เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์: หลักการการดำเนินงานและวงจรหน่วย

การออกแบบและการดำเนินงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อยู่บนพื้นฐานของการเริ่มต้นและการควบคุมตนเองอย่างยั่งยืนปฏิกิริยานิวเคลียร์ มันถูกใช้เป็นเครื่องมือในการวิจัยสำหรับการผลิตไอโซโทปกัมมันตรังสีและเป็นแหล่งพลังงานสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์: หลักการของการดำเนินงาน (สั้น)

ใช้ในที่นี้กระบวนการฟิชชันซึ่งในนิวเคลียสหนักแยกออกเป็นสองชิ้นส่วนขนาดเล็ก ชิ้นส่วนเหล่านี้อยู่ในสถานะที่ตื่นเต้นมากและปล่อยนิวตรอนและอนุภาคอื่น ๆ และโฟตอน นิวตรอนสามารถก่อให้เกิดหน่วยงานใหม่เป็นผลมาจากการที่พวกเขาจะปล่อยออกมามากยิ่งขึ้นและอื่น ๆ จำนวนนี้ด้วยตนเองอย่างยั่งยืนอย่างต่อเนื่องของการสลายเรียกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่ ในเวลาเดียวกันเป็นจำนวนมากของพลังงานที่ผลิตซึ่งเป็นจุดมุ่งหมายของการใช้พลังงานนิวเคลียร์

หลักการของการดำเนินงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นเช่นนั้น 85% ของพลังงานอาณานิคมแยกถูกปล่อยออกมาภายในเวลาที่สั้นมากหลังจากที่เริ่มต้นของการเกิดปฏิกิริยา ส่วนที่เหลือเป็นที่ผลิตโดยการสลายกัมมันตรังสีของผลิตภัณฑ์ฟิชชันหลังจากที่พวกเขาปฏิเสธนิวตรอน การสลายตัวของสารกัมมันตรังสีเป็นกระบวนการในการที่อะตอมถึงความมั่นคงของรัฐ เขายังคงและหลังส่วน

ปฏิกิริยาลูกโซ่ระเบิดปรมาณูเพิ่มความเข้มจนที่สุดของวัสดุจะถูกแบ่ง นี้เกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว, การผลิตระเบิดลักษณะที่มีประสิทธิภาพมากของระเบิดดังกล่าว กลไกและการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อยู่บนหลักการของการรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่ในการควบคุมระดับเกือบคง มันถูกออกแบบมาเพื่อให้เกิดการระเบิดระเบิดเป็นอะตอมไม่สามารถ

ปฏิกิริยาลูกโซ่และการวิจารณ์

ฟิสิกส์ฟิชชันเครื่องปฏิกรณ์จะถูกกำหนดว่าน่าจะเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่หลังจากนิวเคลียร์นิวตรอนปล่อยก๊าซเรือนกระจก หากประชากรที่ผ่านมาลดลงอัตราของการแบ่งในท้ายที่สุดจะตกไปอยู่ที่ศูนย์ ในกรณีนี้เครื่องปฏิกรณ์จะอยู่ในสภาพวิกฤติ หากประชากรนิวตรอนจะยังคงอยู่ในระดับคงที่อัตราการแยกจะยังคงมีเสถียรภาพ เครื่องปฏิกรณ์จะอยู่ในสภาพที่สำคัญ และสุดท้ายถ้าในช่วงเวลาประชากรนิวตรอนที่เติบโตขึ้นหารความเร็วและพลังงานจะเพิ่มขึ้น รัฐกลายเป็นหลัก supercritical

หลักการของการดำเนินงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ต่อไป ก่อนที่จะเริ่มประชากรนิวตรอนอยู่ใกล้กับศูนย์ จากนั้นผู้ประกอบการลบแท่งควบคุมจากหลักที่เพิ่มขึ้นส่วนแกนที่ชั่วคราวแปลงเครื่องปฏิกรณ์ในรัฐ supercritical หลังจากที่ไปถึงผู้ประกอบการพลังงานจัดอันดับบางส่วนกลับแท่งควบคุมการปรับปริมาณของนิวตรอน ต่อจากเครื่องปฏิกรณ์จะยังคงอยู่ในสภาพที่สำคัญ เมื่อมีความจำเป็นต้องหยุดการดำเนินการแทรกแท่งสมบูรณ์ นี้ยับยั้งการแบ่งและทำให้แกนในสภาพวิกฤติ

