Главная задача персонала — поддерживать цепную реакцию на постоянном, регулируемом уровне с помощью управляющих стержней. Это главное отличие от атомной бомбы, где процесс деления ядер происходит неконтролируемо и быстро в виде сильного взрыва.
Принцип работы реактора можно описать в нескольких предложениях:
Уран-235 распадается, выделяя большое количество тепловой энергии. Эта энергия заставляет воду кипеть, а образующийся пар приводит в движение турбину, находящуюся под давлением. Турбина, в свою очередь, приводит в действие электрогенератор, который вырабатывает электроэнергию.
Ладно, это… Хорошо, давайте разберемся подробнее.
Уран-235 является одним из изотопов урана. Изотоп — это тип атома вещества, который отличается по атомной массе от обычного атома. Уран-235 отличается от обычного урана тем, что в его ядре на три нейтрона меньше.
В результате отсутствия нейтронов ядро становится менее стабильным и распадается на две части при ускорении и разрезании нейтроном. В этой реакции выбрасывается еще несколько нейтронов. Эти нейтроны могут попасть в другое ядро урана-235 и расщепить его, выбрасывая еще один нейтрон, и так далее по цепочке. Этот процесс называется ядерной цепной реакцией.
Бесплатный урок для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Зарегистрируйтесь и примите участие в розыгрыше 8 уроков
Деление урана
Деление первобытных ядер под воздействием нейтронов было открыто в 1938 году немецкими учеными Отто Ханом и Фрицем Штрассманом. Они выбрали нейтроны для эксперимента, потому что они электрически нейтральны, т.е. не имеют заряда. А поскольку заряда нет, между протонами и нейтронами нет кулоновского отталкивания, и нейтроны могут легко войти в ядро.
Когда нейтрон попадает в ядро урана-235, оно деформируется и расширяется. Ядерные силы действуют на очень коротких расстояниях, но не на больших. Электростатическое взаимодействие, с другой стороны, может происходить на больших расстояниях. Поэтому ядерное взаимодействие не может противостоять электростатическому отталкиванию противоположных частей вытянутого ядра, и оно распадается. При этом испускается та же пара нейтронов, о которой мы говорили выше, и близкие по массе фрагменты разлетаются с большой скоростью.
Результаты деления ядра урана-235:
1. распадается на барий и криптон с испусканием трех нейтронов:
2. распадается на ксенон и стронций с испусканием двух нейтронов:
Более наглядные примеры можно найти на уроках физики 9-го класса в онлайн-школе Skysmart.
Управляемая ядерная реакция
Физическая ядерная реакция происходит очень быстро — менее чем за секунду. Эта быстрая ядерная реакция приводит к ядерному взрыву.
Хорошей новостью является то, что
Первенец» прибыл из США. В декабре 1942 года первый реактор, названный в честь одного из величайших физиков столетия Э. Ферми, выработал первую электроэнергию. Три года спустя завод ZEEP был введен в эксплуатацию в Канаде. «Бронзовый приз достался первому советскому реактору Ф-1, введенному в эксплуатацию в конце 1946 года. Руководителем национальной ядерной программы был И.В. Курчатов. Сегодня в мире насчитывается более 400 успешно работающих атомных электростанций.2Их основное назначение — поддерживать контролируемую ядерную реакцию, в результате которой вырабатывается электроэнергия. Некоторые реакторы производят изотопы. Короче говоря, это устройства, на глубине которых вещества преобразуются в другие вещества, выделяя большое количество тепловой энергии. Они представляют собой своего рода «печь», в которой изотопы урана U-235, U-238 и плутония (Pu) «сжигаются» вместо обычного топлива.2O ).
В отличие, например, от автомобиля с разными типами бензина, для каждого типа радиоактивного топлива существует свой тип реактора. Их два — медленные (для U-235) и быстрые (для U-238 и Pu) нейтроны. На большинстве АЭС установлены реакторы на медленных нейтронах. Помимо АЭС, они также используются в исследовательских центрах, на атомных подводных лодках и станциях по опреснению морской воды.
Все реакторы имеют примерно одинаковую конструкцию. Сердце» — это сердцевина. Его можно сравнить с обычной плитой. Только вместо дров есть ядерное топливо в виде тепловыделяющих элементов с регулятором — тепловыделяющих сборок. Ядро находится в своеобразной капсуле — отражателе нейтронов. Топливные элементы «омываются» охлаждающей жидкостью — водой. Поскольку «сердце» обладает очень высокой радиоактивностью, оно окружено надежным радиационным щитом.
Первый ядерный реактор
Операторы контролируют работу установки с помощью двух важнейших систем — системы управления цепной реакцией и системы дистанционного управления. При возникновении нештатной ситуации немедленно включается аварийная защита.
Типы ядерных реакторов
Каждый ядерный реактор состоит из нескольких частей: топливной активной зоны и регулятора, отражателя нейтронов, теплоносителя и системы управления и защиты. Изотопы урана (235, 238, 233), плутония (239) и тория (232) обычно используются в качестве топлива в реакторах. Сердечник представляет собой котел, через который протекает обычная вода (теплоноситель). Из других охлаждающих жидкостей «тяжелая вода» и жидкий графит используются реже. Когда речь идет об эксплуатации атомной электростанции, ядерный реактор используется для выработки тепла. Сама электроэнергия вырабатывается тем же методом, что и на других электростанциях: пар приводит в движение турбину, а энергия от привода преобразуется в электричество.
Ниже приведено схематическое изображение работы ядерного реактора.
Как устроен реактор
Как мы уже говорили, при распаде ядра тяжелого урана образуются более легкие элементы и некоторое количество нейтронов. Образовавшиеся нейтроны сталкиваются с другими ядрами, которые в результате также распадаются. Количество нейтронов увеличивается в лавине.
Здесь необходимо упомянуть коэффициент умножения нейтронов, т.е. если этот коэффициент превышает значение единицы, то происходит ядерный взрыв. Если значение меньше единицы, то нейтронов очень мало и реакция идет. Если же коэффициент остается равным единице, то реакция длительная и стабильная.
Принцип работы ядерного (атомного) реактора
Вопрос в том, как это сделать. В реакторе топливо находится в так называемых тепловыделяющих элементах (твэлах). Это стержни, содержащие ядерное топливо в виде небольших таблеток. Топливные стержни крепятся к шестигранным кассетам, которых в реакторе могут быть сотни. Кассеты топливных элементов расположены вертикально; каждый топливный элемент имеет систему регулировки глубины погружения в активную зону. Помимо собственно картриджей, между ними находятся стержни управления и стержни аварийной защиты. Стержни изготовлены из материала, который хорошо поглощает нейтроны. Таким образом, управляющие стержни можно опускать на разную глубину в активной зоне, регулируя коэффициент размножения нейтронов. Аварийные стержни предназначены для остановки реактора в аварийной ситуации.
Принцип работы известен, но как запускается и работает реактор? Грубо говоря, это урановый блок, но цепная реакция не начинается сама по себе. Дело в том, что в ядерной физике существует понятие критической массы.
Критическая масса — это масса расщепляющегося материала, необходимая для начала ядерной цепной реакции.
Критическая масса ядерного топлива сначала создается с помощью топливных стержней и стержней управления в реакторе, а затем реактор доводится до оптимальной мощности в несколько этапов.
Цель этой статьи — дать вам общее представление о конструкции и работе ядерного реактора. Если у вас есть вопросы по этой теме или вам задали задание по ядерной физике в вашем университете, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Как всегда, мы готовы помочь вам с любыми срочными вопросами, касающимися вашего обучения. Кстати говоря, вот еще одно познавательное видео!
Как запускают ядерный реактор?
Иван Колобков, также известный как Джони. Он является маркетологом, аналитиком и копирайтером в компании Zaochnik. Многообещающий молодой писатель. Увлекается физикой, редкими вещами и творчеством К. Буковски.
Ядерные реакторы в основном используются на атомных электростанциях. Тепловая мощность этих устройств достигает 5 ГВт.
Энергетические реакторы также используются для питания некоторых видов транспортных средств, особенно подводных лодок, надводных кораблей и космических аппаратов.
Промышленные реакторы используются для опреснения морской воды и производства ядерного оружия.
Существуют также два специальных типа реакторов, которые необходимы для дальнейших исследований в области ядерной энергетики:
Области применения реакторов
Вопрос о реакторах чрезвычайно сложен. Реакторы — это очень сложный предмет, поэтому потребуется много времени и усилий, чтобы разобраться в них. Тем временем Phoenix.Help поможет вам разобраться с другими темами.
- экспериментальные (необходимы для проектирования и дальнейшей эксплуатации ядерных реакторов, их мощность всего несколько КВт);
- исследовательские (используются для изучения потока нейтронов, мощность реакторов такого типа более 100 МВт).
