Reaktor nuklir: prinsip-prinsip operasi, dan sirkuit Unit

Desain dan operasi reaktor nuklir berdasarkan inisialisasi dan kontrol reaksi nuklir mandiri. Hal ini digunakan sebagai alat penelitian untuk produksi isotop radioaktif dan sebagai sumber energi untuk pembangkit listrik tenaga nuklir.

reaktor nuklir: prinsip operasi (pendek)

Digunakan disini proses fisi di mana inti berat terbagi menjadi dua fragmen yang lebih kecil. Fragmen ini berada dalam keadaan yang sangat bersemangat dan memancarkan neutron, dan partikel subatomik lain dan foton. Neutron dapat menyebabkan perpecahan baru sebagai hasil dari yang mereka dipancarkan bahkan lebih, dan sebagainya. Ini terus menerus jumlah mandiri dari disintegrasi disebut reaksi berantai. Pada saat yang sama, sejumlah besar energi, produksi yang merupakan tujuan dari penggunaan tenaga nuklir.

Prinsip operasi dari reaktor nuklir dan pembangkit listrik tenaga nuklir adalah seperti bahwa 85% dari energi koloni membelah dilepaskan dalam waktu yang sangat singkat setelah awal reaksi. Bagian yang tersisa dihasilkan oleh peluruhan radioaktif dari produk fisi, setelah mereka menolak neutron. peluruhan radioaktif adalah proses di mana atom mencapai keadaan stabil. Ia melanjutkan dan setelah divisi.

The atom reaksi berantai bom meningkatkan intensitas, sampai sebagian besar materi yang akan dibagi. Hal ini terjadi sangat cepat, menghasilkan ledakan yang sangat kuat karakteristik bom tersebut. Mekanisme dan pengoperasian reaktor nuklir berdasarkan pada prinsip mempertahankan reaksi berantai pada tingkat hampir konstan diatur. Hal ini dirancang agar meledak bom sebagai atom tidak bisa.

Chain Reaction dan kritik

reaktor fisika fisi ditentukan bahwa probabilitas reaksi berantai setelah emisi neutron fisi nuklir. Jika populasi baru-baru ini menurun, tingkat divisi pada akhirnya akan jatuh ke nol. Dalam hal ini reaktor akan berada dalam keadaan subkritis. Jika populasi neutron dipertahankan pada tingkat yang konstan, tingkat fisi akan tetap stabil. Reaktor akan berada dalam kondisi kritis. Dan akhirnya, jika dari waktu ke waktu populasi neutron tumbuh, membagi kecepatan dan kekuatan akan meningkat. negara inti menjadi superkritis.

Prinsip operasi dari reaktor nuklir berikutnya. Sebelum memulai populasi neutron mendekati nol. Kemudian, operator menghapus batang kendali dari inti, meningkatkan core divisi yang sementara mengubah reaktor dalam keadaan superkritis. Setelah mencapai operator listrik dinilai sebagian kembali batang kendali, menyesuaikan jumlah neutron. Selanjutnya reaktor dipertahankan dalam kondisi kritis. Bila diperlukan untuk berhenti, operator menyisipkan batang sepenuhnya. Ini menekan divisi dan menempatkan inti dalam keadaan subkritis.

jenis reaktor

Sebagian besar energi yang ada menghasilkan panas yang diperlukan untuk menggerakkan turbin, yang menggerakkan generator listrik dari instalasi nuklir di dunia. Juga, ada banyak reaktor riset, dan beberapa negara memiliki kapal selam atau kapal permukaan, didorong oleh energi atom.

pembangkit listrik

Ada beberapa spesies dari jenis reaktor, tetapi banyak diadopsi desain air ringan. Pada gilirannya, dapat digunakan di dalam air bertekanan atau air mendidih. Dalam kasus pertama cairan tekanan tinggi dipanaskan oleh panas dari inti dan memasuki generator uap. Ada, panas dari primer ke sirkuit sekunder dilewatkan, lanjut terdiri dari air. uap yang dihasilkan pada akhirnya berfungsi sebagai fluida kerja dalam siklus turbin uap.

Reaktor adalah jenis mendidih bekerja pada prinsip siklus energi langsung. Air yang melewati inti, dibawa ke mendidih selama tingkat tekanan menengah. Jenuh uap melewati serangkaian pemisah dan pengering dibuang di bejana reaktor, sehingga negara sverhperegretoe nya. Superheated steam kemudian digunakan sebagai fluida kerja, turbin berputar.

gas-cooled suhu tinggi

reaktor suhu tinggi gas-cooled (HTGR) - reaktor nuklir, prinsip operasi didasarkan pada penggunaan grafit sebagai campuran bahan bakar bahan bakar dan mikrosfer. Ada dua desain bersaing:

• Jerman "Loose-fill" sistem, yang menggunakan unsur bahan bakar bola 60 mm, yang terdiri dari campuran bahan bakar dan grafit dalam shell grafit;
• versi Amerika dari prisma heksagonal grafit yang berpaut untuk membuat inti.

