उपकरण और संचालन का सिद्धांत

ऊर्जा रिलीज तंत्र

किसी पदार्थ का परिवर्तन मुक्त ऊर्जा की रिहाई के साथ ही होता है, यदि पदार्थ में ऊर्जा का भंडार होता है। उत्तरार्द्ध का मतलब है कि पदार्थ के माइक्रोपार्टिकल्स एक ऐसी अवस्था में होते हैं, जिसमें किसी अन्य संभावित अवस्था की तुलना में अधिक आराम ऊर्जा होती है, जिसमें संक्रमण मौजूद होता है। एक सहज संक्रमण हमेशा एक ऊर्जा अवरोध से बाधित होता है, जिसे दूर करने के लिए एक माइक्रोपार्टिकल को बाहर से एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा - उत्तेजना ऊर्जा प्राप्त करनी चाहिए। एक्सोएनेरजेनिक प्रतिक्रिया में यह तथ्य शामिल है कि उत्तेजना के बाद परिवर्तन में, प्रक्रिया को उत्तेजित करने के लिए जितनी ऊर्जा की आवश्यकता होती है, उससे अधिक ऊर्जा जारी की जाती है। ऊर्जा अवरोध को दूर करने के दो तरीके हैं: या तो टकराने वाले कणों की गतिज ऊर्जा के कारण, या जुड़ने वाले कण की बाध्यकारी ऊर्जा के कारण।

यदि हम ऊर्जा विमोचन के मैक्रोस्कोपिक पैमानों को ध्यान में रखते हैं, तो प्रतिक्रियाओं के उत्तेजना के लिए आवश्यक गतिज ऊर्जा में पदार्थ के कणों के सभी या पहले, कम से कम कुछ अंश होना चाहिए। यह तभी प्राप्त किया जा सकता है जब माध्यम का तापमान उस मूल्य तक बढ़ जाता है जिस पर थर्मल गति की ऊर्जा उस ऊर्जा सीमा के मूल्य तक पहुंच जाती है जो प्रक्रिया के पाठ्यक्रम को सीमित करती है। आणविक परिवर्तनों के मामले में, वह है रासायनिक प्रतिक्रिएं, इस तरह की वृद्धि आमतौर पर सैकड़ों केल्विन होती है, लेकिन परमाणु प्रतिक्रियाओं के मामले में यह कम से कम 10 7 है क्योंकि टकराने वाले नाभिक के कूलम्ब बाधाओं की बहुत अधिक ऊंचाई होती है। परमाणु प्रतिक्रियाओं का थर्मल उत्तेजना केवल सबसे हल्के नाभिक के संश्लेषण में महसूस किया जाता है, जिसके लिए कूलम्ब बाधाएं न्यूनतम (थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन) होती हैं।

कणों को जोड़कर उत्तेजना के लिए बड़ी गतिज ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है, और इसलिए, माध्यम के तापमान पर निर्भर नहीं होता है, क्योंकि यह आकर्षण बलों के कणों में निहित अप्रयुक्त बंधनों के कारण होता है। लेकिन दूसरी ओर, प्रतिक्रियाओं को उत्तेजित करने के लिए कणों की आवश्यकता होती है। और अगर हमारे मन में फिर से प्रतिक्रिया का एक अलग कार्य नहीं है, लेकिन स्थूल पैमाने पर ऊर्जा का उत्पादन होता है, तो यह तभी संभव है जब एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है। उत्तरार्द्ध तब उत्पन्न होता है जब प्रतिक्रिया को उत्तेजित करने वाले कण एक बहिर्जात प्रतिक्रिया के उत्पादों के रूप में फिर से प्रकट होते हैं।

डिज़ाइन

किसी भी परमाणु रिएक्टर में निम्नलिखित भाग होते हैं:

• परमाणु ईंधन और मॉडरेटर के साथ कोर;
• कोर के चारों ओर एक न्यूट्रॉन परावर्तक;
• आपातकालीन सुरक्षा सहित श्रृंखला प्रतिक्रिया नियंत्रण प्रणाली;
• विकिरण सुरक्षा;
• रिमोट कंट्रोल सिस्टम।

काम के भौतिक सिद्धांत

मुख्य लेख भी देखें:

परमाणु रिएक्टर की वर्तमान स्थिति को प्रभावी न्यूट्रॉन गुणन कारक द्वारा वर्णित किया जा सकता है कया प्रतिक्रियाशीलता ρ , जो निम्नलिखित संबंधों से संबंधित हैं:

इन मूल्यों को निम्नलिखित मूल्यों की विशेषता है:

• क> 1 - समय के साथ श्रृंखला प्रतिक्रिया बढ़ती है, रिएक्टर में है सुपरक्रिटिकलस्थिति, इसकी प्रतिक्रियाशीलता ρ > 0;
• क < 1 - реакция затухает, реактор - सबक्रिटिकल, ρ < 0;
• क = 1, ρ = 0 - परमाणु विखंडन की संख्या स्थिर है, रिएक्टर स्थिर है गंभीरस्थिति।

परमाणु रिएक्टर की गंभीरता के लिए शर्त:

, कहाँ पे

गुणन कारक का एकता में रूपांतरण न्यूट्रॉन के गुणन को उनके नुकसान के साथ संतुलित करके प्राप्त किया जाता है। वास्तव में नुकसान के दो कारण हैं: बिना विखंडन के कब्जा और प्रजनन माध्यम के बाहर न्यूट्रॉन रिसाव।

जाहिर है, कु< k 0 , поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе यह रचनाकश्मीर 0< 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k 0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны.

k 0 थर्मल रिएक्टरों के लिए तथाकथित "4 कारकों के सूत्र" द्वारा निर्धारित किया जा सकता है:

, कहाँ पे

• दो अवशोषणों के लिए न्यूट्रॉन उपज है।

आधुनिक बिजली रिएक्टरों की मात्रा सैकड़ों वर्ग मीटर तक पहुंच सकती है और मुख्य रूप से महत्वपूर्ण परिस्थितियों से नहीं, बल्कि गर्मी हटाने की क्षमता से निर्धारित होती है।

महत्वपूर्ण मात्रापरमाणु रिएक्टर - एक महत्वपूर्ण स्थिति में रिएक्टर कोर की मात्रा। क्रांतिक द्रव्यमानएक महत्वपूर्ण अवस्था में रिएक्टर की विखंडनीय सामग्री का द्रव्यमान है।

सबसे छोटा क्रांतिक द्रव्यमान रिएक्टरों के पास होता है जिसमें न्यूट्रॉन के जल परावर्तक के साथ शुद्ध विखंडनीय समस्थानिकों के लवणों के जलीय विलयन ईंधन के रूप में कार्य करते हैं। 235 यू के लिए यह द्रव्यमान 0.8 किग्रा है, 239 पु के लिए यह 0.5 किग्रा है। हालांकि, यह व्यापक रूप से ज्ञात है कि बेरिलियम ऑक्साइड परावर्तक के साथ एलओपीओ रिएक्टर (दुनिया का पहला समृद्ध यूरेनियम रिएक्टर) के लिए महत्वपूर्ण द्रव्यमान 0.565 किलोग्राम था, जबकि 235 आइसोटोप संवर्धन केवल 14% से थोड़ा अधिक था। सैद्धांतिक रूप से, इसका सबसे छोटा महत्वपूर्ण द्रव्यमान है, जिसके लिए यह मान केवल 10 ग्राम है।

न्यूट्रॉन रिसाव को कम करने के लिए, कोर गोलाकार या गोलाकार के करीब होता है, उदाहरण के लिए, एक छोटा सिलेंडर या घन, क्योंकि इन आंकड़ों में आयतन अनुपात के लिए सबसे छोटा सतह क्षेत्र होता है।

इस तथ्य के बावजूद कि मान (ई -1) आमतौर पर छोटा होता है, तेजी से न्यूट्रॉन गुणन की भूमिका काफी बड़ी होती है, क्योंकि बड़े परमाणु रिएक्टरों (के -1) के लिए<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

एक श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए, आमतौर पर यूरेनियम नाभिक के सहज विखंडन के दौरान पर्याप्त न्यूट्रॉन उत्पन्न होते हैं। रिएक्टर शुरू करने के लिए बाहरी न्यूट्रॉन स्रोत का उपयोग करना भी संभव है, उदाहरण के लिए, और, या अन्य पदार्थों का मिश्रण।

आयोडीन पिट

मुख्य लेख: आयोडीन पिट

आयोडीन कुआं - इसके बंद होने के बाद एक परमाणु रिएक्टर की स्थिति, जो क्सीनन के अल्पकालिक समस्थानिक के संचय की विशेषता है। यह प्रक्रिया महत्वपूर्ण नकारात्मक प्रतिक्रिया की अस्थायी उपस्थिति की ओर ले जाती है, जो बदले में, एक निश्चित अवधि (लगभग 1-2 दिन) के भीतर रिएक्टर को अपनी डिजाइन क्षमता में लाना असंभव बना देती है।

वर्गीकरण

मिलने का समय निश्चित करने पर

उनके उपयोग की प्रकृति से, परमाणु रिएक्टरों में विभाजित हैं:

• पावर रिएक्टर, बिजली उद्योग में उपयोग की जाने वाली विद्युत और तापीय ऊर्जा के उत्पादन के साथ-साथ समुद्री जल के विलवणीकरण के लिए (विलवणीकरण के लिए रिएक्टरों को औद्योगिक के रूप में भी वर्गीकृत किया जाता है)। ऐसे रिएक्टर मुख्य रूप से परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग किए जाते हैं। आधुनिक बिजली रिएक्टरों की तापीय शक्ति 5 GW तक पहुँच जाती है। एक अलग समूह प्रतिष्ठित है:
  • परिवहन रिएक्टरवाहन इंजनों को ऊर्जा की आपूर्ति करने के लिए डिज़ाइन किया गया। सबसे व्यापक अनुप्रयोग समूह समुद्री परिवहन रिएक्टर हैं जिनका उपयोग पनडुब्बियों और विभिन्न सतह जहाजों पर किया जाता है, साथ ही साथ अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में उपयोग किए जाने वाले रिएक्टर भी हैं।
• प्रायोगिक रिएक्टरविभिन्न भौतिक मात्राओं का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसका मूल्य परमाणु रिएक्टरों के डिजाइन और संचालन के लिए आवश्यक है; ऐसे रिएक्टरों की शक्ति कई किलोवाट से अधिक नहीं होती है।
• अनुसंधान रिएक्टर, जिसमें नाभिक में उत्पन्न न्यूट्रॉन और गामा क्वांटा के प्रवाह का उपयोग परमाणु भौतिकी, ठोस अवस्था भौतिकी, विकिरण रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान में अनुसंधान के लिए किया जाता है, तीव्र न्यूट्रॉन फ्लक्स (भागों परमाणु रिएक्टरों सहित) में संचालन के लिए इच्छित सामग्री के परीक्षण के लिए। आइसोटोप का उत्पादन। अनुसंधान रिएक्टरों की शक्ति 100 मेगावाट से अधिक नहीं है। जारी की गई ऊर्जा का आमतौर पर उपयोग नहीं किया जाता है।
• औद्योगिक (हथियार, आइसोटोप) रिएक्टरविभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले आइसोटोप के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है। 239 पु जैसे परमाणु हथियार सामग्री के उत्पादन के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। औद्योगिक रिएक्टरों में समुद्री जल के विलवणीकरण के लिए उपयोग किए जाने वाले रिएक्टर भी शामिल हैं।

रिएक्टरों का प्रयोग प्रायः दो या दो से अधिक विभिन्न समस्याओं को हल करने के लिए किया जाता है, ऐसी स्थिति में उन्हें कहा जाता है बहुउद्देशीय... उदाहरण के लिए, कुछ बिजली रिएक्टर, विशेष रूप से भोर के समय परमाणु ऊर्जा, मुख्य रूप से प्रयोगों के लिए अभिप्रेत थे। फास्ट रिएक्टर एक ही समय में ऊर्जावान और उत्पादन करने वाले आइसोटोप दोनों हो सकते हैं। औद्योगिक रिएक्टर, अपने मुख्य कार्य के अलावा, अक्सर विद्युत और तापीय ऊर्जा उत्पन्न करते हैं।

न्यूट्रॉन के स्पेक्ट्रम द्वारा

• थर्मल (धीमा) न्यूट्रॉन रिएक्टर ("थर्मल रिएक्टर")
• फास्ट रिएक्टर ("फास्ट रिएक्टर")

ईंधन प्लेसमेंट द्वारा

• विषम रिएक्टर, जहां ईंधन को ब्लॉक के रूप में अलग-अलग कोर में रखा जाता है, जिसके बीच एक मॉडरेटर होता है;
• सजातीय रिएक्टर, जहां ईंधन और मॉडरेटर एक सजातीय मिश्रण (सजातीय प्रणाली) हैं।

एक विषम रिएक्टर में, ईंधन और मॉडरेटर को स्थानिक रूप से अलग किया जा सकता है, विशेष रूप से, एक गुहा रिएक्टर में, मॉडरेटर-परावर्तक ईंधन के साथ एक गुहा को घेरता है जिसमें मॉडरेटर नहीं होता है। परमाणु-भौतिक दृष्टिकोण से, समरूपता / विषमता की कसौटी डिजाइन नहीं है, बल्कि किसी दिए गए मॉडरेटर में न्यूट्रॉन मॉडरेशन लंबाई से अधिक दूरी पर ईंधन ब्लॉकों की नियुक्ति है। इस प्रकार, तथाकथित "तंग ग्रिड" वाले रिएक्टरों की गणना सजातीय के रूप में की जाती है, हालांकि उनमें ईंधन आमतौर पर मॉडरेटर से अलग होता है।

एक विषम रिएक्टर में परमाणु ईंधन के ब्लॉक को ईंधन असेंबली (एफए) कहा जाता है, जो एक नियमित ग्रिड के नोड्स में कोर में स्थित होते हैं, जो बनाते हैं कक्ष.

ईंधन के प्रकार से

• यूरेनियम समस्थानिक 235, 238, 233 (235 यू, 238 यू, 233 यू)
• प्लूटोनियम समस्थानिक 239 (239 पु), समस्थानिक 239-242 पु भी 238 यू (एमओएक्स ईंधन) के मिश्रण के रूप में
• थोरियम आइसोटोप 232 (232 थ) (233 यू में रूपांतरण द्वारा)

संवर्धन की डिग्री से:

• प्राकृतिक यूरेनियम
• खराब संवर्धित यूरेनियम
• अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम

रासायनिक संरचना द्वारा:

• धातु यू
• यूसी (यूरेनियम कार्बाइड) आदि।

शीतलक के प्रकार से

• गैस, (ग्रेफाइट-गैस रिएक्टर देखें)
• डी 2 ओ (भारी पानी, भारी पानी परमाणु रिएक्टर, CANDU देखें)

मॉडरेटर के स्वभाव से

• सी (ग्रेफाइट, ग्रेफाइट-गैस रिएक्टर, ग्रेफाइट-वाटर रिएक्टर देखें)
• एच 2 ओ (पानी, लाइट वॉटर रिएक्टर, वाटर मॉडेड रिएक्टर, वीवीईआर देखें)
• डी 2 ओ (भारी पानी, भारी पानी परमाणु रिएक्टर, CANDU देखें)
• धातु हाइड्राइड्स
• मॉडरेटर के बिना (फास्ट रिएक्टर देखें)

डिजाइन द्वारा

भाप उत्पन्न करने के माध्यम से

• बाहरी भाप जनरेटर के साथ रिएक्टर (दबावयुक्त पानी रिएक्टर, वीवीईआर देखें)

आईएईए वर्गीकरण

• पीडब्लूआर (दबावयुक्त जल रिएक्टर) - दबावयुक्त जल रिएक्टर;
• BWR (उबलते पानी रिएक्टर) - उबलते पानी रिएक्टर;
• एफबीआर (फास्ट ब्रीडर रिएक्टर) - फास्ट ब्रीडर रिएक्टर;
• जीसीआर (गैस-कूल्ड रिएक्टर) - गैस-कूल्ड रिएक्टर;
• LWGR (हल्का पानी ग्रेफाइट रिएक्टर) - ग्रेफाइट-वाटर रिएक्टर
• PHWR (दबावयुक्त भारी जल रिएक्टर) - भारी जल रिएक्टर

दुनिया में सबसे व्यापक दबाव वाले पानी (लगभग 62%) और उबलते (20%) रिएक्टर हैं।

रिएक्टर सामग्री

रिएक्टर बनाने के लिए प्रयुक्त सामग्री न्यूट्रॉन, -क्वांटा और विखंडन के टुकड़ों के क्षेत्र में उच्च तापमान पर काम करती है। इसलिए, प्रौद्योगिकी की अन्य शाखाओं में उपयोग की जाने वाली सभी सामग्री रिएक्टर निर्माण के लिए उपयुक्त नहीं हैं। रिएक्टर सामग्री चुनते समय, उनके विकिरण प्रतिरोध, रासायनिक जड़ता, अवशोषण क्रॉस सेक्शन और अन्य गुणों को ध्यान में रखा जाता है।

सामग्री की विकिरण अस्थिरता कम प्रभावित होती है जब उच्च तापमान... परमाणुओं की गतिशीलता इतनी अधिक हो जाती है कि क्रिस्टल जाली से निकलकर अपने स्थान पर परमाणुओं के वापस लौटने या हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के पानी के अणु में पुनर्संयोजन की संभावना स्पष्ट रूप से बढ़ जाती है। इस प्रकार, गैर-उबलते बिजली रिएक्टरों (उदाहरण के लिए, वीवीईआर) में पानी का रेडियोलिसिस महत्वहीन है, जबकि शक्तिशाली अनुसंधान रिएक्टरों में एक विस्फोटक मिश्रण की एक महत्वपूर्ण मात्रा जारी की जाती है। इसे जलाने के लिए रिएक्टरों में विशेष प्रणालियां हैं।

रिएक्टर सामग्री एक दूसरे के संपर्क में हैं (शीतलक और परमाणु ईंधन के साथ ईंधन तत्व क्लैडिंग, ईंधन असेंबली - शीतलक और मॉडरेटर के साथ, आदि)। स्वाभाविक रूप से, संपर्क सामग्री रासायनिक रूप से निष्क्रिय (संगत) होनी चाहिए। असंगति का एक उदाहरण यूरेनियम और गर्म पानी है, जो रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करता है।

अधिकांश सामग्रियों के लिए, बढ़ते तापमान के साथ शक्ति गुण तेजी से बिगड़ते हैं। बिजली रिएक्टरों में, संरचनात्मक सामग्री उच्च तापमान पर काम करती है। यह निर्माण की सामग्री की पसंद को सीमित करता है, विशेष रूप से पावर रिएक्टर के उन हिस्सों के लिए जिन्हें उच्च दबाव का सामना करना पड़ता है।

परमाणु ईंधन का बर्नआउट और प्रजनन

परमाणु रिएक्टर के संचालन के दौरान, ईंधन में विखंडन के टुकड़ों के संचय के कारण, इसकी समस्थानिक और रासायनिक संरचना में परिवर्तन होता है, और ट्रांसयूरानिक तत्व, मुख्य रूप से समस्थानिक बनते हैं। परमाणु रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता पर विखंडन के टुकड़ों के प्रभाव को कहा जाता है जहर(रेडियोधर्मी मलबे के लिए) और बुराई करना(स्थिर आइसोटोप के लिए)।