ประเภทของเครื่องปฏิกรณ์

ส่วนใหญ่ของพลังงานที่มีอยู่สร้างความร้อนที่จำเป็นในการขับรถกังหันซึ่งขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของการติดตั้งนิวเคลียร์ในโลก นอกจากนี้ยังมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์วิจัยจำนวนมากและบางประเทศมีเรือดำน้ำหรือผิวเรือขับเคลื่อนด้วยพลังงานของอะตอม

โรงไฟฟ้า

มีหลายสายพันธุ์ของชนิดของเครื่องปฏิกรณ์นี้ แต่การออกแบบของน้ำไฟการยอมรับอย่างกว้างขวาง ในทางกลับกันก็สามารถนำมาใช้ในการดันน้ำหรือน้ำเดือด ในกรณีแรกของเหลวความดันสูงความร้อนจากความร้อนของแกนและเข้าสู่เครื่องกำเนิดไอน้ำ มีความร้อนจากหลักในวงจรที่สองจะถูกส่งต่อไปประกอบไปด้วยน้ำ ไอน้ำที่สร้างขึ้นในที่สุดทำหน้าที่เป็นสารทำงานในวงจรกังหันไอน้ำ

เครื่องปฏิกรณ์เป็นชนิดเดือดทำงานบนหลักการของวงจรพลังงานโดยตรง น้ำผ่านแกนนำไปต้มมากกว่าระดับความดันปานกลาง อบไอน้ำอิ่มตัวผ่านชุดของการแยกและเครื่องเป่ามีจำหน่ายในเครื่องปฏิกรณ์ที่เกิดในรัฐ sverhperegretoe ของมัน ไอน้ำร้อนยวดยิ่งใช้แล้วเป็นของไหลทำงานที่หมุนกังหัน

อุณหภูมิสูงก๊าซระบายความร้อนด้วย

อุณหภูมิสูงเครื่องปฏิกรณ์ก๊าซระบายความร้อนด้วย (HTGR) - เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หลักการของการดำเนินงานจะขึ้นอยู่กับการใช้งานของกราไฟท์เป็นส่วนผสมน้ำมันเชื้อเพลิงของน้ำมันเชื้อเพลิงและไมโคร มีสองการแข่งขันออกแบบ ได้แก่ :

• เยอรมัน "หลวมเติม" ระบบซึ่งใช้ทรงกลมองค์ประกอบน้ำมันเชื้อเพลิง 60 มิลลิเมตรเส้นผ่าศูนย์กลางประกอบด้วยส่วนผสมของน้ำมันเชื้อเพลิงและกราไฟท์ในเปลือกไฟท์;
• ชาวอเมริกันรุ่นของปริซึมหกเหลี่ยมไฟท์ที่เชื่อมต่อกันเพื่อสร้างหลัก

ในทั้งสองกรณีของเหลวระบายความร้อนประกอบด้วยฮีเลียมภายใต้ความกดดันของบรรยากาศประมาณ 100 ฮีเลียมระบบเยอรมันผ่านช่องว่างในชั้นของทรงกลมที่ องค์ประกอบน้ำมันเชื้อเพลิง และในสหรัฐอเมริกา - ผ่านช่องเปิดในปริซึมไฟท์จัดตามแกนกลางของแกนเครื่องปฏิกรณ์ ตัวเลือกทั้งสองสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงมากตั้งแต่ไฟท์มีอุณหภูมิสูงมากระเหิดและทางเคมีฮีเลียมเฉื่อยสมบูรณ์ ฮีเลียมร้อนสามารถนำมาใช้โดยตรงเป็นสารทำงานในกังหันก๊าซที่อุณหภูมิสูงหรือความร้อนสามารถนำไปใช้ในการสร้างน้ำรอบอบไอน้ำ

ของเหลวโลหะเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์: วงจรและหลักการทำงาน