Dalam kedua kasus, cairan pendingin terdiri dari helium di bawah tekanan sekitar 100 atmosfer. Helium sistem Jerman melewati celah-celah di lapisan bola elemen bahan bakar, dan di AS - melalui bukaan di prisma grafit diatur sepanjang sumbu pusat inti reaktor. Kedua pilihan dapat beroperasi pada suhu yang sangat tinggi, karena grafit memiliki temperatur sublimasi yang sangat tinggi, dan helium kimia inert sepenuhnya. helium panas dapat digunakan secara langsung sebagai fluida kerja dalam turbin gas pada suhu tinggi atau panas dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan air siklus uap.

Cair-metal reaktor nuklir: sirkuit dan prinsip kerja

reaktor cepat dengan natrium pendingin telah menerima banyak perhatian di 1960-1970 ini. Kemudian tampaknya bahwa kemampuan mereka untuk mereproduksi bahan bakar nuklir dalam waktu dekat diminta untuk menghasilkan bahan bakar untuk industri nuklir berkembang pesat. Ketika menjadi jelas bahwa harapan ini tidak realistis, antusiasme berkurang pada 1980-an. Namun, di Amerika Serikat, Rusia, Perancis, Inggris, Jepang dan Jerman membangun serangkaian reaktor jenis ini. Kebanyakan dari mereka bekerja pada uranium dioksida atau campuran plutonium dioksida. Di Amerika Serikat, bagaimanapun, keberhasilan terbesar dicapai dengan bahan bakar logam.

CANDU

Kanada telah memfokuskan upaya pada reaktor, yang menggunakan uranium alam. Hal ini menghilangkan kebutuhan untuk pengayaan untuk menggunakan jasa negara-negara lain. Hasil dari kebijakan ini adalah reaktor deuterium-uranium (CANDU). Mengontrol dan pendinginan itu diproduksi air berat. Desain dan operasi reaktor nuklir adalah dengan menggunakan sebuah tangki dengan dingin D ₂ O pada tekanan atmosfer. area aktif meresap tabung zirkonium bahan bakar paduan dari uranium alam, di mana beredar pendingin air berat. Listrik dihasilkan dengan membagi perpindahan panas di pendingin air berat, yang beredar melalui generator uap. Uap dalam lingkaran sekunder kemudian melewati siklus turbin konvensional.

fasilitas penelitian

Untuk penelitian reaktor nuklir paling sering digunakan, prinsip yang terdiri dalam penggunaan pelat pendingin air dan bahan bakar uranium elemen dalam majelis bentuk. Mampu beroperasi di berbagai tingkat daya dari beberapa ratus kilowatt untuk megawatt. Karena pembangkit listrik bukanlah tujuan utama dari reaktor riset, mereka ditandai dengan energi panas yang dihasilkan, dan kepadatan neutron energi nominal inti. Hal ini parameter ini akan membantu untuk mengukur kemampuan reaktor riset untuk melaksanakan studi khusus. sistem daya rendah cenderung untuk beroperasi di universitas dan digunakan untuk pelatihan, dan daya tinggi yang dibutuhkan dalam laboratorium penelitian untuk menguji bahan dan karakteristik, serta untuk penelitian umum.

Penelitian reaktor nuklir paling umum, struktur dan prinsip operasi adalah sebagai berikut. daerah aktif terletak di bawah kolam renang dalam besar air. Ini memfasilitasi alokasi observasi dan saluran dimana balok neutron dapat diarahkan. Pada tingkat daya rendah tidak perlu untuk memompa cairan pendingin, untuk mempertahankan keadaan operasi yang aman dari konveksi alami pendingin memastikan pembuangan panas yang cukup. Penukar panas biasanya terletak di permukaan atau di bagian atas dari kolam renang di mana air panas akumulasi.

instalasi kapal

Kegunaan awal dan utama dari reaktor nuklir adalah penggunaannya dalam kapal selam. Keuntungan utama mereka adalah bahwa, berbeda dengan sistem pembakaran bahan bakar fosil untuk menghasilkan listrik mereka tidak memerlukan udara. Akibatnya, kapal selam nuklir dapat tetap terendam untuk waktu yang lama, dan kapal selam diesel-listrik konvensional harus secara berkala naik ke permukaan, untuk menjalankan motor udara mereka. Energi nuklir memberikan keuntungan kapal Angkatan Laut strategis. Berkat dia, tidak ada kebutuhan untuk mengisi bahan bakar di pelabuhan asing atau dari kapal tanker dengan mudah rentan.