रिएक्टर के विषाक्तता का मुख्य कारण सबसे बड़ा न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन (2.6 · 10 6 खलिहान) वाला है। 135 Xe . का आधा जीवन टी 1/2 = 9.2 घंटे; विखंडन उपज 6-7% है। 135 Xe का मुख्य भाग क्षय के परिणामस्वरूप बनता है ( टी 1/2 = 6.8 घंटे)। विषाक्तता के मामले में, केफ 1-3% बदल जाता है। 135 Xe का बड़ा अवशोषण क्रॉस सेक्शन और मध्यवर्ती आइसोटोप 135 I की उपस्थिति से दो महत्वपूर्ण घटनाएं होती हैं:

1. 135 Xe की सांद्रता में वृद्धि और, परिणामस्वरूप, रिएक्टर के शटडाउन या बिजली में कमी ("आयोडीन कुएं") के बाद प्रतिक्रियाशीलता में कमी के लिए, जो उत्पादन में अल्पकालिक ठहराव और उतार-चढ़ाव के लिए असंभव बनाता है शक्ति। नियामक निकायों में एक प्रतिक्रियाशीलता मार्जिन शुरू करके इस प्रभाव को दूर किया जाता है। आयोडीन कुएं की गहराई और अवधि न्यूट्रॉन प्रवाह पर निर्भर करती है : = 5 · 10 18 न्यूट्रॉन / (सेमी² · सेकंड) पर, आयोडीन कुएं की अवधि ˜30 घंटे है, और गहराई 2 गुना अधिक है 135 Xe विषाक्तता के कारण केफ में स्थिर परिवर्तन।
2. विषाक्तता के कारण, न्यूट्रॉन फ्लक्स के अनुपात-अस्थायी उतार-चढ़ाव, और, परिणामस्वरूप, रिएक्टर शक्ति का हो सकता है। ये दोलन Ф> 10 18 न्यूट्रॉन / (cm² · sec) और बड़े रिएक्टर आकार में होते हैं। दोलन की अवधि ˜10 घंटे है।

नाभिक के विखंडन से बड़ी संख्या में स्थिर टुकड़े उत्पन्न होते हैं, जो एक विखंडनीय समस्थानिक के अवशोषण क्रॉस सेक्शन की तुलना में अवशोषण क्रॉस सेक्शन में भिन्न होते हैं। रिएक्टर के संचालन के पहले कुछ दिनों के दौरान बड़े अवशोषण क्रॉस सेक्शन वाले टुकड़ों की सांद्रता संतृप्ति तक पहुँच जाती है। ये मुख्य रूप से विभिन्न "उम्र" के ईंधन तत्व हैं।

ईंधन के पूर्ण प्रतिस्थापन के मामले में, रिएक्टर में अतिरिक्त प्रतिक्रियाशीलता होती है जिसकी भरपाई करने की आवश्यकता होती है, जबकि दूसरे मामले में, रिएक्टर के पहले स्टार्ट-अप पर ही मुआवजे की आवश्यकता होती है। निरंतर ईंधन भरने से बर्नअप की गहराई में वृद्धि संभव हो जाती है, क्योंकि रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता विखंडनीय समस्थानिकों की औसत सांद्रता से निर्धारित होती है।

जारी ऊर्जा के "वजन" के कारण लोड किए गए ईंधन का द्रव्यमान अनलोड किए गए ईंधन के द्रव्यमान से अधिक है। रिएक्टर को रोकने के बाद, मुख्य रूप से विलंबित न्यूट्रॉन द्वारा विखंडन के कारण, और फिर, 1-2 मिनट के बाद, विखंडन के टुकड़ों और ट्रांसयूरानिक तत्वों से β- और γ-विकिरण के कारण, ईंधन में ऊर्जा जारी रहती है। यदि रिएक्टर शटडाउन से पहले काफी देर तक काम करता है, तो शटडाउन के 2 मिनट बाद, ऊर्जा रिलीज लगभग 3% है, 1 घंटे के बाद - 1%, एक दिन के बाद - 0.4%, एक वर्ष के बाद - प्रारंभिक शक्ति का 0.05%।

एक नाभिकीय रिएक्टर में बनने वाले विखंडनीय पु समस्थानिकों की संख्या का 235 U के जलने की मात्रा से अनुपात कहलाता है रूपांतरण दरके के. K K का मान घटते संवर्धन और बर्नअप के साथ बढ़ता है। प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग करने वाले भारी पानी के रिएक्टर के लिए, 10 GW दिन / t के बर्नअप के साथ, K K = 0.55, और छोटे बर्नअप के साथ (इस मामले में, K K को कहा जाता है) प्रारंभिक प्लूटोनियम गुणांक) के के = 0.8। यदि एक परमाणु रिएक्टर जलता है और समान आइसोटोप (ब्रीडर रिएक्टर) का उत्पादन करता है, तो प्रजनन की दर और बर्नअप की दर के अनुपात को कहा जाता है प्रजनन दरके वी। थर्मल रिएक्टरों में के बी< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах К В может достигать 1,4-1,5. Рост К В для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов जीबढ़ रहा है और एगिरता है।

परमाणु रिएक्टर नियंत्रण

परमाणु रिएक्टर को नियंत्रित करना केवल इस तथ्य के कारण संभव है कि विखंडन के दौरान न्यूट्रॉन का हिस्सा टुकड़ों से देरी से निकलता है जो कई मिलीसेकंड से लेकर कई मिनट तक हो सकता है।

रिएक्टर को नियंत्रित करने के लिए, कोर में पेश की गई अवशोषित छड़ का उपयोग उन सामग्रियों से किया जाता है जो न्यूट्रॉन (मुख्य रूप से, कुछ अन्य) को दृढ़ता से अवशोषित करते हैं और / या एक निश्चित एकाग्रता (बोरॉन विनियमन) में शीतलक में जोड़ा गया बोरिक एसिड समाधान। छड़ की गति को विशेष तंत्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है, न्यूट्रॉन प्रवाह के स्वत: विनियमन के लिए ऑपरेटर या उपकरण से संकेतों पर चलने वाली ड्राइव।

विभिन्न आपात स्थितियों के मामले में, प्रत्येक रिएक्टर श्रृंखला प्रतिक्रिया की एक आपातकालीन समाप्ति के लिए प्रदान करता है, जो सभी अवशोषित छड़ों को कोर में गिराकर किया जाता है - एक आपातकालीन सुरक्षा प्रणाली।

अवशिष्ट गर्मी पीढ़ी

सीधे तौर पर परमाणु सुरक्षा से जुड़ा एक महत्वपूर्ण मुद्दा अवशिष्ट ताप है। यह परमाणु ईंधन की एक विशिष्ट विशेषता है, जिसमें यह तथ्य शामिल है कि, विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया की समाप्ति और किसी भी ऊर्जा स्रोत के लिए सामान्य थर्मल जड़ता के बाद, रिएक्टर में गर्मी की रिहाई जारी रहती है। लंबे समय के लिए, जो कई तकनीकी रूप से चुनौतीपूर्ण समस्याएं पैदा करता है।

अवशिष्ट गर्मी रिलीज विखंडन उत्पादों के β- और - क्षय का परिणाम है जो रिएक्टर के संचालन के दौरान ईंधन में जमा हो गए हैं। क्षय के परिणामस्वरूप, विखंडन उत्पादों के नाभिक महत्वपूर्ण ऊर्जा की रिहाई के साथ अधिक स्थिर या पूरी तरह से स्थिर अवस्था में चले जाते हैं।

यद्यपि अवशिष्ट ऊष्मा विमोचन की शक्ति उन मूल्यों तक तेजी से घट जाती है जो स्थिर मूल्यों की तुलना में छोटे होते हैं, शक्तिशाली बिजली रिएक्टरों में यह निरपेक्ष रूप से महत्वपूर्ण होता है। इस कारण से, अवशिष्ट ताप उत्पादन की आवश्यकता होती है लंबे समय तकरिएक्टर कोर के बंद होने के बाद से गर्मी को हटाने के लिए। इस कार्य के लिए एक विश्वसनीय बिजली आपूर्ति के साथ शीतलन प्रणाली के रिएक्टर संयंत्र के डिजाइन में उपस्थिति की आवश्यकता होती है, और एक विशेष तापमान शासन - भंडारण के साथ भंडारण सुविधाओं में खर्च किए गए परमाणु ईंधन के दीर्घकालिक (3-4 वर्षों के लिए) भंडारण की भी आवश्यकता होती है। पूल, जो आमतौर पर रिएक्टर के तत्काल आसपास के क्षेत्र में स्थित होते हैं।

यह सभी देखें

• सोवियत संघ में डिजाइन और निर्मित परमाणु रिएक्टरों की सूची

साहित्य

• वी.ई. लेविन परमाणु भौतिकी और परमाणु रिएक्टर।चौथा संस्करण। - एम।: एटोमिज़दत, 1979।
• शुकोलुकोव ए। यू। "यूरेनियम। प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर ”। "रसायन विज्ञान और जीवन" नंबर 6, 1980, पी। 20-24

नोट्स (संपादित करें)

1. ZEEP - कनाडा का पहला परमाणु रिएक्टर, कनाडा विज्ञान और प्रौद्योगिकी संग्रहालय।
2. ग्रेशिलोव ए.ए., एगुपोव एन.डी., माटुशचेंको ए.एम.परमाणु ढाल। - एम।: लोगो, 2008।-- 438 पी। -

परमाणु रिएक्टर के संचालन के सिद्धांत और संरचना को समझने के लिए, आपको पूरा करना होगा छोटा भ्रमणअतीत में। एक परमाणु रिएक्टर सदियों पुराना सन्निहित है, यद्यपि पूरी तरह से नहीं, ऊर्जा के एक अटूट स्रोत के बारे में मानव जाति का सपना। इसका प्राचीन "पूर्वज" सूखी शाखाओं से बनी आग है, जो एक बार गुफा के कोलों को जलाती और गर्म करती थी, जहाँ हमारे दूर के पूर्वजों ने ठंड से मुक्ति पाई थी। बाद में, लोगों ने हाइड्रोकार्बन - कोयला, शेल, तेल और प्राकृतिक गैस में महारत हासिल की।

एक तूफानी, लेकिन भाप का अल्पकालिक युग, उसके बाद बिजली का और भी शानदार युग आया। शहर रोशनी से भर गए थे, और वर्कशॉप इलेक्ट्रिक मोटरों द्वारा संचालित अब तक अनदेखी मशीनों की गर्जना से भर गए थे। तब लगा कि प्रगति अपने चरम पर पहुंच गई है।

सब कुछ बदल गया देर से XIXशताब्दी, जब फ्रांसीसी रसायनज्ञ एंटोनी हेनरी बेकरेल ने गलती से पता लगाया कि यूरेनियम लवण रेडियोधर्मी हैं। दो साल बाद, उनके हमवतन पियरे क्यूरी और उनकी पत्नी मारिया स्कोलोडोव्स्का-क्यूरी ने उनसे रेडियम और पोलोनियम प्राप्त किया, और उनकी रेडियोधर्मिता का स्तर थोरियम और यूरेनियम की तुलना में लाखों गुना अधिक था।

बैटन को अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने उठाया था, जिन्होंने रेडियोधर्मी किरणों की प्रकृति का विस्तार से अध्ययन किया था। इस प्रकार परमाणु का युग शुरू हुआ, जिसने अपने प्रिय बच्चे - परमाणु रिएक्टर को जन्म दिया।

पहला परमाणु रिएक्टर

"फर्स्टबॉर्न" यूएसए से है। दिसंबर 1942 में, रिएक्टर ने पहला करंट दिया, जिसे इसके निर्माता का नाम मिला - एक महानतम भौतिक विज्ञानीसदी ई। फर्मी। तीन साल बाद, कनाडा में ZEEP परमाणु सुविधा अस्तित्व में आई। "कांस्य" 1946 के अंत में लॉन्च किए गए पहले सोवियत F-1 रिएक्टर में चला गया। IV कुरचटोव घरेलू परमाणु परियोजना के प्रमुख बने। आज दुनिया में 400 से अधिक परमाणु ऊर्जा इकाइयां सफलतापूर्वक काम कर रही हैं।

परमाणु रिएक्टरों के प्रकार

उनका मुख्य उद्देश्य एक नियंत्रित परमाणु प्रतिक्रिया का समर्थन करना है जो बिजली पैदा करता है। कुछ रिएक्टर आइसोटोप का उत्पादन करते हैं। संक्षेप में, वे उपकरण हैं, जिनकी गहराई में कुछ पदार्थ रिलीज के साथ दूसरों में परिवर्तित हो जाते हैं एक बड़ी संख्या मेंतापीय ऊर्जा। यह एक प्रकार का "भट्ठी" है, जहां पारंपरिक प्रकार के ईंधन के बजाय, यूरेनियम समस्थानिक - U-235, U-238 और प्लूटोनियम (पु) - "जला" जाते हैं।

इसके विपरीत, उदाहरण के लिए, कई प्रकार के गैसोलीन के लिए डिज़ाइन की गई कार, प्रत्येक प्रकार का रेडियोधर्मी ईंधन अपने प्रकार के रिएक्टर से मेल खाता है। उनमें से दो हैं - धीमी गति से (यू -235 के साथ) और तेज (यू -238 और पु के साथ) न्यूट्रॉन। अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में धीमे न्यूट्रॉन रिएक्टर होते हैं। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के अलावा, अनुसंधान केंद्रों में, परमाणु पनडुब्बियों आदि पर "काम" प्रतिष्ठान।

रिएक्टर कैसे काम करता है

सभी रिएक्टरों की योजना लगभग समान है। इसका "हृदय" एक सक्रिय क्षेत्र है। इसकी तुलना मोटे तौर पर एक साधारण चूल्हे के फायरबॉक्स से की जा सकती है। केवल जलाऊ लकड़ी के बजाय एक मॉडरेटर - टीवीईएल के साथ ईंधन तत्वों के रूप में परमाणु ईंधन होता है। सक्रिय क्षेत्र एक प्रकार के कैप्सूल के अंदर स्थित होता है - एक न्यूट्रॉन परावर्तक। ईंधन की छड़ें शीतलक - पानी द्वारा "धोई" जाती हैं। चूंकि "हृदय" में बहुत उच्च स्तर की रेडियोधर्मिता है, यह विश्वसनीय विकिरण सुरक्षा से घिरा हुआ है।

ऑपरेटर दो महत्वपूर्ण प्रणालियों - चेन रिएक्शन कंट्रोल और रिमोट कंट्रोल सिस्टम का उपयोग करके संयंत्र के संचालन को नियंत्रित करते हैं। यदि कोई असामान्य स्थिति उत्पन्न होती है, तो आपातकालीन सुरक्षा तुरंत चालू हो जाती है।

रिएक्टर कैसे काम करता है

परमाणु "लौ" अदृश्य है, क्योंकि प्रक्रियाएं परमाणु विखंडन के स्तर पर होती हैं। एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के दौरान, भारी नाभिक छोटे टुकड़ों में विघटित हो जाते हैं, जो उत्तेजित होने पर न्यूट्रॉन और अन्य उप-परमाणु कणों के स्रोत बन जाते हैं। लेकिन प्रक्रिया यहीं खत्म नहीं होती है। न्यूट्रॉन "विभाजित" करना जारी रखते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बहुत सारी ऊर्जा निकलती है, अर्थात क्या होता है जिसके लिए परमाणु ऊर्जा संयंत्र बनाए जा रहे हैं।

कर्मियों का मुख्य कार्य एक स्थिर, समायोज्य स्तर पर नियंत्रण छड़ की मदद से श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखना है। यह परमाणु बम से इसका मुख्य अंतर है, जहां परमाणु क्षय की प्रक्रिया बेकाबू होती है और एक शक्तिशाली विस्फोट के रूप में तेजी से आगे बढ़ती है।

चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र में क्या हुआ

अप्रैल 1986 में चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र में आपदा के मुख्य कारणों में से एक चौथी बिजली इकाई में नियमित रखरखाव के दौरान परिचालन सुरक्षा नियमों का घोर उल्लंघन था। फिर नियमों द्वारा अनुमत 15 के बजाय एक ही समय में 203 ग्रेफाइट की छड़ें कोर से हटा दी गईं। नतीजतन, शुरू हुई अनियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया एक थर्मल विस्फोट और बिजली इकाई के पूर्ण विनाश में समाप्त हो गई।

नई पीढ़ी के रिएक्टर

पिछले एक दशक में, रूस विश्व परमाणु ऊर्जा उद्योग में नेताओं में से एक बन गया है। फिलहाल, राज्य निगम "रोसाटॉम" 12 देशों में परमाणु ऊर्जा संयंत्र बना रहा है, जहां 34 बिजली इकाइयां बनाई जा रही हैं। इतनी अधिक मांग आधुनिक रूसी परमाणु प्रौद्योगिकी के उच्च स्तर का प्रमाण है। अगली पंक्ति में नई चौथी पीढ़ी के रिएक्टर हैं।

"ब्रेस्ट"

उनमें से एक ब्रेस्ट है, जिसे ब्रेकथ्रू प्रोजेक्ट के हिस्से के रूप में विकसित किया जा रहा है। अभी ऑपरेटिंग सिस्टमकम-समृद्ध यूरेनियम पर खुले-चक्र संचालन, जिसके बाद बड़ी मात्रा में खर्च किए गए ईंधन का निपटान किया जाना बाकी है, जिसके लिए भारी लागत की आवश्यकता होती है। "ब्रेस्ट" एक तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर है, एक अद्वितीय बंद चक्र है।

इसमें, खर्च किया गया ईंधन, फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर में उचित प्रसंस्करण के बाद, फिर से एक पूर्ण मूल्य वाला ईंधन बन जाता है, जिसे वापस उसी स्थापना में लोड किया जा सकता है।

"ब्रेस्ट" उच्च स्तर की सुरक्षा द्वारा प्रतिष्ठित है। यह सबसे गंभीर दुर्घटना में भी कभी "विस्फोट" नहीं करेगा, यह बहुत ही किफायती और पर्यावरण के अनुकूल है, क्योंकि यह अपने "नवीनीकृत" यूरेनियम का पुन: उपयोग करता है। इसका उपयोग हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम के उत्पादन के लिए भी नहीं किया जा सकता है, जो इसके निर्यात की व्यापक संभावनाओं को खोलता है।

वीवर-1200

VVER-1200 1150 मेगावाट की क्षमता वाला एक अभिनव 3+ पीढ़ी का रिएक्टर है। अपनी अनूठी तकनीकी क्षमताओं के कारण, इसमें लगभग पूर्ण परिचालन सुरक्षा है। रिएक्टर बहुतायत से निष्क्रिय सुरक्षा प्रणालियों से सुसज्जित है जो स्वचालित मोड में बिजली की आपूर्ति के अभाव में भी काम करेगा।

उनमें से एक निष्क्रिय गर्मी हटाने प्रणाली है, जो रिएक्टर पूरी तरह से डी-एनर्जीकृत होने पर स्वचालित रूप से सक्रिय हो जाती है। इस मामले में, आपातकालीन हाइड्रोलिक टैंक प्रदान किए जाते हैं। प्राथमिक सर्किट में असामान्य दबाव के साथ, बोरान युक्त पानी की एक बड़ी मात्रा को रिएक्टर में डाला जाता है, जो परमाणु प्रतिक्रिया को बुझाता है और न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है।

एक और जानकारी है कि कैसे रोकथाम के तल पर पाया जाता है - पिघला हुआ जाल। यदि, फिर भी, किसी दुर्घटना के परिणामस्वरूप, कोर "बहता है", "ट्रैप" रोकथाम को ढहने और मिट्टी में रेडियोधर्मी उत्पादों के प्रवेश को रोकने की अनुमति नहीं देगा।

परमाणु ऊर्जा बिजली पैदा करने का एक आधुनिक और तेजी से विकसित होने वाला तरीका है। क्या आप जानते हैं कि परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की व्यवस्था कैसे की जाती है? परमाणु ऊर्जा संयंत्र का संचालन सिद्धांत क्या है? आज किस प्रकार के परमाणु रिएक्टर हैं? हम एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन की योजना पर विस्तार से विचार करने की कोशिश करेंगे, परमाणु रिएक्टर की संरचना में तल्लीन करेंगे और यह पता लगाएंगे कि बिजली पैदा करने की परमाणु विधि कितनी सुरक्षित है।

कोई भी स्टेशन है बंद क्षेत्ररिहायशी इलाके से दूर। इसके क्षेत्र में कई इमारतें हैं। सबसे महत्वपूर्ण संरचना रिएक्टर बिल्डिंग है, इसके बगल में टर्बाइन रूम है, जहां से रिएक्टर को नियंत्रित किया जाता है, और सुरक्षा भवन।

परमाणु रिएक्टर के बिना सर्किट असंभव है। एक परमाणु (परमाणु) रिएक्टर एक एनपीपी उपकरण है जिसे इस प्रक्रिया के दौरान ऊर्जा की अनिवार्य रिहाई के साथ न्यूट्रॉन विखंडन की एक श्रृंखला प्रतिक्रिया को व्यवस्थित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। लेकिन परमाणु ऊर्जा संयंत्र का संचालन सिद्धांत क्या है?

