Reaktor nuklear pada neutron pantas. Sejarah ciptaan dan pengeluaran

Perpustakaan teknikal percuma

SEJARAH TEKNOLOGI, TEKNOLOGI, OBJEK DI SEKITAR KITA
Perpustakaan percuma / Buku Panduan / Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita

Reaktor nuklear pada neutron pantas. Sejarah ciptaan dan pengeluaran

Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita

Buku Panduan / Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita

Komen artikel

Loji kuasa nuklear (NPP) pertama di dunia, dibina di bandar Obninsk berhampiran Moscow, memberikan arus pada Jun 1954. Kuasanya sangat sederhana - 5 MW. Walau bagaimanapun, ia memainkan peranan sebagai kemudahan eksperimen, di mana pengalaman terkumpul dalam operasi loji kuasa nuklear besar masa hadapan. Buat pertama kalinya, kemungkinan menjana tenaga elektrik berdasarkan pembelahan nukleus uranium, dan bukan dengan membakar bahan api fosil dan bukan dengan tenaga hidraulik, telah dibuktikan.

Reaktor nuklear neutron pantas
Reaktor neutron pantas di Obninsk

Loji kuasa nuklear menggunakan nukleus unsur berat - uranium dan plutonium. Semasa pembelahan nuklear, tenaga dibebaskan - ia "berfungsi" dalam loji kuasa nuklear. Tetapi anda boleh menggunakan hanya nukleus yang mempunyai jisim tertentu - nukleus isotop. Nukleus atom isotop mengandungi bilangan proton yang sama dan bilangan neutron yang berbeza, itulah sebabnya nukleus isotop berlainan unsur yang sama mempunyai jisim yang berbeza. Uranium, sebagai contoh, mempunyai 15 isotop, tetapi hanya uranium-235 yang terlibat dalam tindak balas nuklear.

Tindak balas pembelahan berlaku seperti berikut. Nukleus uranium secara spontan hancur menjadi beberapa serpihan; antaranya terdapat zarah tenaga tinggi - neutron. Secara purata, terdapat 10 neutron untuk setiap 25 pereputan. Mereka memukul nukleus atom jiran dan memecahkannya, melepaskan neutron dan sejumlah besar haba. Pembelahan satu gram uranium membebaskan haba sebanyak pembakaran tiga tan arang batu.

Ruang dalam reaktor di mana bahan api nuklear terletak dipanggil teras. Di sini nukleus atom uranium sedang pembelahan dan tenaga haba dibebaskan. Untuk melindungi kakitangan operasi daripada sinaran berbahaya yang mengiringi tindak balas berantai, dinding reaktor dibuat dengan cukup tebal. Kelajuan tindak balas rantai nuklear dikawal oleh rod kawalan yang diperbuat daripada bahan yang menyerap neutron (selalunya ia adalah boron atau kadmium). Semakin dalam rod diturunkan ke dalam teras, semakin banyak neutron yang diserap, semakin sedikit neutron yang terlibat dalam tindak balas dan semakin sedikit haba yang dibebaskan. Sebaliknya, apabila rod kawalan diangkat dari teras, bilangan neutron yang terlibat dalam tindak balas meningkat, peningkatan bilangan pembelahan atom uranium, membebaskan tenaga haba yang tersembunyi di dalamnya.

Sekiranya teras terlalu panas, penutupan kecemasan reaktor nuklear disediakan. Rod kecemasan dengan cepat jatuh ke dalam teras, menyerap neutron dengan kuat, tindak balas rantai menjadi perlahan atau berhenti.

Haba dikeluarkan daripada reaktor nuklear menggunakan cecair atau penyejuk gas, yang dipam melalui teras oleh pam. Pembawa haba boleh menjadi air, natrium logam atau bahan gas. Ia mengambil haba daripada bahan api nuklear dan memindahkannya ke penukar haba. Sistem tertutup dengan penyejuk ini dipanggil litar utama. Dalam penukar haba, haba litar primer memanaskan air litar sekunder hingga mendidih. Stim yang terhasil dihantar ke turbin atau digunakan untuk memanaskan bangunan perindustrian dan kediaman.

