Loji kuasa nuklear dengan reaktor neutron pantas. Loji kuasa nuklear sebagai asas "tenaga hijau"
Tiada penyederhana dalam reaktor neutron pantas, dan tenaga dijana oleh pembelahan uranium dan plutonium oleh neutron pantas. Uranium dioksida U0 2 dengan pengayaan tinggi dalam 2 3sU (17^-26%) atau campuran U0 2 dan Pu0 2 digunakan sebagai bahan api. Zon aktif dikelilingi oleh zon pembiakan (blanket) yang terdiri daripada rod bahan api yang mengandungi bahan mentah bahan api (habis 228 U atau 2 s 2 Tb). Neutron yang dipancarkan dari zon aktif ditangkap di zon pembiakan oleh nukleus bahan mentah bahan api, akibatnya, bahan api nuklear baru terbentuk - isotop fisil 239PU dan NZi. Oleh itu, "reaktor sedemikian dipanggil pembiak baka (penternak). Untuk reaktor cepat tiada penyederhana diperlukan, dan penyejuk tidak boleh memperlahankan neutron.
Reaktor neutron pantas - reaktor nuklear yang menggunakan neutron dengan tenaga > 0.1 MeB untuk mengekalkan tindak balas rantai nuklear.Reaktor Penukar - peremajaan nuklear, dalam proses di mana komposisi isotop baru bahan api nuklear dihasilkan berbanding dengan yang dibakar.
Reaktor Penternak (penternak) - reaktor nuklear yang membolehkan anda menghasilkan bahan api nuklear dalam jumlah yang melebihi keperluan reaktor itu sendiri. Biasanya, ini adalah reaktor pantas, di mana faktor penukaran melebihi 1 dan pembiakan bahan api nuklear yang diperluaskan dijalankan. Dalam reaktor sedemikian, neutron yang dibebaskan semasa pembelahan bahan api nuklear (contohnya, 233 U) berinteraksi dengan nukleus bahan mentah yang diletakkan di dalam reaktor (contohnya, 238 U), akibatnya, bahan api nuklear sekunder (239 Pu). ) telah ditubuhkan. Dalam kes ini, lebih banyak bahan fisil dihasilkan daripada dibakar dalam reaktor.
Dalam reaktor jenis pembiak, bahan api yang dihasilkan semula dan dibakar adalah isotop unsur kimia yang sama (contohnya, 2 35U dibakar, ^U dihasilkan semula), dalam reaktor jenis penukar - isotop unsur kimia yang berbeza (contohnya , 235U dibakar, 2 39 Pu dihasilkan semula) .
Dalam reaktor pantas, bahan api nuklear ialah campuran diperkaya yang mengandungi sekurang-kurangnya 15% daripada isotop nU. Bilangan pembelahan utama disebabkan oleh neutron pantas, dan setiap peristiwa pembelahan disertai dengan penampilan bilangan neutron yang besar (berbanding pembelahan oleh neutron haba), yang, apabila ditangkap oleh nukleus 2 3 8 U, mengubahnya (melalui dua berturut-turut /?-mereput) menjadi 2 nukleus 39Pu. Biasanya, untuk 100 nukleus bahan api pembelahan (235U) dalam reaktor pantas, 150 nukleus boleh pembelahan 2s9Pu terbentuk (pekali pembiakan reaktor tersebut mencapai 1.5, iaitu sehingga 1.5 kg 239Pu diperolehi setiap 1 kg su) Pembiakan - pembiakan bahan api sekunder fisil daripada bahan mentah (subur), i.e. transformasi nuklear bahan subur kepada fisil. Dalam reaktor nuklear, neutron yang dihasilkan oleh tindak balas rantai pembelahan bukan sahaja digunakan untuk mengekalkannya, tetapi juga diserap oleh 238 U atau 232 Th dengan pembentukan nuklida pembelahan (contohnya, 239 Pu atau 233 U). Bahan api fisil sekunder dianggap 239 Pu dan 233 U, bahan pembiakan - 238 U dan 232 Th.
Bahan main balik - bahan yang mengandungi satu atau lebih nuklida subur.
nuklida yang subur - nuklida yang secara langsung atau tidak langsung boleh bertukar menjadi nuklida fisil akibat penangkapan neutron. Secara semula jadi, terdapat dua nuklida pembiakan - 238 U dan 232 Th.
Kadar penukaran, Kk ialah nisbah bilangan nukleus bahan fisil selatan yang terbentuk dalam proses penukaran (pembiakan) kepada bilangan nukleus pembelahan bahan pembelahan asal. Kebanyakan reaktor terma mempunyai faktor penukaran 0?10.9 dan oleh itu adalah pengguna bahan boleh fisil. Dalam reaktor pembiak, faktor penukaran melebihi perpaduan (1.15 + 1.30).
Kadar pembiakan, Kv ialah nisbah bilangan teras bahan api yang terbentuk kepada bilangan teras bahan api fisil yang terbakar.
Nisbah pembiakan ialah nisbah bilangan nukleus fisil yang terbentuk kepada bilangan nukleus yang terbakar daripada bahan api yang dimuatkan pada mulanya. Jika nisbah pembiakan lebih besar daripada satu, maka reaktor adalah pembiakan lanjutan bahan api. Reaktor pembiakan cepat mempunyai nisbah pembiakan tertinggi (untuk reaktor BN-boo /Cv = 1.4). Daripada reaktor neutron haba, reaktor air berat, serta reaktor yang disejukkan gas dengan penyederhana grafit (0.74-0.8), mempunyai nisbah pembiakan tertinggi. Reaktor air bertekanan air ringan mempunyai nisbah pembiakan terendah (0.54-0.6).
Nisbah kadar pengumpulan nuklida fisil baru, yang terbentuk semasa penangkapan neutron oleh nuklida subur, kepada kadar pembakaran keluar nuklida fisil dipanggil pekali penukaran, Kk. Kk dipanggil pekali pembiakan (Kv) jika > 1. Kebanyakan reaktor terma mempunyai Kk=0.5*H),9 dan oleh itu adalah pengguna bahan boleh fisil. Kerana nilai Kk yang begitu rendah, ia dipanggil penukar. Jika Kk=1, maka jumlah bahan fisil dalam teras tidak berubah semasa operasi reaktor. Nisbah pembiakan 1.15-7-1.30 hanya boleh dicapai dalam penternak cepat menggunakan bahan api U-Pu. Dalam reaktor sedemikian dengan bahan api U-Pu oksida, dengan keluli sebagai bahan struktur dan penyejuk natrium, Kv = 1.15^-1.30 dicapai pada nilai purata bilangan neutron sekunder tj "2.4. Pecahan pembelahan pada neutron pantas, iaitu, sumbangan nuklida subur kepada proses pembelahan keseluruhan, untuk reaktor haba ialah 0.014-0.03. Dalam zon aktif pembiak cepat, pecahan pembelahan pada neutron cepat boleh mencapai 0.15.
Kelebihan reaktor cepat adalah kemungkinan mengatur pembiakan bahan api nuklear yang diperluas di dalamnya, i.e. Serentak dengan penjanaan tenaga, menghasilkan yang baru dan bukannya bahan api nuklear yang hangus. Dalam penternak, daripada jumlah uranium yang sama, adalah mungkin untuk mendapatkan 60 kali lebih banyak tenaga daripada dalam reaktor neutron haba konvensional. Reaktor neutron pantas memungkinkan untuk digunakan sebagai isotop bahan api unsur berat yang tidak mampu pembelahan dalam reaktor neutron terma. Rizab 2 35 U dan 2 2 Th boleh terlibat dalam kitaran bahan api, yang secara semula jadi lebih besar daripada 2 35U. Uranium habis yang tinggal selepas pengayaan bahan api nuklear sebanyak 2 zz juga boleh dibakar.
Semasa operasi reaktor pantas, pelepasan intensif neutron berlaku, yang diserap oleh lapisan 2 3 8 dan terletak di sekeliling teras. Purata pembakaran bahan api uranium-plutonium dalam reaktor pantas ialah 1004-150 MWtd/kg, i.e. ia adalah 2.54-3 kali lebih tinggi daripada dalam reaktor neutron haba. Untuk mencapai kedalaman pembakaran ini, rintangan sinaran tinggi rod bahan api diperlukan, kestabilan parameter geometri, pemeliharaan ketat dan keplastikan pelapisan rod bahan api, keserasian mereka dengan produk pembelahan, ketahanan terhadap kesan menghakis penyejuk, dsb. adalah perlu. Oleh mereka sendiri prinsip fizikal Reaktor cepat sejukan logam cecair mempunyai potensi keselamatan terbesar yang wujud.
Reaktor pantas hampir tidak mempunyai sekatan ke atas sumber bahan api. Satu lagi kelebihan reaktor pantas ialah darjat yang lebih besar kehabisan bahan api (iaitu, tempoh kempen yang lebih lama), dan keburukannya ialah kos yang tinggi, disebabkan oleh ketidakmungkinan menggunakan penyejuk yang paling mudah - air, kerumitan struktur, kos modal yang tinggi dan kos yang tinggi bahan api yang sangat diperkaya.
Pelepasan haba reaktor neutron cepat adalah 104-15 kali lebih tinggi daripada pelepasan haba reaktor oleh neutron perlahan. Penyingkiran haba dalam reaktor sedemikian hanya boleh dilakukan menggunakan penyejuk logam cecair, seperti natrium, kalium, atau penyejuk gas intensif tenaga dengan ciri kejuruteraan terma dan termofizik terbaik, seperti helium dan gas tercerai.
Kelebihan natrium sebagai penyejuk berbanding logam cecair lain: takat lebur rendah (7^=98°), tekanan wap rendah, haba takat didih, kekonduksian terma yang sangat baik, kelikatan rendah, berat ringan, kestabilan terma dan sinaran, kesan menghakis yang rendah pada bahan struktur, bahan tersedia dan murah, penggunaan kuasa sederhana untuk pengepamannya (disebabkan oleh berat ringan dan kelikatan rendah). Natrium bertindak balas dengan kesan oksigen dan air yang terkandung di dalamnya persekitaran, dengan pembentukan natrium hidroksida dan hidrogen, dengan itu melindungi komponen lain reaktor daripada kakisan. Berat ringan (ketumpatan rendah) natrium meningkatkan rintangan gempa bumi. Apabila bekerja dengan natrium, ia harus diambil kira bahawa ketulenan natrium adalah tinggi: kadang-kadang 99.95 %.