पूरे रिएक्टर प्लांट को रिएक्टर बिल्डिंग में रखा गया है, एक बड़ा कंक्रीट टावर जो रिएक्टर को छुपाता है और दुर्घटना की स्थिति में, परमाणु प्रतिक्रिया के सभी उत्पाद शामिल होंगे। इस बड़े टॉवर को कंटेनमेंट, कंटेनमेंट या कंटेनमेंट कहा जाता है।

नए रिएक्टरों के नियंत्रण क्षेत्र में 2 मोटी कंक्रीट की दीवारें हैं - गोले।
बाहरी आवरण, 80 सेमी मोटा, नियंत्रण क्षेत्र को बाहरी प्रभावों से बचाता है।

आंतरिक खोल, 1 मीटर 20 सेमी मोटा, इसके उपकरण में विशेष स्टील के तार होते हैं, जो कंक्रीट की ताकत को लगभग तीन गुना बढ़ा देते हैं और संरचना को टूटने से बचाते हैं। अंदर की तरफ, इसे विशेष स्टील की एक पतली शीट के साथ पंक्तिबद्ध किया गया है, जिसे परोसने के लिए डिज़ाइन किया गया है अतिरिक्त सुरक्षानियंत्रण और, दुर्घटना की स्थिति में, रिएक्टर की सामग्री को नियंत्रण क्षेत्र के बाहर जारी न करें।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र का ऐसा उपकरण 200 टन तक के विमान दुर्घटना, 8-बिंदु भूकंप, बवंडर और सुनामी का सामना कर सकता है।

पहली बार, 1968 में अमेरिकी कनेक्टिकट यांकी परमाणु ऊर्जा संयंत्र में एक सीलबंद बाड़े का निर्माण किया गया था।

कंटेनमेंट एरिया की कुल ऊंचाई 50-60 मीटर है।

परमाणु रिएक्टर में क्या होता है?

परमाणु रिएक्टर के संचालन के सिद्धांत और इसलिए परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन के सिद्धांत को समझने के लिए, आपको रिएक्टर के घटकों को समझने की जरूरत है।

• सक्रिय क्षेत्र। यह वह क्षेत्र है जहां परमाणु ईंधन (गर्मी रिलीज) और मॉडरेटर रखा जाता है। ईंधन परमाणु (अक्सर यूरेनियम ईंधन होता है) एक विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया से गुजरता है। मंदक को विखंडन प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और आपको गति और शक्ति में आवश्यक प्रतिक्रिया करने की अनुमति देता है।
• न्यूट्रॉन का परावर्तक। परावर्तक सक्रिय क्षेत्र को घेर लेता है। इसमें मंदक के समान सामग्री होती है। वास्तव में, यह एक बॉक्स है, जिसका मुख्य उद्देश्य न्यूट्रॉन को कोर छोड़ने और पर्यावरण में प्रवेश करने से रोकना है।
• उष्मा वाहक। शीतलक को उस ऊष्मा को अवशोषित करना चाहिए जो ईंधन परमाणुओं के विखंडन के दौरान जारी की गई थी और इसे अन्य पदार्थों में स्थानांतरित कर दिया। शीतलक काफी हद तक यह निर्धारित करता है कि परमाणु ऊर्जा संयंत्र की व्यवस्था कैसे की जाती है। आज का सबसे लोकप्रिय ताप वाहक पानी है।
  रिएक्टर नियंत्रण प्रणाली। सेंसर और तंत्र जो परमाणु ऊर्जा संयंत्र रिएक्टर चलाते हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन

परमाणु ऊर्जा संयंत्र किस पर कार्य करता है? परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन रेडियोधर्मी गुणों वाले रासायनिक तत्व हैं। सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में यूरेनियम एक ऐसा तत्व है।

स्टेशनों की व्यवस्था का तात्पर्य है कि परमाणु ऊर्जा संयंत्र जटिल मिश्रित ईंधन पर काम करते हैं, न कि शुद्ध रासायनिक तत्व... और प्राकृतिक यूरेनियम से यूरेनियम ईंधन निकालने के लिए, जिसे एक परमाणु रिएक्टर में लोड किया जाता है, कई जोड़तोड़ करने की आवश्यकता होती है।

समृद्ध यूरेनियम

यूरेनियम में दो समस्थानिक होते हैं, अर्थात इसमें नाभिक होते हैं अलग वजन... उन्हें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन आइसोटोप -235 और आइसोटोप -238 की संख्या के आधार पर नामित किया गया था। 20वीं सदी के शोधकर्ताओं ने अयस्क से 235वां यूरेनियम निकालना शुरू किया, क्योंकि इसे विघटित करना और बदलना आसान था। यह पता चला कि प्रकृति में ऐसे यूरेनियम का केवल 0.7% है (शेष प्रतिशत 238 वें समस्थानिक में चला गया)।

इस मामले में क्या करना है? उन्होंने यूरेनियम को समृद्ध करने का फैसला किया। यूरेनियम संवर्धन एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें कई आवश्यक 235x समस्थानिक और कुछ अनावश्यक 238x शेष रह जाते हैं। यूरेनियम संवर्द्धक का कार्य यूरेनियम-235 का लगभग 0.7 प्रतिशत से लगभग शत-प्रतिशत बनाना है।

यूरेनियम को दो तकनीकों - गैसीय प्रसार या गैस सेंट्रीफ्यूज का उपयोग करके समृद्ध किया जा सकता है। उनके उपयोग के लिए, अयस्क से निकाले गए यूरेनियम को गैसीय अवस्था में बदल दिया जाता है। यह गैस के रूप में समृद्ध होता है।

यूरेनियम पाउडर

समृद्ध यूरेनियम गैस को परिवर्तित किया जाता है ठोस अवस्था- यूरेनियम डाइऑक्साइड। ऐसा शुद्ध, ठोस 235 यूरेनियम बड़े सफेद क्रिस्टल जैसा दिखता है, जिसे बाद में यूरेनियम पाउडर में कुचल दिया जाता है।

यूरेनियम की गोलियां

यूरेनियम की गोलियां कुछ सेंटीमीटर लंबी ठोस धातु की वाशर होती हैं। यूरेनियम पाउडर से ऐसी गोलियों को मोल्ड करने के लिए, इसे एक पदार्थ के साथ मिलाया जाता है - एक प्लास्टिसाइज़र, जो टैबलेट दबाने की गुणवत्ता में सुधार करता है।

प्रेस किए गए वाशर को 1200 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक दिन से अधिक समय तक बेक किया जाता है ताकि टैबलेट को विशेष ताकत और उच्च तापमान का प्रतिरोध मिल सके। परमाणु ऊर्जा संयंत्र कैसे काम करता है यह सीधे इस बात पर निर्भर करता है कि यूरेनियम ईंधन कितनी अच्छी तरह संपीड़ित और बेक किया गया है।

गोलियाँ मोलिब्डेनम बक्से में बेक की जाती हैं, क्योंकि केवल यह धातु डेढ़ हजार डिग्री से अधिक "नारकीय" तापमान पर नहीं पिघलने में सक्षम है। उसके बाद, परमाणु ऊर्जा संयंत्र के लिए यूरेनियम ईंधन तैयार माना जाता है।

टीवीईएल और टीवीएस क्या हैं?

रिएक्टर कोर दीवारों में छेद के साथ एक विशाल डिस्क या ट्यूब की तरह दिखता है (रिएक्टर के प्रकार के आधार पर), 5 गुना अधिक मानव शरीर... इन छिद्रों में यूरेनियम ईंधन होता है, जिसके परमाणु वांछित प्रतिक्रिया करते हैं।

रिएक्टर में केवल ईंधन फेंकना असंभव है, ठीक है, अगर आप पूरे स्टेशन का विस्फोट नहीं करना चाहते हैं और आस-पास के राज्यों के एक जोड़े के लिए एक दुर्घटना के परिणाम हैं। इसलिए, यूरेनियम ईंधन को ईंधन की छड़ों में रखा जाता है और फिर ईंधन असेंबलियों में एकत्र किया जाता है। इन योगों का क्या अर्थ है?

• टीवीईएल एक ईंधन तत्व है (रूसी कंपनी के उसी नाम से भ्रमित नहीं होना चाहिए जो उन्हें पैदा करता है)। मूल रूप से यह जिरकोनियम मिश्र धातुओं से बनी एक पतली और लंबी जिरकोनियम ट्यूब होती है जिसमें यूरेनियम छर्रों को रखा जाता है। यह ईंधन की छड़ों में है कि यूरेनियम परमाणु एक दूसरे के साथ बातचीत करना शुरू करते हैं, प्रतिक्रिया के दौरान गर्मी छोड़ते हैं।

जिरकोनियम को इसकी अपवर्तकता और जंग रोधी गुणों के कारण ईंधन छड़ के उत्पादन के लिए एक सामग्री के रूप में चुना गया था।

ईंधन छड़ का प्रकार रिएक्टर के प्रकार और संरचना पर निर्भर करता है। एक नियम के रूप में, ईंधन की छड़ की संरचना और उद्देश्य नहीं बदलता है, ट्यूब की लंबाई और चौड़ाई भिन्न हो सकती है।

मशीन 200 से अधिक यूरेनियम छर्रों को एक जिरकोनियम ट्यूब में लोड करती है। कुल मिलाकर, लगभग 10 मिलियन यूरेनियम छर्रे एक साथ रिएक्टर में काम कर रहे हैं।
एफए - ईंधन विधानसभा। एनपीपी कार्यकर्ता ईंधन असेंबलियों को बंडल कहते हैं।

वास्तव में, ये कई ईंधन छड़ें हैं जिन्हें एक साथ बांधा गया है। ईंधन असेंबलियां तैयार परमाणु ईंधन हैं, जिस पर परमाणु ऊर्जा संयंत्र संचालित होता है। यह ईंधन असेंबली है जिसे परमाणु रिएक्टर में लोड किया जाता है। एक रिएक्टर में लगभग 150 - 400 ईंधन असेंबलियाँ होती हैं।
रिएक्टर के आधार पर जिसमें ईंधन असेंबलियां संचालित होंगी, वे विभिन्न आकारों में आते हैं। कभी-कभी बीम एक घन में मोड़ते हैं, कभी बेलनाकार में, कभी-कभी हेक्सागोनल आकार में।

4 वर्षों के संचालन के लिए एक ईंधन संयोजन 670 कोयला कारों, 730 टैंकों को जलाने पर समान ऊर्जा उत्पन्न करता है प्राकृतिक गैसया 900 टैंक तेल से लदे हुए हैं।
आज, ईंधन असेंबलियों का उत्पादन मुख्य रूप से रूस, फ्रांस, संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान के कारखानों में किया जाता है।

अन्य देशों में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन पहुंचाने के लिए, ईंधन असेंबलियों को लंबे और चौड़े धातु के पाइपों में सील कर दिया जाता है, हवा को पाइप से बाहर निकाल दिया जाता है और विशेष मशीनों द्वारा कार्गो विमानों तक पहुंचाया जाता है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए परमाणु ईंधन का वजन बहुत अधिक होता है, क्योंकि यूरेनियम ग्रह पर सबसे भारी धातुओं में से एक है। इसका विशिष्ट गुरुत्व स्टील के 2.5 गुना है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र: यह कैसे काम करता है

परमाणु ऊर्जा संयंत्र का संचालन सिद्धांत क्या है? परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत एक रेडियोधर्मी पदार्थ - यूरेनियम के परमाणुओं के विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रिया पर आधारित है। यह प्रतिक्रिया एक परमाणु रिएक्टर के मूल में होती है।

यह जानना महत्वपूर्ण है:

यदि आप परमाणु भौतिकी की पेचीदगियों में नहीं जाते हैं, तो परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत इस तरह दिखता है:
परमाणु रिएक्टर शुरू करने के बाद, ईंधन की छड़ से अवशोषित छड़ें हटा दी जाती हैं, जो यूरेनियम को प्रतिक्रिया करने की अनुमति नहीं देती हैं।

एक बार जब छड़ें हटा दी जाती हैं, तो यूरेनियम न्यूट्रॉन एक दूसरे के साथ बातचीत करना शुरू कर देते हैं।

जब न्यूट्रॉन टकराते हैं, परमाणु स्तर पर एक छोटा विस्फोट होता है, ऊर्जा निकलती है और नए न्यूट्रॉन पैदा होते हैं, एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होने लगती है। यह प्रक्रिया गर्मी उत्पन्न करती है।

गर्मी को शीतलक में स्थानांतरित कर दिया जाता है। शीतलक के प्रकार के आधार पर, यह भाप या गैस में बदल जाता है, जो टरबाइन को घुमाता है।

टरबाइन एक विद्युत जनरेटर चलाता है। यह वह है जो वास्तव में विद्युत प्रवाह उत्पन्न करता है।

यदि आप इस प्रक्रिया का पालन नहीं करते हैं, तो यूरेनियम न्यूट्रॉन एक दूसरे से तब तक टकरा सकते हैं जब तक कि वे रिएक्टर को उड़ा न दें और पूरे परमाणु ऊर्जा संयंत्र को नष्ट कर दें। कंप्यूटर सेंसर प्रक्रिया को नियंत्रित करते हैं। वे रिएक्टर में तापमान वृद्धि या दबाव परिवर्तन का पता लगाते हैं और स्वचालित रूप से प्रतिक्रियाओं को रोक सकते हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र और थर्मल पावर प्लांट (थर्मल पावर प्लांट) के संचालन के सिद्धांत में क्या अंतर है?

पहले चरण में ही काम में अंतर होता है। एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र में, शीतलक यूरेनियम ईंधन परमाणुओं के विखंडन से गर्मी प्राप्त करता है, एक थर्मल पावर प्लांट में, शीतलक को जीवाश्म ईंधन (कोयला, गैस या तेल) के दहन से गर्मी प्राप्त होती है। या तो यूरेनियम परमाणुओं या कोयले के साथ गैस ने गर्मी जारी की है, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और थर्मल पावर प्लांटों की संचालन योजनाएं समान हैं।

परमाणु रिएक्टरों के प्रकार

परमाणु ऊर्जा संयंत्र कैसे काम करता है यह इस बात पर निर्भर करता है कि उसका परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है। आज दो मुख्य प्रकार के रिएक्टर हैं, जिन्हें न्यूरॉन्स के स्पेक्ट्रम के अनुसार वर्गीकृत किया गया है:
धीमी न्यूट्रॉन रिएक्टर, इसे थर्मल भी कहा जाता है।

इसके संचालन के लिए 235वें यूरेनियम का उपयोग किया जाता है, जो संवर्धन, यूरेनियम छर्रों के निर्माण आदि के चरणों से गुजरता है। आज, धीमी-न्यूट्रॉन रिएक्टर भारी बहुमत में हैं।
फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर।

भविष्य इन रिएक्टरों का है, क्योंकि वे यूरेनियम -238 पर काम करते हैं, जो प्रकृति में एक पैसा एक दर्जन है और इस तत्व को समृद्ध करने की आवश्यकता नहीं है। ऐसे रिएक्टरों का नुकसान केवल डिजाइन, निर्माण और लॉन्च के लिए बहुत अधिक लागत में है। आज फास्ट रिएक्टर केवल रूस में काम करते हैं।

फास्ट रिएक्टरों में शीतलक पारा, गैस, सोडियम या सीसा होता है।

दुनिया में सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा उपयोग किए जाने वाले धीमे न्यूट्रॉन रिएक्टर भी कई प्रकार के होते हैं।

IAEA संगठन (अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी) ने अपना स्वयं का वर्गीकरण बनाया है, जिसका उपयोग विश्व परमाणु ऊर्जा में सबसे अधिक बार किया जाता है। चूंकि परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत काफी हद तक शीतलक और मॉडरेटर की पसंद पर निर्भर करता है, आईएईए ने इन अंतरों पर अपना वर्गीकरण आधारित किया।

रासायनिक दृष्टिकोण से, ड्यूटेरियम ऑक्साइड एक आदर्श मॉडरेटर और शीतलक है, क्योंकि इसके परमाणु अन्य पदार्थों की तुलना में यूरेनियम न्यूट्रॉन के साथ सबसे प्रभावी ढंग से बातचीत करते हैं। सीधे शब्दों में कहें, भारी पानी न्यूनतम नुकसान और अधिकतम परिणामों के साथ अपना कार्य करता है। हालांकि, इसके उत्पादन में पैसा खर्च होता है, जबकि सामान्य "प्रकाश" और हमारे लिए परिचित पानी का उपयोग करना बहुत आसान है।

परमाणु रिएक्टरों के बारे में कुछ तथ्य ...