Reaktor nuklear neutron pantas
Gambarajah skematik reaktor neutron pantas BN-350

Sebelum malapetaka di loji kuasa nuklear Chernobyl, saintis Soviet dengan yakin mengatakan bahawa pada tahun-tahun akan datang dua jenis reaktor utama akan digunakan secara meluas dalam industri tenaga nuklear. Salah satu daripadanya, VVER, ialah reaktor kuasa yang disejukkan dengan air, dan satu lagi, RBMK, ialah saluran reaktor berkuasa tinggi. Kedua-dua jenis berkaitan dengan reaktor neutron perlahan (terma).

Dalam reaktor air bertekanan, zon aktif dikelilingi dalam kotak silinder keluli yang besar, diameter 4 meter dan tinggi 15 meter, dengan dinding tebal dan penutup besar. Di dalam kes itu, tekanan mencapai 160 atmosfera. Pembawa haba yang mengeluarkan haba dalam zon tindak balas ialah air, yang dipam melalui pam. Air yang sama juga berfungsi sebagai moderator neutron. Dalam penjana stim, ia memanaskan dan menukar air sekunder menjadi stim. Stim memasuki turbin dan memutarkannya. Kedua-dua litar pertama dan kedua ditutup.

Setiap enam bulan sekali, bahan api nuklear yang terbakar digantikan dengan yang baru, yang mana reaktor mesti dihentikan dan disejukkan. Di Rusia, Novovoronezh, Kola dan loji kuasa nuklear lain beroperasi mengikut skim ini.

Dalam RBMK, grafit berfungsi sebagai penyederhana, dan air adalah penyejuk. Stim untuk turbin dihasilkan terus dalam reaktor dan dikembalikan ke sana selepas digunakan dalam turbin. Bahan api dalam reaktor boleh diganti secara beransur-ansur, tanpa menghentikan atau melembapkannya.

Loji kuasa nuklear Obninsk pertama di dunia tergolong dalam jenis ini. Stesen kuasa tinggi Leningrad, Chernobyl, Kursk, Smolensk dibina mengikut skema yang sama.

Salah satu masalah serius loji tenaga nuklear ialah pelupusan sisa nuklear. Di Perancis, sebagai contoh, ini dilakukan oleh firma besar, Cogema. Bahan api yang mengandungi uranium dan plutonium, dengan berhati-hati, dalam bekas pengangkutan khas - dimeterai dan disejukkan - dihantar untuk pemprosesan, dan sisa - untuk vitrifikasi dan pengebumian.

"Kami telah ditunjukkan peringkat individu pemprosesan bahan api yang dibawa dari loji kuasa nuklear dengan berhati-hati," tulis I. Lagovsky dalam jurnal Science and Life. "Pemunggah, ruang pemunggahan. Anda boleh melihat ke dalamnya melalui tingkap. Ketebalan daripada kaca di tingkap adalah 1 meter 20 sentimeter "Seorang manipulator di tingkap. Kebersihan yang tidak dapat dibayangkan di sekeliling. Pakaian putih. Cahaya lembut, pokok palma tiruan dan bunga ros. Rumah hijau dengan tumbuhan sebenar untuk berehat selepas bekerja di zon. Kabinet dengan kawalan peralatan IAEA - agensi tenaga atom antarabangsa. Bilik pengendali - dua separuh bulatan dengan paparan ", - dari sini mereka mengawal pemunggahan, pemotongan, pembubaran, vitrifikasi. Semua operasi, semua pergerakan bekas dicerminkan secara berurutan pada paparan Dewan kerja dengan bahan aktiviti tinggi itu sendiri agak jauh, di seberang jalan.

Sisa yang divitrifikasi adalah jumlahnya kecil. Mereka dimasukkan ke dalam bekas keluli dan disimpan dalam aci pengudaraan sehingga mereka dibawa ke tapak pengebumian terakhir ...

Bekas itu sendiri adalah karya seni kejuruteraan, yang tujuannya adalah untuk membina sesuatu yang tidak boleh dimusnahkan. Platform kereta api yang sarat dengan kontena telah tergelincir, dirempuh pada kelajuan penuh oleh kereta api dari arah hadapan, dan kemalangan lain yang boleh difikirkan dan tidak dapat difikirkan semasa pengangkutan telah diatur - kontena itu mampu menahan segala-galanya.