Natrium adalah unsur kimia yang sangat aktif. Ia terbakar di udara dan dalam suasana agen pengoksidaan lain. Natrium panas yang bersentuhan dengan konkrit boleh bertindak balas dengan komponen konkrit dan membebaskan hidrogen, yang seterusnya boleh meletup. Tindak balas natrium dengan air dan bahan organik adalah mungkin, disertai dengan penyalaan. Hasil darab pengaktifan natrium oleh neutron 2Tj/ 2 =14.96 h).
Disebabkan oleh pelepasan haba yang besar dan untuk mengecualikan sentuhan natrium radioaktif dengan air sekiranya berlaku pelanggaran rejim pertukaran haba biasa, rajah aliran reaktor dipilih sebagai tiga gelung: natrium digunakan sebagai penyejuk dalam gelung pertama dan kedua, dan air dan wap digunakan dalam gelung ketiga. Natrium litar primer disejukkan dalam penukar haba perantaraan oleh natrium litar kedua. Dalam litar perantaraan dengan penyejuk natrium, tekanan yang lebih tinggi dicipta daripada yang pertama untuk mengelakkan kebocoran penyejuk radioaktif daripada litar utama melalui kemungkinan kecacatan pada penukar haba. Dalam penjana stim litar sekunder, natrium memindahkan haba ke air litar ketiga, menghasilkan stim tekanan tinggi yang dihantar ke turbin yang disambungkan kepada penjana elektrik. Dari turbin, wap akan mendengar kondenser. Untuk mengelakkan kebocoran sinaran, litar pembawa haba dan penjana stim beroperasi dalam kitaran tertutup.
Penggunaan plumbum cair mendidih tinggi yang tidak aktif secara kimia (atau Pb/Bi-eutectic) sebagai penyejuk memungkinkan untuk meninggalkan skema penyingkiran haba tiga gelung dan beralih kepada skema dua gelung. Reaktor dengan penyejuk sedemikian mempunyai keselamatan semula jadi: walaupun sekiranya berlaku penyahtekanan litar plumbum dan sentuhan langsungnya dengan atmosfera, ketoksikan dan pelepasan radioaktiviti tidak akan memerlukan pemindahan penduduk dan pengasingan wilayah.
Dalam teras reaktor neutron pantas, unsur bahan api dengan bahan api 2 35U yang diperkaya tinggi (sekurang-kurangnya 15% daripada 2 isotop 35U) diletakkan. Zon aktif dikelilingi oleh zon pembiakan - selimut yang terdiri daripada rod bahan api yang mengandungi bahan mentah bahan api (uranium habis). Neutron yang dipancarkan dari zon aktif ditangkap di zon pembiakan oleh nukleus uranium, akibatnya, bahan api nuklear baru terbentuk - 239Pu, yang operasi mudah boleh dinaik taraf kepada gred senjata.
nasi. 7.
Reaktor neutron pantas direka untuk menghasilkan plutonium gred senjata. Kini mereka telah menemui aplikasi dalam sektor tenaga, khususnya, untuk memastikan pembiakan plutonium fisil 2s9Pu yang diperluaskan daripada 2s8 dan untuk membakar semua atau sebahagian besar uranium asli, serta rizab uranium yang telah habis. Dengan pembangunan tenaga dalam reaktor neutron pantas, masalah sara diri tenaga nuklear dengan bahan api dapat diselesaikan. Reaktor pantas menarik perhatian sebagai peranti untuk membakar aktinida (terutamanya plutonium gred senjata dan gred reaktor) dan sisa kitar semula SNF, yang membolehkan menyelesaikan kedua-dua masalah penyebaran nuklida gred senjata dan masalah pengendalian selamat sisa radioaktif. Pengenalan reaktor neutron pantas dalam industri kuasa boleh meningkatkan kecekapan penggunaan uranium dengan faktor 60.
Di Rusia, di RFN Beloyarsk, BN-boo beroperasi - reaktor pembiakan kapal tekanan dengan susun atur peralatan bersepadu berdasarkan neutron pantas.
Susun atur bersepadu - susun atur reaktor, di mana semua elemen sistem penyejukan utama dipasang dalam jumlah yang sama dengan reaktor.
Skim terma unit adalah tiga litar: dalam litar pertama dan kedua, penyejuk adalah natrium, dalam ketiga - air dan wap. Haba dikeluarkan dari teras oleh tiga gelung edaran bebas, setiap satunya terdiri daripada pam edaran utama litar pertama, dua penukar haba perantaraan, pam edaran utama litar ke-2 dengan tangki penampan di salur masuk dan tekanan kecemasan. tangki pelepasan, penjana stim, turbin pemeluwapan dengan litar terma standard dan penjana. Bahan penyejuk adalah natrium.
Kuasa elektrik reaktor adalah boo MW, kuasa haba ialah 1470 MW. Suhu penyejuk pada salur masuk ke reaktor ialah 370 0 , dan pada alur keluar - 550°, tekanan stim ialah 14.2 MPa, suhu stim ialah 505 0 .
Reaktor nuklear BN-boo direka bentuk dengan susun atur peralatan "integral", di mana peralatan teras dan litar primer (pam edaran utama dan penukar haba perantaraan) terletak di dalam bekas tekanan reaktor. Batang bahan api diisi sepanjang teras dengan sesendal yang diperbuat daripada uranium oksida yang diperkaya (atau campuran uranium oksida dan plutonium oksida), dan di atas dan di bawah teras terdapat skrin akhir yang diperbuat daripada briket uranium oksida yang habis. Unsur bahan api zon pembiakan dipenuhi dengan briket uranium yang habis. Rongga gas di atas paras natrium dalam reaktor diisi dengan argon.
nasi. Rajah 8. Reka bentuk reaktor BN-boo: 1 - aci; 2 - badan; h - pam edaran utama litar utama; 4 - motor pam; 5 - palam berputar besar; 6 - perlindungan sinaran; 7 - penukar haba natrium-natrium; 8 - lajur berputar pusat dengan mekanisme CPS; 9 - zon aktif.
Ciri utama penggunaan bahan api uranium-plutonium dalam BN ialah dalam terasnya proses pembelahan nuklear oleh neutron pantas disertai dengan hasil yang lebih tinggi (sebanyak 20-27%) neutron sekunder daripada dalam reaktor neutron terma. Ini mewujudkan prasyarat asas untuk mendapatkan nilai tinggi nisbah pembiakan dan memastikan pembiakan lanjutan bahan api nuklear dalam reaktor pembiakan.
Pada masa ini, reaktor BN-8oo dengan kapasiti 88o MW sedang dibina di RFN Beloyarsk, direka untuk mengembangkan asas bahan api industri tenaga nuklear dengan ketara dan meminimumkan sisa radioaktif melalui penganjuran kitaran bahan api nuklear tertutup.
Loji kuasa nuklear digunakan di loji kuasa nuklear, pada satelit Bumi, pada pengangkutan laut yang besar, unsur utamanya ialah reaktor nuklear.
reaktor nuklear peranti di mana tindak balas rantai pembelahan terkawal dijalankan nukleus berat disertai dengan pelepasan tenaga. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, syarat untuk pelaksanaan tindak balas rantai nuklear mampan sendiri ialah kehadiran bilangan neutron sekunder yang mencukupi yang timbul dalam proses pembelahan nukleus berat kepada nukleus yang lebih ringan (serpihan) dan mempunyai peluang untuk mengambil bahagian. dalam proses pembelahan selanjutnya nukleus berat.
Bahagian utama reaktor nuklear dalam apa jua jenis ialah:
1) teras di mana bahan api nuklear terletak, tindak balas berantai pembelahan nuklear berlaku dan tenaga dibebaskan;
2) pemantul neutron, yang mengelilingi teras dan membantu mengurangkan kebocoran neutron dari teras dengan memantulkannya kembali ke dalam teras. Bahan pantulan harus mempunyai kebarangkalian rendah penangkapan neutron, tetapi kebarangkalian tinggi penyerakan elastiknya;
3) penyejuk- digunakan untuk mengeluarkan haba dari teras;
4) sistem kawalan dan pengawalan tindak balas rantai;
5) sistem perlindungan biologi(perlindungan sinaran), yang melindungi kakitangan operasi daripada kesan berbahaya sinaran mengion.
Dalam reaktor nuklear pada neutron perlahan, zon aktif, sebagai tambahan kepada bahan api nuklear, mengandungi penyederhana neutron cepat yang terbentuk semasa tindak balas rantai pembelahan nukleus atom. Moderator (grafit) digunakan, serta cecair organik dan air, yang boleh berfungsi sebagai penyejuk pada masa yang sama. Sekiranya tiada penyederhana dalam zon aktif, maka bahagian utama pembelahan nuklear berlaku di bawah pengaruh neutron pantas dengan tenaga lebih daripada 10 keV. Reaktor tanpa penyederhana - reaktor neutron pantas - boleh menjadi kritikal hanya apabila menggunakan uranium semula jadi yang diperkaya dalam isotop U hingga kepekatan kira-kira 10%.
Dalam teras reaktor neutron perlahan terdapat unsur bahan api yang mengandungi campuran U dan U dan penyederhana di mana neutron disederhanakan kepada tenaga kira-kira 1 eV. Unsur bahan api (TVEL) ialah bongkah-bongkah bahan fisil yang tertutup dalam cangkerang hermetik yang menyerap neutron dengan lemah. Disebabkan oleh tenaga pembelahan, unsur bahan api dipanaskan dan memantulkan tenaga kepada penyejuk yang beredar dalam saluran.