यह दिलचस्प है कि कम से कम 3 वर्षों के लिए एक एनपीपी रिएक्टर बनाया गया है!
रिएक्टर बनाने के लिए ऐसे उपकरणों की आवश्यकता होती है जो 210 किलो एम्पीयर के विद्युत प्रवाह पर काम करते हों, जो किसी व्यक्ति की जान लेने वाले करंट से दस लाख गुना अधिक होता है।

परमाणु रिएक्टर के एक खोल (संरचनात्मक तत्व) का वजन 150 टन होता है। एक रिएक्टर में ऐसे 6 तत्व होते हैं।

दबावयुक्त जल रिएक्टर

हमने पहले ही पता लगा लिया है कि एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र समग्र रूप से कैसे काम करता है, सब कुछ अलमारियों पर रखने के लिए, आइए देखें कि सबसे लोकप्रिय दबावयुक्त जल परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है।
आज पूरी दुनिया में 3+ पीढ़ी के प्रेशराइज्ड वाटर रिएक्टरों का उपयोग किया जाता है। उन्हें सबसे विश्वसनीय और सबसे सुरक्षित माना जाता है।

अपने संचालन के सभी वर्षों के लिए दुनिया के सभी दबाव वाले जल रिएक्टर पहले से ही 1000 से अधिक वर्षों से परेशानी मुक्त संचालन हासिल करने में कामयाब रहे हैं और कभी भी गंभीर विचलन नहीं दिया है।

दबाव वाले जल रिएक्टरों पर आधारित एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र की संरचना का तात्पर्य है कि आसुत जल, 320 डिग्री तक गरम किया जाता है, ईंधन की छड़ों के बीच घूमता है। इसे वाष्पशील अवस्था में जाने से रोकने के लिए इसे 160 वायुमंडल के दबाव में रखा जाता है। एनपीपी योजना इसे प्राथमिक सर्किट पानी कहती है।

गर्म पानी भाप जनरेटर में प्रवेश करता है और माध्यमिक सर्किट के पानी को अपनी गर्मी देता है, जिसके बाद यह फिर से रिएक्टर में "वापस" हो जाता है। बाह्य रूप से, ऐसा लगता है कि प्राथमिक सर्किट पानी के पाइप अन्य पाइपों के संपर्क में हैं - माध्यमिक सर्किट का पानी, वे गर्मी को एक दूसरे में स्थानांतरित करते हैं, लेकिन पानी संपर्क में नहीं है। ट्यूब संपर्क में हैं।

इस प्रकार, माध्यमिक सर्किट के पानी में विकिरण की संभावना, जो आगे बिजली पैदा करने की प्रक्रिया में भाग लेगा, को बाहर रखा गया है।

एनपीपी परिचालन सुरक्षा

परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन के सिद्धांत को सीखने के बाद, हमें यह समझना चाहिए कि सुरक्षा की व्यवस्था कैसे की जाती है। परमाणु ऊर्जा संयंत्र के उपकरण को आज सुरक्षा नियमों पर अधिक ध्यान देने की आवश्यकता है।
परमाणु ऊर्जा संयंत्र की सुरक्षा की लागत संयंत्र की कुल लागत का लगभग 40% है।

एनपीपी योजना में 4 भौतिक बाधाएं रखी गई हैं, जो रेडियोधर्मी पदार्थों की रिहाई को रोकती हैं। इन बाधाओं को क्या करना चाहिए? सही समय पर, परमाणु प्रतिक्रिया को रोकने में सक्षम होने के लिए, कोर और रिएक्टर से लगातार गर्मी हटाने को सुनिश्चित करने के लिए, रोकथाम (दबाव वाले क्षेत्र) के बाहर रेडियोन्यूक्लिड्स की रिहाई को रोकने के लिए।

• पहला अवरोध यूरेनियम छर्रों की ताकत है।यह महत्वपूर्ण है कि वे परमाणु रिएक्टर में उच्च तापमान से नष्ट न हों। बहुत कुछ यह कैसे काम करता है परमाणु ऊर्जा संयंत्र, इस बात पर निर्भर करता है कि उत्पादन के प्रारंभिक चरण में यूरेनियम की गोलियां "बेक्ड" कैसे थीं। यदि यूरेनियम ईंधन छर्रों को सही ढंग से बेक नहीं किया जाता है, तो रिएक्टर में यूरेनियम परमाणुओं की प्रतिक्रिया अप्रत्याशित होगी।
• दूसरा अवरोध ईंधन छड़ की जकड़न है।ज़िरकोनियम ट्यूबों को कसकर बंद कर दिया जाना चाहिए, अगर जकड़न टूट गई है, तो सबसे अच्छा रिएक्टर क्षतिग्रस्त हो जाएगा और काम बंद हो जाएगा, सबसे खराब - सब कुछ उड़ जाएगा।
• तीसरा अवरोध एक मजबूत स्टील रिएक्टर पोत हैए, (वही बड़ा टावर- हर्मेटिक ज़ोन) जो अपने आप में सभी रेडियोधर्मी प्रक्रियाओं को "रखता" है। पतवार क्षतिग्रस्त हो जाएगी - विकिरण वातावरण में छोड़ा जाएगा।
• चौथा अवरोध आपातकालीन सुरक्षा छड़ है।कोर के ऊपर, मॉडरेटर के साथ छड़ को मैग्नेट पर निलंबित कर दिया जाता है, जो 2 सेकंड में सभी न्यूट्रॉन को अवशोषित कर सकता है और श्रृंखला प्रतिक्रिया को रोक सकता है।

यदि, कई डिग्री सुरक्षा वाले परमाणु ऊर्जा संयंत्र के डिजाइन के बावजूद, रिएक्टर कोर को सही समय पर ठंडा करना संभव नहीं है, और ईंधन का तापमान 2600 डिग्री तक बढ़ जाता है, तो सुरक्षा प्रणाली की आखिरी उम्मीद खेल में आती है - तथाकथित पिघल जाल।

तथ्य यह है कि इस तरह के तापमान पर रिएक्टर पोत का तल पिघल जाएगा, और परमाणु ईंधन और पिघली हुई संरचनाओं के सभी अवशेष रिएक्टर कोर के ऊपर निलंबित एक विशेष "ग्लास" में निकल जाएंगे।

पिघला हुआ जाल ठंडा और आग रोक है। यह तथाकथित "बलिदान सामग्री" से भरा है, जो धीरे-धीरे विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रिया को रोकता है।

इस प्रकार, एनपीपी योजना का तात्पर्य कई डिग्री सुरक्षा से है, जो व्यावहारिक रूप से दुर्घटना की किसी भी संभावना को पूरी तरह से बाहर कर देता है।

भेजना

परमाणु रिएक्टर क्या है?

एक परमाणु रिएक्टर, जिसे पहले "परमाणु बॉयलर" के रूप में जाना जाता था, एक निरंतर परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू करने और नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाने वाला उपकरण है। परमाणु रिएक्टरों का उपयोग परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में बिजली पैदा करने और जहाज के इंजनों के लिए किया जाता है। परमाणु विखंडन से निकलने वाली गर्मी को एक काम कर रहे तरल पदार्थ (पानी या गैस) में स्थानांतरित किया जाता है जो भाप टर्बाइनों से होकर गुजरता है। पानी या गैस जहाज के ब्लेड को चलाता है, या बिजली के जनरेटर को घुमाता है। परमाणु प्रतिक्रिया से उत्पन्न भाप का उपयोग सैद्धांतिक रूप से थर्मल उद्योग या जिला हीटिंग के लिए किया जा सकता है। कुछ रिएक्टरों का उपयोग चिकित्सा और औद्योगिक उद्देश्यों के लिए या हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम के उत्पादन के लिए आइसोटोप के उत्पादन के लिए किया जाता है। उनमें से कुछ केवल शोध उद्देश्यों के लिए हैं। आज लगभग 450 परमाणु ऊर्जा रिएक्टर हैं जो दुनिया भर के लगभग 30 देशों में बिजली पैदा करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

परमाणु रिएक्टर के संचालन का सिद्धांत

जिस तरह पारंपरिक बिजली संयंत्र जीवाश्म ईंधन को जलाने से निकलने वाली तापीय ऊर्जा का उपयोग करके बिजली उत्पन्न करते हैं, परमाणु रिएक्टर नियंत्रित विखंडन द्वारा जारी ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं ताकि आगे यांत्रिक या विद्युत रूपों में रूपांतरण किया जा सके।

परमाणु नाभिक की विखंडन प्रक्रिया

जब एक महत्वपूर्ण संख्या में क्षयकारी परमाणु नाभिक (जैसे यूरेनियम-235 या प्लूटोनियम-239) एक न्यूट्रॉन को अवशोषित करते हैं, तो परमाणु क्षय हो सकता है। एक भारी नाभिक दो या दो से अधिक प्रकाश नाभिक (विखंडन उत्पाद) में विभाजित हो जाता है, गतिज ऊर्जा, गामा विकिरण और मुक्त न्यूट्रॉन जारी करता है। इनमें से कुछ न्यूट्रॉन बाद में अन्य विखंडन वाले परमाणुओं द्वारा अवशोषित किए जा सकते हैं और आगे विखंडन का कारण बन सकते हैं, जो अधिक न्यूट्रॉन जारी करता है, और इसी तरह। इस प्रक्रिया को परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया के रूप में जाना जाता है।

ऐसी परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने के लिए, न्यूट्रॉन अवशोषक और मॉडरेटर अधिक नाभिक के विखंडन में जाने वाले न्यूट्रॉन के अंश को बदल सकते हैं। खतरनाक स्थितियों की पहचान होने पर क्षय प्रतिक्रिया को रोकने में सक्षम होने के लिए परमाणु रिएक्टरों को मैन्युअल रूप से या स्वचालित रूप से नियंत्रित किया जाता है।

आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले न्यूट्रॉन फ्लक्स रेगुलेटर साधारण ("हल्का") पानी (दुनिया में रिएक्टरों का 74.8%), ठोस ग्रेफाइट (रिएक्टर का 20%) और "भारी" पानी (रिएक्टर का 5%) होते हैं। कुछ प्रायोगिक प्रकार के रिएक्टरों में बेरिलियम और हाइड्रोकार्बन का उपयोग करने का प्रस्ताव है।

परमाणु रिएक्टर में ऊष्मा का विमोचन

रिएक्टर का कार्य क्षेत्र कई तरह से गर्मी उत्पन्न करता है:

• जब नाभिक पड़ोसी परमाणुओं से टकराते हैं तो विखंडन उत्पादों की गतिज ऊर्जा तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।
• रिएक्टर विखंडन के दौरान उत्पन्न कुछ गामा विकिरण को अवशोषित करता है और इसकी ऊर्जा को गर्मी में परिवर्तित करता है।
• विखंडन उत्पादों और उन सामग्रियों के रेडियोधर्मी क्षय से गर्मी उत्पन्न होती है जो न्यूट्रॉन के अवशोषण के दौरान उजागर हुई हैं। रिएक्टर बंद होने के बाद भी यह ऊष्मा स्रोत कुछ समय के लिए अपरिवर्तित रहेगा।

परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान, एक किलोग्राम यूरेनियम -235 (यू -235) एक पारंपरिक किलोग्राम कोयले की तुलना में लगभग तीन मिलियन गुना अधिक ऊर्जा जारी करता है (7.2 × 1013 जूल प्रति किलोग्राम यूरेनियम -235 बनाम 2.4 × 107 जूल प्रति किलोग्राम कोयला),

परमाणु रिएक्टर शीतलन प्रणाली

परमाणु रिएक्टर में शीतलक - आमतौर पर पानी, लेकिन कभी-कभी गैस, तरल धातु (जैसे तरल सोडियम), या पिघला हुआ नमक - उत्पन्न गर्मी को अवशोषित करने के लिए रिएक्टर कोर के चारों ओर घूमता है। रिएक्टर से गर्मी को हटा दिया जाता है और फिर भाप उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जाता है। अधिकांश रिएक्टर एक शीतलन प्रणाली का उपयोग करते हैं जो पानी से भौतिक रूप से पृथक होता है जो एक दबाव वाले पानी रिएक्टर की तरह टर्बाइनों के लिए उपयोग किए जाने वाले भाप को उबालता है और उत्पन्न करता है। हालांकि, कुछ रिएक्टरों में, भाप टरबाइन का पानी सीधे रिएक्टर कोर में उबलता है; उदाहरण के लिए, एक दबावयुक्त जल रिएक्टर में।

रिएक्टर में न्यूट्रॉन प्रवाह की निगरानी

रिएक्टर के बिजली उत्पादन को अधिक विखंडन पैदा करने में सक्षम न्यूट्रॉन की संख्या को नियंत्रित करके नियंत्रित किया जाता है।

न्यूट्रॉन को अवशोषित करने के लिए "न्यूट्रॉन जहर" से बने नियंत्रण छड़ का उपयोग किया जाता है। नियंत्रण रॉड द्वारा जितने अधिक न्यूट्रॉन अवशोषित किए जाते हैं, उतने ही कम न्यूट्रॉन आगे विखंडन का कारण बन सकते हैं। इस प्रकार, अवशोषण छड़ को रिएक्टर में गहराई तक डुबाने से इसकी उत्पादन शक्ति कम हो जाती है और, इसके विपरीत, नियंत्रण छड़ को हटाने से इसमें वृद्धि होगी।

सभी परमाणु रिएक्टरों में नियंत्रण के पहले स्तर पर, कई न्यूट्रॉन-समृद्ध विखंडन समस्थानिकों के विलंबित न्यूट्रॉन उत्सर्जन की प्रक्रिया महत्वपूर्ण है। शारीरिक प्रक्रिया... ये विलंबित न्यूट्रॉन विखंडन के दौरान उत्पादित न्यूट्रॉन की कुल संख्या का लगभग 0.65% बनाते हैं, और बाकी (तथाकथित "फास्ट न्यूट्रॉन") विखंडन के दौरान तुरंत बनते हैं। विलंबित न्यूट्रॉन बनाने वाले विखंडन उत्पादों में मिलीसेकंड से लेकर कई मिनटों तक का आधा जीवन होता है, और इसलिए यह सटीक रूप से निर्धारित करने में महत्वपूर्ण समय लेता है कि एक रिएक्टर एक महत्वपूर्ण बिंदु पर कब पहुंच गया है। रिएक्टर को चेन रिएक्टिविटी मोड में बनाए रखना, जहां महत्वपूर्ण द्रव्यमान तक पहुंचने के लिए विलंबित न्यूट्रॉन की आवश्यकता होती है, "वास्तविक समय" में चेन रिएक्शन को नियंत्रित करने के लिए यांत्रिक उपकरणों या मानव नियंत्रण द्वारा प्राप्त किया जाता है; अन्यथा, एक सामान्य परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया में एक घातीय वृद्धि के परिणामस्वरूप एक परमाणु रिएक्टर के मूल को पिघलने और पिघलने के बीच का समय हस्तक्षेप करने के लिए बहुत कम होगा। यह अंतिम चरण, जहां विलंबित न्यूट्रॉन को अब क्रिटिकलिटी बनाए रखने की आवश्यकता नहीं होती है, को शीघ्र क्रिटिकलिटी के रूप में जाना जाता है। संख्यात्मक रूप में आलोचनात्मकता का वर्णन करने के लिए एक पैमाना है, जिसमें बीज की महत्वपूर्णता "शून्य डॉलर" शब्द द्वारा इंगित की जाती है, "एक डॉलर" के रूप में तेज़ टिपिंग बिंदु, प्रक्रिया में अन्य बिंदुओं को "सेंट" में प्रक्षेपित किया जाता है।

कुछ रिएक्टरों में, शीतलक न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में भी कार्य करता है। मॉडरेटर रिएक्टर की शक्ति को बढ़ाता है जिससे विखंडन के दौरान निकलने वाले तेज न्यूट्रॉन ऊर्जा खो देते हैं और थर्मल न्यूट्रॉन बन जाते हैं। थर्मल न्यूट्रॉन तेजी से न्यूट्रॉन की तुलना में विखंडन का कारण बनते हैं। यदि शीतलक भी न्यूट्रॉन मॉडरेटर है, तो तापमान परिवर्तन शीतलक/मॉडरेटर के घनत्व को प्रभावित कर सकता है और इसलिए रिएक्टर बिजली उत्पादन में परिवर्तन। शीतलक का तापमान जितना अधिक होगा, वह उतना ही कम घना होगा, और इसलिए कम प्रभावी मॉडरेटर।

अन्य प्रकार के रिएक्टरों में, शीतलक न्यूट्रॉन को उसी तरह से अवशोषित करके "न्यूट्रॉन जहर" के रूप में कार्य करता है जैसे नियंत्रण छड़। इन रिएक्टरों में, शीतलक को गर्म करके बिजली उत्पादन बढ़ाया जा सकता है, जिससे यह कम घना हो जाता है। परमाणु रिएक्टरों में आमतौर पर आपातकालीन शटडाउन के लिए रिएक्टर को बंद करने के लिए स्वचालित और मैनुअल सिस्टम होते हैं। इन प्रणालियों ने बड़ी मात्रा में "न्यूट्रॉन जहर" (अक्सर बोरिक एसिड के रूप में बोरॉन) को रिएक्टर में डाल दिया ताकि विखंडन प्रक्रिया को रोकने के लिए खतरनाक स्थितियों का पता लगाया जा सके या संदेह हो।

अधिकांश प्रकार के रिएक्टर "क्सीनन पिट" या "आयोडीन पिट" के रूप में जानी जाने वाली प्रक्रिया के प्रति संवेदनशील होते हैं। व्यापक विखंडन उत्पाद, क्सीनन-135, एक न्यूट्रॉन अवशोषक की भूमिका निभाता है जो रिएक्टर को बंद करना चाहता है। क्सीनन-135 के संचयन को न्यूट्रॉनों को उतनी ही तेजी से अवशोषित कर नष्ट करने के लिए पर्याप्त उच्च शक्ति स्तर बनाए रखकर नियंत्रित किया जा सकता है। विखंडन से आयोडीन-135 का निर्माण भी होता है, जो बदले में क्सीनन-135 बनाने के लिए (6.57 घंटे के आधे जीवन के साथ) क्षय हो जाता है। जब रिएक्टर बंद हो जाता है, तो आयोडीन-135 का क्षय होकर क्सीनन-135 बनता है, जो एक या दो दिनों के भीतर रिएक्टर को फिर से शुरू करना अधिक कठिन बना देता है, क्योंकि क्सीनन-135 सीज़ियम-135 का निर्माण करता है, जो न्यूट्रॉन अवशोषक नहीं है। क्सीनन 135, 9.2 घंटे के आधे जीवन के साथ। यह अस्थायी अवस्था "आयोडीन पिट" है। यदि रिएक्टर में पर्याप्त अतिरिक्त शक्ति है, तो इसे पुनः आरंभ किया जा सकता है। अधिक क्सीनन-135 को क्सीनन-136 में परिवर्तित किया जाता है, जो न्यूट्रॉन अवशोषक से कम होता है, और कुछ घंटों के भीतर रिएक्टर तथाकथित "क्सीनन बर्नअप चरण" का अनुभव करता है। इसके अतिरिक्त, खोए हुए क्सीनन-135 को बदलने के लिए न्यूट्रॉन के अवशोषण की भरपाई के लिए रिएक्टर में नियंत्रण छड़ें डाली जानी चाहिए। इस प्रक्रिया का ठीक से पालन करने में विफलता चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र में दुर्घटना का प्रमुख कारण थी।

शिपबोर्ड परमाणु प्रतिष्ठानों (विशेषकर परमाणु पनडुब्बियों) में उपयोग किए जाने वाले रिएक्टरों को अक्सर भूमि आधारित बिजली रिएक्टरों की तरह निरंतर बिजली उत्पादन में शुरू नहीं किया जा सकता है। इसके अलावा, ऐसे बिजली संयंत्रों में ईंधन को बदले बिना संचालन की लंबी अवधि होनी चाहिए। इस कारण से, कई डिज़ाइन अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम का उपयोग करते हैं लेकिन ईंधन की छड़ों में एक जलने योग्य न्यूट्रॉन अवशोषक होते हैं। यह एक रिएक्टर को अधिक विखंडनीय सामग्री के साथ डिजाइन करना संभव बनाता है, जो न्यूट्रॉन अवशोषित सामग्री की उपस्थिति के कारण रिएक्टर ईंधन चक्र के जलने की शुरुआत में अपेक्षाकृत सुरक्षित है, जिसे बाद में पारंपरिक लंबे समय तक रहने वाले न्यूट्रॉन अवशोषक द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। (क्सीनन-135 से अधिक टिकाऊ), जो धीरे-धीरे रिएक्टर के जीवन पर जमा हो जाता है। ईंधन।

बिजली का उत्पादन कैसे होता है?

