Սարքը և շահագործման սկզբունքը

Էներգիայի ազատման մեխանիզմ

Նյութի փոխակերպումն ուղեկցվում է ազատ էներգիայի արտազատմամբ միայն այն դեպքում, եթե նյութն ունի էներգիայի պաշար։ Վերջինս նշանակում է, որ նյութի միկրոմասնիկները գտնվում են հանգստի էներգիայով ավելի մեծ վիճակում, քան մեկ այլ հնարավոր վիճակում, որին անցում կա։ Ինքնաբուխ անցմանը միշտ խանգարում է էներգետիկ արգելքը, որը հաղթահարելու համար միկրոմասնիկը պետք է ստանա որոշակի քանակությամբ էներգիա՝ գրգռման էներգիա: Էկզոէներգետիկ ռեակցիան բաղկացած է նրանից, որ գրգռմանը հաջորդող վերափոխման ժամանակ ավելի շատ էներգիա է արձակվում, քան պահանջվում է գործընթացը գրգռելու համար: Էներգետիկ արգելքը հաղթահարելու երկու եղանակ կա՝ կա՛մ բախվող մասնիկների կինետիկ էներգիայի, կա՛մ միացող մասնիկի միացման էներգիայի շնորհիվ:

Եթե ​​նկատի ունենանք էներգիայի արտազատման մակրոսկոպիկ սանդղակները, ապա ռեակցիաների գրգռման համար անհրաժեշտ կինետիկ էներգիան պետք է ունենա նյութի բոլոր մասնիկները կամ, առաջին հերթին, գոնե որոշ մասը։ Դա հնարավոր է միայն այն դեպքում, երբ միջավայրի ջերմաստիճանը բարձրանում է այն արժեքի, որի դեպքում ջերմային շարժման էներգիան մոտենում է գործընթացի ընթացքը սահմանափակող էներգիայի շեմի արժեքին: Մոլեկուլային փոխակերպումների դեպքում, այսինքն քիմիական ռեակցիաներ, նման աճը սովորաբար հարյուրավոր կելվին է, սակայն միջուկային ռեակցիաների դեպքում այն ​​առնվազն 10 7 է՝ բախվող միջուկների Կուլոնյան արգելքների շատ բարձր բարձրության պատճառով։ Միջուկային ռեակցիաների ջերմային գրգռումը գործնականում իրականացվում է միայն ամենաթեթև միջուկների սինթեզում, որոնց համար Կուլոնյան արգելքները նվազագույն են (ջերմամիջուկային միաձուլում)։

Մասնիկների միացման միջոցով գրգռումը չի պահանջում մեծ կինետիկ էներգիա և, հետևաբար, կախված չէ միջավայրի ջերմաստիճանից, քանի որ այն տեղի է ունենում ներգրավման ուժերի մասնիկներին բնորոշ չօգտագործված կապերի պատճառով: Բայց մյուս կողմից, մասնիկներն իրենք են անհրաժեշտ ռեակցիաները գրգռելու համար։ Եվ եթե մենք կրկին նկատի ունենանք ոչ թե առանձին ռեակցիայի ակտ, այլ մակրոսկոպիկ մասշտաբով էներգիայի արտադրություն, ապա դա հնարավոր է միայն այն դեպքում, երբ տեղի է ունենում շղթայական ռեակցիա։ Վերջինս առաջանում է, երբ ռեակցիան գրգռող մասնիկները նորից հայտնվում են որպես էկզոէներգետիկ ռեակցիայի արտադրանք։

Դիզայն

Ցանկացած միջուկային ռեակտոր բաղկացած է հետևյալ մասերից.

• Միջուկային վառելիքով և մոդերատորով միջուկ;
• Միջուկը շրջապատող նեյտրոնային ռեֆլեկտոր;
• Շղթայական ռեակցիայի կառավարման համակարգ, ներառյալ արտակարգ իրավիճակների պաշտպանությունը;
• Ճառագայթային պաշտպանություն;
• Հեռակառավարման համակարգ.

Աշխատանքի ֆիզիկական սկզբունքներ

Տես նաև հիմնական հոդվածները.

Միջուկային ռեակտորի ներկա վիճակը կարելի է բնութագրել արդյունավետ նեյտրոնների բազմապատկման գործակցով կկամ ռեակտիվություն ρ , որոնք կապված են հետևյալ հարաբերություններով.

Այս արժեքները բնութագրվում են հետևյալ արժեքներով.