Keperluan teknikal yang tinggi dikenakan ke atas TVEL: kesederhanaan reka bentuk; kestabilan mekanikal dan kekuatan dalam aliran penyejuk, memastikan pemeliharaan dimensi dan ketat; penyerapan rendah neutron oleh bahan struktur unsur bahan api dan minimum bahan struktur dalam teras; ketiadaan interaksi bahan api nuklear dan produk pembelahan dengan pelapisan rod bahan api, penyejuk dan penyederhana pada suhu operasi. bentuk geometri Elemen bahan api mesti menyediakan nisbah luas permukaan dan isipadu yang diperlukan dan keamatan maksimum penyingkiran haba oleh penyejuk dari seluruh permukaan elemen bahan api, serta menjamin kedalaman besar pembakaran bahan api nuklear dan tahap pengekalan yang tinggi produk pembelahan. Rod bahan api mesti mempunyai rintangan sinaran, kesederhanaan dan ekonomi penjanaan semula bahan api nuklear dan kos rendah, mempunyai dimensi dan reka bentuk yang diperlukan, yang memberikan keupayaan untuk menjalankan operasi mengisi minyak dengan cepat.
Atas sebab keselamatan, ketat yang boleh dipercayai pelapisan rod bahan api mesti dikekalkan sepanjang tempoh operasi teras.
(3–5 tahun) dan penyimpanan seterusnya rod bahan api terpakai sehingga dihantar untuk diproses (1–3 tahun). Apabila mereka bentuk teras, adalah perlu untuk menubuhkan dan mewajarkan terlebih dahulu had kerosakan yang dibenarkan untuk rod bahan api (bilangan dan tahap kerosakan). Teras direka bentuk sedemikian rupa sehingga semasa operasi sepanjang keseluruhan anggaran hayat perkhidmatannya, had kerosakan yang ditetapkan untuk elemen bahan api tidak melebihi. Pematuhan dengan keperluan ini dipastikan oleh reka bentuk teras, kualiti penyejuk, ciri dan kebolehpercayaan sistem penyingkiran haba. Dalam proses operasi, ketat pelapisan elemen bahan api individu adalah mungkin. Terdapat dua jenis pelanggaran sedemikian: pembentukan retakan mikro di mana produk pembelahan gas keluar dari unsur bahan api ke dalam penyejuk (kecacatan jenis ketumpatan gas); berlakunya kecacatan di mana sentuhan langsung bahan api dengan penyejuk adalah mungkin.
Tindak balas rantai dikawal oleh rod kawalan khas yang diperbuat daripada bahan yang menyerap neutron dengan kuat (contohnya, boron, kadmium). Dengan menukar bilangan dan kedalaman rendaman rod kawalan, adalah mungkin untuk mengawal fluks neutron, dan, akibatnya, keamatan tindak balas rantai dan pengeluaran tenaga.
Pada masa ini, sebilangan besar model reaktor nuklear yang berbeza telah dibangunkan, yang berbeza dalam jenis bahan api nuklear (uranium, plutonium), dalam komposisi kimia bahan api nuklear (uranium, uranium dioksida), dalam jenis penyejuk ( air, air berat, pelarut organik, dsb.), mengikut jenis penyederhana (grafit, air, berilium).
Reaktor di mana pembelahan nuklear dihasilkan terutamanya oleh neutron dengan tenaga lebih besar daripada 0.5 MeV dipanggil reaktor neutron pantas. Reaktor di mana kebanyakan pembelahan berlaku hasil daripada penyerapan neutron perantaraan oleh nukleus isotop fisil dipanggil reaktor neutron perantaraan (resonansi)..
Yang paling biasa dalam loji tenaga nuklear ialah reaktor saluran kuasa tinggi(RBMK) dan (VVER).
Teras RBMK dengan diameter 11.8 m dan ketinggian 7 m adalah batu silinder yang terdiri daripada blok grafit - penyederhana. Setiap blok mempunyai lubang untuk saluran teknologi (jumlah 1700).
Setiap saluran mempunyai dua elemen bahan api dalam bentuk tiub berongga dengan diameter 13.5 mm dan panjang 3.5 m, dindingnya tebal 0.9 mm dan diperbuat daripada aloi zirkonium. Batang bahan api diisi dengan pelet uranium dioksida yang diperkaya sehingga 2% U. berat keseluruhan bahan api dalam teras RBMK ialah 190 tan. Semasa operasi reaktor, rod bahan api disejukkan oleh aliran penyejuk (air) yang melalui saluran teknologi.
Gambar rajah skematik reaktor RBMK-1000 ditunjukkan dalam rajah. 7.
nasi. 7. Reaktor saluran kuasa tinggi pada neutron haba
1 - penjana turbo; 2 - rod kawalan; 3 - gendang pemisah;
4 - kapasitor; 5 – penyederhana grafit; 6 - zon aktif;
7 - batang bahan api; 8 – cangkang pelindung konkrit
Untuk mengawal tindak balas rantai nuklear yang berlaku dalam rod bahan api, rod pengawal selia dan kawalan yang diperbuat daripada kadmium atau boron, yang menyerap neutron dengan baik, dimasukkan ke dalam saluran khas. Joran bergerak bebas di sepanjang saluran khas. Kedalaman rendaman rod kawalan menentukan tahap penyerapan neutron. Di sepanjang pinggir teras adalah lapisan reflektor neutron - blok grafit yang sama, tetapi tanpa saluran.
Batu grafit dikelilingi oleh tangki keluli silinder dengan air, yang direka untuk perlindungan biologi daripada neutron dan sinaran gamma. Selain itu, reaktor terletak di dalam aci konkrit berukuran 21.6×21.6×25.5 m.
Oleh itu, elemen utama RBMK ialah elemen bahan api yang diisi dengan bahan api nuklear, pengganti neutron dan pemantul, penyejuk dan rod kawalan yang mengawal perkembangan tindak balas pembelahan nuklear.
Prinsip operasi loji tenaga nuklear dengan reaktor jenis RBMK adalah seperti berikut. Neutron pantas sekunder yang muncul akibat pembelahan nukleus U meninggalkan unsur bahan api dan memasuki moderator grafit. Akibat melalui penyederhana, mereka kehilangan sebahagian besar tenaga mereka dan, sudah menjadi haba, sekali lagi jatuh ke dalam salah satu unsur bahan api jiran dan mengambil bahagian dalam proses selanjutnya pembelahan nuklear U. Tenaga tindak balas rantai nuklear dikeluarkan dalam bentuk tenaga kinetik"serpihan" (80%), neutron sekunder, alfa-, zarah beta dan gamma-quanta, akibatnya pemanasan unsur bahan api dan batu grafit penyederhana berlaku. Bahan penyejuk, iaitu air, bergerak dalam saluran teknologi dari bawah ke atas di bawah tekanan kira-kira 7 MPa, menyejukkan teras reaktor. Akibatnya, bahan penyejuk dipanaskan pada suhu 285°C di alur keluar reaktor.
Selanjutnya, campuran wap-air diangkut melalui saluran paip ke pemisah, yang berfungsi untuk memisahkan air daripada wap. Wap tepu yang diasingkan di bawah tekanan memasuki bilah turbin yang disambungkan kepada penjana arus elektrik.
Stim ekzos dihantar ke pemeluwap proses, terkondensasi, bercampur dengan penyejuk yang datang dari pemisah, dan, di bawah tekanan yang dicipta oleh pam edaran, memasuki semula saluran proses teras reaktor.
Kelebihan reaktor tersebut ialah kemungkinan menggantikan elemen bahan api tanpa menutup reaktor dan kemungkinan pemantauan saluran demi saluran keadaan reaktor. Kelemahan reaktor RMBC termasuk kestabilan operasi yang rendah pada tahap kuasa rendah, kelajuan sistem kawalan perlindungan yang tidak mencukupi dan penggunaan skema gelung tunggal, di mana terdapat peluang sebenar pencemaran radioaktif penjana turbo.
Antara reaktor yang beroperasi pada neutron haba, yang paling banyak digunakan di banyak negara di dunia ialah reaktor kuasa air bertekanan.
Reaktor jenis ini terdiri daripada elemen struktur utama berikut: badan dengan penutup, yang menempatkan elemen bahan api yang dipasang dalam kaset; kawalan dan perlindungan, perisai haba yang secara serentak bertindak sebagai pemantul neutron dan perlindungan biologi (Rajah 8).
Kapal VVER ialah silinder berdinding tebal menegak yang diperbuat daripada keluli aloi berkekuatan tinggi, tinggi 12–25 m dan diameter 3–8 m (bergantung kepada kuasa reaktor). Dari atas, kapal reaktor dimeterai secara hermetik dengan penutup sfera keluli yang besar.
nasi. 8. Gambarajah skematik NPP VVER-1000:
1 - pelindung kepanasan; 2 - bingkai; 3 - tudung ; 4 - saluran paip litar utama;
5 - saluran paip litar sekunder; 6 - turbin wap; 7 - penjana;
8 - kapasitor proses; 9 , 11 – pam edaran;
10 - penjana wap; 12 - batang bahan api
Kapal reaktor dipasang dalam cangkang konkrit, yang merupakan salah satu halangan perlindungan sinaran. Prinsip operasi loji tenaga nuklear dengan reaktor air bertekanan bersiri dengan kuasa elektrik 440 MW (VVER-440) adalah seperti berikut. Penyingkiran haba dari zon aktif reaktor nuklear dilakukan mengikut skema dua litar. Penyejuk (air) litar utama, yang mempunyai suhu 270°C, dibekalkan kepada teras reaktor melalui saluran paip pada tekanan tinggi kira-kira 12.5 MPa, disokong oleh pam edaran. Melepasi teras, penyejuk memanaskan sehingga 300°C (tekanan tinggi dalam litar tidak membenarkan air mendidih) dan kemudian memasuki penjana stim.