विखंडन प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न ऊर्जा गर्मी उत्पन्न करती है, जिनमें से कुछ को प्रयोग करने योग्य ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। इस तापीय ऊर्जा का उपयोग करने का एक सामान्य तरीका यह है कि इसका उपयोग पानी को उबालने और दबाव में भाप उत्पन्न करने के लिए किया जाए, जो बदले में ड्राइव को घुमाता है। भाप का टर्बाइन, जो अल्टरनेटर को घुमाता है और बिजली उत्पन्न करता है।

पहले रिएक्टरों की उपस्थिति का इतिहास

1932 में न्यूट्रॉन की खोज की गई थी। न्यूट्रॉन के संपर्क के परिणामस्वरूप परमाणु प्रतिक्रियाओं से उकसाने वाली श्रृंखला प्रतिक्रिया की योजना पहली बार 1933 में हंगरी के वैज्ञानिक लियो सिलार्ड द्वारा की गई थी। उन्होंने अगले वर्ष लंदन में एडमिरल्टी में अपने साधारण रिएक्टर के विचार के लिए एक पेटेंट के लिए आवेदन किया। हालांकि, स्ज़ीलार्ड के विचार में न्यूट्रॉन के स्रोत के रूप में परमाणु विखंडन के सिद्धांत को शामिल नहीं किया गया था, क्योंकि यह प्रक्रिया अभी तक खोजी नहीं गई थी। प्रकाश तत्वों में न्यूट्रॉन-मध्यस्थ परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया का उपयोग करके परमाणु रिएक्टरों के लिए स्ज़ीलार्ड के विचार अव्यवहारिक साबित हुए।

यूरेनियम का उपयोग करके एक नए प्रकार के रिएक्टर बनाने के लिए प्रेरणा लीज़ मीटनर, फ्रिट्ज स्ट्रैसमैन और ओटो हैन की खोज थी जिन्होंने 1938 में न्यूट्रॉन के साथ "बमबारी" की थी (बेरिलियम की अल्फा क्षय प्रतिक्रिया, एक "न्यूट्रॉन गन" का उपयोग करके) बनाने के लिए बेरियम, जो, जैसा कि उनका मानना ​​​​था कि यह यूरेनियम नाभिक के क्षय से उत्पन्न हुआ था। 1939 की शुरुआत में बाद के अध्ययनों (स्ज़िलार्ड और फ़र्मी) से पता चला कि परमाणु के विघटन के दौरान कुछ न्यूट्रॉन भी उत्पन्न हुए थे और इसने परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया को संभव बनाया जो कि स्ज़ीलार्ड ने छह साल पहले देखा था।

2 अगस्त 1939 को, अल्बर्ट आइंस्टीन ने राष्ट्रपति फ्रैंकलिन डी. रूजवेल्ट को स्ज़ीलार्ड द्वारा लिखे गए एक पत्र पर हस्ताक्षर किए, जिसमें कहा गया था कि यूरेनियम विखंडन की खोज से "बेहद शक्तिशाली बमएक नया प्रकार। "इसने रिएक्टरों और रेडियोधर्मी क्षय के अध्ययन को गति दी। स्ज़ीलार्ड और आइंस्टीन एक दूसरे को अच्छी तरह से जानते थे और कई वर्षों तक एक साथ काम करते थे, लेकिन आइंस्टीन ने कभी भी परमाणु ऊर्जा की ऐसी संभावना के बारे में नहीं सोचा था, जब तक कि स्ज़ीलार्ड ने उन्हें सूचित नहीं किया। अमेरिकी सरकार को चेतावनी देने के लिए आइंस्टीन-स्ज़िलार्ड पत्र लिखने की अपनी खोज की शुरुआत,

इसके तुरंत बाद, 1939 में, नाजी जर्मनी ने पोलैंड पर आक्रमण किया, यूरोप में द्वितीय विश्व युद्ध शुरू किया। आधिकारिक तौर पर, अमेरिका अभी युद्ध में नहीं था, लेकिन अक्टूबर में, जब आइंस्टीन-स्ज़ीलार्ड पत्र दिया गया था, रूजवेल्ट ने कहा कि अध्ययन का उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है कि "नाजियों ने हमें उड़ा नहीं दिया।" अमेरिकी परमाणु परियोजना शुरू हुई, हालांकि कुछ देरी के साथ, संदेह बना रहा (विशेष रूप से फर्मी से) और शुरुआत में परियोजना की देखरेख करने वाले सरकारी अधिकारियों की छोटी संख्या के कारण भी।

अगले वर्ष, अमेरिकी सरकार को यूके से फ्रिस्क-पीयर्ल्स ज्ञापन प्राप्त हुआ, जिसमें कहा गया था कि एक श्रृंखला प्रतिक्रिया करने के लिए आवश्यक यूरेनियम की मात्रा पहले की तुलना में काफी कम थी। ज्ञापन मॉड कमिटी की भागीदारी के साथ बनाया गया था, जिन्होंने यूके में परमाणु बम परियोजना पर काम किया था, जिसे बाद में "ट्यूब मिश्र" नाम दिया गया था और बाद में मैनहट्टन परियोजना में शामिल किया गया था।

अंततः, शिकागो वुडपाइल 1 नामक पहला मानव निर्मित परमाणु रिएक्टर, शिकागो विश्वविद्यालय में 1942 के अंत में एनरिको फर्मी के नेतृत्व में एक टीम द्वारा बनाया गया था। इस समय तक, अमेरिकी परमाणु कार्यक्रम पहले ही देश के प्रवेश से तेज हो चुका था। युद्ध में। शिकागो वुडपाइल 2 दिसंबर 1942 को 15:25 बजे अपने ब्रेकिंग पॉइंट पर पहुंच गया। रिएक्टर का फ्रेम लकड़ी का था, जिसमें प्राकृतिक यूरेनियम ऑक्साइड के नेस्टेड "ब्रिकेट्स" या "स्यूडोस्फीयर" के साथ ग्रेफाइट ब्लॉक (इसलिए नाम) का ढेर था।

1943 में शिकागो वुडपाइल के निर्माण के तुरंत बाद, अमेरिकी सेना ने मैनहट्टन परियोजना के लिए परमाणु रिएक्टरों की एक श्रृंखला विकसित की। सबसे बड़े रिएक्टर (वाशिंगटन राज्य में हनफोर्ड परिसर में स्थित) बनाने का मुख्य लक्ष्य परमाणु हथियारों के लिए प्लूटोनियम का बड़े पैमाने पर उत्पादन था। फर्मी और स्ज़ीलार्ड ने 19 दिसंबर, 1944 को रिएक्टरों के लिए एक पेटेंट आवेदन दायर किया। युद्धकालीन गोपनीयता के कारण इसके जारी होने में 10 साल की देरी हुई।

"दुनिया में पहला" - यह शिलालेख ईबीआर-आई रिएक्टर की साइट पर बनाया गया था, जो अब आर्को, इडाहो शहर के पास एक संग्रहालय है। मूल रूप से "शिकागो वुडपाइल 4" नाम दिया गया, इस रिएक्टर को वाल्टर ज़िन के निर्देशन में अरेगोन नेशनल लेबोरेटरी के लिए बनाया गया था। यह प्रायोगिक फास्ट ब्रीडर रिएक्टर संयुक्त राज्य परमाणु ऊर्जा आयोग के कब्जे में था। रिएक्टर ने 20 दिसंबर 1951 को परीक्षण किए जाने पर 0.8 किलोवाट बिजली और अगले दिन 100 किलोवाट बिजली (विद्युत) का उत्पादन किया, जिसकी डिजाइन क्षमता 200 किलोवाट (विद्युत) थी।

परमाणु रिएक्टरों के सैन्य उपयोग के अलावा, वहाँ किया गया है राजनीतिक कारणशांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए परमाणु ऊर्जा पर अनुसंधान जारी रखना। अमेरिकी राष्ट्रपति ड्वाइट डी. आइजनहावर ने 8 दिसंबर, 1953 को संयुक्त राष्ट्र महासभा में शांति के लिए अपना प्रसिद्ध भाषण दिया। इस राजनयिक कदम से संयुक्त राज्य अमेरिका और दुनिया भर में रिएक्टर प्रौद्योगिकी का प्रसार हुआ।

नागरिक उद्देश्यों के लिए बनाया गया पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र ओबनिंस्क में "एएम -1" परमाणु ऊर्जा संयंत्र था, जिसे सोवियत संघ में 27 जून, 1954 को लॉन्च किया गया था। इसने लगभग 5 मेगावाट बिजली का उत्पादन किया।

द्वितीय विश्व युद्ध के बाद, अमेरिकी सेना ने परमाणु रिएक्टर प्रौद्योगिकी के लिए अन्य उपयोगों की तलाश की। सेना और वायु सेना में किए गए शोध को लागू नहीं किया गया था; फिर भी, संयुक्त राज्य की नौसेना 17 जनवरी, 1955 को परमाणु पनडुब्बी यूएसएस नॉटिलस (SSN-571) को लॉन्च करने में सफल रही।

पहला वाणिज्यिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र (सेलफिल्ड, इंग्लैंड में काल्डर हॉल) 1956 में 50 मेगावाट (बाद में 200 मेगावाट) की प्रारंभिक क्षमता के साथ खोला गया।

1960 के बाद से अमेरिकी सैन्य अड्डे "कैंप सेंचुरी" के लिए बिजली (2 मेगावाट) उत्पन्न करने के लिए पहला पोर्टेबल परमाणु रिएक्टर "अल्को पीएम -2 ए" का उपयोग किया गया है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र के मुख्य घटक

अधिकांश प्रकार के परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के मुख्य घटक हैं:

परमाणु रिएक्टर के तत्व

• परमाणु ईंधन (परमाणु रिएक्टर कोर; न्यूट्रॉन मॉडरेटर)
• न्यूट्रॉन का मूल स्रोत
• न्यूट्रॉन अवशोषक
• न्यूट्रॉन गन (शटडाउन के बाद प्रतिक्रिया को फिर से शुरू करने के लिए न्यूट्रॉन का एक निरंतर स्रोत प्रदान करता है)
• शीतलन प्रणाली (अक्सर न्यूट्रॉन मॉडरेटर और कूलर समान होते हैं, आमतौर पर शुद्ध पानी)
• नियंत्रक छड़ें
• परमाणु रिएक्टर पोत (एनआरसी)

बॉयलर पानी की आपूर्ति पंप

• भाप जनरेटर (उबलते पानी रिएक्टरों में नहीं)
• भाप का टर्बाइन
• बिजली जनरेटर
• संधारित्र
• कूलिंग टॉवर (हमेशा आवश्यक नहीं)
• रेडियोधर्मी अपशिष्ट उपचार प्रणाली (रेडियोधर्मी कचरे के निपटान के लिए स्टेशन का हिस्सा)
• परमाणु ईंधन हस्तांतरण साइट
• खर्च किया गया ईंधन पूल

विकिरण सुरक्षा प्रणाली

• रेक्टर सुरक्षा प्रणाली (एसजेडआर)
• आपातकालीन डीजल जनरेटर
• आपातकालीन रिएक्टर कोर कूलिंग सिस्टम (ईसीसीएस)
• आपातकालीन तरल नियंत्रण प्रणाली (आपातकालीन बोरॉन इंजेक्शन, केवल उबलते पानी के रिएक्टरों में)
• जिम्मेदार उपभोक्ताओं के लिए सेवा जल आपूर्ति प्रणाली (SOTVOP)

सुरक्षात्मक खोल

• रिमोट कंट्रोल
• में काम के लिए स्थापना आपातकालीन परिस्तिथि
• परमाणु प्रशिक्षण परिसर (एक नियम के रूप में, नियंत्रण कक्ष की नकल है)

परमाणु रिएक्टर वर्गीकरण

परमाणु रिएक्टरों के प्रकार

परमाणु रिएक्टरों को कई तरह से वर्गीकृत किया जाता है; सारांशइन वर्गीकरण विधियों को नीचे प्रस्तुत किया गया है।

परमाणु रिएक्टरों का मॉडरेटर वर्गीकरण

प्रयुक्त थर्मल रिएक्टर:

• ग्रेफाइट रिएक्टर
  
• दबावयुक्त जल रिएक्टर
• भारी पानी रिएक्टर(कनाडा, भारत, अर्जेंटीना, चीन, पाकिस्तान, रोमानिया और दक्षिण कोरिया में प्रयुक्त)।
• लाइट वॉटर रिएक्टर(एलडब्ल्यूआर)। लाइट वाटर रिएक्टर (सबसे सामान्य प्रकार का थर्मल रिएक्टर) रिएक्टरों को नियंत्रित और ठंडा करने के लिए साधारण पानी का उपयोग करते हैं। यदि पानी का तापमान बढ़ जाता है, तो इसका घनत्व कम हो जाता है, जिससे न्यूट्रॉन प्रवाह धीमा हो जाता है जिससे आगे की श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है। यह नकारात्मक है प्रतिपुष्टिपरमाणु प्रतिक्रिया की दर को स्थिर करता है। ग्रेफाइट और भारी पानी के रिएक्टर हल्के पानी के रिएक्टरों की तुलना में अधिक तीव्रता से गर्म होते हैं। अतिरिक्त तापन के कारण ऐसे रिएक्टर प्राकृतिक यूरेनियम/कच्चे ईंधन का उपयोग कर सकते हैं।
• प्रकाश तत्व संचालित रिएक्टर.
• पिघला हुआ नमक संचालित रिएक्टर(MSR) लिथियम या बेरिलियम जैसे प्रकाश तत्वों की उपस्थिति से नियंत्रित होते हैं, जो शीतलक / ईंधन मैट्रिक्स लवण LiF और BEF2 में पाए जाते हैं।
• लिक्विड मेटल कूल्ड रिएक्टर, जहां शीतलक सीसा और बिस्मथ का मिश्रण है, न्यूट्रॉन अवशोषक में BeO ऑक्साइड का उपयोग कर सकता है।
• कार्बनिक संचालित रिएक्टर(ओएमआर) मॉडरेटर और कूलिंग घटकों के रूप में डाइफेनिल और टेरफेनिल का उपयोग करता है।

शीतलक के प्रकार द्वारा परमाणु रिएक्टरों का वर्गीकरण

• वाटर कूल्ड रिएक्टर... संयुक्त राज्य अमेरिका में 104 ऑपरेटिंग रिएक्टर हैं। इनमें से 69 वाटर मॉडेड वॉटर रिएक्टर (PWR) हैं और 35 बॉयलिंग वॉटर रिएक्टर (BWR) हैं। दबावयुक्त जल परमाणु रिएक्टर (पीडब्लूआर) सभी पश्चिमी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का भारी बहुमत बनाते हैं। आरवीडी प्रकार की मुख्य विशेषता एक धौंकनी, एक विशेष उच्च दबाव पोत की उपस्थिति है। अधिकांश वाणिज्यिक उच्च दबाव और नौसेना रिएक्टर सुपरचार्जर का उपयोग करते हैं। सामान्य ऑपरेशन के दौरान, ब्लोअर आंशिक रूप से पानी से भर जाता है और इसके ऊपर एक भाप का बुलबुला बना रहता है, जो पानी को इमर्शन हीटर से गर्म करके बनाया जाता है। सामान्य मोड में, सुपरचार्जर उच्च दबाव रिएक्टर पोत (एचपीआर) से जुड़ा होता है और दबाव कम्पेसाटर रिएक्टर में पानी की मात्रा में बदलाव की स्थिति में एक गुहा की उपस्थिति सुनिश्चित करता है। यह योजना हीटर का उपयोग करने वाले कम्पेसाटर में भाप के दबाव को बढ़ाकर या घटाकर रिएक्टर में दबाव का नियंत्रण भी प्रदान करती है।

• भारी पानी उच्च दबाव रिएक्टरवे विभिन्न प्रकार के दबाव वाले पानी रिएक्टरों (आरडब्ल्यूआर) से संबंधित हैं, जो दबाव का उपयोग करने के सिद्धांतों को जोड़ते हैं, एक पृथक थर्मल चक्र, शीतलक और मॉडरेटर के रूप में भारी पानी के उपयोग को मानते हुए, जो आर्थिक रूप से फायदेमंद है।
• उबलते पानी रिएक्टर(बीडब्ल्यूआर)। उबलते पानी रिएक्टर मॉडल मुख्य रिएक्टर पोत के तल पर ईंधन की छड़ के आसपास उबलते पानी की उपस्थिति की विशेषता है। उबलता पानी रिएक्टर यूरेनियम डाइऑक्साइड के रूप में ईंधन के रूप में समृद्ध 235U का उपयोग करता है। ईंधन को स्टील के बर्तन में रखी छड़ों में इकट्ठा किया जाता है, जो बदले में पानी में डूबा रहता है। परमाणु विखंडन प्रक्रिया के कारण पानी उबलता है और भाप बनती है। यह भाप टर्बाइनों में पाइपलाइनों से होकर गुजरती है। टर्बाइन भाप द्वारा संचालित होते हैं, और इस प्रक्रिया से बिजली उत्पन्न होती है। सामान्य ऑपरेशन के दौरान, रिएक्टर दबाव पोत से टरबाइन तक बहने वाले जल वाष्प की मात्रा से दबाव नियंत्रित होता है।
• पूल प्रकार रिएक्टर
• लिक्विड मेटल कूल्ड रिएक्टर... चूंकि पानी एक न्यूट्रॉन मॉडरेटर है, इसलिए इसे तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर में शीतलक के रूप में उपयोग नहीं किया जा सकता है। तरल धातु शीतलक में सोडियम, NaK, लेड, लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक और, प्रारंभिक रिएक्टरों के लिए, पारा शामिल हैं।
• सोडियम कूल्ड फास्ट रिएक्टर.
• लेड-कूल्ड फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर।
• गैस कूल्ड रिएक्टरउच्च तापमान संरचनाओं में हीलियम द्वारा परिकल्पित अक्रिय गैस को परिचालित करके ठंडा किया जाता है। वहीं, कार्बन डाईऑक्साइडपहले ब्रिटिश और फ्रांसीसी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में इस्तेमाल किया गया था। नाइट्रोजन का भी इस्तेमाल किया गया था। ऊष्मा का उपयोग रिएक्टर के प्रकार पर निर्भर करता है। कुछ रिएक्टर इतने गर्म होते हैं कि गैस सीधे गैस टरबाइन चला सकती है। पुराने रिएक्टर डिजाइन में आमतौर पर स्टीम टर्बाइन के लिए भाप उत्पन्न करने के लिए हीट एक्सचेंजर के माध्यम से गैस पास करना शामिल होता है।
• पिघला हुआ नमक रिएक्टर(MSR) पिघले हुए नमक को परिचालित करके ठंडा किया जाता है (आमतौर पर फ्लोराइड लवण जैसे FLiBe के गलनक्रांतिक मिश्रण)। एक विशिष्ट एमएसआर में, गर्मी हस्तांतरण द्रव का उपयोग मैट्रिक्स के रूप में भी किया जाता है जिसमें विखंडनीय सामग्री भंग होती है।

परमाणु रिएक्टरों की पीढ़ी

• पहली पीढ़ी का रिएक्टर(शुरुआती प्रोटोटाइप, अनुसंधान रिएक्टर, गैर-वाणिज्यिक बिजली रिएक्टर)
• दूसरी पीढ़ी का रिएक्टर(अधिकांश आधुनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र 1965-1996)
• तीसरी पीढ़ी का रिएक्टर(मौजूदा डिजाइनों में विकासवादी सुधार 1996 - वर्तमान)
• चौथी पीढ़ी का रिएक्टर(प्रौद्योगिकियां अभी भी विकास के अधीन हैं, संचालन शुरू होने की अज्ञात तिथि, संभवतः 2030)