• կ> 1 - շղթայական ռեակցիան աճում է ժամանակի ընթացքում, ռեակտորը գտնվում է գերքննադատականվիճակը, դրա ռեակտիվությունը ρ > 0;
• կ < 1 - реакция затухает, реактор - ենթաքննադատական, ρ < 0;
• կ = 1, ρ = 0 - միջուկային տրոհումների թիվը հաստատուն է, ռեակտորը գտնվում է ախոռում քննադատականվիճակ.

Միջուկային ռեակտորի կրիտիկականության պայմանը.

, որտեղ

Բազմապատկման գործակիցը միասնության վերածելը ձեռք է բերվում նեյտրոնների բազմապատկումը դրանց կորուստների հետ հավասարակշռելով։ Կորուստների երկու պատճառ կա՝ առանց տրոհման և նեյտրոնների արտահոսք բազմացման միջավայրից դուրս:

Ակնհայտորեն, Կ< k 0 , поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе այս կազմը k 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.

Ջերմային ռեակտորների համար k 0-ը կարող է որոշվել այսպես կոչված «4 գործոնի բանաձևով».

, որտեղ

• η-ն նեյտրոնի ելքն է երկու կլանումների համար:

Ժամանակակից ուժային ռեակտորների ծավալները կարող են հասնել հարյուրավոր մ³-ի և հիմնականում որոշվում են ոչ թե կրիտիկական պայմաններով, այլ ջերմահեռացման հնարավորություններով։

Կրիտիկական ծավալմիջուկային ռեակտոր - ռեակտորի միջուկի ծավալը կրիտիկական վիճակում: Կրիտիկական զանգվածռեակտորի տրոհվող նյութի զանգվածն է կրիտիկական վիճակում։

Ամենափոքր կրիտիկական զանգվածն ունեն ռեակտորները, որոնցում որպես վառելիք ծառայում են մաքուր տրոհվող իզոտոպների աղերի ջրային լուծույթները՝ նեյտրոնների ջրային ռեֆլեկտորով։ 235 U-ի համար այս զանգվածը 0,8 կգ է, 239 Pu-ի համար՝ 0,5 կգ։ Այնուամենայնիվ, լայնորեն հայտնի է, որ LOPO ռեակտորի (աշխարհի առաջին հարստացված ուրանի ռեակտորի) կրիտիկական զանգվածը բերիլիումի օքսիդի ռեֆլեկտորով եղել է 0,565 կգ, չնայած 235 իզոտոպով հարստացումը 14%-ից միայն մի փոքր ավելի է։ Տեսականորեն այն ունի ամենափոքր կրիտիկական զանգվածը, որի համար այս արժեքը կազմում է ընդամենը 10 գ։

Նեյտրոնների արտահոսքը նվազեցնելու համար միջուկը գնդաձև է կամ մոտ է գնդաձևին, օրինակ՝ կարճ գլան կամ խորանարդ, քանի որ այս թվերն ունեն մակերեսի և ծավալի ամենափոքր հարաբերակցությունը:

Չնայած այն հանգամանքին, որ արժեքը (e - 1) սովորաբար փոքր է, նեյտրոնների արագ բազմապատկման դերը բավականին մեծ է, քանի որ մեծ միջուկային ռեակտորների համար (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Շղթայական ռեակցիա սկսելու համար սովորաբար բավականաչափ նեյտրոններ են արտադրվում ուրանի միջուկների ինքնաբուխ տրոհման ժամանակ։ Հնարավոր է նաև օգտագործել արտաքին նեյտրոնային աղբյուր ռեակտորը գործարկելու համար, օրինակ՝ և կամ այլ նյութերի խառնուրդ:

Յոդի փոս

Հիմնական հոդված՝ Յոդի փոս

Յոդի ջրհոր - միջուկային ռեակտորի վիճակն այն անջատվելուց հետո, որը բնութագրվում է քսենոնի կարճատև իզոտոպի կուտակմամբ: Այս գործընթացը հանգեցնում է զգալի բացասական ռեակտիվության ժամանակավոր ի հայտ գալուն, որն իր հերթին անհնար է դարձնում ռեակտորը որոշակի ժամկետում (մոտ 1-2 օր) հասցնել իր նախագծային հզորությանը:

Դասակարգում

Ըստ նշանակման

Իրենց օգտագործման բնույթով միջուկային ռեակտորները բաժանվում են.