Dalam penjana stim, penyejuk utama mengeluarkan habanya kepada apa yang dipanggil air suapan sekunder, yang berada pada tekanan yang lebih rendah (kira-kira 4.4 MPa). Oleh itu, air litar sekunder mendidih dan bertukar menjadi wap bukan radioaktif, yang disalurkan melalui saluran stim ke turbin stim yang disambungkan kepada penjana arus elektrik. Stim ekzos disejukkan dalam pemeluwap proses, dan di bawah tindakan pam suapan, kondensat sekali lagi dimasukkan ke dalam penjana stim. Skim penyingkiran haba dua gelung memastikan keselamatan sinaran loji kuasa nuklear.
Prospek pembangunan tenaga nuklear kini dikaitkan dengan pembinaan reaktor neutron pantas. Selain itu, bersama-sama dengan penjanaan elektrik, reaktor memungkinkan untuk menjalankan pembiakan bahan api nuklear yang diperluas, yang melibatkan kitaran bahan api bukan sahaja U atau Pu, yang boleh fisil oleh neutron haba, tetapi juga U dan Th (kandungannya dalam kerak bumi kira-kira 4 kali lebih tinggi daripada uranium semula jadi).
Rod bahan api dengan bahan api yang sangat diperkaya diletakkan di dalam teras reaktor neutron pantas. Zon aktif dikelilingi oleh zon pembiakan, yang terdiri daripada rod bahan api yang mengandungi bahan mentah bahan api (uranium habis, torium). Neutron yang dipancarkan dari zon aktif ditangkap di zon pembiakan oleh nukleus bahan mentah bahan api, akibatnya, bahan api nuklear baru terbentuk. Kelebihan istimewa reaktor cepat adalah kemungkinan mengatur di dalamnya pembiakan bahan api nuklear yang diperluas, iaitu, serentak dengan penjanaan tenaga, adalah mungkin untuk menghasilkan bahan api nuklear yang baru dan bukannya terbakar. Reaktor pantas tidak memerlukan penyederhana, dan penyejuk tidak boleh memperlahankan neutron.
Tiada penyederhana dalam teras reaktor neutron pantas; oleh itu, isipadu teras reaktor adalah berkali-kali lebih kecil daripada dalam RBMK atau VVER, dan adalah lebih kurang 2 m 3 . Sebagai bahan api nuklear dalam reaktor, Pu yang diperoleh secara buatan atau uranium yang diperkaya tinggi (lebih daripada 20%) digunakan.
Teras reaktor BN-600 mengandungi 370 pemasangan bahan api, setiap satunya mengandungi 127 elemen bahan api dan 27 batang kawalan dan perlindungan kecemasan.
Untuk mengeluarkan tenaga haba dalam teras reaktor BN-600, skema teknologi tiga gelung digunakan (Rajah 9).
Dalam litar pertama dan kedua, natrium cecair digunakan sebagai penyejuk, takat leburnya ialah 98°C, ia mempunyai keupayaan menyerap dan menyederhanakan neutron yang rendah.
Natrium cecair litar primer di alur keluar reaktor mempunyai suhu 550°C dan memasuki penukar haba perantaraan. Di sana, dia mengeluarkan haba kepada penyejuk sekunder, yang juga digunakan sebagai natrium cecair. Penyejuk litar kedua memasuki penjana stim, di mana air ditukar menjadi stim, yang merupakan penyejuk litar edaran ketiga. Stim yang dihasilkan dalam penjana stim pada tekanan 14 MPa memasuki turbin penjana elektrik. Stim ekzos selepas disejukkan dalam kondenser proses dipam semula ke penjana stim. Oleh itu, skim penyingkiran haba di NPP dengan reaktor BN-600 terdiri daripada satu litar radioaktif dan dua litar bukan radioaktif. Masa operasi penjana BN-600 antara pengisian bahan api ialah 150 hari.
nasi. 9. Sistem teknologi NPP dengan reaktor neutron pantas:
1 – rod bahan api teras; 2 - unsur bahan api zon pembiakan; 3 – kapal reaktor;
4
– kapal reaktor konkrit; 5
– penyejuk litar utama;
6
- penyejuk sekunder; 7
– penyejuk litar ketiga;
8 - turbin wap; 9 – penjana; 10 – pemuat proses;
11 - penjana wap; 12 – penukar haba perantaraan;
13 - pam edaran
Semasa operasi loji kuasa nuklear, sebagai tambahan kepada masalah yang berkaitan dengan pelupusan sisa radioaktif yang tinggi daripada kitaran bahan api nuklear (NFC), masalah tambahan timbul yang disebabkan oleh hayat perkhidmatan reaktor nuklear (20-40 tahun). Selepas tamat hayat perkhidmatan ini, reaktor mesti dimatikan, dan bahan api nuklear dan penyejuk mesti dikeluarkan dari teras. Reaktor itu sendiri digembur atau dibongkar. Pengalaman membongkar reaktor nuklear terpakai di dunia adalah sangat kecil.
1. Maklumat am tentang atom dan nukleus atom. Fenomena radioaktiviti.
2. Undang-undang asas pereputan radioaktif. Aktiviti dan unit ukurannya.
3. Pembelahan nukleus berat dan tindak balas rantai pembelahan.
4. Apakah prinsip operasi reaktor nuklear dan ciri-cirinya?
5. Berikan ciri-ciri utama reaktor VVER-1000 dan RBMK-1000. Apakah perbezaan mereka?
6. Ciri-ciri utama reaktor neutron pantas BN-600.
KULIAH 4. SINARAN MENGION,
CIRI-CIRI DAN INTERAKSI MEREKA
Diiringi dengan pelepasan suhu, bergantung pada ciri reka bentuk Terdapat dua jenis daripadanya - reaktor neutron pantas dan yang perlahan, kadangkala dipanggil terma.
Neutron yang dibebaskan semasa tindak balas mempunyai nilai yang sangat tinggi kelajuan awal, secara teorinya mengatasi beribu-ribu kilometer sesaat. Ini adalah neutron pantas. Dalam proses bergerak akibat perlanggaran dengan atom-atom jirim sekeliling, kelajuannya menjadi perlahan. Satu cara mudah dan berpatutan untuk mengurangkan kelajuan secara buatan adalah dengan meletakkan air atau grafit di laluan mereka. Oleh itu, setelah belajar mengawal tahap zarah ini, seseorang dapat mencipta dua jenis reaktor. Nama neutron "terma" adalah disebabkan oleh fakta bahawa kelajuan pergerakan mereka selepas perlahan secara praktikal sepadan dengan kelajuan semula jadi gerakan terma intra-atom. Dari segi angka, ia adalah sehingga 10 km sesaat. Bagi dunia mikro, nilai ini agak rendah, jadi penangkapan zarah oleh nukleus berlaku sangat kerap, menyebabkan pusingan pembelahan baharu (tindak balas berantai). Akibat daripada ini adalah keperluan untuk jumlah bahan fisil yang jauh lebih kecil daripada yang boleh dibanggakan oleh reaktor neutron pantas. Di samping itu, beberapa yang lain Masa ini hanya menjelaskan mengapa majoriti stesen nuklear yang beroperasi menggunakan neutron perlahan.
Nampaknya - jika semuanya dikira, maka mengapa kita memerlukan reaktor neutron pantas? Ternyata tidak semuanya begitu jelas. Kelebihan paling penting bagi tumbuhan tersebut ialah keupayaan untuk membekalkan reaktor lain, serta mencipta kitaran pembelahan yang meningkat. Mari kita fikirkan perkara ini dengan lebih terperinci.
Reaktor neutron pantas menggunakan lebih banyak bahan api yang dimuatkan ke dalam teras. Mari kita mulakan mengikut urutan. Secara teorinya, hanya dua unsur boleh digunakan sebagai bahan api: plutonium-239 dan uranium (isotop 233 dan 235). Hanya isotop U-235 yang ditemui di alam semula jadi, tetapi terdapat sangat sedikit untuk bercakap tentang prospek pilihan sedemikian. Uranium dan plutonium yang ditunjukkan adalah derivatif torium-232 dan uranium-238, yang terbentuk akibat pendedahan kepada fluks neutron. Tetapi kedua-dua ini lebih biasa bentuk semula jadi. Oleh itu, jika mungkin untuk memulakan tindak balas rantaian pembelahan diri U-238 (atau plutonium-232), maka hasilnya adalah kemunculan bahagian baru bahan fisil - uranium-233 atau plutonium-239. Apabila neutron diperlahankan kepada kelajuan terma (reaktor klasik), proses sedemikian adalah mustahil: ia adalah U-233 dan Pu-239 yang berfungsi sebagai bahan api di dalamnya, tetapi reaktor neutron yang pantas membolehkan transformasi tambahan sedemikian dilakukan.
Prosesnya adalah seperti berikut: kami memuatkan uranium-235 atau thorium-232 (bahan mentah), serta sebahagian daripada uranium-233 atau plutonium-239 (bahan api). Yang terakhir (mana-mana daripada mereka) menyediakan fluks neutron yang diperlukan untuk "menyalakan" tindak balas dalam unsur pertama. Dalam proses pereputan, stesen yang ditukar oleh penjana kepada elektrik dilepaskan. Neutron pantas bertindak ke atas bahan mentah, menukar unsur-unsur ini kepada ... bahagian baharu bahan api. Biasanya, jumlah bahan api yang dibakar dan terbentuk adalah sama, tetapi jika lebih banyak bahan mentah dimuatkan, maka penjanaan bahagian baru bahan boleh fisil berlaku lebih cepat daripada penggunaan. Oleh itu nama kedua reaktor tersebut - penternak. Bahan api lebihan boleh digunakan dalam jenis reaktor lambat klasik.
Kelemahan model neutron pantas ialah uranium-235 mesti diperkaya sebelum dimuatkan, yang memerlukan pelaburan kewangan tambahan. Di samping itu, reka bentuk teras itu sendiri lebih kompleks.
Reaktor nuklear pada neutron pantas
Loji kuasa nuklear (NPP) pertama di dunia, dibina di bandar Obninsk berhampiran Moscow, membekalkan tenaga elektrik pada Jun 1954. Kuasanya sangat sederhana - 5 MW. Walau bagaimanapun, dia memainkan peranan persediaan eksperimen, di mana pengalaman terkumpul dalam operasi masa hadapan loji tenaga nuklear yang besar. 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.