2003 में, फ्रांसीसी परमाणु ऊर्जा आयोग (सीईए) ने न्यूक्लियोनिक्स वीक के दौरान पहली बार पदनाम "जनरल II" पेश किया।

जेनरेशन IV इंटरनेशनल फोरम (GIF) की शुरुआत के संबंध में 2000 में "जनरल III" का पहला उल्लेख किया गया था।

नए प्रकार के बिजली संयंत्रों के विकास के लिए संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग (डीओई) द्वारा 2000 में "जनरल IV" का नाम दिया गया था।

ईंधन के प्रकार द्वारा परमाणु रिएक्टरों का वर्गीकरण

• ठोस ईंधन रिएक्टर
• तरल ईंधन रिएक्टर
• वाटर कूल्ड सजातीय रिएक्टर
• पिघला हुआ नमक रिएक्टर
• गैस से चलने वाले रिएक्टर (सैद्धांतिक)

उद्देश्य से परमाणु रिएक्टरों का वर्गीकरण

• विद्युत उत्पादन
• छोटे क्लस्टर रिएक्टरों सहित परमाणु ऊर्जा संयंत्र
• स्व-चालित उपकरण (परमाणु ऊर्जा संयंत्र देखें)
• परमाणु अपतटीय प्रतिष्ठान
• विभिन्न प्रकार के रॉकेट इंजनों की पेशकश की गई
• गर्मी के अन्य उपयोग
• डिसेलिनेशन
• घरेलू और औद्योगिक हीटिंग के लिए ताप उत्पादन
• हाइड्रोजन ऊर्जा में उपयोग के लिए हाइड्रोजन उत्पादन
• तत्वों के परिवर्तन के लिए उत्पादन रिएक्टर
• ब्रीडर रिएक्टर एक श्रृंखला प्रतिक्रिया (मूल समस्थानिक U-238 को Pu-239, या Th-232 से U-233 में परिवर्तित करके) की तुलना में अधिक विखंडनीय सामग्री का उत्पादन करने में सक्षम हैं। इस प्रकार, एक चक्र पूरा करने के बाद, यूरेनियम ब्रीडर रिएक्टर को प्राकृतिक या यहां तक ​​कि घटे हुए यूरेनियम से फिर से भरा जा सकता है। बदले में, थोरियम ब्रीडर रिएक्टर में थोरियम से ईंधन भरा जा सकता है। हालांकि, विखंडनीय सामग्री की प्रारंभिक आपूर्ति की आवश्यकता है।
• विभिन्न रेडियोधर्मी समस्थानिकों का निर्माण, जैसे स्मोक डिटेक्टर और कोबाल्ट -60, मोलिब्डेनम -99 और अन्य में उपयोग के लिए एमरिकियम, संकेतक के रूप में और उपचार के लिए उपयोग किया जाता है।
• परमाणु हथियारों के लिए सामग्री का उत्पादन जैसे हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम
• न्यूट्रॉन विकिरण के स्रोत का निर्माण (उदाहरण के लिए, एक स्पंदित रिएक्टर "लेडी गोडिवा") और पॉज़िट्रॉन विकिरण (उदाहरण के लिए, न्यूट्रॉन सक्रियण विश्लेषण और पोटेशियम-आर्गन विधि के साथ डेटिंग)
• अनुसंधान रिएक्टर: आमतौर पर, रिएक्टरों का उपयोग के लिए किया जाता है वैज्ञानिक अनुसंधानऔर दवा और उद्योग के लिए प्रशिक्षण, सामग्री परीक्षण या रेडियो आइसोटोप का उत्पादन। वे बिजली रिएक्टरों या जहाज रिएक्टरों की तुलना में बहुत छोटे हैं। इनमें से कई रिएक्टर परिसर में हैं। इनमें से करीब 280 रिएक्टर 56 देशों में काम कर रहे हैं। कुछ अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम ईंधन के साथ काम करते हैं। कम संवर्धन वाले ईंधनों को बदलने के लिए अंतर्राष्ट्रीय प्रयास चल रहे हैं।

आधुनिक परमाणु रिएक्टर

दाबित जल रिएक्टर (PWR)

ये रिएक्टर परमाणु ईंधन, नियंत्रण छड़, मॉडरेटर और शीतलक रखने के लिए एक दबाव पोत का उपयोग करते हैं। उच्च दबाव में तरल पानी के साथ रिएक्टरों का ठंडा होना और न्यूट्रॉन का मॉडरेशन होता है। दबाव पोत से निकलने वाला गर्म रेडियोधर्मी पानी भाप जनरेटर सर्किट से होकर गुजरता है, जो बदले में द्वितीयक (गैर-रेडियोधर्मी) सर्किट को गर्म करता है। ये रिएक्टर अधिकांश आधुनिक रिएक्टरों का निर्माण करते हैं। यह न्यूट्रॉन रिएक्टर की हीटिंग संरचना के लिए एक उपकरण है, जिनमें से नवीनतम VVER-1200, उन्नत दबावयुक्त जल रिएक्टर और यूरोपीय दबावयुक्त जल रिएक्टर हैं। अमेरिकी नौसेना के रिएक्टर इस प्रकार के हैं।

उबलते पानी रिएक्टर (बीडब्ल्यूआर)

उबलते पानी के रिएक्टर भाप जनरेटर के बिना दबाव वाले पानी के रिएक्टरों की तरह होते हैं। उबलते पानी के रिएक्टर भी पानी को शीतलक और न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में दबाव वाले पानी रिएक्टरों के रूप में उपयोग करते हैं, लेकिन कम दबाव पर, बॉयलर के अंदर पानी उबालने की इजाजत देता है, जिससे टर्बाइनों को चलाने वाली भाप बनती है। एक दबावयुक्त जल रिएक्टर के विपरीत, कोई प्राथमिक या द्वितीयक परिपथ नहीं होता है। इन रिएक्टरों की ताप क्षमता अधिक हो सकती है और वे सरल हो सकते हैं रचनात्मक, और इससे भी अधिक स्थिर और सुरक्षित। यह एक थर्मल रिएक्टर उपकरण है, जिनमें से नवीनतम उन्नत उबलते पानी रिएक्टर और किफायती सरलीकृत उबलते पानी परमाणु रिएक्टर हैं।

दाबीकृत भारी जल संयत रिएक्टर (पीएचडब्ल्यूआर)

एक कनाडाई विकास (CANDU के रूप में जाना जाता है), ये भारी पानी संचालित, दबावयुक्त शीतलक रिएक्टर हैं। दबाव वाले पानी के रिएक्टरों की तरह एकल दबाव वाले बर्तन का उपयोग करने के बजाय, ईंधन को सैकड़ों उच्च दबाव वाले मार्गों में संग्रहित किया जाता है। ये रिएक्टर प्राकृतिक यूरेनियम पर चलते हैं और थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टर हैं। भारी पानी रिएक्टरों को पूरी शक्ति से संचालित करते समय ईंधन भरा जा सकता है, जिससे यूरेनियम का उपयोग करते समय वे बहुत कुशल हो जाते हैं (यह कोर प्रवाह के सटीक नियंत्रण की अनुमति देता है)। कनाडा, अर्जेंटीना, चीन, भारत, पाकिस्तान, रोमानिया और दक्षिण कोरिया में भारी पानी के CANDU रिएक्टर बनाए गए हैं। भारत कई भारी पानी रिएक्टर भी संचालित करता है, जिन्हें अक्सर "CANDU डेरिवेटिव" कहा जाता है, जिसे कनाडा सरकार द्वारा अपना संबंध समाप्त करने के बाद बनाया गया था। परमाणु क्षेत्र 1974 स्माइलिंग बुद्धा परमाणु हथियार परीक्षण के बाद भारत के साथ।

हाई-पावर चैनल रिएक्टर (RBMK)

सोवियत विकास, प्लूटोनियम, साथ ही बिजली के उत्पादन के लिए डिज़ाइन किया गया। RBMK पानी को शीतलक के रूप में और ग्रेफाइट को न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में उपयोग करते हैं। आरबीएमके कुछ मामलों में CANDU के समान हैं, क्योंकि वे संचालन के दौरान रिचार्जेबल होते हैं और एक दबाव पोत (दबाव वाले पानी रिएक्टरों के रूप में) के बजाय दबाव ट्यूबों का उपयोग करते हैं। हालांकि, CANDU के विपरीत, वे बहुत अस्थिर और भारी होते हैं, जिससे रिएक्टर कैप महंगा हो जाता है। आरबीएमके डिजाइनों में कई महत्वपूर्ण सुरक्षा खामियों की भी पहचान की गई है, हालांकि इनमें से कुछ खामियों को चेरनोबिल आपदा के बाद ठीक किया गया है। उनकी मुख्य विशेषता हल्के पानी और गैर-समृद्ध यूरेनियम का उपयोग है। 2010 तक, 11 रिएक्टर खुले रहते हैं, मुख्य रूप से बेहतर सुरक्षा और समर्थन के कारण अंतरराष्ट्रीय संगठनअमेरिकी ऊर्जा विभाग जैसे सुरक्षा पर। इन सुधारों के बावजूद, आरबीएमके रिएक्टरों को अभी भी उपयोग करने के लिए सबसे खतरनाक रिएक्टर डिजाइनों में से कुछ माना जाता है। RBMK रिएक्टरों का उपयोग केवल पूर्व सोवियत संघ में किया जाता था।

गैस कूल्ड रिएक्टर (जीसीआर) और उन्नत गैस कूल्ड रिएक्टर (एजीआर)

वे आमतौर पर ग्रेफाइट न्यूट्रॉन मॉडरेटर और CO2 कूलेंट का उपयोग करते हैं। अपने उच्च परिचालन तापमान के कारण, वे दबाव वाले पानी रिएक्टरों की तुलना में गर्मी पैदा करने के लिए अधिक कुशल हो सकते हैं। इस डिजाइन के कई रिएक्टर प्रचालन में हैं, मुख्य रूप से यूनाइटेड किंगडम में, जहां अवधारणा विकसित की गई थी। पुराने विकास (यानी मैग्नॉक्स स्टेशन) या तो बंद हैं या निकट भविष्य में बंद हो जाएंगे। हालांकि, बेहतर गैस-कूल्ड रिएक्टरों का अनुमानित परिचालन जीवन 10 से 20 वर्षों तक है। इस प्रकार के रिएक्टर थर्मल रिएक्टर हैं। बड़े कोर वॉल्यूम के कारण ऐसे रिएक्टरों को बंद करने की लागत अधिक हो सकती है।

फास्ट ब्रीडर रिएक्टर (एलएमएफबीआर)

इस रिएक्टर का डिज़ाइन बिना मॉडरेटर के, लिक्विड मेटल कूल्ड है और जितना खर्च करता है उससे अधिक ईंधन पैदा करता है। उन्हें ईंधन को "गुणा" करने के लिए कहा जाता है क्योंकि वे न्यूट्रॉन पर कब्जा करके विखंडनीय ईंधन का उत्पादन करते हैं। ऐसे रिएक्टर दक्षता के मामले में दबाव वाले पानी रिएक्टरों की तरह ही कार्य कर सकते हैं, उन्हें इसके लिए मुआवजा देने की आवश्यकता है उच्च रक्त चापक्योंकि इसमें द्रव धातु का प्रयोग किया जाता है, जो अत्यधिक उच्च तापमान पर भी अधिक दाब उत्पन्न नहीं करता है। यूएसएसआर में बीएन-350 और बीएन-600 और फ्रांस में सुपरफेनिक्स इस प्रकार के थे, जैसा कि संयुक्त राज्य अमेरिका में फर्मी I था। जापान में मोंजू रिएक्टर, 1995 में एक सोडियम रिसाव से क्षतिग्रस्त हो गया, मई 2010 में परिचालन फिर से शुरू हुआ। इन सभी रिएक्टरों में तरल सोडियम का उपयोग किया जाता है / किया जाता है। ये रिएक्टर तेज रिएक्टर हैं और थर्मल रिएक्टरों से संबंधित नहीं हैं। ये रिएक्टर दो प्रकार के होते हैं:

सीसा ठंडा

तरल धातु के रूप में सीसा का उपयोग रेडियोधर्मी विकिरण के खिलाफ उत्कृष्ट सुरक्षा प्रदान करता है और बहुत उच्च तापमान पर संचालन की अनुमति देता है। इसके अलावा, सीसा (ज्यादातर) न्यूट्रॉन के लिए पारदर्शी होता है, इसलिए शीतलक में कम न्यूट्रॉन खो जाते हैं और शीतलक रेडियोधर्मी नहीं बनता है। सोडियम के विपरीत, सीसा आमतौर पर निष्क्रिय होता है, इसलिए विस्फोट या दुर्घटना का जोखिम कम होता है, लेकिन इतनी बड़ी मात्रा में सीसा विषाक्तता और निपटान की समस्या पैदा कर सकता है। इस प्रकार के रिएक्टरों में अक्सर लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक मिश्रण का उपयोग किया जा सकता है। इस मामले में, बिस्मथ विकिरण में थोड़ा हस्तक्षेप पेश करेगा, क्योंकि यह न्यूट्रॉन के लिए पूरी तरह से पारदर्शी नहीं है, और सीसे की तुलना में अधिक आसानी से दूसरे आइसोटोप में परिवर्तित किया जा सकता है। रूसी अल्फा-श्रेणी की पनडुब्बी अपनी प्राथमिक बिजली उत्पादन प्रणाली के रूप में लेड-बिस्मथ कूल्ड फास्ट ब्रीडर रिएक्टर का उपयोग करती है।

सोडियम ठंडा

अधिकांश लिक्विड मेटल ब्रीडर रिएक्टर (एलएमएफबीआर) इसी प्रकार के होते हैं। सोडियम प्राप्त करना अपेक्षाकृत आसान है और इसके साथ काम करना आसान है, और यह इसमें डूबे हुए रिएक्टर के विभिन्न हिस्सों के क्षरण को रोकने में भी मदद करता है। हालांकि, सोडियम पानी के संपर्क में आने पर हिंसक रूप से प्रतिक्रिया करता है, इसलिए सावधानी बरतनी चाहिए, हालांकि ऐसे विस्फोट अधिक शक्तिशाली नहीं होंगे, उदाहरण के लिए, एससीडब्ल्यूआर या आरडब्ल्यूडी से अत्यधिक गरम द्रव का रिसाव। ईबीआर-I अपने प्रकार का पहला रिएक्टर है जहां कोर में पिघला हुआ होता है।

बॉल रिएक्टर (पीबीआर)

वे सिरेमिक गेंदों में दबाए गए ईंधन का उपयोग करते हैं, जिसमें गैस को गेंदों के माध्यम से परिचालित किया जाता है। परिणाम किफायती, एकीकृत ईंधन के साथ कुशल, सरल, बहुत सुरक्षित रिएक्टर है। प्रोटोटाइप AVR रिएक्टर था।

पिघला हुआ नमक रिएक्टर

उनमें, ईंधन फ्लोराइड लवण में घुल जाता है, या फ्लोराइड का उपयोग गर्मी वाहक के रूप में किया जाता है। उनकी विविध सुरक्षा प्रणालियाँ, उच्च दक्षता और उच्च ऊर्जा घनत्व वाहनों के लिए उपयुक्त हैं। यह उल्लेखनीय है कि उनके पास कोर में उच्च दबाव या दहनशील घटकों के अधीन कोई भाग नहीं है। प्रोटोटाइप MSRE रिएक्टर था, जिसमें थोरियम ईंधन चक्र का भी उपयोग किया जाता था। एक ब्रीडर रिएक्टर के रूप में, यह यूरेनियम और ट्रांसयूरेनियम दोनों तत्वों को निकालने, खर्च किए गए ईंधन को पुन: संसाधित करता है, वर्तमान में संचालन में पारंपरिक सीधे-थ्रू यूरेनियम लाइट वॉटर रिएक्टरों की तुलना में ट्रांसयूरेनियम कचरे का केवल 0.1% छोड़ देता है। एक अलग मुद्दा रेडियोधर्मी विखंडन उत्पाद है, जो पुन: प्रसंस्करण से नहीं गुजरते हैं और पारंपरिक रिएक्टरों में निपटाए जाने चाहिए।

जल सजातीय रिएक्टर (एएचआर)

ये रिएक्टर ईंधन का उपयोग घुलनशील लवणों के रूप में करते हैं जो पानी में घुल जाते हैं और एक शीतलक और न्यूट्रॉन मॉडरेटर के साथ मिश्रित होते हैं।

अभिनव परमाणु प्रणाली और परियोजनाएं

उन्नत रिएक्टर

एक दर्जन से अधिक उन्नत रिएक्टर डिजाइन विकास के विभिन्न चरणों में हैं। उनमें से कुछ RWD, BWR और PHWR रिएक्टरों के डिजाइन से विकसित हुए हैं, कुछ अधिक महत्वपूर्ण रूप से भिन्न हैं। पूर्व में उन्नत उबलते पानी रिएक्टर (एबीडब्लूआर) (जिनमें से दो वर्तमान में चालू हैं और अन्य निर्माणाधीन हैं), साथ ही निष्क्रिय सुरक्षा प्रणाली (ईएसबीडब्ल्यूआर) और एपी 1000 प्रतिष्ठानों (रेफरी परमाणु ऊर्जा के साथ योजनाबद्ध किफायती हल्के उबलते पानी रिएक्टर) शामिल हैं। कार्यक्रम 2010)।

इंटीग्रल फास्ट न्यूट्रॉन परमाणु रिएक्टर(IFR) का निर्माण, परीक्षण और परीक्षण 1980 के दशक के दौरान किया गया था और फिर 1990 के दशक में परमाणु अप्रसार नीतियों के कारण क्लिंटन प्रशासन के इस्तीफे के बाद सेवामुक्त कर दिया गया था। खर्च किए गए परमाणु ईंधन का पुन: प्रसंस्करण इसके डिजाइन के मूल में है और इसलिए, यह ऑपरेटिंग रिएक्टरों से कचरे का केवल एक अंश पैदा करता है।

मॉड्यूलर उच्च तापमान गैस कूल्ड रिएक्टररिएक्टर (HTGCR), इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि उच्च तापमान न्यूट्रॉन बीम क्रॉस सेक्शन के डॉपलर के चौड़ीकरण के कारण उत्पादन शक्ति को कम कर देता है। रिएक्टर एक सिरेमिक प्रकार के ईंधन का उपयोग करता है, इसलिए इसका सुरक्षित संचालन तापमान व्युत्पन्न तापमान सीमा से अधिक है। अधिकांश संरचनाओं को अक्रिय हीलियम से ठंडा किया जाता है। वाष्प के विस्तार के कारण हीलियम विस्फोट नहीं कर सकता, न्यूट्रॉन का अवशोषक नहीं है, जिससे रेडियोधर्मिता हो सकती है, और प्रदूषकों को भंग नहीं करता है जो रेडियोधर्मी हो सकते हैं। विशिष्ट डिजाइनों में हल्के जल रिएक्टरों (आमतौर पर 3) की तुलना में निष्क्रिय सुरक्षा की अधिक परतें (7 तक) होती हैं। एक अनूठी विशेषता जो सुरक्षा प्रदान कर सकती है, वह यह है कि फ्यूल बॉल वास्तव में एक कोर बनाते हैं और एक-एक करके समय के साथ बदले जाते हैं। ईंधन कोशिकाओं की डिजाइन विशेषताएं उन्हें रीसायकल करना महंगा बनाती हैं।

