Kernreactor: werkingsprincipes en eenheidsschakeling

Opzet en werking van een kernreactor basis van de initialisatie en besturing zichzelf onderhoudende nucleaire reactie. Het wordt gebruikt als een research tool voor de productie van radioactieve isotopen en als energiebron voor kerncentrales.

Kernreactor: het werkingsprincipe (kort)

hierin gebruikt splijtingsproces waarbij een zware kern splitst in twee kleinere fragmenten. Deze fragmenten worden in een aangeslagen toestand en zenden neutronen en andere subatomaire deeltjes en fotonen. Neutronen kunnen nieuwe divisies als gevolg waarvan zij nog meer worden uitgestoten, en zo verder tot gevolg hebben. Dit continue zelf-onderhoudende aantal desintegraties genoemd kettingreactie. Op hetzelfde moment, een grote hoeveelheid energie, waarvan de productie is het doel van het gebruik van kernenergie.

Het werkingsprincipe van een kernreactor en een kerncentrale zodanig dat 85% van de kolonies splitsing energie vrijkomt binnen zeer korte tijd na de start van de reactie. Het resterende deel wordt gevormd door het radioactieve verval van splijtingsproducten, nadat zij verworpen neutronen. Radioactief verval is het proces waarin het atoom een stabiele toestand bereikt. Hij bleef en na deling.

De atomaire bom kettingreactie in intensiteit toeneemt, totdat het meeste van het materiaal worden verdeeld. Dit gebeurt heel snel, het produceren van een uiterst krachtige explosies kenmerk van een dergelijke bommen. Mechanisme en de werking van een kernreactor gebaseerd op het principe van behoud van de kettingreactie op een gereguleerde nagenoeg constant niveau. Het is zo ontworpen dat ontploffen als atoombom niet.

Chain Reaction en kritiek

Physics kraakreactor wordt vastgesteld dat een kettingreactie kans na kernsplijting neutronen emissie. Als laatste populatie afneemt, zal de snelheid van deling uiteindelijk dalen tot nul. In dit geval zal de reactor in een subkritische toestand. Indien de neutronenpopulatie op een constant niveau wordt gehandhaafd, wordt de splitsing snelheid stabiel blijven. De reactor wordt in kritieke toestand. En tot slot, als na verloop van tijd het neutron bevolking groeit, het verdelen van de snelheid en kracht zal toenemen. kern staat wordt superkritisch.

Het werkingsprincipe van een kernreactor volgende. Voor aanvang van het neutron bevolking is dicht bij nul. Vervolgens operators verwijder de stangen van de kern, waardoor de verdeling kernen die de reactor tijdelijk omgezet in een superkritische toestand. Na het bereiken van het nominale vermogen operators gedeeltelijk terug stuurstangen, aanpassen van de hoeveelheid neutronen. Vervolgens wordt de reactor wordt in kritieke toestand. Wanneer het nodig is om te stoppen, de bediener staven volledig. Dit onderdrukt de verdeling en plaatst de kern in subkritische toestand.

typen reactoren

Het merendeel van de bestaande energie is het genereren van de warmte die nodig zijn om turbines die generatoren van elektriciteit van nucleaire installaties in de wereld aandrijft. Ook zijn er vele onderzoeksreactoren, en een aantal landen hebben onderzeeboten en oppervlakteschepen, gedreven door de energie van het atoom.

energiecentrales

Er zijn verschillende soorten van dit type reactor, maar algemeen aanvaarde vorm van het licht- water. Op zijn beurt kan worden gebruikt in stromend water of kokend water. In het eerste geval de hoge druk vloeistof verwarmd door de warmte van de kern en in de stoomgenerator. Daar wordt de warmte van het primaire naar het secundaire circuit gevoerd, verder omvattende water. De opgewekte stoom uiteindelijk dient als de werkvloeistof in de stoomturbine cyclus.

De reactor een kokend soort werkt volgens het principe van directe energiecyclus. Water dat door de kern, bracht aan de kook op matig drukniveau. Verzadigde stoom gaat door een reeks scheiders en drogers zijn aangebracht in het reactievat, waardoor het sverhperegretoe toestand. Oververhitte stoom wordt dan gebruikt als het werkfluïdum, de roterende turbine.

Hoge temperatuur gasgekoelde

Hoge temperatuur gasgekoelde reactor (HTGR) - een kernreactor, wordt het werkingsprincipe gebaseerd op het gebruik van grafiet als brandstof mengsel van brandstof en microsferen. Er zijn twee concurrerende ontwerpen:

• Duits "Loose-fill" systeem, waarin een bolvormige brandstofelementen gebruikt diameter van 60 mm, bestaande uit een mengsel van brandstof en grafiet in een grafiet schaal;
• de Amerikaanse versie van een grafiet zeshoekige prisma's zijn ook met elkaar om de kern te maken.