Selepas bencana Chernobyl pada tahun 1986, saintis mula meragui keselamatan loji tenaga nuklear dan, khususnya, reaktor jenis RBMK. Jenis VVER lebih makmur dalam hal ini: kemalangan di stesen Amerika Three Mile Island pada tahun 1979, di mana teras reaktor sebahagiannya cair, radioaktiviti tidak melampaui kapal. Operasi tanpa masalah panjang loji tenaga nuklear Jepun bercakap menyokong VVER.

Dan, bagaimanapun, terdapat satu lagi arah, yang, menurut saintis, mampu memberikan manusia dengan kehangatan dan cahaya untuk milenium yang akan datang. Ini merujuk kepada reaktor neutron pantas, atau reaktor pembiak. Mereka menggunakan uranium-238, tetapi bukan untuk tenaga, tetapi untuk bahan api. Isotop ini menyerap neutron pantas dengan baik dan bertukar menjadi unsur lain - plutonium-239. Reaktor neutron cepat sangat padat: mereka tidak memerlukan mana-mana penyederhana atau penyerap - peranannya dimainkan oleh uranium-238. Mereka dipanggil reaktor pembiak baka, atau penternak (dari perkataan Inggeris "baka" - darab). Pengeluaran semula bahan api nuklear memungkinkan untuk menggunakan uranium berpuluh-puluh kali lebih lengkap, oleh itu reaktor neutron pantas dianggap sebagai salah satu bidang tenaga nuklear yang menjanjikan.

Dalam reaktor jenis ini, sebagai tambahan kepada haba, bahan api nuklear sekunder juga dihasilkan, yang boleh digunakan pada masa hadapan. Di sini, tidak ada tekanan tinggi dalam litar pertama atau kedua. Bahan penyejuk adalah natrium cecair. Ia beredar dalam litar utama, memanaskan dirinya sendiri dan memindahkan haba kepada natrium dalam litar kedua, yang seterusnya, memanaskan air dalam litar wap-air, mengubahnya menjadi wap. Penukar haba diasingkan daripada reaktor.

Salah satu stesen yang menjanjikan ini - ia diberi nama Monju - dibina di wilayah Shiraki di pantai Laut Jepun di kawasan peranginan empat ratus kilometer di barat ibu negara.

"Bagi Jepun," kata K. Takenouchi, Ketua Jabatan Perbadanan Nuklear Kansai, "penggunaan reaktor penternak bermaksud keupayaan untuk mengurangkan pergantungan kepada uranium asli yang diimport melalui penggunaan berulang plutonium. Oleh itu, keinginan kami untuk membangunkan dan menambah baik “reaktor pantas” dan mencapai tahap teknikal boleh difahami.mampu bersaing dengan loji tenaga nuklear moden dari segi kecekapan dan keselamatan.

Pembangunan reaktor pembiak baka seharusnya menjadi program penjanaan kuasa utama dalam masa terdekat."

Pembinaan reaktor Monju sudah pun peringkat kedua dalam pembangunan reaktor neutron pantas di Jepun. Yang pertama ialah reka bentuk dan pembinaan reaktor eksperimen Joyo 50-100 MW (Bahasa Jepun untuk "cahaya kekal"), yang mula beroperasi pada tahun 1978. Ia menyiasat kelakuan bahan api, bahan struktur baharu, komponen.

Projek Monju bermula pada tahun 1968. Pada Oktober 1985, mereka mula membina stesen - untuk menggali lubang asas. Semasa pembangunan tapak, 2 juta 300 ribu meter padu batu telah dibuang ke laut. Kuasa terma reaktor ialah 714 MW. Bahan api adalah campuran plutonium dan uranium oksida. Zon aktif mempunyai 19 batang kawalan, 198 blok bahan api, setiap satunya mempunyai 169 batang bahan api (elemen bahan api - TVEL) dengan diameter 6,5 milimeter. Mereka dikelilingi oleh unit pengeluar bahan api jejari (172 unit) dan unit perisai neutron (316 unit).

Keseluruhan reaktor dipasang seperti anak patung bersarang, cuma tidak mungkin untuk membukanya lagi. Kapal reaktor besar, diperbuat daripada keluli tahan karat (diameter - 7,1 meter, ketinggian - 17,8 meter), diletakkan di dalam selongsong pelindung sekiranya natrium tumpah semasa kemalangan.

