Реферат : Ядерный реактор 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Реферат >> Военная кафедра


Ядерный реактор




Ядерный реактор

ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР, устройство, в котором осуществляется управляемая ядерная цепная реакция, сопровождаю­щаяся выделением энергии. Первый ядерный реактор построен в декабре 1942 в США под руководством Э. Ферми. В Европе пер­вый ядерный реактор пущен в декабре 1946 в Москве под руководством П. В. Курчатова. Составны­ми частями любого ядерного реактора являются: ак­тивная лона с ядерным топливом, обыч­но окружённая отражателем нейтронов, теплоноситель, система регулирования цепной реакции, радиан, защита, система дистанционного управления. Основной ха­рактеристикой ядерного реактора является его мощ­ность. Мощность в 1 Мвт соответствует цепной реакции, в которой происходит 3*1016 актов деления в 1 сек.

В активной зоне ядерного реактора находит­ся ядерное топливо, протекает цепная реакция ядерного деления и выделяется энергия. Состояние ядерного реактора характеризуется эффективным коэффициентом Кэф размножения нейтронов или реактивностью :

 = (Кэф - 1)/Кэф.

Если Кэф > 1, то цепная реакция нара­стает во времени, ядерный реактор находится в надкритичном состоянии и его реактив­ность ρ > 0; если Кэф < 1, то реакция затухает, реактор - подкритичен, р < 0; при Кэф = 1, р = 0 реактор находится в критическом состоянии, идёт ста­ционарный процесс и число делений по­стоянно во времени. Для инициирования цепной реакции при пуске ядерного реактора в актив­ную зону обычно вносят источник нейтро­нов (смесь Ra и Be, 252Cf и др.), хотя это и не обязательно, т. к. спонтанное деле­ние ядер урана и космические лучи дают достаточное число начальных нейтронов для развития цепной реакции при Кэф > 1.

В качестве делящегося вещества в боль­шинстве Ядерный реактор применяют 235U. Если ак­тивная зона, кроме ядерного топлива (природный или обогащённый уран), со­держит замедлитель нейтронов (графит, вода и др. вещества, содержащие лёгкие ядра), то основная часть делений происходит под дей­ствием тепловых нейтронов (тепловой реактор). В ядерном реакторе на тепловых нейтронах может быть использован природный уран, не обогащённый 235U (такими были пер­вые ядерные реакторы). Если замедлителя в активной зоне нет, то основная часть делении вызыва­ется быстрыми нейтронами с энергией ξ > 10 кэв (быстрый реактор). Воз­можны также реакторы на промежуточных нейтронах с энергией 1 - 1000 эв.

По конструкции ядерные реакторы делятся на гете­рогенные реакторы, в которых ядерное топливо распределено в активной зоне дискретно в виде блоков, между которыми находится замедлитель нейтронов; и гомогенные, реакторы, в которых ядерное топливо и замедлитель представ­ляют однородную смесь (раствор или суспензия). Блоки с ядерным топливом в гетерогенном ядерном реакторе, называются тепловыде­ляющими элементами (ТВЭЛ'ами), об­разуют правильную решётку; объём, при­ходящийся на один ТВЭЛ, называют ячейкой. По характеру использования Ядерный реактор делят­ся на энергетические реакторы и иссле­довательские реакторы. Часто один ядерный реактор выполняет несколько функций.

Выгорание и воспроизводство ядерного топлива.

В процессе работы ядерного реактора проис­ходит изменение состава топлива, свя­занное с накоплением в нём осколков де­ления и с образованием трансурановых элемен­тов, главным образом изотопов Pu. Влияние ос­колков деления на реактивность ядерного реактора называют отравлением (для радиоактив­ных осколков) и зашлаковыванием (для стабильных). Отравление обусловлено главным образом 135Xe, который обла­дает наибольшим сечением поглощения нейтронов (2,6*106 барн). Период его полураспада T1/2= 9,2 ч, выход при де­лении составляет 6-7% . Основная часть 135Хе образуется в результате распада 135I (T1/2 = 6,8 ч). При отравлении Кэф изменяется на 1-3% . Большое сечение поглощения 135Xe и наличие промежуточ­ного изотопа 135I приводят к двум важным явлениям:

  1. к увеличению концентра­ции 135Хе и, следовательно, к уменьше­нию реактивности ядерного реактора после его оста­новки или снижения мощности («йодная яма»). Это вынуждает иметь дополни­тельный запас реактивности в органах регулирования либо делает невозмож­ным кратковременные остановки и ко­лебания мощности. Глубина и продол­жительность йодной ямы зависят от по­тока нейтронов Ф: при Ф = 5*1013 ней­трон/см2*сек продолжительность йодной ямы ~ 30 ч, а глубина в 2 раза превосхо­дит стационарное изменение Кэф, вызван­ное отравлением 135Хе.