छोटा, बंद, मोबाइल, स्वायत्त रिएक्टर (एसएसटीएआर)मूल रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका में परीक्षण और विकसित किया गया था। रिएक्टर को एक निष्क्रिय सुरक्षा प्रणाली के साथ एक तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर के रूप में माना गया था, जिसे किसी खराबी का संदेह होने पर दूर से बंद किया जा सकता है।

स्वच्छ और पर्यावरण के अनुकूल उन्नत रिएक्टर (CAESAR)एक परमाणु रिएक्टर की अवधारणा है जो न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में भाप का उपयोग करती है - एक डिजाइन अभी भी विकास में है।

स्केल-डाउन वाटर-मॉडरेटेड रिएक्टर उन्नत उबलते पानी रिएक्टर (ABWR) पर आधारित है, जो वर्तमान में प्रचालन में है। यह पूरी तरह से तेज रिएक्टर नहीं है, लेकिन मुख्य रूप से एपिथर्मल न्यूट्रॉन का उपयोग करता है, जिसमें थर्मल और तेज के बीच की गति होती है।

हाइड्रोजन न्यूट्रॉन मॉडरेटर के साथ स्व-विनियमन परमाणु ऊर्जा मॉड्यूल (एचपीएम)लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी द्वारा निर्मित एक संरचनात्मक प्रकार का रिएक्टर है जो ईंधन के रूप में यूरेनियम हाइड्राइड का उपयोग करता है।

सबक्रिटिकल परमाणु रिएक्टरसुरक्षित और अधिक स्थिर-कार्य करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, लेकिन इंजीनियरिंग और आर्थिक दृष्टि से कठिन हैं। एक उदाहरण "ऊर्जा बूस्टर" है।

थोरियम आधारित रिएक्टर... इस उद्देश्य के लिए विशेष रूप से डिजाइन किए गए रिएक्टरों में थोरियम-232 को यू-233 में बदला जा सकता है। इस तरह थोरियम, जो यूरेनियम से चार गुना अधिक प्रचुर मात्रा में है, का उपयोग यू-233 पर आधारित परमाणु ईंधन के उत्पादन के लिए किया जा सकता है। यह माना जाता है कि U-233 में पारंपरिक रूप से उपयोग किए जाने वाले U-235 की तुलना में अनुकूल परमाणु गुण हैं, विशेष रूप से एक बेहतर न्यूट्रॉन दक्षता और लंबे समय तक उत्पादित ट्रांसयूरानिक कचरे की मात्रा में कमी।

उन्नत भारी जल रिएक्टर (एएचडब्ल्यूआर)- प्रस्तावित भारी पानी रिएक्टर, जो अगली पीढ़ी के PHWR प्रकार के विकास का प्रतिनिधित्व करेगा। भाभा परमाणु अनुसंधान केंद्र (बीएआरसी), भारत में विकास के तहत।

कामिनी- ईंधन के रूप में यूरेनियम-233 आइसोटोप का उपयोग करने वाला एक अनूठा रिएक्टर। BARC अनुसंधान केंद्र और इंदिरा गांधी परमाणु अनुसंधान केंद्र (IGCAR) में भारत में निर्मित।

भारत ने थोरियम-यूरेनियम-233 ईंधन चक्र का उपयोग करके तेजी से रिएक्टर बनाने की भी योजना बनाई है। एफबीटीआर (फास्ट ब्रीडर रिएक्टर) (कलपक्कम, भारत) ऑपरेशन के दौरान प्लूटोनियम को ईंधन के रूप में और तरल सोडियम को शीतलक के रूप में उपयोग करता है।

चौथी पीढ़ी के रिएक्टर क्या हैं?

रिएक्टरों की चौथी पीढ़ी विभिन्न सैद्धांतिक डिजाइनों का एक संग्रह है जिस पर वर्तमान में विचार किया जा रहा है। इन परियोजनाओं के 2030 तक लागू होने की संभावना नहीं है। संचालन में आधुनिक रिएक्टरों को आम तौर पर दूसरी या तीसरी पीढ़ी की प्रणाली माना जाता है। कुछ समय के लिए पहली पीढ़ी के सिस्टम का उपयोग नहीं किया गया है। इस चौथी पीढ़ी के रिएक्टरों का विकास आधिकारिक तौर पर जेनरेशन IV इंटरनेशनल फोरम (GIF) में आठ प्रौद्योगिकी लक्ष्यों के साथ शुरू किया गया था। मुख्य उद्देश्य परमाणु सुरक्षा में सुधार, प्रसार सुरक्षा में वृद्धि, कचरे को कम करना और प्राकृतिक संसाधनों का उपयोग करना और ऐसे संयंत्रों के निर्माण और लॉन्च की लागत को कम करना था।

• गैस कूल्ड फास्ट रिएक्टर
• लीड कूल्ड फास्ट रिएक्टर
• तरल नमक रिएक्टर
• सोडियम कूल्ड फास्ट रिएक्टर
• वाटर कूल्ड सुपरक्रिटिकल न्यूक्लियर रिएक्टर
• अल्ट्रा उच्च तापमान परमाणु रिएक्टर

पांचवीं पीढ़ी के रिएक्टर क्या हैं?

रिएक्टरों की पांचवीं पीढ़ी ऐसी परियोजनाएं हैं, जिनका कार्यान्वयन सैद्धांतिक दृष्टिकोण से संभव है, लेकिन जो वर्तमान समय में सक्रिय विचार और अनुसंधान का विषय नहीं हैं। जबकि ऐसे रिएक्टरों को वर्तमान या अल्पावधि में बनाया जा सकता है, वे आर्थिक व्यवहार्यता, व्यावहारिकता या सुरक्षा के कारणों के लिए बहुत कम रुचि पैदा करते हैं।

• तरल चरण रिएक्टर... एक परमाणु रिएक्टर के मूल में तरल के साथ एक बंद लूप, जहां विखंडनीय सामग्री पिघले हुए यूरेनियम या यूरेनियम के घोल के रूप में होती है, जिसे काम करने वाली गैस से ठंडा किया जाता है, जिसे होल्डिंग पोत के आधार में छेद के माध्यम से इंजेक्ट किया जाता है।
• कोर में गैस चरण रिएक्टर... रॉकेट के लिए बंद लूप विकल्प परमाणु इंजन, जहां विखंडनीय सामग्री एक क्वार्ट्ज पोत में स्थित गैसीय यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड है। एक कार्यशील गैस (जैसे हाइड्रोजन) इस पोत के चारों ओर प्रवाहित होगी और परमाणु प्रतिक्रिया से पराबैंगनी विकिरण को अवशोषित करेगी। इस डिजाइन को रॉकेट इंजन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, जैसा कि हैरी हैरिसन के 1976 के विज्ञान कथा उपन्यास स्काईफॉल में उल्लेख किया गया है। सिद्धांत रूप में, यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड को एक परमाणु ईंधन के रूप में (एक मध्यवर्ती के रूप में, जैसा कि वर्तमान में किया जाता है) के रूप में उपयोग करने से बिजली उत्पादन की लागत कम होगी और रिएक्टरों के आकार में भी काफी कमी आएगी। व्यवहार में, इस तरह के उच्च शक्ति घनत्व पर काम करने वाला एक रिएक्टर न्यूट्रॉन का एक बेकाबू प्रवाह उत्पन्न करेगा, जिससे अधिकांश रिएक्टर सामग्री की ताकत गुण कमजोर हो जाएंगे। इस प्रकार, प्रवाह थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों में जारी कणों के प्रवाह के समान होगा। बदले में, इसके लिए उन सामग्रियों के उपयोग की आवश्यकता होगी जो एक संलयन प्रतिक्रिया में विकिरण सामग्री के लिए एक सुविधा के कार्यान्वयन के लिए अंतर्राष्ट्रीय परियोजना के ढांचे में उपयोग किए जाने वाले समान हैं।
• गैस-चरण विद्युत चुम्बकीय रिएक्टर... गैस-चरण रिएक्टर के समान, लेकिन फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के साथ पराबैंगनी प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करना।
• विखंडन रिएक्टर
• हाइब्रिड परमाणु संलयन... न्यूट्रॉन का उपयोग किया जाता है, जो मूल या "प्रजनन क्षेत्र में पदार्थ" के संलयन और क्षय के दौरान उत्सर्जित होता है। उदाहरण के लिए, U-238, Th-232 या खर्च किए गए ईंधन / रेडियोधर्मी कचरे का दूसरे रिएक्टर से अपेक्षाकृत सौम्य समस्थानिकों में रूपांतरण।

कोर में गैस चरण रिएक्टर। एक परमाणु इंजन के साथ एक रॉकेट के लिए एक बंद चक्र का एक प्रकार, जहां एक क्वार्ट्ज पोत में स्थित गैसीय यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड विखंडनीय सामग्री है। एक कार्यशील गैस (जैसे हाइड्रोजन) इस पोत के चारों ओर प्रवाहित होगी और परमाणु प्रतिक्रिया से पराबैंगनी विकिरण को अवशोषित करेगी। इस डिजाइन को रॉकेट इंजन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, जैसा कि हैरी हैरिसन के 1976 के विज्ञान कथा उपन्यास स्काईफॉल में उल्लेख किया गया है। सिद्धांत रूप में, यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड को एक परमाणु ईंधन के रूप में (एक मध्यवर्ती के रूप में, जैसा कि वर्तमान में किया जाता है) के रूप में उपयोग करने से बिजली उत्पादन की लागत कम होगी और रिएक्टरों के आकार में भी काफी कमी आएगी। व्यवहार में, इस तरह के उच्च शक्ति घनत्व पर काम करने वाला एक रिएक्टर न्यूट्रॉन का एक बेकाबू प्रवाह उत्पन्न करेगा, जिससे अधिकांश रिएक्टर सामग्री की ताकत गुण कमजोर हो जाएंगे। इस प्रकार, प्रवाह थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों में जारी कणों के प्रवाह के समान होगा। बदले में, इसके लिए उन सामग्रियों के उपयोग की आवश्यकता होगी जो एक संलयन प्रतिक्रिया में विकिरण सामग्री के लिए एक सुविधा के कार्यान्वयन के लिए अंतर्राष्ट्रीय परियोजना के ढांचे में उपयोग किए जाने वाले समान हैं।

गैस-चरण विद्युत चुम्बकीय रिएक्टर। गैस-चरण रिएक्टर के समान, लेकिन फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के साथ पराबैंगनी प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करना।

विखंडन रिएक्टर

हाइब्रिड परमाणु संलयन। न्यूट्रॉन का उपयोग किया जाता है, जो मूल या "प्रजनन क्षेत्र में पदार्थ" के संलयन और क्षय के दौरान उत्सर्जित होता है। उदाहरण के लिए, U-238, Th-232 या खर्च किए गए ईंधन / रेडियोधर्मी कचरे का दूसरे रिएक्टर से अपेक्षाकृत सौम्य समस्थानिकों में रूपांतरण।

फ्यूजन रिएक्टर

एक्टिनाइड्स को संभालने से जुड़ी जटिलताओं के बिना बिजली उत्पन्न करने के लिए फ्यूजन पावर प्लांट में नियंत्रित फ्यूजन का उपयोग किया जा सकता है। हालांकि, गंभीर वैज्ञानिक और तकनीकी बाधाएं बनी हुई हैं। कई संलयन रिएक्टर बनाए गए हैं, लेकिन हाल ही में यह सुनिश्चित करना संभव हो पाया है कि रिएक्टर जितना ऊर्जा खर्च करते हैं उससे अधिक ऊर्जा जारी करते हैं। इस तथ्य के बावजूद कि अनुसंधान 1950 के दशक में शुरू हुआ, यह माना जाता है कि एक वाणिज्यिक संलयन रिएक्टर 2050 तक काम नहीं करेगा। वर्तमान में के अंतर्गत आईटीईआर परियोजनासंलयन ऊर्जा के दोहन के प्रयास किए जा रहे हैं।

परमाणु ईंधन चक्र

थर्मल रिएक्टर आमतौर पर यूरेनियम के शुद्धिकरण और संवर्धन की डिग्री पर निर्भर करते हैं। कुछ परमाणु रिएक्टर प्लूटोनियम और यूरेनियम के मिश्रण पर काम कर सकते हैं (देखें एमओएक्स ईंधन)। वह प्रक्रिया जिसके द्वारा यूरेनियम अयस्कखनन, संसाधित, समृद्ध, उपयोग किया जाता है, संभवतः पुन: संसाधित और निपटाया जाता है, इसे परमाणु ईंधन चक्र के रूप में जाना जाता है।

प्रकृति में 1% तक यूरेनियम आसानी से विखंडनीय आइसोटोप U-235 है। इस प्रकार, अधिकांश रिएक्टरों के डिजाइन में समृद्ध ईंधन का उपयोग शामिल है। संवर्धन में U-235 के अनुपात में वृद्धि शामिल है और, एक नियम के रूप में, गैस प्रसार या गैस अपकेंद्रित्र का उपयोग करके किया जाता है। समृद्ध उत्पाद को आगे यूरेनियम डाइऑक्साइड पाउडर में परिवर्तित किया जाता है, जिसे संपीड़ित किया जाता है और दानों में निकाल दिया जाता है। इन दानों को ट्यूबों में रखा जाता है, जिन्हें बाद में सील कर दिया जाता है। इन ट्यूबों को ईंधन छड़ कहा जाता है। प्रत्येक परमाणु रिएक्टर इनमें से कई ईंधन छड़ों का उपयोग करता है।

अधिकांश वाणिज्यिक BWR और PWR रिएक्टर लगभग 4% U-235 से समृद्ध यूरेनियम का उपयोग करते हैं, लगभग। इसके अलावा, कुछ औद्योगिक उच्च न्यूट्रॉन अर्थव्यवस्था रिएक्टरों को समृद्ध ईंधन की बिल्कुल भी आवश्यकता नहीं होती है (अर्थात, वे प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग कर सकते हैं)। के अनुसार अंतर्राष्ट्रीय एजेंसीदुनिया में परमाणु ऊर्जा पर हैं कम से कमअत्यधिक समृद्ध ईंधन (हथियार ग्रेड / 90% समृद्ध यूरेनियम) का उपयोग करने वाले 100 अनुसंधान रिएक्टर। इस प्रकार के ईंधन (संभवत: परमाणु हथियारों के उत्पादन में उपयोग के लिए) की चोरी के जोखिम ने कम समृद्ध यूरेनियम वाले रिएक्टरों को स्विच करने के लिए एक अभियान का आह्वान किया है (जो कम प्रसार का खतरा है)।

परमाणु विखंडन में सक्षम विखंडनीय U-235 और गैर-विखंडन योग्य U-238 का उपयोग परमाणु परिवर्तन प्रक्रिया में किया जाता है। U-235 थर्मल (यानी धीरे-धीरे चलने वाले) न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित होता है। एक थर्मल न्यूट्रॉन एक न्यूट्रॉन है जो लगभग उसी गति से चलता है जैसे उसके चारों ओर परमाणु। चूँकि परमाणुओं की कंपन आवृत्ति उनके के समानुपाती होती है निरपेक्ष तापमान, तब थर्मल न्यूट्रॉन में U-235 को विभाजित करने की अधिक क्षमता होती है जब यह समान कंपन गति से चलता है। दूसरी ओर, U-238 के न्यूट्रॉन पर कब्जा करने की अधिक संभावना है यदि न्यूट्रॉन बहुत तेज़ी से आगे बढ़ रहा है। U-239 परमाणु प्लूटोनियम-239 के निर्माण के साथ जितनी जल्दी हो सके क्षय होता है, जो स्वयं एक ईंधन है। पु-239 एक पूर्ण ईंधन है और अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम ईंधन का उपयोग करते समय भी इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए। कुछ रिएक्टरों में U-235 विखंडन प्रक्रियाओं पर प्लूटोनियम क्षय प्रक्रियाएं प्रबल होंगी। विशेष रूप से मूल लोड किए गए U-235 के समाप्त होने के बाद। प्लूटोनियम तेजी से और थर्मल दोनों रिएक्टरों में विखंडन करता है, जो इसे परमाणु रिएक्टरों और परमाणु बम दोनों के लिए आदर्श बनाता है।

मौजूदा रिएक्टरों में से अधिकांश थर्मल रिएक्टर हैं, जो आम तौर पर न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में पानी का उपयोग करते हैं (मॉडरेटर का अर्थ है कि यह अपने थर्मल वेग में न्यूट्रॉन को धीमा कर देता है) और शीतलक के रूप में भी। हालांकि, एक तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर में, थोड़ा अलग प्रकार के शीतलक का उपयोग किया जाता है, जो न्यूट्रॉन प्रवाह को बहुत अधिक धीमा नहीं करेगा। यह तेजी से न्यूट्रॉन को प्रबल करने की अनुमति देता है, जिसका उपयोग ईंधन की आपूर्ति को लगातार भरने के लिए प्रभावी ढंग से किया जा सकता है। बस सस्ते, बिना समृद्ध यूरेनियम को कोर में रखने से, अनायास गैर-विखंडन योग्य U-238 ईंधन को "प्रजनन" करते हुए Pu-239 में बदल जाएगा।

थोरियम-आधारित ईंधन चक्र में, थोरियम-232 तेज और थर्मल रिएक्टर दोनों में न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है। थोरियम के बीटा क्षय से प्रोटैक्टीनियम-233 और फिर यूरेनियम-233 का निर्माण होता है, जो बदले में ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है। इसलिए यूरेनियम-238 की तरह थोरियम-232 उपजाऊ सामग्री है।

परमाणु रिएक्टरों का रखरखाव

परमाणु ईंधन टैंक में ऊर्जा की मात्रा को अक्सर "पूर्ण दिन" शब्द में व्यक्त किया जाता है, जो कि थर्मल ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए पूर्ण शक्ति पर एक रिएक्टर के संचालन के 24 घंटे की अवधि (दिन) की संख्या है। रिएक्टर परिचालन चक्र (ईंधन भरने के लिए आवश्यक अंतराल के बीच) में पूर्ण शक्ति संचालन के दिन चक्र की शुरुआत में ईंधन असेंबलियों में निहित यूरेनियम -235 (यू -235) के क्षय की मात्रा से संबंधित हैं। चक्र की शुरुआत में कोर में U-235 का प्रतिशत जितना अधिक होगा, उतने अधिक दिनों तक पूरी शक्ति से संचालन रिएक्टर को संचालित करने की अनुमति देगा।

कार्य चक्र के अंत में, कुछ असेंबलियों में ईंधन को "संसाधित" किया जाता है, अनलोड किया जाता है और नए (ताजा) ईंधन असेंबलियों के रूप में प्रतिस्थापित किया जाता है। साथ ही, परमाणु ईंधन में विखंडन उत्पादों के संचय की ऐसी प्रतिक्रिया रिएक्टर में परमाणु ईंधन के सेवा जीवन को निर्धारित करती है। ईंधन विखंडन की अंतिम प्रक्रिया होने से बहुत पहले, रिएक्टर के पास लंबे समय तक रहने वाले न्यूट्रॉन-अवशोषित क्षय उप-उत्पादों को जमा करने का समय होगा, जिससे श्रृंखला प्रतिक्रिया को आगे बढ़ने से रोका जा सकेगा। रिएक्टर कोर का अंश जिसे ईंधन भरने के दौरान बदल दिया जाता है, आमतौर पर उबलते पानी रिएक्टर के लिए एक चौथाई और दबाव वाले पानी रिएक्टर के लिए एक तिहाई होता है। इस खर्च किए गए ईंधन का उपयोग और भंडारण एक औद्योगिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन को व्यवस्थित करने में सबसे कठिन कार्यों में से एक है। इस तरह का परमाणु कचरा हजारों वर्षों से अत्यधिक रेडियोधर्मी और जहरीला होता है।