• Էլեկտրաէներգիայի ռեակտորներ, որը նախատեսված է էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերության մեջ օգտագործվող էլեկտրական և ջերմային էներգիայի արտադրության, ինչպես նաև ծովի ջրի աղազերծման համար (աղազերծման ռեակտորները դասակարգվում են նաև որպես արդյունաբերական)։ Նման ռեակտորները հիմնականում օգտագործվում են ատոմակայաններում։ Ժամանակակից ուժային ռեակտորների ջերմային հզորությունը հասնում է 5 ԳՎտ-ի։ Առանձին խումբ է առանձնանում.
  • Տրանսպորտային ռեակտորներնախատեսված է տրանսպորտային միջոցների շարժիչներին էներգիա մատակարարելու համար: Ամենալայն կիրառման խմբերը ծովային տրանսպորտային ռեակտորներն են, որոնք օգտագործվում են սուզանավերի և տարբեր վերգետնյա նավերի վրա, ինչպես նաև տիեզերական տեխնոլոգիաներում օգտագործվող ռեակտորները:
• Փորձարարական ռեակտորներնախագծված է տարբեր ֆիզիկական քանակություններ ուսումնասիրելու համար, որոնց արժեքը անհրաժեշտ է միջուկային ռեակտորների նախագծման և շահագործման համար. նման ռեակտորների հզորությունը չի գերազանցում մի քանի կՎտ։
• Հետազոտական ​​ռեակտորներ, որոնցում միջուկում առաջացած նեյտրոնների և գամմա քվանտների հոսքերն օգտագործվում են միջուկային ֆիզիկայի, պինդ վիճակի ֆիզիկայի, ճառագայթային քիմիայի, կենսաբանության բնագավառում հետազոտությունների համար, ինտենսիվ նեյտրոնային հոսքերում (ներառյալ միջուկային ռեակտորների մասերը) շահագործման համար նախատեսված նյութերը փորձարկելու համար: , իզոտոպների արտադրության համար։ Հետազոտական ​​ռեակտորների հզորությունը չի գերազանցում 100 ՄՎտ-ը։ Ազատված էներգիան սովորաբար չի օգտագործվում։
• Արդյունաբերական (զենք, իզոտոպ) ռեակտորներօգտագործվում է տարբեր ոլորտներում օգտագործվող իզոտոպների արտադրության համար։ Առավել լայնորեն օգտագործվում է միջուկային զենքի նյութերի արտադրության համար, ինչպիսիք են 239 Pu. Արդյունաբերական ռեակտորները ներառում են նաև ռեակտորներ, որոնք օգտագործվում են ծովի ջրի աղազերծման համար:

Ռեակտորները հաճախ օգտագործվում են երկու կամ ավելի տարբեր խնդիրներ լուծելու համար, որոնց դեպքում դրանք կոչվում են բազմաֆունկցիոնալ... Օրինակ, որոշ ուժային ռեակտորներ, հատկապես լուսադեմին միջուկային էներգիա, նախատեսված էին հիմնականում փորձերի համար։ Արագ ռեակտորները կարող են միաժամանակ լինել և՛ էներգետիկ, և՛ իզոտոպներ արտադրող: Արդյունաբերական ռեակտորները, բացի իրենց հիմնական խնդիրից, հաճախ արտադրում են էլեկտրական և ջերմային էներգիա։

Նեյտրոնների սպեկտրով

• Ջերմային (դանդաղ) նեյտրոնային ռեակտոր («ջերմային ռեակտոր»)
• Արագ ռեակտոր («արագ ռեակտոր»)

Վառելիքի տեղադրմամբ

• Տարասեռ ռեակտորներ, որտեղ վառելիքը միջուկում տեղադրվում է դիսկրետ՝ բլոկների տեսքով, որոնց միջև կա մոդերատոր.
• Համասեռ ռեակտորներ, որտեղ վառելիքը և մոդերատորը միատարր խառնուրդ են (միատարր համակարգ):

Տարասեռ ռեակտորում վառելիքը և մոդերատորը կարող են տարածականորեն բաժանվել, մասնավորապես, խոռոչային ռեակտորում մոդերատոր-ռեֆլեկտորը շրջապատում է խոռոչը վառելիքով, որը չի պարունակում մոդերատոր։ Միջուկային-ֆիզիկական տեսանկյունից համասեռության/տարասեռության չափանիշը ոչ թե դիզայնն է, այլ վառելիքի բլոկների տեղադրումը տվյալ մոդերատորում նեյտրոնային չափավորության երկարությունը գերազանցող հեռավորության վրա: Այսպիսով, այսպես կոչված «ամուր ցանցով» ռեակտորները հաշվարկվում են որպես միատարր, թեև դրանցում վառելիքը սովորաբար առանձնացված է մոդերատորից։

Տարասեռ ռեակտորում միջուկային վառելիքի բլոկները կոչվում են վառելիքի հավաքույթներ (FA), որոնք տեղակայված են միջուկում սովորական ցանցի հանգույցներում՝ ձևավորելով. բջիջ.

