. Negli Stati Uniti, invece, il più grande successo è stato ottenuto con il carburante in metallo.

CANDU

Il Canada ha concentrato i propri sforzi sui reattori, che utilizzano uranio naturale. Ciò elimina la necessità per il suo arricchimento di utilizzare i servizi di altri paesi. Il risultato di questa politica è stato il reattore deuterio di uranio (CANDU). Controllo e raffreddamento prodotta acqua pesante. Progettazione e del funzionamento di un reattore nucleare è quello di utilizzare un serbatoio con D 2 O fredda a pressione atmosferica. area attiva permeato tubi di zirconio combustibile lega di uranio naturale, attraverso il quale circola raffreddamento sua acqua pesante. Elettricità è prodotta dividendo il trasferimento di calore in acqua refrigerante pesante, che viene fatta circolare attraverso il generatore di vapore. Il vapore nel circuito secondario passa poi attraverso un ciclo turbina convenzionale.

strutture di ricerca

Per reattore nucleare di ricerca è più spesso utilizzato, il cui principio consiste nell'uso di elementi a piastra di raffreddamento ad acqua e uranio nelle assemblee forma. In grado di operare in una vasta gamma di livelli di potenza da poche centinaia di kilowatt a megawatt. Poiché la generazione di energia non è l'obiettivo primario dei reattori di ricerca, sono caratterizzati da energia termica generata, e la densità dei neutroni di energia nominali fondamentali. Sono questi parametri contribuirà a quantificare la capacità di un reattore di ricerca di effettuare studi specifici. sistemi a basso consumo tendono ad operare presso le università e sono utilizzati per la formazione, e ad alta potenza è necessaria nei laboratori di ricerca per testare materiali e le caratteristiche, così come per la ricerca in generale.

Il reattore più comune ricerca nucleare, la struttura e funzionamento è il seguente. La sua area attiva si trova nella parte inferiore della grande profonda pozza d'acqua. Questo facilita l'allocazione osservazione e il canale attraverso il quale i fasci di neutroni può essere diretto. A bassi livelli di potenza non è necessario per pompare il refrigerante, per mantenere una condizione di funzionamento sicuro della convezione naturale di refrigerante assicura sufficiente dispersione termica. Lo scambiatore di calore è solitamente collocata sulla superficie o nella parte superiore della piscina in cui viene accumulato l'acqua calda.

installazione nave

uso originale e primario dei reattori nucleari è il loro uso nei sottomarini. Il loro vantaggio principale è che, contrariamente ai sistemi di combustione di combustibili fossili per generare elettricità che non richiedono l'aria. Di conseguenza, sottomarino nucleare può rimanere sommerso per un lungo tempo, e convenzionale sottomarino diesel-elettrico deve periodicamente salire in superficie, per eseguire le loro motori pneumatici. L'energia nucleare fornisce un vantaggio strategico navi della Marina. Grazie a lei, non c'è bisogno di fare rifornimento nei porti stranieri o da autocisterne facilmente vulnerabili.

Il principio di funzionamento di un reattore nucleare su un sottomarino classificato. Tuttavia, è noto che negli USA utilizza uranio altamente arricchito, e la decelerazione e raffreddamento è acqua leggera. Il design del primo reattore sottomarino nucleare USS Nautilus è stata fortemente influenzata da potenti impianti di ricerca. La sua caratteristica unica è il margine molto elevata reattività, fornendo un lungo periodo di funzionamento senza rifornimento e la capacità di riavviare dopo l'arresto. Centrale elettrica nei sottomarini deve essere molto tranquillo, per evitare il rilevamento. Per soddisfare le esigenze specifiche delle diverse classi di sottomarini diversi modelli di centrali elettriche sono state stabilite.

US Navy sulla portaerei utilizzata reattore nucleare, il cui principio si crede di essere presi in prestito dai più grandi sottomarini. Dettagli della loro costruzione e non sono stati pubblicati.

Oltre agli Stati Uniti, sottomarini nucleari sono in Gran Bretagna, Francia, Russia, Cina e India. In ogni caso, il disegno non è stato comunicato, ma si ritiene che sono tutti molto simili – questa è una conseguenza degli stessi requisiti per le loro caratteristiche tecniche. La Russia ha anche una piccola flotta di rompighiaccio nucleari, che ha stabilito lo stesso reattore come nel sottomarini sovietici.

impianti industriali

Ai fini della produzione di plutonio militare-239 utilizza un reattore nucleare, il cui principio consiste in alta produttività con energia a basso livello. Ciò è dovuto al fatto che la permanenza a lungo termine del plutonio nel nucleo porta all'accumulo indesiderato 240 Pu.

produzione di trizio

Attualmente, il principale materiale ottenibile da tali sistemi è trizio (3 H o T) – la carica per bombe all'idrogeno. Plutonio-239 ha una lunga emivita di 24.100 anni, quindi un paese con armi nucleari che utilizzano questo elemento, di regola, hanno più del necessario. In contrasto con la 239 Pu, l'emivita di trizio è di circa 12 anni. Pertanto, per mantenere l'inventario necessario, questo isotopo radioattivo di idrogeno deve essere effettuata in continuo. Negli Stati Uniti, il fiume Savannah (South Carolina), per esempio, ha diversi reattori ad acqua pesante, che producono trizio.

potenza galleggiante

Creato da reattori nucleari, in grado di fornire energia elettrica e vapore riscaldamento cancellati aree isolate. In Russia, per esempio, abbiamo trovato l'utilizzo di sistemi di piccola potenza, appositamente progettato per soddisfare gli insediamenti artica. In Cina, l'impianto di 10 megawatt HTR-10 fornisce calore ed Electric Power Research Institute, in cui si trova. Lo sviluppo di piccoli reattori controllati automaticamente con funzionalità simili sono svolte in Svezia e in Canada. Tra il 1960 e il 1972, l'US Army utilizzato reattori ad acqua compatti per fornire basi remote in Groenlandia e Antartide. Essi sono stati sostituiti da centrali a olio combustibile.

l'esplorazione dello spazio

Inoltre, i reattori sono stati progettati per potenza e movimento nello spazio. Nel periodo 1967-1988, l'Unione Sovietica ha stabilito un piccolo impianti nucleari sui satelliti "Kosmos" per la fornitura di attrezzature e di telemetria, ma questa politica è diventata un bersaglio per le critiche. Almeno uno di questi satelliti è entrato nell'atmosfera terrestre, causando la contaminazione radioattiva aree remote del Canada. Gli Stati Uniti hanno lanciato un solo satellite con un reattore nucleare nel 1965. Tuttavia, i progetti sul loro impiego in missioni nello spazio profondo, di ricerca con equipaggio altri pianeti o su una base lunare permanente continuano ad essere sviluppato. Questo è sicuramente un reattore raffreddato a gas o liquido metallo nucleare, i principi fisici dei quali fornisce la temperatura più alta possibile necessario ridurre al minimo le dimensioni del radiatore. Inoltre, lo spazio reattore per attrezzature per essere il più compatti possibile per minimizzare la quantità di materiale utilizzato per la schermatura, e per ridurre il peso durante il lancio e lo spazio di volo. Capacità carburante garantisce il funzionamento del reattore per la durata del volo spaziale.