  2. Из-за отравле­ния могут происходить пространственно-временные колебания нейтронного потока Ф, а значит — и мощности ядерного реактора. Эти ко­лебания возникают при Ф> 1013 ней­трон/см2*сек и больших размерах ядерного реактора. Периоды колебаний ~ 10 ч.

Выгорание ядерного топлива характе­ризуют суммарной энергией, выделив­шейся в ядерном реакторе на 1 т топлива. Для ядерных реакторов работающих на естественном уране, максимальное выгорание ~ 10 Гвт*сут/т (тяжело­водные ядерные реакторы). В ядерных реакторах со слабо обо­гащённым ураном (2 - 3% 235U) достига­ется выгорание ~ 20—30 Гвт*cyт/т. В ядерном реакторе на быстрых нейтронах - до 100 Гвт*сут/т. Выгорание 1 Гвт*сут/т соответствует сгоранию 0,1% ядерного топлива.

Управление ядерного реактора.

Для регулирования ядерного реактора важно, что часть нейтронов при де­лении вылетает из осколков с запазды­ванием. Доля таких запаздываю­щих нейтронов невелика (0.68% для 235U, 0,22% для 239Pu). Вре­мя запаздывания Тзап от 0,2 до 55 сек. Если (Кэф - 1)  3/0, то число делений в ядерном реакторе растёт (Кэф > 1) или падает (Кэф < 1), с характерным временем ~ Tз. Без запаздывающих нейтронов эти времена были бы на несколько порядков меньше, что сильно усложнило бы управление ядерным реактором.

Для управления ядерного реактора служит система управления и защиты (СУЗ). Органы СУЗ делятся на: аварийные, уменьшающие реактивность (вводящие в ядерный реактор отрицательную реактивность) при появлении аварийных сигналов; автоматические регуляторы, поддерживающие постоянным нейтронный поток Ф (а значит - и мощность); компенсирующие (компенсация отравления, выгорания, температурных эффектов). В большинстве случаев это стержни, вводимые в активную зону ядерного реактора (сверху или снизу) из веществ, сильно поглощающих нейтроны (Cd, B и др.). Их движение управляется механизмами, сра­батывающими по сигналу приборов, чув­ствительных к величине нейтронного по­тока. Для компенсации выгорания могут использоваться выгорающие поглотители, эффективность которых убывает при за­хвате ими нейтронов (Cd, В, редкозе­мельные элементы), или растворы по­глощающего вещества в замедлителе. Стабильности работы ядерного реактора способствует отрицательный температурный коэффициент реактивности (с ростом температуры  уменьшается). Если этот коэффициент положителен, то работа органов СУЗ суще­ственно усложняется.

Ядерный реактор оснащается системой приборов, информирующих оператора о состоянии ядерного реактора: о потоке нейтронов в разных точ­ках активной зоны, расходе и температуре теплоносителя, уровне ионизирующего излучения в различных частях ядерного реактора и в вспомогательных помещениях, о положе­нии органов СУЗ и др. Информация, получаемая с этих приборов, поступает в ЭВМ, которая может либо выдавать её оператору в обработанном виде (функции учёта), либо на основании математической обработки. Этой информации выдавать рекомендации оператору о необходимых изменениях в режиме работы ядерного реактора (машина - советчик), либо, наконец, осуществлять управление ядерного реактора без участия оператора (управляющая машина).

Классификация ядерных реакторов.

По назначению и мощности ядерные реакторы делятся на несколько групп:

1) экспериментальный реактор (критическая сборка), предназначенный для изучения различных физических величин, значение которых необходимо для проектирования и эксплуатации ядерных реакторов: мощность таких ядерных реакторов не превышает нескольких квт:

2) исследователь­ские реакторы, в которых потоки нейтронов и -квантов, генерируемые в активной зоне, используются для исследований в области ядерной физики, физики твёр­дого тела, радиационной химии, биологии, для испытания материалов, предназначенных для работы в интенсивных нейтронных по­токах (в т. ч. деталей ядерного реактора), для производства изотопов. Мощность исследовательского ядерного реактора не превосходит 100 Мвт: выделяю­щаяся энергия, как правило, не исполь­зуется. К исследовательским ядерным реакторам отно­сится импульсный реактор:

3) изотопные ядерные реакторы, в которых потоки нейтронов исполь­зуются для получения изотопов, в т. ч. Pu и 3Н для военных целей;

4) энергетические ядерные реакторы, в которых энер­гия, выделяющаяся при делении ядер, используется для выработки электроэнер­гии, теплофикации, опреснения морской воды, в силовых установках на кораблях и т. д. Мощность (тепловая) современного энер­гетического ядерного реактора достигает 3-5 Гвт.