Ըստ վառելիքի տեսակի

• ուրանի իզոտոպներ 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
• պլուտոնիումի իզոտոպ 239 (239 Pu), նաև 239-242 Pu իզոտոպներ՝ 238 U-ով խառնուրդի տեսքով (MOX վառելիք)
• թորիումի իզոտոպ 232 (232 Th) (փոխակերպելով 233 U)

Ըստ հարստացման աստիճանի.

• բնական ուրան
• վատ հարստացված ուրան
• բարձր հարստացված ուրան

Ըստ քիմիական կազմի.

• մետաղական U
• UC (ուրանի կարբիդ) և այլն:

Ըստ հովացուցիչ նյութի տեսակի

• Գազ, (տես Գրաֆիտ-գազի ռեակտոր)
• D 2 O (ծանր ջուր, տես Ծանր ջրի միջուկային ռեակտոր, CANDU)

Մոդերատորի բնույթով

• C (գրաֆիտ, տես Գրաֆիտ-գազի ռեակտոր, Գրաֆիտ-ջուր ռեակտոր)
• H 2 O (ջուր, տես Թեթև ջրի ռեակտոր, Ջրի չափավոր ռեակտոր, VVER)
• D 2 O (ծանր ջուր, տես Ծանր ջրի միջուկային ռեակտոր, CANDU)
• Մետաղների հիդրիդներ
• Առանց մոդերատորի (տես Արագ ռեակտոր)

Դիզայնով

Գոլորշի առաջացման եղանակով

• Արտաքին գոլորշու գեներատորով ռեակտոր (տես Ճնշված ջրի ռեակտոր, VVER)

ՄԱԳԱՏԷ-ի դասակարգումը

• PWR (ճնշված ջրի ռեակտորներ) - ճնշման ջրի ռեակտոր;
• BWR (եռացող ջրի ռեակտոր) - եռացող ջրի ռեակտոր;
• FBR (արագ բուծող ռեակտոր) - արագ աճեցնող ռեակտոր;
• GCR (գազով սառեցված ռեակտոր) - գազով սառեցված ռեակտոր;
• LWGR (թեթև ջրի գրաֆիտի ռեակտոր) - գրաֆիտ-ջրի ռեակտոր
• PHWR (ճնշված ծանր ջրի ռեակտոր) - ծանր ջրի ռեակտոր

Աշխարհում առավել տարածված են ճնշման տակ գտնվող ջրի (մոտ 62%) և եռման (20%) ռեակտորները։

Ռեակտորի նյութեր

Ռեակտորների կառուցման համար օգտագործվող նյութերը գործում են բարձր ջերմաստիճաններում նեյտրոնների, γ-քվանտների և տրոհման բեկորների դաշտում։ Հետևաբար, տեխնոլոգիայի այլ ճյուղերում օգտագործվող ոչ բոլոր նյութերն են հարմար ռեակտոր կառուցելու համար: Ռեակտորի նյութերն ընտրելիս հաշվի են առնվում դրանց ճառագայթման դիմադրությունը, քիմիական իներտությունը, կլանման խաչմերուկը և այլ հատկություններ:

Նյութերի ճառագայթային անկայունությունը ավելի քիչ է ազդում, երբ բարձր ջերմաստիճաններ... Ատոմների շարժունակությունն այնքան մեծ է դառնում, որ նկատելիորեն մեծանում է բյուրեղյա ցանցից տապալված ատոմների իրենց տեղը վերադառնալու կամ ջրածնի և թթվածնի վերահամակցման հավանականությունը ջրի մոլեկուլի մեջ: Այսպիսով, ոչ եռացող ուժային ռեակտորներում (օրինակ՝ VVER) ջրի ռադիոլիզը աննշան է, մինչդեռ հզոր հետազոտական ​​ռեակտորներում պայթուցիկ խառնուրդի զգալի քանակություն է արտանետվում։ Ռեակտորներն ունեն այն այրելու հատուկ համակարգեր։