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้อย่างรวดเร็วด้วยโซเดียมน้ำหล่อเย็นได้รับความสนใจมากใน 1960-1970 ของ แล้วมันดูเหมือนว่าความสามารถในการทำซ้ำ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ในอนาคตอันใกล้จะต้องผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับอุตสาหกรรมนิวเคลียร์การพัฒนาอย่างรวดเร็ว เมื่อมันกลายเป็นที่ชัดเจนว่าการคาดการณ์นี้จะไม่สมจริงกระตือรือร้นจางหายไปในช่วงปี 1980 อย่างไรก็ตามในประเทศสหรัฐอเมริกา, รัสเซีย, ฝรั่งเศส, อังกฤษ, ญี่ปุ่นและเยอรมนีสร้างชุดของเครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้ ส่วนใหญ่ของพวกเขาทำงานในยูเรเนียมออกไซด์หรือส่วนผสมของพลูโตเนียมไดออกไซด์ ในสหรัฐอเมริกา แต่ความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุดก็ประสบความสำเร็จกับน้ำมันเชื้อเพลิงโลหะ

CANDU

แคนาดาได้มุ่งเน้นความพยายามในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้ยูเรเนียมธรรมชาติ นี้จะช่วยลดความจำเป็นในการเพิ่มคุณค่าในการใช้บริการของประเทศอื่น ๆ ผลของนโยบายนี้เป็นเครื่องปฏิกรณ์ดิวทีเรียม-ยูเรเนียม (CANDU) การควบคุมและการระบายความร้อนผลิตหนักน้ำ การออกแบบและการดำเนินงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คือการใช้ถังที่มี D เย็น ₂ O ที่ความดันบรรยากาศ พื้นที่ใช้งานเต็มท่อน้ำมันเชื้อเพลิงโลหะผสมเซอร์โคเนียมของยูเรเนียมธรรมชาติที่ผ่านการไหลเวียนน้ำหล่อเย็นหนัก ไฟฟ้าที่ผลิตโดยการหารการถ่ายเทความร้อนในน้ำหล่อเย็นน้ำหนักซึ่งจะไหลเวียนผ่านเครื่องกำเนิดไอน้ำ ไอน้ำในวงรองแล้วผ่านวงจรกังหันธรรมดา

สิ่งอำนวยความสะดวกการวิจัย

สำหรับการวิจัยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ส่วนใหญ่มักจะใช้หลักการซึ่งประกอบด้วยในการใช้น้ำระบายความร้อนจานและเชื้อเพลิงยูเรเนียมองค์ประกอบในการประกอบรูปแบบ ความสามารถในการดำเนินงานในช่วงกว้างของระดับพลังงานจากไม่กี่ร้อยกิโลวัตต์เพื่อเมกะวัตต์ ตั้งแต่การผลิตไฟฟ้าไม่ได้เป็นวัตถุประสงค์หลักของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์วิจัยพวกเขาจะโดดเด่นด้วยพลังงานความร้อนที่สร้างขึ้นและความหนาแน่นของแกนนิวตรอนพลังงานเล็กน้อย มันเป็นพารามิเตอร์เหล่านี้จะช่วยให้ปริมาณความสามารถของเครื่องปฏิกรณ์วิจัยเพื่อดำเนินการศึกษาที่เฉพาะเจาะจง ระบบพลังงานต่ำมีแนวโน้มที่จะทำงานที่มหาวิทยาลัยและมีการใช้สำหรับการฝึกอบรมและการใช้พลังงานสูงเป็นสิ่งจำเป็นในห้องปฏิบัติการวิจัยสำหรับการทดสอบวัสดุและลักษณะเช่นเดียวกับการวิจัยทั่วไป

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์วิจัยที่พบมากที่สุดโครงสร้างและหลักการของการดำเนินการดังต่อไปนี้ พื้นที่ใช้งานตั้งอยู่ที่ด้านล่างของสระว่ายน้ำขนาดใหญ่ลึกของน้ำ นี้อำนวยความสะดวกการสังเกตและการจัดสรรช่องโดยที่คานนิวตรอนสามารถกำกับ ระดับพลังงานต่ำมีความจำเป็นที่จะปั๊มน้ำหล่อเย็นในขณะที่การรักษาความปลอดภัยของรัฐในการดำเนินงานของการหมุนเวียนตามธรรมชาติของน้ำหล่อเย็นเพื่อให้แน่ใจว่าการกระจายความร้อนที่เพียงพอ แลกเปลี่ยนความร้อนมักจะอยู่บนพื้นผิวหรือในส่วนบนของสระว่ายน้ำที่น้ำร้อนสะสม