In beide gevallen, de koelvloeistof uit helium onder een druk van ongeveer 100 atmosfeer. Het Duitse systeem helium stroomt door de gaten in de laag van bolvormige brandstofelementen, en in US - door openingen in het grafiet prisma langs de hartlijn van de reactorkern. Beide opties kunnen werken met zeer hoge temperaturen, aangezien het grafiet heeft een zeer hoge sublimatietemperatuur en chemisch inert helium volledig. Hete helium kan direct worden gebruikt als werkvloeistof in een gasturbine bij een hoge temperatuur of warmte kan worden benut voor het opwekken stoomcyclus water.

Vloeibaar metaal kernreactor: kring en werkingsprincipe

Snelle reactors met natrium koelvloeistof heeft veel aandacht gekregen in de 1960-1970's. Toen leek het erop dat hun vermogen om te reproduceren nucleaire brandstof in de nabije toekomst nodig zijn om brandstof te produceren voor een snel evoluerende nucleaire industrie. Toen duidelijk werd dat deze verwachting niet realistisch is, enthousiasme afgenomen in de jaren 1980. Echter, in de Verenigde Staten, Rusland, Frankrijk, Groot-Brittannië, Japan en Duitsland bouwde een reeks van reactoren van dit type. De meesten van hen werken aan uranium dioxide of een mengsel van plutonium dioxide. In de Verenigde Staten, echter, het grootste succes werd bereikt met metalen brandstof.

CANDU

Canada heeft zijn inspanningen op de reactoren, die natuurlijk uranium gebruiken gericht. Dit elimineert de noodzaak voor de verrijking van de diensten van andere landen te gebruiken. Het resultaat van dit beleid was de deuterium-uranium reactor (CANDU). Controleren en koelen geproduceerd zwaar water. Opzet en werking van een kernreactor met een reservoir te gebruiken met koude _D2O bij atmosferische druk. Actief gebied doordrongen pijpen van zirconiumlegering brandstof natuurlijk uranium, waardoor circuleert koelen zijn zwaar water. Elektriciteit wordt geproduceerd door het delen van de warmteoverdracht in zwaar water koelvloeistof die circuleert door de stoomgenerator. De stoom in de secundaire lus passeert dan door een conventionele turbine cyclus.

onderzoeksfaciliteiten

Voor onderzoek kernreactor wordt meestal gebruikt, waarvan het principe bestaat uit het gebruik van water koelplaat en uraniumsplijtstof elementen in de vorm samenstellen. Staat om te werken in een breed scala van vermogens van een paar honderd kilowatt tot megawatt. Aangezien energieopwekking is niet het primaire doel van het onderzoek reactoren, worden ze gekenmerkt door thermische energie opgewekt en de dichtheid van de kern nominale energie neutronen. Het zijn deze parameters zal helpen om het vermogen van een onderzoeksreactor om specifieke studies uit te voeren kwantificeren. Low-power systemen hebben de neiging om te werken bij universiteiten en worden gebruikt voor de opleiding en een hoog vermogen nodig is in onderzoekslaboratoria voor het testen van materialen en kenmerken, maar ook voor algemeen onderzoek.

De meest voorkomende onderzoek kernreactor, de structuur en werking is als volgt. De actieve gebied bevindt zich in de bodem van grote diepe plas water. Dit vergemakkelijkt observatie en kanaaltoewijzing waarmee neutronenbundels kan worden gericht. Bij lage vermogen is er geen noodzaak om de koelvloeistof te pompen, om een veilige operationele toestand van de natuurlijke convectie van het koelmiddel te behouden zorgt voor voldoende warmteafvoer. De warmtewisselaar is meestal op het oppervlak of in het bovenste gedeelte van het zwembad waar het warme water wordt geaccumuleerd.

installatie schip

Origineel en primaire gebruik van kernreactoren is hun gebruik in onderzeeërs. Hun belangrijkste voordeel is dat, in tegenstelling tot de verbranding van fossiele brandstoffen systemen voor het opwekken van elektriciteit die zij hebben geen lucht nodig. Bijgevolg kan kern onderzeeër ondergedompeld blijft gedurende lange tijd, en conventionele dieselelektrische onderzeeboot periodiek naar de oppervlakte, hun luchtmotoren werking. Kernenergie levert een strategisch voordeel marine schepen. Dankzij haar, is het niet nodig om bij te tanken in buitenlandse havens of vanuit gemakkelijk kwetsbare tankers.