NPP menggunakan teras unsur berat- uranium dan plutonium. Semasa pembelahan nukleus, tenaga dibebaskan - ia "berfungsi" di 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 berbeza bagi 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 25 neutron untuk setiap 10 pereputan. Mereka memukul nukleus atom jiran dan memecahkannya, melepaskan neutron dan jumlah yang 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. Berikut ialah pembelahan nukleus atom uranium dan dibebaskan tenaga haba. 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 lebih banyak neutron mereka menyerap, 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.
Sebelum malapetaka di loji tenaga nuklear di 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 penjagaan yang terbaik," tulis I. Lagovsky dalam jurnal Science and Life. – Mesin pemunggah, ruang pemunggahan. Anda boleh melihat ke dalamnya melalui tingkap. Ketebalan kaca di tingkap ialah 1 meter 20 sentimeter. Di tingkap adalah manipulator. Kebersihan sekeliling yang tidak dapat dibayangkan. Seluar putih. Cahaya lembut, pokok palma tiruan dan bunga ros. Rumah hijau dengan tumbuhan sebenar untuk berehat selepas bekerja di zon. Kabinet dengan peralatan kawalan IAEA - agensi antarabangsa untuk tenaga atom. Bilik pengendali - dua separuh bulatan dengan paparan - dari sini mereka mengawal pemunggahan, pemotongan, pembubaran, vitrifikasi. Semua operasi, semua pergerakan kontena secara konsisten ditunjukkan pada paparan pengendali. Dewan kerja dengan bahan itu sendiri aktiviti yang tinggi agak jauh, di seberang jalan.
Sisa yang divitrifikasi adalah kecil dalam isipadu. 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 yang akan datang, 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 operasi 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 haba 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" - membiak). Pengeluaran semula bahan api nuklear memungkinkan untuk menggunakan uranium berpuluh-puluh kali lebih lengkap, jadi reaktor neutron yang pantas dianggap sebagai salah satu yang paling arah yang menjanjikan tenaga nuklear.
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 Perbadanan Nuklear Kansai, “penggunaan reaktor pembiakan bermakna peluang untuk mengurangkan pergantungan kepada uranium semulajadi yang diimport melalui penggunaan plutonium yang berulang. Oleh itu, keinginan kami untuk membangun dan menambah baik "reaktor pantas" dan mencapai tahap teknikal yang mampu menghadapi persaingan dengan loji kuasa nuklear moden dari segi kecekapan dan keselamatan boleh difahami.
Pembangunan reaktor penternak 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," kata A. Lagovsky dalam jurnal Science and Life, "cengkerang dan blok dinding dipenuhi dengan konkrit sebagai perlindungan. Sistem penyejukan natrium utama, bersama-sama dengan bekas reaktor, dikelilingi oleh pembendung kecemasan dengan pengeras - diameter dalamannya ialah 49.5 meter dan ketinggiannya ialah 79.4 meter. Bahagian bawah ellipsoidal pukal ini terletak pada kusyen konkrit pepejal setinggi 13.5 meter. Cangkang itu dikelilingi oleh jurang anulus satu setengah meter, dan kemudian lapisan tebal (1-1.8 meter) konkrit bertetulang mengikuti. Kubah cangkerang juga dilindungi oleh lapisan konkrit bertetulang setebal 0.5 meter.
Berikutan cangkang anti-kecemasan, bangunan pelindung lain disusun - bangunan tambahan - bersaiz 100 kali 115 meter, yang memenuhi keperluan pembinaan anti-seismik. Kenapa bukan 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 peluru kecemasan dikira sebagai tekanan berlebihan kepada 0.5 atmosfera, dan kepada 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 mungkin tidak berlaku sama sekali, kerana mesti ada jaminan untuk saluran paip dan untuk semua bahagian lain pemasangan nuklear.
Daripada buku Tidak Diketahui, Ditolak atau Tersembunyi pengarang Tsareva Irina Borisovna Dari buku Great Soviet Encyclopedia (PR) pengarang TSB Daripada buku Great Soviet Encyclopedia (RE) pengarang TSB Dari buku Great Soviet Encyclopedia (RACUN) pengarang TSBAmunisi nuklear Amunisi nuklear, hulu peledak peluru berpandu, torpedo, bom penerbangan (kedalaman), tembakan artileri, periuk api darat dengan caj nuklear. Direka untuk memukul pelbagai sasaran, memusnahkan kubu, struktur dan tugas lain. Tindakan Ya. berasaskan
Daripada buku Kamus Ensiklopedia perkataan bersayap dan ungkapan pengarang Serov Vadim Vasilievich Daripada buku Operasi pencawang elektrik dan suis pengarang Krasnik V.V. Dari buku 100 rahsia besar Timur [dengan ilustrasi] pengarang Nepomniachtchi Nikolai Nikolaevich Dari buku Ensiklopedia Besar mengetin pengarang Semikova Nadezhda Alexandrovna Daripada buku Great Encyclopedia of Technology pengarang Pasukan pengarang Daripada buku Bestseller in a Million. Cara menulis, menerbitkan dan mempromosikan buku terlaris anda pengarang Maslennikov Roman MikhailovichMungkin Platos mereka sendiri / Dan fikiran cepat Newton / tanah Rusia melahirkan Dari ode "Pada hari kenaikan takhta Empress Elizabeth" (1747) oleh Mikhail Vasilyevich Lomonosov (1711 - 1765) "Nevton" - sebutan lama nama itu fizik Inggeris dan matematik Ishak
Dari buku pengarangApa yang boleh memiliki Platos / Dan Newton yang cerdik / tanah Rusia melahirkan Dari "Ode pada hari kenaikan kepada Takhta seluruh Rusia Duli Yang Maha Mulia Maharani Elisaveta Petrovna 1747 ”Mikhail Vasilyevich Lomonosov (1711 - 1765). "Newton" -
Dari buku pengarang2.6. Pembumian neutral pengubah. Reaktor pelindapkejutan arka untuk pampasan arus kapasitif Rangkaian elektrik 35 kV dan ke bawah beroperasi dengan neutral terpencil belitan pengubah atau pembumian melalui reaktor pelindapkejutan arka, rangkaian 110 kV dan ke atas - dengan berkesan
Dari buku pengarang Dari buku pengarang Dari buku pengarangReaktor kimia Reaktor kimia ialah peranti yang menyediakan tindak balas kimia. Mereka berbeza dalam reka bentuk, keadaan tindak balas, keadaan bahan yang berinteraksi dalam reaktor (kepekatan, tekanan, suhu). Bergantung kepada
Dari buku pengarangTiga bahagian untuk yang terpantas Buku ini kecil, jadi disusun dengan sengaja. Sungguh tendangan ajaib! Kami membacanya - kami melakukannya - kami mendapat hasilnya. Sekarang akan ada tiga bahagian untuk yang paling aktif. Jika anda memahami dengan cepat, lima halaman ini sudah cukup untuk anda selesaikan
Apabila kita diberitahu, sebagai contoh, bahawa "loji kuasa solar dengan kapasiti 1200 MW telah dibina", ini tidak bermakna sama sekali loji kuasa solar ini akan membekalkan tenaga elektrik sebanyak yang dilakukan oleh reaktor nuklear VVER-1200. Panel solar tidak boleh berfungsi pada waktu malam - oleh itu, jika purata sepanjang musim, ia terbiar selama setengah hari, dan ini sudah mengurangkan faktor kapasiti sebanyak separuh. Panel solar, walaupun jenis terbaru, berfungsi lebih teruk dalam cuaca mendung, dan nilai purata juga tidak menggalakkan di sini - awan dengan hujan dan salji, kabus mengurangkan IUM sebanyak separuh lagi. "SPS dengan kapasiti 1200 MW" kedengaran kuat, tetapi anda perlu ingat angka 25% - kapasiti ini hanya boleh digunakan secara teknologi sebanyak ¼.
Panel solar, tidak seperti loji kuasa nuklear, tidak berfungsi selama 60-80 tahun, tetapi selama 3-4 tahun, kehilangan keupayaan untuk menukar cahaya matahari dalam elektrik. Anda boleh, sudah tentu, bercakap tentang beberapa jenis "mengurangkan kos penjanaan", tetapi ini, selepas semua, secara terang-terangan licik. Loji tenaga solar memerlukan kawasan yang luas di wilayah itu, setakat ini tiada siapa yang benar-benar menangani masalah mengitar semula panel solar yang telah habis di mana-mana sahaja. Penggunaan akan memerlukan pembangunan teknologi yang agak serius, yang tidak menyenangkan alam sekitar. Jika kita bercakap tentang loji kuasa yang menggunakan angin, maka perkataan itu harus digunakan hampir sama, kerana dalam kes ini, ICF adalah kira-kira satu perempat daripada kapasiti terpasang. Sama ada bukannya angin yang tenang, atau angin dengan kekuatan sedemikian yang memaksa "kilang" berhenti, kerana ia mengancam integriti strukturnya.
Perubahan cuaca tenaga tenaga boleh diperbaharui
Tiada jalan keluar dari "tumit Achilles" kedua RES. Loji janakuasa berasaskannya tidak berfungsi apabila tenaga elektrik yang mereka jana diperlukan oleh pengguna, tetapi apabila cuaca cerah di luar atau angin mempunyai kekuatan yang sesuai. Ya, loji kuasa sedemikian boleh menjana elektrik, tetapi bagaimana jika grid kuasa tidak dapat menerimanya? Angin bertiup pada waktu malam, anda boleh menghidupkan loji kuasa angin (loji kuasa), tetapi pada waktu malam anda dan saya tidur, dan perusahaan tidak berfungsi. Ya, loji janakuasa tradisional yang berasaskan sumber boleh diperbaharui, seperti loji kuasa hidroelektrik, mampu mengatasi masalah ini dengan meningkatkan pelepasan air terbiar (“melepasi turbin”) atau hanya mengumpul air dalam takungannya, tetapi sekiranya berlaku banjir, ia tidak begitu mudah bagi mereka. Dan untuk loji tenaga suria dan angin, teknologi penyimpanan tenaga tidak begitu dibangunkan untuk "menjimatkan" tenaga elektrik yang dijana buat masa apabila penggunaan dalam rangkaian meningkat.