ติดตั้งเรือ

การใช้งานเดิมและหลักของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คือการใช้ของพวกเขาในเรือดำน้ำ ประโยชน์หลักของพวกเขาคือว่าในทางตรงกันข้ามกับระบบการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลผลิตกระแสไฟฟ้าที่พวกเขาไม่จำเป็นต้องใช้อากาศ ดังนั้นเรือดำน้ำนิวเคลียร์จะยังคงจมอยู่ใต้น้ำเป็นเวลานานและธรรมดาเรือดำน้ำดีเซลไฟฟ้าเป็นระยะ ๆ จะต้องขึ้นสู่ผิวน้ำเพื่อใช้มอเตอร์อากาศ พลังงานนิวเคลียร์ ให้ได้เปรียบเชิงกลยุทธ์อู่ต่อเรือ ขอบคุณที่เธอไม่มีความจำเป็นที่จะต้องเติมน้ำมันในพอร์ตต่างประเทศหรือจากรถบรรทุกที่มีช่องโหว่ได้อย่างง่ายดาย

หลักการของการดำเนินงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในเรือดำน้ำจัด แต่ก็เป็นที่รู้กันว่าในประเทศสหรัฐอเมริกาจะใช้ยูเรเนียมสูงและการชะลอตัวและการทำความเย็นน้ำไฟ การออกแบบของเครื่องปฏิกรณ์แรกเรือดำน้ำนิวเคลียร์ USS Nautilus ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการติดตั้งการวิจัยที่มีประสิทธิภาพ คุณลักษณะเฉพาะของมันคืออัตรากำไรการเกิดปฏิกิริยาสูงมากให้ขยายระยะเวลาของการดำเนินการได้โดยไม่ต้องเติมน้ำมันและความสามารถในการเริ่มต้นใหม่หลังจากหยุด สถานีไฟฟ้าในเรือดำน้ำจะต้องเป็นที่เงียบสงบมากเพื่อหลีกเลี่ยงการตรวจสอบ เพื่อตอบสนองความต้องการที่เฉพาะเจาะจงของการเรียนแตกต่างกันของเรือดำน้ำรุ่นของพืชพลังงานที่แตกต่างได้รับการจัดตั้งขึ้น

กองทัพเรือสหรัฐบนเครื่องบินสายการบินที่ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หลักการซึ่งเชื่อว่าจะยืมมาจากเรือดำน้ำที่ใหญ่ที่สุด รายละเอียดของการก่อสร้างของพวกเขาและยังไม่ได้รับการตีพิมพ์

นอกจากสหรัฐอเมริกาเรือดำน้ำนิวเคลียร์อยู่ในสหราชอาณาจักร, ฝรั่งเศส, รัสเซีย, จีนและอินเดีย ในแต่ละกรณีการออกแบบที่ไม่ได้เปิดเผย แต่ก็เป็นที่เชื่อว่าพวกเขาทั้งหมดที่คล้ายกันมาก - นี้เป็นผลมาจากความต้องการเช่นเดียวกันสำหรับลักษณะทางเทคนิคของพวกเขา รัสเซียยังมีกองเรือขนาดเล็ก ของ icebreakers นิวเคลียร์ ซึ่งก่อตั้งขึ้นเครื่องปฏิกรณ์เช่นเดียวกับในเรือดำน้ำของสหภาพโซเวียต

ติดตั้งอุตสาหกรรม

สำหรับวัตถุประสงค์ของการผลิต อาวุธพลูโตเนียมเกรด-239 ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หลักการของซึ่งประกอบด้วยในการผลิตสูงที่มีระดับพลังงานต่ำ เพราะนี่คือความจริงที่ว่าการเข้าพักในระยะยาวของพลูโตเนียมในแกนนำไปสู่การสะสมของที่ไม่พึงประสงค์ ²⁴⁰ ปู