Het principe van de werking van een nucleaire reactor op een onderzeeër geclassificeerd. Het is echter bekend dat in de Verenigde Staten het gebruik maakt van hoogverrijkt uranium, en de vertraging en koeling is licht water. Het ontwerp van de eerste reactor nucleaire onderzeeër USS Nautilus werd sterk beïnvloed door krachtige onderzoek installaties. De unieke eigenschap is de zeer hoge reactiviteit marge, die een langere periode van werking zonder bijtanken en het vermogen om opnieuw op te starten na het stoppen. Elektriciteitscentrale in onderzeeërs moet erg stil zijn, om ontdekking te voorkomen. Om de specifieke behoeften van de verschillende klassen van onderzeeboten verschillende modellen van elektrische centrales zijn vastgesteld voldoen.

VS Navy vliegdekschepen gebruikt kernreactor, waarvan het principe wordt aangenomen dat ontleend aan de grootste onderzeeërs. Details van hun constructie en zijn niet gepubliceerd.

Naast de Verenigde Staten, de nucleaire onderzeeërs zijn in Groot-Brittannië, Frankrijk, Rusland, China en India. In elk geval werd het ontwerp niet bekendgemaakt, maar aangenomen wordt dat ze zijn allemaal erg vergelijkbaar - dit is een gevolg van de dezelfde eisen voor hun technische kenmerken. Rusland heeft ook een kleine vloot van nucleaire ijsbrekers, die dezelfde reactor als in de Sovjet-onderzeeërs gevestigd.

industriële installaties

Ten behoeve van de productie van kernwapens bestemd plutonium-239 maakt gebruik van een nucleaire reactor, waarvan het principe bestaat uit een hoge productiviteit met een laag niveau van energie. Dit komt door het feit dat langdurig verblijf plutonium in de kern leidt tot de accumulatie van ongewenste ²⁴⁰ Pu.

productie van tritium

Momenteel is de belangrijkste materiaal verkrijgbaar door dergelijke systemen tritium ⁽³ H of T) - het tarief voor waterstofbommen. Plutonium-239 heeft een lange halfwaardetijd van 24.100 jaar, dus een land met nucleaire wapens die dit element te gebruiken, in de regel, hebben meer dan nodig. In tegenstelling tot de ²³⁹ Pu, de halfwaardetijd van tritium is ongeveer 12 jaar. Dus de nodige inventaris te behouden, deze radioactieve isotopen van waterstof moet continu worden uitgevoerd. In de VS, de rivier de Savannah (South Carolina), bijvoorbeeld, heeft een aantal zwaar water reactoren, die tritium produceren.

drijfvermogen

Gemaakt door kernreactoren, in staat om elektriciteit en stoom verwarming verwijderd geïsoleerde gebieden. In Rusland, bijvoorbeeld, vonden we het gebruik van kleine aandrijfsystemen, speciaal ontworpen om tegemoet te komen aan de Arctische nederzettingen. In China, de 10-megawatt fabriek HTR-10 levert warmte en Electric Power Research Institute, waarin het zich bevindt. Ontwikkeling van kleine reactoren automatisch geregeld met vergelijkbare mogelijkheden zijn opgenomen in Zweden en Canada uitgevoerd. Tussen 1960 en 1972 gebruikt het Amerikaanse leger compacte water reactoren remote bases in Groenland en Antarctica verschaffen. Zij werden vervangen door stookolie energiecentrales.

verkenning van de ruimte

Bovendien werden de reactoren bedoeld voor motoren beweging in de ruimte. In de periode 1967-1988, de Sovjet-Unie gevestigde een kleine nucleaire installaties op de "Kosmos" satellieten om apparatuur en telemetrie leveren, maar dit beleid is uitgegroeid tot een doelwit voor kritiek. Ten minste één van deze satellieten opgenomen atmosfeer van de aarde, waardoor de radioactieve besmetting afgelegen gebieden van Canada. De Verenigde Staten gelanceerd slechts één satelliet met een kernreactor in 1965. Echter, projecten op het gebruik ervan in deep space missies, bemande onderzoek andere planeten of op een permanente maanbasis verder worden ontwikkeld. Dit is zeker een gasgekoelde of vloeibaar metaal kernreactor, de fysische principes die verschaffen de hoogst mogelijke temperatuur die nodig is om de grootte van de radiator te minimaliseren. Ook de reactorruimte voor apparatuur zo compact mogelijk om de hoeveelheid materiaal van de afscherming te minimaliseren en om het gewicht te verminderen tijdens lancering en ruimtevaart. Brandstof capaciteit zal zorgen voor de werking van de reactor voor de duur van de ruimtevlucht.