Terdapat juga bahagian lain syiling. Adakah pelabur akan melabur dalam pembinaan, katakan, loji janakuasa gas di wilayah di mana panel solar dipasang dalam kuantiti yang banyak? Bagaimana untuk membayar balik wang yang dilaburkan, jika loji kuasa "anda" tidak berfungsi separuh masa? Tempoh bayaran balik, faedah bank... "Oh, kenapa saya perlu sakit kepala!"- mengisytiharkan kapitalis berhati-hati dan tidak membina apa-apa. Dan kami mengalami anomali cuaca, hujan turun selama seminggu dalam keadaan tenang. Dan tangisan pengguna yang marah, terpaksa menjalankan penjana diesel di halaman depan, bergabung menjadi dengung. Anda tidak boleh memaksa pelabur untuk membina loji kuasa haba dengan sepakan, mereka tidak akan mengambil risiko tanpa faedah dan subsidi daripada kerajaan. Dan dalam apa jua keadaan, ini menjadi beban tambahan pada belanjawan negeri, dan juga jika negeri itu, setelah tidak menemui pelabur yang menampung, membina loji kuasa haba sendiri.
Kami diberitahu banyak tentang berapa banyak panel solar yang digunakan di Jerman, bukan? Tetapi pada masa yang sama, bilangan loji janakuasa yang beroperasi pada lignit tempatan semakin meningkat di negara ini, tanpa belas kasihan melemparkan ke atmosfera "tse o two" yang sama, yang mesti diperjuangkan, memenuhi syarat-syarat Perjanjian Paris 2015. "Loji janakuasa coklat" terpaksa membina kerajaan persekutuan Jerman, badan pentadbir negeri persekutuan - mereka tidak mempunyai pilihan lain, jika tidak, peminat "tenaga hijau" yang sama akan turun ke jalan dengan bantahan kerana fakta bahawa tidak ada arus dalam soket mereka, yang pada waktu petang anda perlu duduk di tepi obor.
Kami membesar-besarkan, sudah tentu - tetapi hanya untuk membuat keadaan yang tidak masuk akal lebih jelas. Sekiranya penjanaan elektrik dalam erti kata literal bergantung pada cuaca, maka ternyata secara teknikal mustahil untuk memenuhi keperluan asas untuk elektrik disebabkan oleh matahari dan angin. Ya, secara teorinya adalah mungkin untuk menjerat seluruh Eropah dengan Afrika dengan talian kuasa tambahan (talian kuasa) supaya arus dari Sahara yang cerah datang ke rumah-rumah di pantai yang suram laut Utara, tetapi kos wang yang agak luar biasa, tempoh bayaran balik yang menghampiri infiniti. Di sebelah setiap loji tenaga suria untuk menyimpan loji janakuasa arang batu atau gas? Kami ulangi, tetapi pembakaran sumber tenaga hidrokarbon di loji kuasa tidak memungkinkan untuk mematuhi sepenuhnya peruntukan Perjanjian Paris mengenai pengurangan pelepasan CO 2.
Loji kuasa nuklear sebagai asas "tenaga hijau"
Jalan mati? Bagi negara-negara yang telah memutuskan untuk menyingkirkan tenaga nuklear - ia adalah dia. Sudah tentu, mereka sedang mencari jalan keluar daripadanya. Mereka sedang menambah baik sistem pembakaran arang batu dan gas, meninggalkan loji janakuasa yang menggunakan bahan api minyak, berusaha untuk meningkatkan kecekapan relau, penjana wap, dandang, dan meningkatkan usaha untuk menggunakan teknologi penjimatan tenaga. Ia bagus, ia berguna, ia adalah satu kemestian. Tetapi Rusia dan dia Rosatom menawarkan pilihan yang lebih radikal - untuk membina loji kuasa nuklear.
Pembinaan NPP, Foto: rusatom-overseas.com
Adakah ini kelihatan paradoks kepada anda? Mari kita lihat dari segi logiknya. Pertama, tiada pelepasan CO 2 daripada reaktor nuklear seperti itu - tidak ada tindak balas kimia, nyalaan api tidak mengaum dengan ganas di dalamnya. Oleh itu, pemenuhan syarat Perjanjian Paris "adalah." Perkara kedua ialah skala penjanaan elektrik di loji kuasa nuklear. Dalam kebanyakan kes, tapak loji kuasa nuklear terdapat sekurang-kurangnya dua, malah keempat-empat reaktor, jumlah kapasiti terpasangnya adalah besar, dan faktor kapasiti secara konsisten melebihi 80%. "Terobosan" tenaga elektrik ini mencukupi untuk memenuhi keperluan bukan satu bandar, tetapi seluruh wilayah. Itu hanya reaktor nuklear "tidak suka" apabila mereka menukar kuasa mereka. Maaf, sekarang akan terdapat sedikit butiran teknikal untuk menjelaskan maksud kami.
Sistem kawalan dan perlindungan reaktor nuklear
Prinsip operasi reaktor kuasa secara skematik tidak begitu rumit. Tenaga nukleus atom ditukar kepada tenaga haba penyejuk, tenaga haba ditukar menjadi tenaga mekanikal pemutar penjana, yang seterusnya, ditukar kepada tenaga elektrik.
Atom - terma - mekanikal - elektrik, sejenis kitaran tenaga.
Akhirnya, kuasa elektrik reaktor bergantung kepada kuasa tindak balas rantai atom terkawal pembelahan bahan api nuklear. Kami menekankan - dikawal dan diurus. Apa yang berlaku jika tindak balas berantai menjadi tidak terkawal dan terkawal, kami, malangnya, telah mengetahui dengan baik sejak 1986.
Bagaimanakah perjalanan tindak balas berantai dikawal dan dikawal, apakah yang perlu dilakukan supaya tindak balas tidak segera merebak ke seluruh isipadu uranium yang terkandung dalam "dadang atom"? Kami mengingati kebenaran biasa sekolah, tanpa pergi ke butiran saintifik fizik nuklear - ini sudah cukup.
Apakah tindak balas berantai "pada jari", jika seseorang terlupa: satu neutron terbang masuk, tersingkir dua neutron, dua neutron tersingkir empat, dan seterusnya. Jika bilangan neutron yang sangat bebas ini menjadi terlalu besar, tindak balas pembelahan akan merebak ke seluruh isipadu uranium, mengancam untuk berkembang menjadi "big bang." Boleh, letupan nuklear tidak berlaku, ia memerlukan kandungan isotop uranium-235 dalam bahan api melebihi 60%, dan dalam reaktor kuasa pengayaan bahan api tidak melebihi 5%. Tetapi walaupun tanpa letupan atom, masalah akan lebih tinggi daripada kepala mereka. Penyejuk akan menjadi terlalu panas, tekanannya dalam saluran paip akan meningkat secara superkritikal, selepas pecahnya, integriti pemasangan bahan api mungkin dilanggar dan itu sahaja. bahan radioaktif keluar dari reaktor, mencemarkan kawasan sekeliling secara gila, pecah ke atmosfera. Walau bagaimanapun, butiran bencana Chernobyl diketahui oleh semua, kami tidak akan mengulangi diri kami sendiri.
Kemalangan di loji tenaga nuklear Chernobyl, Foto: meduza.io
Salah satu komponen utama mana-mana reaktor nuklear ialah sistem kawalan dan perlindungan. Neutron bebas tidak boleh lebih daripada nilai yang dikira dengan ketat, tetapi mereka juga tidak boleh kurang daripada nilai ini - ini akan membawa kepada pereputan tindak balas berantai, loji kuasa nuklear hanya akan "berdiri". Di dalam reaktor mesti ada bahan yang menyerap lebihan neutron, tetapi dalam jumlah yang membolehkan tindak balas berantai diteruskan. Ahli fizik atom telah lama mengetahui bahan yang melakukan ini dengan terbaik - isotop boron-10, jadi sistem kawalan dan perlindungan juga dipanggil "boron".
Rod boron termasuk dalam reka bentuk reaktor dengan grafit dan penyederhanaan air; mereka mempunyai saluran teknologi yang sama seperti untuk unsur bahan api dan unsur bahan api. Pembilang neutron dalam reaktor beroperasi secara berterusan, secara automatik memerintahkan sistem yang mengawal rod boron untuk menggerakkan rod, merendam atau mengeluarkannya dari reaktor. Pada permulaan sesi bahan api, terdapat banyak uranium dalam reaktor - rod boron direndam lebih dalam. Masa berlalu, uranium terbakar, dan rod boron mula diekstrak secara beransur-ansur - bilangan neutron bebas mesti kekal malar. Ya, kami perhatikan bahawa terdapat juga rod boron "kecemasan" "bergantung" di atas reaktor. Dalam kes pelanggaran yang boleh menyebabkan tindak balas berantai di luar kawalan, mereka menjunam ke dalam reaktor serta-merta, membunuh tindak balas berantai dalam tunas. Saluran paip pecah, kebocoran penyejuk berlaku - ini adalah risiko terlalu panas, rod boron kecemasan berfungsi serta-merta. Mari hentikan reaksi dan perlahan-lahan memikirkan apa sebenarnya yang berlaku dan bagaimana untuk menyelesaikan masalah, dan risiko harus dikurangkan kepada sifar.