การผลิตไอโซโทป

ปัจจุบันวัสดุหลักที่หาได้โดยระบบดังกล่าวเป็นไอโซโทป ⁽³ H หรือ T) - ค่าใช้จ่ายสำหรับ ระเบิดไฮโดรเจน พลูโทเนียม -239 มีครึ่งชีวิตยาวของ 24,100 ปีดังนั้นประเทศที่มีอาวุธนิวเคลียร์ที่ใช้องค์ประกอบนี้เป็นกฎที่มีมันมากเกินความจำเป็น ในทางตรงกันข้ามกับ ²³⁹ Pu, ครึ่งชีวิตของไอโซโทปคือประมาณ 12 ปี ดังนั้นเพื่อรักษาสินค้าคงคลังที่จำเป็นนี้ไอโซโทปกัมมันตรังสีของไฮโดรเจนจะต้องดำเนินการอย่างต่อเนื่อง ในสหรัฐอเมริกา, แม่น้ำวานนาห์ (เซาท์แคโรไลนา) เช่นมีเครื่องปฏิกรณ์น้ำมวลหนักหลายอย่างซึ่งผลิตไอโซโทป

อำนาจลอย

ที่สร้างขึ้นโดยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีความสามารถในการให้บริการไฟฟ้าและไอน้ำร้อนที่ถูกลบพื้นที่แยก ในรัสเซียตัวอย่างเช่นเราพบว่าการใช้ระบบไฟฟ้าขนาดเล็กที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อตอบสนองการตั้งถิ่นฐานของอาร์กติก ในประเทศจีนโรงงาน 10 เมกะวัตต์ HTR-10 อุปกรณ์ความร้อนและสถาบันการวิจัยพลังงานไฟฟ้าในการที่จะตั้งอยู่ การพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กควบคุมโดยอัตโนมัติที่มีความสามารถใกล้เคียงกันจะดำเนินการในสวีเดนและแคนาดา ระหว่าง 1960 และ 1972 กองทัพสหรัฐใช้เครื่องปฏิกรณ์น้ำขนาดกะทัดรัดเพื่อให้ฐานระยะไกลในกรีนแลนด์และแอนตาร์กติกา พวกเขาถูกแทนที่โดยโรงไฟฟ้าเชื้อเพลิงน้ำมัน

การสำรวจอวกาศ

นอกจากนี้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้รับการออกแบบสำหรับการใช้พลังงานและการเคลื่อนไหวในพื้นที่ ในช่วง 1967-1988 สหภาพโซเวียตจัดตั้งการติดตั้งนิวเคลียร์ขนาดเล็กที่ "คอสมอส" ดาวเทียมในการจัดหาอุปกรณ์และ telemetry แต่นโยบายนี้ได้กลายเป็นเป้าหมายสำหรับการวิจารณ์ อย่างน้อยหนึ่งของดาวเทียมเหล่านี้เข้ามาในชั้นบรรยากาศของโลกที่ก่อให้เกิดการปนเปื้อนในพื้นที่ห่างไกลของสารกัมมันตรังสีของประเทศแคนาดา สหรัฐอเมริกาเปิดตัวเพียงหนึ่งดาวเทียมกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในปี 1965 อย่างไรก็ตามโครงการที่เกี่ยวกับการใช้ของพวกเขาในภารกิจพื้นที่ลึกการวิจัยประจำดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ หรือบนฐานดวงจันทร์ถาวรยังคงได้รับการพัฒนา นี้มั่นใจว่าจะเป็นเครื่องปฏิกรณ์ก๊าซระบายความร้อนด้วยของเหลวหรือโลหะนิวเคลียร์หลักการทางกายภาพของที่ให้อุณหภูมิสูงสุดที่เป็นไปจำเป็นที่จะต้องลดขนาดของหม้อน้ำ นอกจากนี้พื้นที่ปฏิกรณ์สำหรับอุปกรณ์ที่จะเป็นขนาดเล็กที่สุดเท่าที่ทำได้เพื่อลดปริมาณของวัสดุที่ใช้ในการป้องกันและเพื่อลดน้ำหนักในช่วงเปิดตัวและการบินอวกาศ ความจุเชื้อเพลิงจะให้การดำเนินงานของเครื่องปฏิกรณ์ในช่วงระยะเวลาของการบินอวกาศ