"Struktur keluli ruang reaktor," A. Lagovsky melaporkan dalam jurnal Science and Life, "cengkerang dan blok dinding diisi dengan konkrit sebagai perlindungan. Sistem penyejukan natrium utama, bersama-sama dengan kapal reaktor, dikelilingi oleh cengkerang kecemasan dengan pengeras - diameter dalamannya ialah 49,5, 79,4 meter tinggi dan 13,5 meter tinggi. Bahagian bawah elipsoidal pukal ini terletak pada pad konkrit pepejal setinggi 1 meter. Cangkerang itu dikelilingi oleh jurang anulus satu setengah meter, dan kemudian mengikuti lapisan tebal (1,8-0,5 meter) konkrit bertetulang.Kubah cangkerang juga dilindungi oleh lapisan konkrit bertetulang setebal XNUMX meter.

Berikutan peluru anti-kecemasan, bangunan pelindung lain disusun - bangunan tambahan - bersaiz 100 kali 115 meter, yang memenuhi keperluan pembinaan anti-seismik. Mengapa tidak sarkofagus?

Sistem penyejukan natrium sekunder, sistem wap-air, peranti pemunggahan dan pemunggahan bahan api, dan tangki simpanan untuk bahan api terpakai terletak di dalam bekas reaktor tambahan. Di dalam bilik yang berasingan terdapat turbogenerator dan penjana diesel siap sedia.

Kekuatan cengkerang kecemasan direka bentuk untuk tekanan berlebihan 0,5 atmosfera dan untuk vakum 0,05 atmosfera. Vakum boleh terbentuk apabila oksigen terbakar dalam celah anulus jika natrium cecair tumpah. Semua permukaan konkrit yang mungkin bersentuhan dengan tumpahan natrium sepenuhnya dialas dengan kepingan keluli yang cukup tebal untuk menahan tegasan haba. Beginilah cara mereka melindungi diri mereka sekiranya perkara itu tidak berlaku sama sekali, kerana harus ada jaminan untuk saluran paip dan untuk semua bahagian lain pemasangan nuklear.

Pengarang: Musskiy S.A.

Kami mengesyorkan artikel yang menarik bahagian Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita:

▪ Besi

▪ Helikopter

▪ Mesin basuh pinggan mangkuk

Lihat artikel lain bahagian Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita.

Baca dan tulis berguna komen pada artikel ini.

<< Belakang

Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu:

Kulit tiruan untuk emulasi sentuhan 15.04.2024

Dalam dunia teknologi moden di mana jarak menjadi semakin biasa, mengekalkan hubungan dan rasa dekat adalah penting. Perkembangan terkini dalam kulit tiruan oleh saintis Jerman dari Universiti Saarland mewakili era baharu dalam interaksi maya. Penyelidik Jerman dari Universiti Saarland telah membangunkan filem ultra nipis yang boleh menghantar sensasi sentuhan dari jauh. Teknologi canggih ini menyediakan peluang baharu untuk komunikasi maya, terutamanya bagi mereka yang mendapati diri mereka jauh daripada orang tersayang. Filem ultra-nipis yang dibangunkan oleh penyelidik, hanya 50 mikrometer tebal, boleh disepadukan ke dalam tekstil dan dipakai seperti kulit kedua. Filem ini bertindak sebagai penderia yang mengenali isyarat sentuhan daripada ibu atau ayah, dan sebagai penggerak yang menghantar pergerakan ini kepada bayi. Ibu bapa yang menyentuh fabrik mengaktifkan penderia yang bertindak balas terhadap tekanan dan mengubah bentuk filem ultra-nipis. ini ...>>