Ядерные реакторы могут различаться также по виду ядерного топлива (естественный уран, слабо обогащённый, чистый делящийся изотоп), по его химическому составу (металлический U, UO2, UC и т. д.), по виду теплоносителя (Н2О, газ, D2O, органические жидкости, расплавленный металл), по роду замедлителя (С, Н2О, D2O, Be, BeO. гидриды метал­лов, без замедлителя). Наиболее распро­странены гетерогенные Ядерный реактор на тепловых нейтронах с замедлителями — Н2О, С, D2O и теплоносителями — Н2О, газ, D2O.

Похожие работы:

  • Ядерные реакторы

    Реферат >> Безопасность жизнедеятельности
    ... Немного ядерной физики. 4. Ядерный реактор. 5. Устройство различных типов ядерных реакторов. 6.Сравнение. 7. Факторы опасности ядерных реакторов. ... 7. Факторы опасности ядерных реакторов. Факторы опасности ядерных реакторов достаточно многочисленны. ...
  • Ядерные реакции и современная энергетика

    Реферат >> Промышленность, производство
    ... уменьшения массы участвующих в реакции частиц. Ядерные реакторы. С точки зрения энергетики представляет интерес ... и, следовательно, производимой энергии. К недостаткам использования ядерных реакторов в интересах энергетики следует отнести прежде ...
  • Ядерный потенциал Франции

    Курсовая работа >> Военная кафедра
    ... атомное ядро), поэтому используется в ядерных реакторах в качестве теплоносителя. Уже в ... начинают работы по проектированию ядерного реактора на основе природного урана ... только новые ракеты, но и ядерные реакторы с жидкометаллическим теплоносителем. С вводом ...
  • Ядерна загроза

    Реферат >> Иностранный язык
    ... внаслідок реакцій, що виготовляються в ядерних реакторах. Природний уран містить приблизно 0.7 ... (підводний) Вражаючі чинники ядерного вибуху. Ядерний вибух здатний вмить знищити або ... більш дрібних аварій на ядерних реакторах. У Радянському Союзі в якійсь ...
  • Ядерная физика и строение Солнца

    Реферат >> Математика
    ... частицы настоящие специалисты в ядерном деле часто называют элементарными ... специалисты называют "ядерный реактор". Выделяющееся тепло подобных реакторов можно использовать ... - для проведения всевозможных ядерных исследований. Термоядерные процессы Рассмотренные ...
  • Ядерная Россия: гуманитарное измерение

    Реферат >> Безопасность жизнедеятельности
    ... сейчас и на будущее понятия «ядерный человек», «ядерное человечество», «Ядерная Россия»?». Помыслы людей, стоявших ... в своё время иракский ядерный реактор, учитывая конкретное противостояние, свой ядерный объект разместил на ...
  • Ядерные исследования в странах Латинской Америки

    Дипломная работа >> Международные отношения
    ... первого энергетического ядерного реактора. 1 июня 1968 года было начато строительство ядерного реактора Атуча-1 при ... , главным образом, на развитии исследовательских ядерных реакторов и технологий промышленного производства радиоизотопов. Аргентина ...
  • Ядерная энергия и ядерные энергетические установки

    Реферат >> Физика
    ... ЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ 12 7.3 Ядерные реакторы. 12 8 ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ 13 8.3 Особенности ядерного реактора ... повреждения тепловыделяющих элементов. Устройство энергетических ядерных реакторов. Энергетический ядерный реактор - это устройство, в ...
  • Ядерная опасность. Семипалатинский полигон

    Реферат >> Военная кафедра
    ... воспроизвести делящиеся (расщепляющиеся) ядерные вещества; ядерные установки - ядерные реакторы, в том числе реакторы атомных станций, космических ...
  • Ядерная энергетика

    Реферат >> Физика
    ... параметров. Проблема регулирования процесса, происходящего в ядерном реакторе, сводится к оперативному управлению ходом физической ... заряженных частиц, различные генераторы, ядерные реакторы и др. В ядерной энергетике используются реакторы — один из мощнейших ...