Ռեակտորի նյութերը շփվում են միմյանց հետ (վառելիքի տարրերի ծածկը հովացուցիչ նյութով և միջուկային վառելիքով, վառելիքի հավաքույթները՝ հովացուցիչ նյութով և մոդերատորով և այլն): Բնականաբար, շփվող նյութերը պետք է լինեն քիմիապես իներտ (համատեղելի): Անհամատեղելիության օրինակ են ուրանը և տաք ջուրը, որոնք քիմիապես փոխազդում են։

Նյութերի մեծ մասի համար ամրության հատկությունները կտրուկ վատանում են ջերմաստիճանի բարձրացման հետ: Էլեկտրական ռեակտորներում շինարարական նյութերը գործում են բարձր ջերմաստիճաններում։ Սա սահմանափակում է շինարարական նյութերի ընտրությունը, հատկապես ուժային ռեակտորի այն մասերի համար, որոնք պետք է դիմակայեն բարձր ճնշումներին:

Միջուկային վառելիքի այրումը և վերարտադրությունը

Միջուկային ռեակտորի աշխատանքի ընթացքում վառելիքում տրոհման բեկորների կուտակման պատճառով փոխվում է նրա իզոտոպային և քիմիական կազմը, ձևավորվում են տրանսուրանային տարրեր, հիմնականում՝ իզոտոպներ։ Միջուկային ռեակտորի ռեակտիվության վրա տրոհման բեկորների ազդեցությունը կոչվում է թունավորում(ռադիոակտիվ բեկորների համար) և խարամում(կայուն իզոտոպների համար):

Ռեակտորի թունավորման հիմնական պատճառը նեյտրոնների կլանման ամենամեծ խաչմերուկ ունեցողն է (2,6 · 10 6 գոմ): Կես կյանքը 135 Xe Տ 1/2 = 9,2 ժամ; տրոհման ելքը 6-7% է։ 135 Xe-ի հիմնական մասը ձևավորվել է քայքայման արդյունքում ( Տ 1/2 = 6,8 ժամ): Թունավորման դեպքում Քեֆը փոխվում է 1-3%-ով։ 135 Xe-ի մեծ կլանման խաչմերուկը և 135 I միջանկյալ իզոտոպի առկայությունը հանգեցնում են երկու կարևոր երևույթի.

1. 135 Xe-ի կոնցենտրացիայի ավելացմանը և, հետևաբար, ռեակտորի ռեակտիվության նվազմանը նրա անջատումից կամ հզորության նվազումից հետո («յոդի ջրհոր»), ինչը անհնարին է դարձնում կարճաժամկետ կանգառները և ելքի տատանումները. ուժ. Այս էֆեկտը հաղթահարվում է կարգավորող մարմիններում ռեակտիվության մարժան մտցնելով։ Յոդի հորատանցքի խորությունը և տևողությունը կախված է նեյտրոնային հոսքից Ф: Ֆ = 5 · 10 18 նեյտրոն / (սմ² · վրկ), յոդի հորատանցքի տևողությունը ˜30 ժ է, իսկ խորությունը 2 անգամ ավելի մեծ է, քան 135 Xe թունավորմամբ առաջացած Keff-ի ստացիոնար փոփոխություն:
2. Թունավորման հետևանքով կարող են առաջանալ Ф նեյտրոնային հոսքի, հետևաբար նաև ռեակտորի հզորության տարածական-ժամանակային տատանումներ։ Այս տատանումները տեղի են ունենում Ф> 10 18 նեյտրոնների / (սմ² · վրկ) և մեծ ռեակտորի չափերի դեպքում: Տատանումների ժամանակաշրջանները ~10 ժ են:

Միջուկների տրոհումից առաջանում են մեծ թվով կայուն բեկորներ, որոնք տարբերվում են կլանման խաչմերուկներով՝ համեմատած տրոհվող իզոտոպի կլանման խաչմերուկի հետ։ Մեծ կլանման խաչմերուկ ունեցող բեկորների կոնցենտրացիան հասնում է հագեցվածության ռեակտորի աշխատանքի առաջին մի քանի օրվա ընթացքում: Դրանք հիմնականում տարբեր «տարիքի» վառելիքի տարրեր են։