Neutron berbeza, tetapi kita mempunyai satu boron
Logik mudah, seperti yang anda lihat, menunjukkan bahawa meningkatkan dan mengurangkan output kuasa reaktor nuklear - "manuver kuasa", seperti yang dikatakan jurutera kuasa - adalah kerja yang sangat sukar, yang berdasarkan fizik nuklear, mekanik kuantum. Sedikit lagi "deep into the process", tidak terlalu jauh, jangan takut. Dalam mana-mana tindak balas pembelahan bahan api uranium, neutron bebas sekunder terbentuk - yang sama yang "menghancurkan dua neutron" dalam formula sekolah. Dalam reaktor kuasa, dua neutron sekunder terlalu banyak; untuk kebolehkawalan dan kebolehkawalan tindak balas, pekali 1.02 diperlukan. 100 neutron terbang masuk, mengeluarkan 200 neutron, dan daripada 200 neutron sekunder ini, 98 harus "makan", menyerap boron-10 yang sama. Boron menyekat aktiviti berlebihan, kami memberitahu anda dengan pasti.
Tetapi ingat apa yang berlaku jika anda memberi makan kanak-kanak dengan baldi ais krim - dia makan 5-6 hidangan pertama dengan senang hati, dan kemudian pergi, kerana dia "tidak sesuai lagi." Manusia terdiri daripada atom, dan oleh itu watak atom bukanlah sesuatu yang istimewa daripada kita. Boron-10 boleh makan neutron, tetapi bukan jumlah yang tidak terhingga, "tidak sesuai lagi" yang sama pasti akan datang. Berjanggut dalam kot putih di loji kuasa nuklear mengesyaki bahawa ramai orang meneka bahawa saintis nuklear kekal sebagai kanak-kanak yang ingin tahu, jadi mereka cuba menggunakan sebanyak mungkin perbendaharaan kata "dewasa". Boron dalam leksikon mereka tidak "dimakan oleh neutron", tetapi "terbakar" - ini kedengaran lebih kukuh, anda lihat. Satu cara atau yang lain, tetapi setiap keperluan grid kuasa untuk "membisukan reaktor" membawa kepada kehabisan sistem perlindungan dan kawalan boron yang lebih teruk, menyebabkan kesukaran tambahan.
Model reaktor pada neutron "pantas", Foto: topwar.ru
Dengan pekali 1.02, segala-galanya juga tidak begitu mudah, kerana sebagai tambahan kepada neutron sekunder yang cepat yang timbul sejurus selepas tindak balas pembelahan, terdapat juga yang tertunda. Selepas pembelahan, atom uranium runtuh, dan neutron juga terbang keluar daripada serpihan ini, tetapi selepas beberapa mikrosaat. Terdapat sedikit daripada mereka berbanding yang segera, hanya kira-kira 1%, tetapi dengan pekali 1.02 mereka sangat penting, kerana 1.02 adalah peningkatan hanya 2%. Oleh itu, pengiraan jumlah boron mesti dilakukan dengan ketepatan perhiasan, sentiasa mengimbangi garisan halus"tindak balas di luar kawalan - penutupan reaktor tidak berjadual." Oleh itu, sebagai tindak balas kepada setiap permintaan "beri gas!" atau "perlahan, mengapa anda begitu bersemangat!" tindak balas berantai peralihan NPP bertugas bermula, apabila setiap jurutera nuklear daripada komposisinya menawarkan lebih banyak ungkapan idiomatik ...
Dan sekali lagi mengenai loji tenaga nuklear sebagai asas "tenaga hijau"
Sekarang mari kita kembali ke tempat yang kita tinggalkan - pada kapasiti penjanaan kuasa yang besar, di kawasan yang luas yang disediakan oleh loji kuasa nuklear. Bagaimana lebih banyak wilayah- topik lebih banyak kemungkinan letakkan di atasnya loji kuasa yang beroperasi pada sumber tenaga boleh diperbaharui. Lebih banyak ES sedemikian, lebih tinggi kebarangkalian bahawa penggunaan puncak akan bertepatan dengan tempoh generasi terbesar mereka. Di sinilah datangnya tenaga elektrik dari panel solar, dari sinilah tenaga angin datang, di sinilah gelombang pasang surut berjaya melanda tepi, dan bersama-sama mereka akan melancarkan beban puncak, membolehkan saintis nuklear di loji tenaga nuklear untuk minum teh dengan tenang, melihat dengan membosankan, tanpa gangguan, kaunter neutron.
Tenaga Boleh Diperbaharui, hsto.org
Lebih tenang keadaan di loji tenaga nuklear, lebih gemuk burghers boleh menjadi, kerana mereka boleh terus memanggang sosej mereka tanpa sebarang masalah. Seperti yang anda lihat, tidak ada yang paradoks dalam gabungan RES berdasarkan sumber tenaga boleh diperbaharui dan penjanaan nuklear sebagai asas, semuanya betul-betul bertentangan - gabungan sedemikian, jika dunia telah memutuskan secara serius untuk melawan pelepasan CO 2, adalah jalan terbaik keluar dari situasi ini, sama sekali tidak membatalkan semua pilihan pemodenan dan penambahbaikan loji kuasa haba, yang kami bincangkan.
Meneruskan "gaya kanggaru", kami mencadangkan "melompat" ke ayat pertama artikel ini - tentang keterbatasan mana-mana sumber tenaga tradisional di planet Bumi. Oleh kerana itu, hala tuju utama pembangunan tenaga adalah penaklukan tindak balas termonuklear, tetapi teknologinya adalah sangat kompleks, ia memerlukan usaha bersama saintis dan pereka yang diselaraskan dari semua negara, pelaburan yang serius dan kerja keras selama bertahun-tahun. Berapa banyak masa yang diperlukan, kini anda boleh meneka dengan alasan kopi atau bahagian dalam burung, tetapi anda perlu bertaruh, sudah tentu, pada senario yang paling pesimis. Ia adalah perlu untuk mencari bahan api yang boleh menyediakan penjanaan asas yang sama untuk tempoh yang paling lama. Minyak dan gas nampaknya penuh, tetapi populasi planet ini semakin meningkat, dan kerajaan-kerajaan baru dan baru sedang berusaha untuk tahap penggunaan yang sama seperti di negara-negara "bilion emas". Menurut anggaran ahli geologi, terdapat 100-150 tahun lagi bahan api hidrokarbon fosil di Bumi, melainkan penggunaan berkembang pada kadar yang lebih pantas berbanding pada masa sekarang. Dan nampaknya ia akan berlaku, kerana penduduk negara membangun merindui peningkatan tahap keselesaan ...
Reaktor neutron pantas
Jalan keluar dari situasi semasa yang dicadangkan oleh projek nuklear Rusia diketahui, ia adalah penutupan kitaran bahan api nuklear dengan melibatkan reaktor pembiak nuklear, reaktor neutron cepat, dalam proses. Pembiak baka ialah reaktor di mana, hasil daripada sesi bahan api, lebih banyak bahan api nuklear dihasilkan pada keluaran daripada yang asalnya dimuatkan, reaktor pembiak baka. Mereka yang masih belum melupakan kursus tersebut fizik sekolah, mungkin bertanya soalan: maafkan saya, tetapi bagaimana dengan undang-undang pemuliharaan jisim? Jawapannya mudah - tidak mungkin, kerana dalam reaktor nuklear kedua-dua proses adalah nuklear, dan undang-undang pemuliharaan jisim tidak beroperasi dalam bentuk klasiknya.
Albert Einstein lebih daripada seratus tahun yang lalu, dalam teori relativiti khas, menghubungkan jisim dan tenaga bersama-sama, dan dalam reaktor nuklear teori ini adalah amalan murni. Jumlah tenaga yang disimpan, tetapi mengenai pemuliharaan jumlah orang ramai dalam kes ini adalah di luar persoalan. Dalam atom bahan api nuklear, rizab tenaga yang besar "tidur", yang dibebaskan akibat tindak balas pembelahan, kita menggunakan sebahagian daripada rizab ini untuk faedah kita sendiri, dan bahagian lain secara mengejutkan mengubah atom uranium-238 menjadi campuran atom isotop plutonium. Reaktor neutron yang cepat, dan hanya mereka, memungkinkan untuk menjadikan komponen utama bijih uranium, uranium-238, menjadi sumber bahan api. Rizab uranium-235 habis dalam kandungan, yang tidak digunakan dalam reaktor atom terma uranium-238, terkumpul semasa operasi loji kuasa nuklear pada neutron haba, berjumlah ratusan ribu tan, yang tidak lagi perlu dilombong dari lombong, yang tidak lagi perlu "dicengkeram" dari batu sisa - ia di loji pengayaan uranium jumlah yang luar biasa.
Bahan api MOX "di jari"
Secara teorinya jelas, tetapi tidak sepenuhnya, jadi mari cuba lagi "pada jari". Nama "bahan api MOX" hanyalah huruf Abjad Slavik singkatan bahasa Inggeris bertulis yang dieja MOH. Penyahsulitan - Bahan api Campuran Oksida, terjemahan percuma - "bahan api daripada oksida campuran." Pada asasnya, istilah ini difahami sebagai campuran plutonium oksida dan uranium oksida, tetapi ini hanya pada asasnya. Oleh kerana rakan kongsi Amerika kami yang dihormati tidak dapat menguasai teknologi untuk menghasilkan bahan api MOX daripada plutonium gred senjata, Rusia juga meninggalkan pilihan ini. Tetapi loji yang kami bina telah direka bentuk terlebih dahulu sebagai loji universal - ia mampu menghasilkan bahan api MOX daripada bahan api nuklear bekas daripada reaktor haba. Jika ada yang telah membaca artikel tersebut Geoenergetics.ru pada kesempatan ini, dia masih ingat bahawa isotop plutonium 239, 240 dan 241 dalam bahan api nuklear terpakai sudah "bercampur" - terdapat 1/3 daripadanya setiap satu, jadi terdapat campuran plutonium dalam bahan api MOX yang dihasilkan daripada bahan api nuklear terpakai, seperti campuran di dalam campuran.
Bahagian kedua campuran utama ialah uranium yang habis. Melebihkan: kami mengambil campuran plutonium oksida yang diekstrak daripada bahan api nuklear terpakai menggunakan proses PUREX, menambah uranium-238 tanpa pemilik dan mendapatkan bahan api MOX. Pada masa yang sama, uranium-238 tidak mengambil bahagian dalam tindak balas berantai, hanya campuran isotop plutonium "terbakar". Tetapi uranium-238 bukan hanya "hadir" - kadang-kadang, dengan berat hati, dari semasa ke semasa ia mengambil satu neutron ke dalam dirinya sendiri, bertukar menjadi plutonium-239. Sebahagian daripada plutonium baharu ini serta-merta "terbakar", dan sesetengahnya tidak mempunyai masa untuk melakukan ini sebelum tamat sesi bahan api. Itu, sebenarnya, adalah rahsia keseluruhannya.