Petgugu Global kotoran kucing 15.04.2024

Menjaga haiwan peliharaan selalunya boleh menjadi satu cabaran, terutamanya dalam hal menjaga kebersihan rumah anda. Penyelesaian menarik baharu daripada pemula Global Petgugu telah dipersembahkan, yang akan menjadikan kehidupan lebih mudah bagi pemilik kucing dan membantu mereka memastikan rumah mereka bersih dan kemas dengan sempurna. Startup Petgugu Global telah melancarkan tandas kucing unik yang boleh menyiram najis secara automatik, memastikan rumah anda bersih dan segar. Peranti inovatif ini dilengkapi dengan pelbagai sensor pintar yang memantau aktiviti tandas haiwan kesayangan anda dan diaktifkan untuk membersihkan secara automatik selepas digunakan. Peranti ini bersambung ke sistem pembetung dan memastikan penyingkiran sisa yang cekap tanpa memerlukan campur tangan daripada pemilik. Selain itu, tandas mempunyai kapasiti storan boleh siram yang besar, menjadikannya sesuai untuk isi rumah berbilang kucing. Mangkuk sampah kucing Petgugu direka bentuk untuk digunakan dengan sampah larut air dan menawarkan pelbagai jenis tambahan ...>>

Daya tarikan lelaki penyayang 14.04.2024

Stereotaip bahawa wanita lebih suka "budak jahat" telah lama tersebar luas. Walau bagaimanapun, penyelidikan baru-baru ini yang dijalankan oleh saintis British dari Universiti Monash menawarkan perspektif baru mengenai isu ini. Mereka melihat bagaimana wanita bertindak balas terhadap tanggungjawab emosi lelaki dan kesanggupan untuk membantu orang lain. Penemuan kajian itu boleh mengubah pemahaman kita tentang perkara yang menjadikan lelaki menarik kepada wanita. Kajian yang dijalankan oleh saintis dari Universiti Monash membawa kepada penemuan baharu tentang daya tarikan lelaki kepada wanita. Dalam eksperimen itu, wanita ditunjukkan gambar lelaki dengan cerita ringkas tentang tingkah laku mereka dalam pelbagai situasi, termasuk reaksi mereka terhadap pertemuan dengan gelandangan. Sebahagian daripada lelaki itu tidak mengendahkan gelandangan itu, manakala yang lain membantunya, seperti membelikan dia makanan. Kajian mendapati lelaki yang menunjukkan empati dan kebaikan lebih menarik perhatian wanita berbanding lelaki yang menunjukkan empati dan kebaikan. ...>>

Berita rawak daripada Arkib

Filem Tahan Panas Berasaskan Beras 03.01.2022

Penyelidik di Universiti Sains dan Teknologi China (USTC), yang diilhamkan oleh proses pembuatan dan struktur kertas beras, telah membangunkan filem lipatan telus berprestasi tinggi.

Kertas beras, atau kertas lukisan Cina, diperbuat daripada kulit kayu dan jerami dan menjalani ratusan proses pembuatan semasa proses pembuatan. Dengan mengkaji struktur kertas beras, penyelidik USTC mendapati bahawa ia mengandungi sejumlah besar nano- dan mikrofiber, yang memberikan kelebihan kekuatan dan fleksibiliti yang tinggi.

Terima kasih kepada sifat-sifat ini, selepas lipatan lengkap, tidak ada lipatan yang boleh merosakkan filem. Selain itu, selepas dilipat, ia boleh kembali ke bentuk asal.

Berbanding dengan filem PE berasaskan petroleum konvensional, filem ini mempunyai rintangan haba yang sangat baik, malah pada 250 darjah Celsius, tidak ada perubahan yang jelas.

Ciri-ciri mekanikal, termodinamik dan optik ini menjadikan filem sebagai bahan yang ideal untuk instrumen optik ketepatan dan peranti elektronik yang fleksibel.

Berita menarik lain:

▪ Sinar kosmik untuk membantu pegawai kastam

▪ Codec video vektor dibangunkan

▪ Komputer dalam palam

▪ Bagaimana untuk memulihkan rasa tomato

▪ Poplar akan belajar mengurai racun

Suapan berita sains dan teknologi, elektronik baharu

Bahan-bahan menarik Perpustakaan Teknikal Percuma:

▪ bahagian Seni Audio tapak. Pemilihan artikel

▪ Ukur Perkara dengan satu ukuran. Ungkapan popular

▪ artikel Apakah Wall Street? Jawapan terperinci

▪ artikel Membongkar sokongan. Arahan standard mengenai perlindungan buruh

▪ artikel Struktur hidraulik loji kuasa hidroelektrik mikro. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

▪ pasal Duit dari abu. Fokus rahsia

Tinggalkan komen anda pada artikel ini:

Semua bahasa halaman ini

Laman utama | Perpustakaan | artikel | Peta Laman | Ulasan laman web