Վառելիքի ամբողջական փոխարինման դեպքում ռեակտորն ունի ավելցուկային ռեակտիվություն, որը պետք է փոխհատուցվի, մինչդեռ երկրորդ դեպքում փոխհատուցումը պահանջվում է միայն ռեակտորի առաջին գործարկման ժամանակ: Շարունակական լիցքավորումը հնարավորություն է տալիս մեծացնել այրման խորությունը, քանի որ ռեակտորի ռեակտիվությունը որոշվում է տրոհվող իզոտոպների միջին կոնցենտրացիաներով:

Բեռնված վառելիքի զանգվածը գերազանցում է բեռնաթափված վառելիքի զանգվածը՝ արձակված էներգիայի «քաշի» պատճառով։ Ռեակտորը կանգնեցնելուց հետո, նախ՝ հիմնականում ուշացած նեյտրոնների տրոհման, իսկ հետո, 1–2 րոպե անց, տրոհման բեկորներից և տրանսուրանային տարրերից β- և γ-ճառագայթման պատճառով, էներգիան շարունակում է արտազատվել վառելիքում։ Եթե ​​ռեակտորը բավական երկար է աշխատել մինչև անջատման պահը, ապա անջատումից 2 րոպե անց էներգիայի արտազատումը կազմում է մոտ 3%, 1 ժամ հետո՝ 1%, մեկ օր հետո՝ 0,4%, մեկ տարի հետո՝ սկզբնականի 0,05%։ ուժ.

Միջուկային ռեակտորում առաջացած տրոհվող Pu իզոտոպների քանակի և այրված 235 U-ի քանակի հարաբերությունը կոչվում է. փոխակերպման տոկոսադրույքըԿ Կ. K K արժեքը մեծանում է հարստացման և այրման նվազումով: Բնական ուրան օգտագործող ծանր ջրի ռեակտորի համար, 10 ԳՎտ օր/տ այրմամբ, K K = 0,55 և փոքր այրվածքներով (այս դեպքում K K-ն կոչվում է. սկզբնական պլուտոնիումի գործակիցը) K K = 0,8: Եթե ​​միջուկային ռեակտորը այրվում է և արտադրում է նույն իզոտոպները (բուծող ռեակտոր), ապա վերարտադրության արագության և այրման արագության հարաբերակցությունը կոչվում է. վերարտադրության արագությունը K V. Ջերմային ռեակտորներում K B< 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 էաճում է և աընկնում է.

Միջուկային ռեակտորի կառավարում

Միջուկային ռեակտորի կառավարումը հնարավոր է միայն այն պատճառով, որ տրոհման ժամանակ նեյտրոնների մի մասը արտանետվում է բեկորներից ուշացումով, որը կարող է տատանվել մի քանի միլիվայրկյանից մինչև մի քանի րոպե:

Ռեակտորը կառավարելու համար օգտագործվում են միջուկ մտցված ներծծող ձողեր, որոնք պատրաստված են նյութերից, որոնք ուժեղ կլանում են նեյտրոնները (հիմնականում, որոշ այլ) և (կամ) սառեցնողին որոշակի կոնցենտրացիայով ավելացված բորաթթվի լուծույթ (բորի կարգավորում): Ձողերի շարժումը վերահսկվում է հատուկ մեխանիզմներով, օպերատորի ազդանշաններով գործող կրիչներով կամ նեյտրոնային հոսքի ավտոմատ կարգավորման սարքավորումներով:

Տարբեր արտակարգ իրավիճակների դեպքում յուրաքանչյուր ռեակտոր նախատեսում է շղթայական ռեակցիայի վթարային դադարեցում, որն իրականացվում է բոլոր ներծծող ձողերը միջուկի մեջ գցելով՝ վթարային պաշտպանության համակարգ:

Մնացորդային ջերմության առաջացում

Միջուկային անվտանգության հետ անմիջականորեն կապված կարևոր խնդիր է մնացորդային ջերմությունը։ Սա միջուկային վառելիքի յուրահատկությունն է, որը բաղկացած է նրանից, որ տրոհման շղթայական ռեակցիայի ավարտից և էներգիայի ցանկացած աղբյուրի համար սովորական ջերմային իներցիայից հետո ռեակտորում ջերմության արտազատումը շարունակվում է։ երկար ժամանակով, ինչը ստեղծում է մի շարք տեխնիկապես դժվարին խնդիրներ:

Մնացորդային ջերմության արտանետումը ռեակտորի աշխատանքի ընթացքում վառելիքում կուտակված տրոհման արտադրանքների β- և γ- քայքայման հետևանք է: Քայքայման արդյունքում տրոհման արգասիքների միջուկները զգալի էներգիայի արտազատմամբ անցնում են ավելի կայուն կամ լիովին կայուն վիճակի։

Չնայած մնացորդային ջերմության արտանետման հզորությունը արագորեն նվազում է մինչև անշարժ արժեքների համեմատությամբ փոքր արժեքներ, հզոր ուժային ռեակտորներում դա նշանակալի է բացարձակ մեծությամբ: Այդ իսկ պատճառով մնացորդային ջերմության առաջացումը անհրաժեշտ է երկար ժամանակապահովել ջերմության հեռացում ռեակտորի միջուկից նրա անջատումից հետո: Այս խնդիրը պահանջում է հուսալի էլեկտրամատակարարմամբ հովացման համակարգերի ռեակտորի կայանի նախագծման մեջ առկայություն, ինչպես նաև պահանջում է երկարաժամկետ (3-4 տարի) օգտագործված միջուկային վառելիքի պահեստավորում հատուկ ջերմաստիճանային ռեժիմով պահեստարաններում՝ պահեստավորում: լողավազաններ, որոնք սովորաբար գտնվում են ռեակտորի անմիջական հարեւանությամբ։

տես նաեւ

• Խորհրդային Միությունում նախագծված և կառուցված միջուկային ռեակտորների ցանկ

գրականություն

• Վ.Է.Լևին Միջուկային ֆիզիկա և միջուկային ռեակտորներ. 4-րդ հրատ. - Մ .: Ատոմիզդատ, 1979:
• Shukolyukov A. Yu. «Ուրանի. Բնական միջուկային ռեակտոր». «Քիմիա և կյանք» թիվ 6, 1980, էջ. 20-24 թթ

Նշումներ (խմբագրել)

1. ZEEP - Կանադայի առաջին միջուկային ռեակտորը, Կանադայի գիտության և տեխնոլոգիայի թանգարանը:
2. Գրեշիլով Ա.Ա., Էգուպով Ն.Դ., Մատուշչենկո Ա.Մ.Միջուկային վահան. - M .: Logos, 2008 .-- 438 էջ. -

Միջուկային ռեակտորի շահագործման սկզբունքը և կառուցվածքը հասկանալու համար անհրաժեշտ է լրացնել փոքր էքսկուրսիադեպի անցյալ։ Միջուկային ռեակտորը դարավոր մարմնավորված, թեև ոչ ամբողջությամբ, մարդկության երազանքն է էներգիայի անսպառ աղբյուրի մասին: Նրա հնագույն «նախահայրը» չոր ճյուղերից պատրաստված կրակն է, որը ժամանակին վառել ու տաքացրել է քարանձավի պահարանները, որտեղ ցրտից փրկություն են գտել մեր հեռավոր նախնիները։ Հետագայում մարդիկ յուրացրել են ածխաջրածինները՝ ածուխ, թերթաքար, նավթ և բնական գազ։

Հետևեց փոթորկոտ, բայց կարճատև գոլորշու դարաշրջանը, որին հաջորդեց էլեկտրականության էլ ավելի ֆանտաստիկ դարաշրջանը: Քաղաքները լցված էին լույսով, իսկ արհեստանոցները՝ մինչ այժմ չտեսնված մեքենաների մռնչյունով, որոնք շարժվում էին էլեկտրական շարժիչներով։ Հետո թվում էր, թե առաջընթացը հասել է իր գագաթնակետին։

Ամեն ինչ փոխվեց ներսում վերջ XIXդարում, երբ ֆրանսիացի քիմիկոս Անտուան ​​Անրի Բեկերելը պատահաբար հայտնաբերեց, որ ուրանի աղերը ռադիոակտիվ են: Երկու տարի անց նրա հայրենակիցներ Պիեռ Կյուրին և նրա կինը՝ Մարիա Սկլոդովսկա-Կյուրին, նրանցից ստացան ռադիում և պոլոնիում, և նրանց ռադիոակտիվության մակարդակը միլիոնավոր անգամ ավելի բարձր էր, քան թորիումի և ուրանի մակարդակը։

Էստաֆետը վերցրել է Էռնեստ Ռադերֆորդը, ով մանրամասն ուսումնասիրել է ռադիոակտիվ ճառագայթների բնույթը։ Այսպես սկսվեց ատոմի դարաշրջանը, որը ծնեց իր սիրելի զավակին՝ ատոմային ռեակտորին։