Prinsip operasi dari reaktor nuklir pada kapal selam diklasifikasikan. Namun, diketahui bahwa di Amerika Serikat menggunakan uranium yang sangat diperkaya, dan perlambatan dan pendinginan air ringan. Desain reaktor pertama kapal selam nuklir USS Nautilus sangat dipengaruhi oleh instalasi penelitian yang kuat. Fitur unik adalah marjin reaktivitas yang sangat tinggi, memberikan jangka operasi tanpa pengisian bahan bakar dan kemampuan untuk me-restart setelah berhenti. pembangkit listrik di kapal selam harus sangat tenang, untuk menghindari deteksi. Untuk memenuhi kebutuhan spesifik dari kelas yang berbeda dari kapal selam model yang berbeda dari pembangkit listrik telah dibentuk.

Angkatan Laut AS pada kapal induk yang digunakan reaktor nuklir, prinsip yang diyakini dipinjam dari kapal selam terbesar. Rincian konstruksi mereka dan belum dipublikasikan.

Selain Amerika Serikat, kapal selam nuklir di Inggris, Prancis, Rusia, Cina dan India. Dalam setiap kasus, desain itu tidak diungkapkan, namun diyakini bahwa mereka semua sangat mirip - ini merupakan konsekuensi dari persyaratan yang sama untuk karakteristik teknis mereka. Rusia juga memiliki armada kecil dari pembuka percakapan nuklir, yang didirikan reaktor yang sama seperti pada kapal selam Soviet.

instalasi industri

Untuk tujuan produksi senjata kelas plutonium-239 menggunakan reaktor nuklir, prinsip yang terdiri dalam produktivitas yang tinggi dengan energi tingkat rendah. Hal ini disebabkan fakta bahwa jangka panjang tinggal plutonium dalam inti menyebabkan akumulasi yang tidak diinginkan ²⁴⁰ Pu.

produksi tritium

Saat ini, bahan utama dapat diperoleh dengan sistem seperti ini tritium ⁽³ H atau T) - biaya untuk bom hidrogen. Plutonium-239 memiliki waktu paruh panjang 24.100 tahun, sehingga negara dengan senjata nuklir yang menggunakan elemen ini, sebagai suatu peraturan, memiliki lebih dari yang diperlukan. Berbeda dengan ²³⁹ Pu, yang paruh tritium adalah sekitar 12 tahun. Dengan demikian, untuk menjaga persediaan yang diperlukan, isotop radioaktif ini hidrogen harus dilakukan secara terus menerus. Di AS, Sungai Savannah (South Carolina), misalnya, memiliki beberapa reaktor air berat, yang menghasilkan tritium.

daya apung

Dibuat oleh reaktor nuklir, yang mampu menyediakan listrik dan uap pemanas dihapus daerah-daerah terpencil. Di Rusia, misalnya, kami menemukan penggunaan sistem daya kecil, dirancang khusus untuk memenuhi pemukiman Arktik. Di Cina, tanaman 10-megawatt HTR-10 pasokan panas dan lembaga penelitian tenaga listrik, di mana ia berada. Pembangunan reaktor kecil secara otomatis dikontrol dengan kemampuan serupa dilakukan di Swedia dan Kanada. Pada periode 1960-1972, Angkatan Darat AS yang digunakan reaktor air kompak untuk memberikan basis terpencil di Greenland dan Antartika. Mereka digantikan oleh pembangkit listrik bahan bakar minyak.

eksplorasi ruang angkasa

Selain itu, reaktor dirancang untuk daya dan gerakan dalam ruang. Pada periode 1967-1988, Uni Soviet mendirikan instalasi nuklir kecil di "Kosmos" satelit untuk memasok peralatan dan telemetri, tapi kebijakan ini telah menjadi target kritik. Setidaknya satu dari satelit ini memasuki atmosfer bumi, menyebabkan kontaminasi radioaktif daerah terpencil dari Kanada. Amerika Serikat meluncurkan satu satelit dengan reaktor nuklir pada tahun 1965. Namun, proyek-proyek penggunaannya dalam misi ruang angkasa, penelitian berawak planet lain atau pada basis bulan permanen terus dikembangkan. Hal ini pasti menjadi reaktor gas-cooled atau cairan-logam nuklir, prinsip-prinsip fisik yang menyediakan kemungkinan suhu tertinggi yang diperlukan untuk memperkecil ukuran radiator. Juga, ruang reaktor untuk peralatan untuk menjadi seperti kompak mungkin untuk meminimalkan jumlah bahan yang digunakan untuk perisai, dan untuk mengurangi berat badan selama peluncuran dan ruang penerbangan. Kapasitas bahan bakar akan memastikan operasi reaktor selama penerbangan ruang angkasa.