ईंधन भरने के लिए सभी रिएक्टरों को सेवा से बाहर करने की आवश्यकता नहीं है; उदाहरण के लिए, गोलाकार ईंधन तत्वों से भरे परमाणु रिएक्टर, RBMK रिएक्टर (हाई पावर चैनल रिएक्टर), पिघला हुआ नमक रिएक्टर, मैग्नॉक्स, AGR और CANDU रिएक्टर संयंत्र के चलने के दौरान ईंधन कोशिकाओं को स्थानांतरित करने की अनुमति देते हैं। एक CANDU रिएक्टर में, अलग-अलग ईंधन कोशिकाओं को कोर में इस तरह से रखना संभव है कि ईंधन सेल में U-235 सामग्री को समायोजित किया जा सके।

परमाणु ईंधन से प्राप्त ऊर्जा की मात्रा को इसका बर्नअप कहा जाता है, जिसे ईंधन भार की मूल इकाई द्वारा उत्पन्न तापीय ऊर्जा के रूप में व्यक्त किया जाता है। बर्न-अप आमतौर पर भारी धातु शुरू करने के प्रति टन थर्मल मेगावाट दिनों के रूप में व्यक्त किया जाता है।

परमाणु ऊर्जा सुरक्षा

परमाणु सुरक्षा परमाणु और विकिरण दुर्घटनाओं को रोकने या उनके परिणामों को स्थानीय बनाने के उद्देश्य से की जाने वाली कार्रवाई है। परमाणु ऊर्जा ने रिएक्टरों की सुरक्षा और प्रदर्शन में सुधार किया है, और नए, सुरक्षित रिएक्टर डिजाइनों का भी प्रस्ताव दिया है (जिनका आमतौर पर परीक्षण नहीं किया गया है)। हालांकि, इस बात की कोई गारंटी नहीं है कि ऐसे रिएक्टरों का डिजाइन, निर्माण और मज़बूती से संचालन करने में सक्षम होंगे। गलतियाँ तब होती हैं जब जापान में फुकुशिमा परमाणु ऊर्जा संयंत्र के रिएक्टर डिजाइनरों ने एनआरजी (नेशनल रिसर्च ग्रुप) और जापानियों की कई चेतावनियों के बावजूद भूकंप सुनामी से बैकअप सिस्टम को बंद करने की उम्मीद नहीं की थी, जो भूकंप के बाद रिएक्टर को स्थिर करने वाला था। प्रशासन। परमाणु सुरक्षा पर। यूबीएस एजी के अनुसार, फुकुशिमा I परमाणु दुर्घटनाएं सवाल उठाती हैं कि क्या जापान जैसी उन्नत अर्थव्यवस्थाएं भी परमाणु सुरक्षा सुनिश्चित कर सकती हैं। विनाशकारी परिदृश्य भी संभव हैं, जिनमें शामिल हैं आतंकवाद का कार्य... एमआईटी (मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी) की एक अंतःविषय टीम ने गणना की है कि परमाणु ऊर्जा में अपेक्षित वृद्धि को देखते हुए, 2005-2055 के बीच कम से कम चार गंभीर परमाणु दुर्घटनाएं होने की उम्मीद है।

परमाणु और विकिरण दुर्घटनाएं

कुछ गंभीर परमाणु और विकिरण दुर्घटनाएँ हुई हैं। परमाणु ऊर्जा संयंत्र दुर्घटनाओं में हादसा SL-1 (1961), थ्री माइल आइलैंड दुर्घटना (1979) शामिल हैं। चेरनोबिल आपदा(1986), साथ ही फुकुशिमा दाइची परमाणु आपदा (2011)। परमाणु-संचालित दुर्घटनाओं में K-19 (1961), K-27 (1968), और K-431 (1985) में रिएक्टर दुर्घटनाएँ शामिल हैं।

परमाणु रिएक्टरों को कम से कम 34 बार पृथ्वी की कक्षा में प्रक्षेपित किया जा चुका है। परमाणु संस्थापन द्वारा संचालित सोवियत मानवरहित RORSAT उपग्रह से जुड़ी घटनाओं की एक श्रृंखला ने कक्षा से पृथ्वी के वायुमंडल में खर्च किए गए परमाणु ईंधन के प्रवेश को प्रेरित किया।

प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर

हालांकि विखंडन रिएक्टरों को अक्सर आधुनिक तकनीक का उत्पाद माना जाता है, पहले परमाणु रिएक्टर जंगली में मौजूद हैं। एक प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर बनाया जा सकता है जब कुछ शर्तेंडिज़ाइन किए गए रिएक्टर में स्थितियों का अनुकरण करना। आज तक, पश्चिम अफ्रीका के गैबॉन में ओक्लो यूरेनियम खदान में तीन अलग-अलग अयस्क जमा के भीतर पंद्रह प्राकृतिक परमाणु रिएक्टरों की खोज की गई है। ओक्लो के प्रसिद्ध "मृत" रिएक्टरों की खोज पहली बार 1972 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी फ्रांसिस पेरिन ने की थी। इन रिएक्टरों में आत्मनिर्भर विखंडन प्रतिक्रिया लगभग 1.5 अरब साल पहले हुई थी, और इस अवधि के दौरान औसतन 100 किलोवाट बिजली उत्पादन पैदा करते हुए कई सौ हजार वर्षों तक कायम रही। एक प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर की अवधारणा को 1956 में अरकंसास विश्वविद्यालय में पॉल कुरोदा द्वारा सिद्धांत के संदर्भ में समझाया गया था।

इस तरह के रिएक्टर अब पृथ्वी पर नहीं बन सकते हैं: इस विशाल अवधि के दौरान रेडियोधर्मी क्षय ने प्राकृतिक यूरेनियम में U-235 के अनुपात को एक श्रृंखला प्रतिक्रिया बनाए रखने के लिए आवश्यक स्तर से कम कर दिया है।

प्राकृतिक परमाणु रिएक्टरों का गठन तब हुआ जब एक खनिज समृद्ध यूरेनियम जमा भूजल से भरने लगा, जिसने न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में काम किया और एक महत्वपूर्ण श्रृंखला प्रतिक्रिया को बंद कर दिया। पानी के रूप में न्यूट्रॉन मॉडरेटर वाष्पीकृत हो गया, प्रतिक्रिया को तेज कर दिया, और फिर वापस संघनित हो गया, जिससे परमाणु प्रतिक्रिया में मंदी और पिघलने की रोकथाम हो गई। विखंडन प्रतिक्रिया सैकड़ों हजारों वर्षों से जारी है।

भूवैज्ञानिक वातावरण में रेडियोधर्मी कचरे के निपटान में रुचि रखने वाले वैज्ञानिकों द्वारा ऐसे प्राकृतिक रिएक्टरों का गहन अध्ययन किया गया है। वे एक केस स्टडी का प्रस्ताव करते हैं कि कैसे रेडियोधर्मी आइसोटोप पृथ्वी की पपड़ी के माध्यम से पलायन करेंगे। भूगर्भीय लैंडफिलिंग के आलोचकों के लिए यह एक महत्वपूर्ण बिंदु है, जो डरते हैं कि कचरे में आइसोटोप पानी की आपूर्ति में समाप्त हो सकते हैं या पर्यावरण में स्थानांतरित हो सकते हैं।

परमाणु ऊर्जा की पर्यावरणीय समस्याएं

एक परमाणु रिएक्टर हवा और भूजल में ट्रिटियम, Sr-90 की थोड़ी मात्रा छोड़ता है। ट्रिटियम से दूषित पानी रंगहीन और गंधहीन होता है। Sr-90 की बड़ी खुराक जानवरों में और संभवतः मनुष्यों में हड्डी के कैंसर और ल्यूकेमिया के खतरे को बढ़ाती है।

एक सामान्य व्यक्ति के लिए, आधुनिक उच्च तकनीक वाले उपकरण इतने रहस्यमय और गूढ़ हैं कि उनकी पूजा करने का समय आ गया है जैसे पूर्वजों ने बिजली की पूजा की। हाई स्कूल में भौतिकी की कक्षाएं, गणित से भरपूर, समस्या का समाधान नहीं। लेकिन आप दिलचस्प रूप से एक परमाणु रिएक्टर के बारे में भी बता सकते हैं, जिसके संचालन का सिद्धांत एक किशोर के लिए भी स्पष्ट है।

परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है?

इस हाई-टेक डिवाइस के संचालन का सिद्धांत इस प्रकार है:

1. जब एक न्यूट्रॉन अवशोषित होता है, तो परमाणु ईंधन (अक्सर यह होता है यूरेनियम-235या प्लूटोनियम-239) परमाणु नाभिक का विखंडन होता है;
2. गतिज ऊर्जा, गामा विकिरण और मुक्त न्यूट्रॉन निकलते हैं;
3. गतिज ऊर्जा ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है (जब नाभिक आसपास के परमाणुओं से टकराता है), गामा विकिरण रिएक्टर द्वारा ही अवशोषित होता है और ऊष्मा में भी बदल जाता है;
4. कुछ उत्पन्न न्यूट्रॉन ईंधन परमाणुओं द्वारा अवशोषित होते हैं, जो एक श्रृंखला प्रतिक्रिया का कारण बनता है। इसे नियंत्रित करने के लिए न्यूट्रॉन अवशोषक और मॉडरेटर का उपयोग किया जाता है;
5. गर्मी वाहक (पानी, गैस या तरल सोडियम) की मदद से प्रतिक्रिया की जगह से गर्मी हटा दी जाती है;
6. गर्म पानी से दबावयुक्त भाप का उपयोग भाप टर्बाइनों को चलाने के लिए किया जाता है;
7. जनरेटर की सहायता से टर्बाइनों के घूर्णन की यांत्रिक ऊर्जा को प्रत्यावर्ती विद्युत धारा में परिवर्तित किया जाता है।

वर्गीकरण दृष्टिकोण

रिएक्टरों के टाइपोलॉजी के कई कारण हो सकते हैं:

• परमाणु प्रतिक्रिया के प्रकार से... विखंडन (सभी व्यावसायिक प्रतिष्ठान) या संलयन (थर्मोन्यूक्लियर पावर इंजीनियरिंग, केवल कुछ शोध संस्थानों में व्यापक है);
• शीतलक द्वारा... अधिकांश मामलों में, इस उद्देश्य के लिए पानी (उबलते या भारी) का उपयोग किया जाता है। वैकल्पिक समाधान कभी-कभी उपयोग किए जाते हैं: तरल धातु (सोडियम, सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु, पारा), गैस (हीलियम, कार्बन डाइऑक्साइड या नाइट्रोजन), पिघला हुआ नमक (फ्लोराइड लवण);
• पीढ़ी से।पहला प्रारंभिक प्रोटोटाइप है जिसका कोई व्यावसायिक अर्थ नहीं था। दूसरा वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्र हैं जो 1996 से पहले बनाए गए थे। तीसरी पीढ़ी केवल मामूली सुधारों के साथ पिछले वाले से अलग है। चौथी पीढ़ी पर काम अभी भी जारी है;
• एकत्रीकरण की स्थिति के अनुसारईंधन (गैस अभी भी केवल कागज पर मौजूद है);
• उपयोग के उद्देश्य से(बिजली के उत्पादन के लिए, इंजन शुरू करना, हाइड्रोजन उत्पादन, अलवणीकरण, तत्वों का रूपांतरण, तंत्रिका विकिरण प्राप्त करना, सैद्धांतिक और खोजी उद्देश्य)।

परमाणु रिएक्टर डिवाइस

अधिकांश बिजली संयंत्रों में रिएक्टरों के मुख्य घटक हैं:

1. परमाणु ईंधन - एक पदार्थ जो बिजली टर्बाइनों (आमतौर पर कम समृद्ध यूरेनियम) के लिए गर्मी उत्पन्न करने के लिए आवश्यक है;
2. परमाणु रिएक्टर का सक्रिय क्षेत्र - यह वह जगह है जहाँ परमाणु प्रतिक्रिया होती है;
3. न्यूट्रॉन मॉडरेटर - तेज न्यूट्रॉन की गति को कम करता है, उन्हें थर्मल न्यूट्रॉन में परिवर्तित करता है;
4. न्यूट्रॉन स्रोत शुरू करना - परमाणु प्रतिक्रिया की विश्वसनीय और स्थिर शुरुआत के लिए उपयोग किया जाता है;
5. न्यूट्रॉन अवशोषक - ताजे ईंधन की उच्च प्रतिक्रियाशीलता को कम करने के लिए कुछ बिजली संयंत्रों में उपलब्ध;
6. न्यूट्रॉन हॉवित्जर - शटडाउन के बाद प्रतिक्रिया को फिर से शुरू करने के लिए उपयोग किया जाता है;
7. ठंडा तरल (शुद्ध पानी);
8. नियंत्रण छड़ - यूरेनियम या प्लूटोनियम नाभिक की विखंडन दर को विनियमित करने के लिए;
9. पानी पंप - भाप बॉयलर में पानी पंप करता है;
10. स्टीम टर्बाइन - भाप की तापीय ऊर्जा को घूर्णी यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है;
11. कूलिंग टॉवर - वातावरण में अतिरिक्त गर्मी को दूर करने के लिए एक उपकरण;
12. रेडियोधर्मी अपशिष्ट स्वागत और भंडारण प्रणाली;
13. सुरक्षा प्रणालियाँ (आपातकालीन डीजल जनरेटर, आपातकालीन कोर कूलिंग डिवाइस)।

नवीनतम मॉडल कैसे काम करते हैं

नवीनतम चौथी पीढ़ी के रिएक्टर वाणिज्यिक संचालन के लिए उपलब्ध होंगे 2030 . से पहले नहीं... वर्तमान में, उनके काम का सिद्धांत और संरचना विकास के चरण में है। वर्तमान आंकड़ों के अनुसार, ये संशोधन अलग होंगे मौजूदा मॉडलऐसा फायदे:

• रैपिड गैस कूलिंग सिस्टम। यह माना जाता है कि हीलियम का उपयोग शीतलन एजेंट के रूप में किया जाएगा। डिजाइन प्रलेखन के अनुसार, इस तरह 850 डिग्री सेल्सियस के तापमान के साथ रिएक्टरों को ठंडा करना संभव है। ऐसे उच्च तापमान पर काम करने के लिए, आपको विशिष्ट कच्चे माल की भी आवश्यकता होगी: मिश्रित सिरेमिक सामग्री और एक्टिनाइड यौगिक;
• प्राथमिक शीतलक के रूप में सीसा या सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु का उपयोग करना संभव है। इन सामग्रियों में कम न्यूट्रॉन अवशोषण दर और अपेक्षाकृत कम गलनांक होता है;
• साथ ही, गलित लवणों के मिश्रण का उपयोग मुख्य ऊष्मा वाहक के रूप में किया जा सकता है। इस प्रकार, पानी ठंडा करने वाले आधुनिक समकक्षों की तुलना में उच्च तापमान पर काम करना संभव होगा।

प्रकृति में प्राकृतिक अनुरूप

परमाणु रिएक्टर में माना जाता है सार्वजनिक चेतनाविशेष रूप से उच्च प्रौद्योगिकियों के उत्पाद के रूप में। हालांकि, वास्तव में, पहला है डिवाइस है प्राकृतिक उत्पत्ति ... यह मध्य अफ्रीकी राज्य गैबॉन के ओक्लो क्षेत्र में पाया गया था:

• रिएक्टर का निर्माण भूजल द्वारा यूरेनियम चट्टानों की बाढ़ के कारण हुआ था। उन्होंने न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में कार्य किया;
• यूरेनियम के क्षय के दौरान निकलने वाली ऊष्मा ऊर्जा पानी को भाप में बदल देती है, और श्रृंखला प्रतिक्रिया रुक जाती है;
• शीतलक के तापमान में गिरावट के बाद, सब कुछ फिर से दोहराया जाता है;
• यदि तरल उबलता नहीं और प्रतिक्रिया की प्रक्रिया को रोक नहीं पाता, तो मानवता को एक नई प्राकृतिक आपदा का सामना करना पड़ता;
• इस रिएक्टर में लगभग डेढ़ अरब साल पहले नाभिकों का आत्मनिर्भर विखंडन शुरू हुआ था। इस समय के दौरान, लगभग 0.1 मिलियन वाट बिजली उत्पादन आवंटित किया गया था;
• पृथ्वी पर दुनिया का ऐसा अजूबा ही जाना जाता है। नए का उदय असंभव है: प्राकृतिक कच्चे माल में यूरेनियम -235 की हिस्सेदारी एक श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए आवश्यक स्तर से बहुत कम है।

दक्षिण कोरिया में कितने परमाणु रिएक्टर हैं?

प्राकृतिक संसाधनों में गरीब, लेकिन औद्योगीकृत और अधिक आबादी वाले, कोरिया गणराज्य को ऊर्जा की सख्त जरूरत है। जर्मनी द्वारा एक शांतिपूर्ण परमाणु के परित्याग की पृष्ठभूमि के खिलाफ, इस देश को परमाणु प्रौद्योगिकी पर अंकुश लगाने की बहुत उम्मीदें हैं:

• यह योजना बनाई गई है कि 2035 तक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उत्पन्न बिजली का हिस्सा 60% तक पहुंच जाएगा, और कुल उत्पादन - 40 गीगावाट से अधिक;
• देश के पास नहीं है परमाणु हथियार, लेकिन परमाणु भौतिकी में अनुसंधान जारी है। कोरियाई वैज्ञानिकों ने आधुनिक रिएक्टरों के लिए परियोजनाएं विकसित की हैं: मॉड्यूलर, हाइड्रोजन, तरल धातु के साथ, आदि;
• स्थानीय शोधकर्ताओं की सफलता ने प्रौद्योगिकी को विदेशों में बेचने की अनुमति दी है। देश से अगले 15-20 वर्षों में इनमें से 80 इकाइयों का निर्यात करने की उम्मीद है;
• लेकिन आज तक, अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्र अमेरिकी या फ्रांसीसी वैज्ञानिकों की सहायता से बनाए गए थे;
• परिचालन संयंत्रों की संख्या अपेक्षाकृत कम है (केवल चार), लेकिन उनमें से प्रत्येक में रिएक्टरों की एक महत्वपूर्ण संख्या है - कुल मिलाकर 40, और यह आंकड़ा बढ़ेगा।

जब न्यूट्रॉन के साथ बमबारी की जाती है, तो परमाणु ईंधन एक श्रृंखला प्रतिक्रिया में प्रवेश करता है जो भारी मात्रा में गर्मी पैदा करता है। सिस्टम में पानी इस गर्मी को लेता है और भाप में बदल जाता है, जो बिजली उत्पन्न करने वाले टर्बाइनों को बदल देता है। यहाँ एक परमाणु रिएक्टर के संचालन का एक सरल आरेख है, जो पृथ्वी पर ऊर्जा का सबसे शक्तिशाली स्रोत है।

वीडियो: परमाणु रिएक्टर कैसे काम करते हैं

इस वीडियो में, परमाणु भौतिक विज्ञानी व्लादिमीर चाइकिन आपको बताएंगे कि परमाणु रिएक्टरों में बिजली कैसे उत्पन्न होती है, उनकी विस्तृत संरचना: