Цөмийн реакторын төхөөрөмж ба ажиллах зарчим нь цөмийн урвалын өөрөө тогтворжуулах ажиллагааг эхлүүлэх, удирдахад суурилдаг. Үүнийг судалгааны хэрэгсэл, цацраг идэвхт изотоп үйлдвэрлэх, атомын цахилгаан станцын эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашигладаг.
Цөмийн реактор: энэ нь хэрхэн ажилладаг вэ (товчхон)
Энд хүнд цөм хоёр жижиг хэсгүүдэд хуваагддаг цөмийн задралын процессыг ашигладаг. Эдгээр хэлтэрхийнүүд нь маш их өдөөгдөх төлөвт байгаа бөгөөд нейтрон, бусад субатомын бөөмс, фотоныг ялгаруулдаг. Нейтрон нь шинэ хуваагдлыг үүсгэж, үүний үр дүнд илүү их нейтрон ялгардаг гэх мэт. Ийм тасралтгүй бие даасан цуврал хуваагдлыг гинжин урвал гэж нэрлэдэг. Үүний зэрэгцээ их хэмжээний энерги ялгардаг бөгөөд үүнийг үйлдвэрлэх нь атомын цахилгаан станц ашиглах зорилготой юм.
Цөмийн реактор болон атомын цахилгаан станцын ажиллах зарчим нь урвал эхэлснээс хойш маш богино хугацаанд задралын энергийн 85 орчим хувь нь ялгардаг. Үлдсэнийг нь үйлдвэрлэдэгнейтрон ялгаруулсны дараа задралын бүтээгдэхүүний цацраг идэвхт задралын үр дүн. Цацраг идэвхт задрал нь атом илүү тогтвортой төлөвт хүрэх үйл явц юм. Энэ нь хуваагдаж дууссаны дараа ч үргэлжилнэ.
Атомын бөмбөгөнд материалын ихэнх хэсэг хуваагдах хүртэл гинжин урвалын эрчим нэмэгддэг. Энэ нь маш хурдан болж, ийм бөмбөгний шинж чанартай маш хүчтэй дэлбэрэлтийг бий болгодог. Цөмийн реакторын төхөөрөмж, ажиллах зарчим нь гинжин урвалыг хяналттай, бараг тогтмол түвшинд байлгахад суурилдаг. Энэ нь атомын бөмбөг шиг тэсрэх боломжгүй байдлаар бүтээгдсэн.
Гинжин урвал ба шүүмжлэл
Цөмийн задралын реакторын физик нь гинжин урвал нь нейтрон ялгарсны дараа цөмийн задралын магадлалаар тодорхойлогддог. Хэрэв сүүлийнх нь популяци буурвал хуваагдал нь эцэстээ тэг болж буурах болно. Энэ тохиолдолд реактор нь эгзэгтэй байдалд байх болно. Хэрэв нейтроны популяцийг тогтмол түвшинд байлгавал задралын хурд тогтвортой байх болно. Реакторын нөхцөл байдал хүнд байх болно. Эцэст нь, хэрвээ нейтроны популяци цаг хугацааны явцад өсөх юм бол задрах хурд, хүч нэмэгдэх болно. Гол нь хэт шүүмжлэлтэй болно.
Цөмийн реакторын ажиллах зарчим дараах байдалтай байна. Түүнийг хөөргөхөөс өмнө нейтроны популяци тэгтэй ойролцоо байна. Дараа нь операторууд хяналтын савааг цөмөөс нь салгаж, цөмийн задралыг нэмэгдүүлснээр түр орчдог.реакторыг суперкритик төлөвт. Нэрлэсэн чадалд хүрсний дараа операторууд нейтроны тоог тохируулан хяналтын савааг хэсэгчлэн буцааж өгдөг. Цаашид реакторыг эгзэгтэй байдалд байлгана. Үүнийг зогсоох шаардлагатай үед операторууд савааг бүрэн оруулдаг. Энэ нь хуваагдлыг дарангуйлж, цөмийг эгзэгтэй байдалд хүргэдэг.
Реакторын төрөл
Дэлхийн ихэнх цөмийн байгууламжууд нь эрчим хүч үйлдвэрлэдэг бөгөөд цахилгаан үүсгүүрийг жолооддог турбинуудыг эргүүлэхэд шаардлагатай дулааныг үүсгэдэг. Мөн олон тооны судалгааны реакторууд байдаг бөгөөд зарим улс орнууд цөмийн эрчим хүчээр ажилладаг шумбагч онгоц эсвэл гадаргын хөлөг онгоцтой.
Цахилгаан станц
Энэ төрлийн хэд хэдэн төрлийн реакторууд байдаг ч хөнгөн усны загвар нь өргөн хэрэглээг олсон. Энэ нь эргээд даралттай ус эсвэл буцалсан ус хэрэглэж болно. Эхний тохиолдолд өндөр даралттай шингэн нь голын дулаанаар халааж, уурын генератор руу ордог. Тэнд анхдагч хэлхээний дулааныг хоёрдогч руу шилжүүлдэг бөгөөд энэ нь бас ус агуулдаг. Эцэст нь үүссэн уур нь уурын турбины эргэлтийн ажлын шингэний үүрэг гүйцэтгэдэг.
Буцлах төрлийн реактор нь шууд энергийн эргэлтийн зарчмаар ажилладаг. Идэвхтэй бүсээр дамжин өнгөрөх усыг дундаж даралтын түвшинд буцалгана. Ханасан уур нь реакторын саванд байрлах хэд хэдэн сепаратор, хатаагчаар дамжин өнгөрдөг.хэт халсан төлөв. Хэт халсан усны уурыг турбин эргүүлэхэд ажлын шингэн болгон ашигладаг.
Өндөр температурт хийн хөргөлттэй
Өндөр температурт хийн хөргөлттэй реактор (HTGR) нь бал чулуу болон түлшний микро бөмбөрцгийн холимогийг түлш болгон ашиглахад суурилсан цөмийн реактор юм. Өрсөлдөгч хоёр загвар байна:
- Гэр чулуун бүрхүүл дэх бал чулуу болон түлшний холимог 60 мм-ийн диаметртэй бөмбөрцөг түлшний эсийг ашигладаг Герман "дүүргэгч" систем;
- Идэвхтэй бүс үүсгэхийн тулд хоорондоо холбогддог графит зургаан өнцөгт призм хэлбэртэй америк хувилбар.
Хоёр тохиолдолд хөргөлтийн шингэн нь 100 орчим атмосферийн даралттай гелийээс бүрдэнэ. Германы системд гели нь бөмбөрцөг түлшний элементүүдийн давхаргын цоорхойгоор, Америкийн системд реакторын төвийн бүсийн тэнхлэгийн дагуу байрлах бал чулуун призмийн нүхээр дамждаг. Бал чулуу нь маш өндөр сублимацийн температуртай байдаг бол гели нь химийн хувьд бүрэн идэвхгүй байдаг тул хоёулаа маш өндөр температурт ажиллах боломжтой. Халуун гелийг өндөр температурт хийн турбинд ажлын шингэн болгон шууд хэрэглэх эсвэл түүний дулааныг усны эргэлтийн уур үүсгэхэд ашиглаж болно.
Шингэн металлын цөмийн реактор: схем ба үйл ажиллагааны зарчим
Натрийн хөргөлтийн шингэн бүхий хурдан нейтрон реакторууд 1960, 1970-аад оны үед ихээхэн анхаарал хандуулж байсан. Дараа ньТэдний ойрын ирээдүйд цөмийн түлшийг дахин үйлдвэрлэх чадвар нь эрчимтэй хөгжиж буй цөмийн үйлдвэрлэлийн түлш үйлдвэрлэхэд зайлшгүй шаардлагатай мэт санагдаж байв. Энэ хүлээлт бодитой бус байсан нь 1980-аад онд тодорхой болоход урам зориг нь бүдгэрчээ. Гэсэн хэдий ч ийм төрлийн хэд хэдэн реакторыг АНУ, Орос, Франц, Их Британи, Япон, Германд барьсан. Тэдгээрийн ихэнх нь ураны давхар исэл эсвэл түүний плутонийн давхар исэлтэй холилддог. Харин АНУ-д металл түлш хамгийн их амжилтад хүрсэн.
CANDU
Канад хүчин чармайлтаа байгалийн уран ашигладаг реакторуудад төвлөрүүлсэн. Энэ нь бусад орны үйлчилгээнд хандахын тулд түүнийг баяжуулах шаардлагагүй болно. Энэхүү бодлогын үр дүн нь дейтерий-ураны реактор (CANDU) байв. Үүнд хяналт, хөргөлтийг хүнд усаар гүйцэтгэдэг. Цөмийн реакторын төхөөрөмж ба ажиллах зарчим нь атмосферийн даралтад хүйтэн D2O бүхий савыг ашиглах явдал юм. Цөмийг байгалийн ураны түлшээр хийсэн цирконы хайлшаар хийсэн хоолойгоор цоолж, хүнд ус түүнийг хөргөнө. Хүнд усан дахь задралын дулааныг уурын генератороор дамжин эргэлддэг хөргөлтийн шингэн рүү шилжүүлэх замаар цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэгддэг. Дараа нь хоёрдогч хэлхээний уур нь турбины ердийн циклээр дамждаг.
Судалгааны суулгацууд
Шинжлэх ухааны судалгаанд цөмийн реакторыг ихэвчлэн ашигладаг бөгөөд түүний зарчим нь ус хөргөх, ашиглах явдал юм.угсралт хэлбэрээр lamellar уран түлшний элементүүд. Хэдэн киловаттаас хэдэн зуун мегаватт хүртэл өргөн хүрээний эрчим хүчний түвшинд ажиллах чадвартай. Эрчим хүч үйлдвэрлэх нь судалгааны реакторуудын гол ажил биш тул тэдгээр нь үндсэн дэх нейтроны үүсгэсэн дулааны энерги, нягтрал, нэрлэсэн эрчим хүчээр тодорхойлогддог. Чухам эдгээр үзүүлэлтүүд нь судалгааны реакторын тодорхой судалгаа явуулах чадварыг тоон үзүүлэлтээр гаргахад тусалдаг. Их дээд сургуулиудад бага чадлын системийг ихэвчлэн сургалтын зориулалтаар ашигладаг бол өндөр хүчин чадалтай системийг материал, гүйцэтгэлийн туршилт, ерөнхий судалгаанд зориулж R&D лабораторид ашигладаг.
Судалгааны хамгийн түгээмэл цөмийн реактор, бүтэц, ажиллах зарчим нь дараах байдалтай байна. Түүний идэвхтэй бүс нь том гүний усан сангийн ёроолд байрладаг. Энэ нь нейтроны цацрагийг чиглүүлэх сувгуудын ажиглалт, байршлыг хялбаршуулдаг. Бага чадлын түвшинд хөргөлтийн шингэнийг цус алдах шаардлагагүй, учир нь хөргөлтийн шингэний байгалийн конвекц нь ашиглалтын аюулгүй байдлыг хангахын тулд хангалттай дулаан ялгаруулдаг. Дулаан солилцуур нь ихэвчлэн халуун ус хуримтлагддаг усан сангийн гадаргуу эсвэл дээд хэсэгт байрладаг.
Усан онгоцны суурилуулалт
Цөмийн реакторын анхны болон үндсэн хэрэглээ нь шумбагч онгоцонд байдаг. Тэдний гол давуу тал ньЭнэ нь чулуужсан түлшний шаталтын системээс ялгаатай нь цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд агаар шаарддаггүй. Иймээс цөмийн шумбагч онгоц усанд живсэн хэвээр удаан байж чаддаг бол ердийн дизель цахилгаанаар ажилладаг шумбагч онгоц агаарт хөдөлгүүрээ ажиллуулахын тулд үе үе гадаргуу дээр гарч байх ёстой. Цөмийн эрчим хүч нь Тэнгисийн цэргийн хөлөг онгоцуудад стратегийн давуу талыг өгдөг. Энэ нь гадаадын боомт эсвэл эмзэг танкуудаас түлш цэнэглэх шаардлагагүй болно.
Шумбагч онгоц дээрх цөмийн реакторын ажиллах зарчмыг ангилсан. Гэсэн хэдий ч АНУ-д өндөр баяжуулсан уран ашигладаг бөгөөд удаашруулж, хөргөх ажлыг хөнгөн усаар хийдэг нь мэдэгдэж байна. USS Nautilus цөмийн шумбагч онгоцны анхны реакторын загварт хүчирхэг судалгааны байгууламжууд хүчтэй нөлөөлсөн. Түүний өвөрмөц онцлог нь маш том урвалын хязгаар бөгөөд түлш цэнэглэхгүйгээр удаан хугацаагаар ажиллах, зогссоны дараа дахин эхлүүлэх боломжийг олгодог. Илрүүлэхгүйн тулд усан доорхи цахилгаан станц маш чимээгүй байх ёстой. Янз бүрийн ангиллын шумбагч онгоцны тусгай хэрэгцээг хангахын тулд цахилгаан станцуудын өөр өөр загварыг бий болгосон.
АНУ-ын Тэнгисийн цэргийн нисэх онгоц тээгч онгоцууд цөмийн реактор ашигладаг бөгөөд түүний зарчмыг хамгийн том шумбагч онгоцноос зээлсэн гэж үздэг. Тэдний дизайны дэлгэрэнгүй мэдээлэл гараагүй байна.
АНУ-аас гадна Их Британи, Франц, Орос, Хятад, Энэтхэг цөмийн шумбагч онгоцтой. Аль ч тохиолдолд дизайныг задруулаагүй боловч бүгд ижил төстэй гэж үздэг - энэтэдгээрийн техникийн шинж чанарт тавигдах ижил шаардлагын үр дагавар юм. Орост мөн ЗХУ-ын шумбагч онгоцтой ижил реактортой цөмийн мөс зүсэгч жижиг флот бий.
Үйлдвэрийн суурилуулалт
Зэвсгийн чанартай плутони-239 үйлдвэрлэхэд цөмийн реактор ашигладаг бөгөөд түүний зарчим нь эрчим хүчний үйлдвэрлэл багатай өндөр бүтээмжтэй байдаг. Энэ нь цөмд плутони удаан байх нь хүсээгүй 240Pu.
хуримтлагдахад хүргэдэгтэй холбоотой юм.
Тритиум үйлдвэрлэл
Одоогоор ийм системээр үйлдвэрлэсэн гол материал нь устөрөгчийн бөмбөгний цэнэг болох тритиум (3H эсвэл T) юм. Плутони-239-ийн хагас задралын хугацаа нь 24,100 жил байдаг тул энэ элементийг ашигладаг цөмийн зэвсгийн арсеналтай орнуудад шаардлагатай хэмжээнээс их хэмжээгээр агуулагддаг. 239Pu-ээс ялгаатай нь тритиум нь хагас задралын хугацаа ойролцоогоор 12 жил байдаг. Тиймээс шаардлагатай нөөцийг хангахын тулд устөрөгчийн цацраг идэвхт изотопыг тасралтгүй үйлдвэрлэх ёстой. Жишээлбэл, АНУ-ын Өмнөд Каролина мужийн Саванна Риверт тритиум үйлдвэрлэдэг хэд хэдэн хүнд усны реактор байдаг.
Хөвөгч эрчим хүчний нэгж
Алслагдсан бүс нутгийг цахилгаан, уураар халаах боломжтой цөмийн реакторууд бий болсон. Жишээлбэл, Орос улсад програм олжээАрктикийн бүлгүүдэд үйлчлэх тусгайлан зориулсан жижиг цахилгаан станцууд. Хятадад 10 МВт-ын хүчин чадалтай HTR-10 станц байрладаг судалгааны хүрээлэнгээ дулаан, эрчим хүчээр хангадаг. Швед, Канадад ижил төстэй хүчин чадалтай жижиг удирдлагатай реакторуудыг бүтээж байна. 1960-1972 оны хооронд АНУ-ын арми Гренланд болон Антарктидын алслагдсан баазуудыг эрчим хүчээр хангахын тулд авсаархан усан реакторуудыг ашигласан. Тэднийг газрын тосоор ажилладаг цахилгаан станцуудаар сольсон.
Сансрын хайгуул
Үүнээс гадна сансар огторгуйд эрчим хүчний хангамж болон хөдөлгөөнд зориулагдсан реакторуудыг бүтээжээ. 1967-1988 оны хооронд Зөвлөлт Холбоот Улс Космос хиймэл дагуулууд дээр тоног төхөөрөмж, телеметрийг эрчим хүчээр хангах зорилгоор жижиг цөмийн байгууламж суурилуулсан боловч энэ бодлого нь шүүмжлэлийн бай болсон. Эдгээр хиймэл дагуулын дор хаяж нэг нь дэлхийн агаар мандалд нэвтэрч, Канадын алслагдсан бүс нутгуудад цацраг идэвхт бодисоор бохирдсон. АНУ 1965 онд цөмийн эрчим хүчээр ажилладаг ганц хиймэл дагуул хөөргөсөн. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийг сансрын гүнд нислэг хийх, бусад гаригуудыг хүнтэй судлах эсвэл сарны байнгын сууринд ашиглах төслүүдийг боловсруулсаар байна. Энэ нь хийн хөргөлттэй эсвэл шингэн металлын цөмийн реактор байх ёстой бөгөөд түүний физик зарчим нь радиаторын хэмжээг багасгахад шаардлагатай хамгийн дээд температурыг хангах болно. Үүнээс гадна сансрын реактор нь ашигласан материалын хэмжээг багасгахын тулд аль болох авсаархан байх ёстойхамгаалах, хөөргөх болон сансрын нислэгийн үед жинг багасгах. Түлшний нөөц нь сансрын нислэгийн бүх хугацаанд реакторын ажиллагааг хангана.