Angka-angka adalah bersyarat, diambil dari siling, hanya untuk kejelasan. Komposisi awal bahan api MOX mengandungi 100 kilo plutonium oksida dan 900 kilo uranium-238. Semasa plutonium "terbakar", 300 kilo uranium-238 bertukar menjadi plutonium tambahan, yang mana 150 kilo segera "terbakar", dan 150 kilo tidak sempat. Mereka mengeluarkan himpunan bahan api, "tergoncang" plutonium daripadanya, tetapi ternyata 50 kilo lebih daripada asalnya. Nah, atau inilah perkara yang sama, tetapi pada kayu api: Saya melemparkan 2 batang kayu ke dalam peti api, dapur anda panas sepanjang malam, dan pada waktu pagi anda mengeluarkannya ... tiga batang kayu. Daripada 900 kg uranium-238 yang tidak berguna, yang tidak mengambil bahagian dalam tindak balas berantai, apabila ia digunakan sebagai sebahagian daripada bahan api MOX, 150 kilo bahan api diperolehi, yang segera "terbakar" untuk faedah kita, malah 150 kilo kekal. untuk kegunaan selanjutnya. Dan tempat pembuangan ini, uranium-238 yang tidak berguna telah menjadi 300 kilo kurang, yang juga tidak buruk.
Nisbah sebenar uranium-238 yang habis dan plutonium dalam bahan api MOX, tentu saja, berbeza, kerana dengan kehadiran 7% plutonium dalam bahan api MOX, campuran itu berkelakuan hampir sama dengan bahan api uranium konvensional dengan pengayaan dalam uranium-235 daripada kira-kira 5%. Tetapi angka yang kami cipta menunjukkan prinsip utama Bahan api MOX - uranium-238 yang tidak berguna bertukar menjadi bahan api nuklear, rizabnya yang besar menjadi sumber tenaga. Mengikut anggaran kasar, jika kita mengandaikan bahawa di Bumi kita berhenti menggunakan bahan api hidrokarbon untuk penjanaan elektrik dan beralih hanya kepada penggunaan uranium-238, kita akan mempunyai cukup untuk 2,500 hingga 3,000 tahun. Margin masa yang agak baik untuk mempunyai masa untuk menguasai teknologi pelakuran termonuklear terkawal.
Bahan api MOX memungkinkan untuk menyelesaikan masalah lain secara serentak - untuk mengurangkan simpanan bahan api nuklear terpakai yang terkumpul di semua negara anggota "kelab nuklear" dan untuk mengurangkan jumlah sisa radioaktif yang terkumpul dalam bahan api nuklear terpakai. Ini bukan tentang beberapa sifat hebat bahan api MOX, semuanya lebih prosaik. Jika bahan api nuklear yang dibelanjakan tidak digunakan, tetapi seseorang cuba menghantarnya ke pelupusan geologi kekal, maka semua sisa peringkat tinggi yang terkandung di dalamnya perlu dihantar ke pelupusan bersama-sama dengannya. Tetapi penggunaan teknologi untuk memproses bahan api nuklear yang dibelanjakan untuk mengekstrak plutonium daripadanya memaksa kita untuk mengurangkan jumlah sisa radioaktif ini. Dalam perjuangan untuk penggunaan plutonium, kita hanya dipaksa untuk memusnahkan sisa radioaktif, tetapi pada masa yang sama, proses pemusnahan sedemikian menjadi lebih murah - lagipun, plutonium digunakan.
Bahan api MOX adalah keseronokan mahal yang perlu dibuat murah
Pada masa yang sama, pengeluaran bahan api MOX di Rusia bermula baru-baru ini, walaupun pada reaktor neutron pantas yang paling terbaharu dan paling maju dari segi teknologi - BN-800, peralihan kepada 100% penggunaan bahan api MOX berlaku dalam talian, juga belum selesai. . Adalah wajar bahawa pada masa ini pengeluaran bahan api MOX lebih mahal daripada pengeluaran uranium tradisional. Mengurangkan kos pengeluaran, seperti dalam mana-mana industri lain, adalah mungkin, pertama sekali, disebabkan oleh pengeluaran besar-besaran, "baris pemasangan".
Akibatnya, agar penutupan kitaran bahan api nuklear dapat dilaksanakan secara ekonomi, Rusia memerlukan lebih banyak reaktor neutron pantas; ini harus menjadi garis strategik untuk pembangunan tenaga nuklear. Lebih banyak reaktor - bagus dan berbeza!
Pada masa yang sama, adalah perlu untuk tidak melupakan kemungkinan kedua menggunakan bahan api MOX - sebagai bahan api untuk reaktor VVER. Reaktor neutron pantas mencipta jumlah plutonium tambahan yang mereka sendiri tidak boleh gunakan lagi - mereka tidak memerlukan terlalu banyak, terdapat plutonium yang mencukupi untuk reaktor VVER. Kami telah menulis di atas bahawa bahan api MOX, di mana 93% daripada uranium-238 yang habis adalah 7% daripada plutonium, berkelakuan hampir sama dengan bahan api uranium konvensional. Ya, hanya penggunaan bahan api MOX dalam reaktor haba membawa kepada penurunan kecekapan penyerap neutron yang digunakan dalam VVER. Sebabnya ialah boron-10 menyerap neutron pantas dengan lebih teruk - ini adalah ciri fizikalnya yang tidak boleh kita pengaruhi dalam apa cara sekalipun. Masalah yang sama timbul dengan rod boron kecemasan, yang tujuannya adalah untuk menghentikan serta-merta tindak balas berantai sekiranya berlaku situasi kecemasan.
Jalan keluar yang munasabah ialah mengurangkan jumlah bahan api MOX dalam VVER kepada 30-50%, yang telah pun dilaksanakan di beberapa reaktor air ringan di Perancis, Jepun dan negara lain. Tetapi walaupun dalam kes ini, mungkin perlu untuk memodenkan sistem boron dan menjalankan semua justifikasi keselamatan yang diperlukan, kerjasama dengan pihak berkuasa penyeliaan IAEA untuk mendapatkan lesen untuk penggunaan bahan api MOX dalam reaktor haba. Atau, secara ringkasnya, bilangan rod boron perlu ditambah, kedua-dua yang bertujuan untuk kawalan dan yang "disimpan" sekiranya berlaku kecemasan. Tetapi hanya pembangunan teknologi ini akan memungkinkan untuk berpindah ke pengeluaran besar-besaran bahan api jenis ini, untuk mengurangkan kos pengeluarannya. Pada masa yang sama, ini akan membolehkan untuk menyelesaikan masalah mengurangkan jumlah bahan api nuklear yang dibelanjakan dengan lebih aktif, dan untuk menggunakan lebih aktif rizab uranium yang telah habis.
Prospek sudah dekat, tetapi jalannya tidak mudah
Pembangunan teknologi ini, digabungkan dengan pembinaan reaktor-penternak plutonium gred kuasa - reaktor pada neutron pantas akan membolehkan Rusia bukan sahaja menutup kitaran bahan api nuklear, tetapi juga menjadikannya menarik dari segi ekonomi. Terdapat juga prospek yang baik untuk penggunaan bahan api MNUP (bahan api uranium-plutonium nitrida campuran). Perhimpunan bahan api eksperimen, yang disinari di reaktor BN-600 pada 2016, telah pun membuktikan keberkesanannya dalam ujian reaktor dan hasil kajian pasca reaktor. Keputusan yang diperoleh digunakan untuk meneruskan kerja mengenai justifikasi penggunaan bahan api MNUP dalam penciptaan kemudahan reaktor BREST-300 dan modul di tapak untuk pengeluaran bahan api MNUP kompleks demonstrasi perintis yang sedang dalam pembinaan di Seversk. BREST-300 akan membolehkan untuk terus membangunkan teknologi yang diperlukan untuk penutupan lengkap kitaran bahan api nuklear, untuk menyediakan lebih banyak penyelesaian yang lengkap masalah bahan api nuklear terpakai dan sisa radioaktif, untuk melaksanakan ideologi "kembali kepada alam semula jadi sebanyak radioaktiviti seperti yang diekstrak." Reaktor BREST-300, seperti reaktor BN, adalah reaktor neutron pantas, yang hanya menekankan ketepatan arah strategik untuk pembangunan tenaga nuklear - gabungan reaktor sejukan air dan reaktor neutron pantas.
Menguasai teknologi 100% penggunaan bahan api MOX di BN-800 juga menyediakan kemungkinan mencipta reaktor BN-1200, yang bukan sahaja lebih berkuasa, tetapi juga lebih menguntungkan dari segi ekonomi. Keputusan untuk mencipta reaktor BN-1200 di Rusia telah dibuat, yang bermaksud bahawa kadar kerja penyelidikan oleh pakar nuklear hanya perlu meningkat, dan penciptaan MBIR, yang dijadualkan pada 2020, dapat membantu dengan ketara dalam menyelesaikan semua masalah, dalam menguasai teknologi penutupan lengkap kitaran nuklear bahan api. Rusia adalah dan kekal satu-satunya negara yang mencipta reaktor kuasa neutron pantas, memastikan kepimpinan dunia kita dalam bidang tenaga nuklear yang penting ini.
Sudah tentu, semua yang diberitahu hanyalah kenalan pertama dengan ciri-ciri reaktor neutron pantas, tetapi kami akan cuba meneruskan, kerana topik ini penting dan, pada pendapat kami, agak menarik.
Bersentuhan dengan
Pidato sebagai prototaip kewartawanan
Petikan tentang Napoleon - dslinkov — LiveJournal
Saya membalas dendam Lelaki di atas jentolak memusnahkan bandar itu