Առաջին միջուկային ռեակտորը

«Firstborn»-ը ԱՄՆ-ից է։ 1942-ի դեկտեմբերին ռեակտորը տվեց առաջին հոսանքը, որը ստացավ իր ստեղծողի անունը. մեծագույն ֆիզիկոսներդար E. Fermi. Երեք տարի անց Կանադայում կյանքի կոչվեց ZEEP միջուկային օբյեկտը: «Բրոնզը» գնաց առաջին խորհրդային F-1 ռեակտորին, որը գործարկվել է 1946 թվականի վերջին։ Ներքին միջուկային նախագծի ղեկավարը դարձավ Ի.Վ. Կուրչատովը։ Աշխարհում այսօր հաջողությամբ գործում է ավելի քան 400 միջուկային էներգաբլոկ։

Միջուկային ռեակտորների տեսակները

Նրանց հիմնական նպատակն է աջակցել վերահսկվող միջուկային ռեակցիային, որն արտադրում է էլեկտրաէներգիա: Որոշ ռեակտորներ արտադրում են իզոտոպներ։ Մի խոսքով, դրանք սարքեր են, որոնց խորքերում որոշ նյութեր արտազատմամբ վերածվում են մյուսների մեծ թվովջերմային էներգիա. Սա մի տեսակ «վառարան» է, որտեղ վառելիքի ավանդական տեսակների փոխարեն «այրվում» են ուրանի իզոտոպները՝ U-235, U-238 և պլուտոնիում (Pu):

Ի տարբերություն, օրինակ, ավտոմեքենայի, որը նախատեսված է բենզինի մի քանի տեսակների համար, ռադիոակտիվ վառելիքի յուրաքանչյուր տեսակ համապատասխանում է իր տեսակի ռեակտորին։ Դրանցից երկուսը կա՝ դանդաղ (U-235-ով) և արագ (U-238 և Pu) նեյտրոնների վրա։ Ատոմակայանների մեծ մասը դանդաղ նեյտրոնային ռեակտորներ ունի: Ատոմակայաններից բացի, կայանքները «աշխատում են» գիտահետազոտական ​​կենտրոններում, միջուկային սուզանավերի վրա և այլն։

Ինչպես է աշխատում ռեակտորը

Բոլոր ռեակտորներն ունեն մոտավորապես նույն սխեման։ Նրա «սիրտը» ակտիվ գոտի է։ Այն կարելի է մոտավորապես համեմատել սովորական վառարանի վառարանի հետ։ Միայն վառելափայտի փոխարեն միջուկային վառելիք կա վառելիքի տարրերի տեսքով՝ մոդերատորով՝ TVEL-ներով։ Ակտիվ գոտին գտնվում է մի տեսակ պարկուճի ներսում՝ նեյտրոնային ռեֆլեկտոր։ Վառելիքի ձողերը «լվանում» են հովացուցիչ նյութով՝ ջրով: Քանի որ «սիրտն» ունի ռադիոակտիվության շատ բարձր մակարդակ, այն շրջապատված է հուսալի ճառագայթային պաշտպանությամբ։

Օպերատորները վերահսկում են կայանի աշխատանքը՝ օգտագործելով երկու կարևոր համակարգեր՝ շղթայական ռեակցիայի կառավարում և հեռակառավարման համակարգ: Եթե ​​աննորմալ իրավիճակ է ստեղծվում, շտապ պաշտպանությունն անմիջապես գործարկվում է:

Ինչպես է աշխատում ռեակտորը

Ատոմային «բոցը» անտեսանելի է, քանի որ գործընթացները տեղի են ունենում միջուկային տրոհման մակարդակով։ Շղթայական ռեակցիայի ընթացքում ծանր միջուկները տարրալուծվում են ավելի փոքր բեկորների, որոնք գրգռվելիս դառնում են նեյտրոնների և այլ ենթաատոմային մասնիկների աղբյուր։ Բայց գործընթացը դրանով չի ավարտվում։ Նեյտրոնները շարունակում են «բաժանվել», ինչի արդյունքում շատ էներգիա է արտազատվում, այսինքն՝ ինչ է տեղի ունենում հանուն որի ատոմակայաններ են կառուցվում։

Անձնակազմի հիմնական խնդիրն է պահպանել շղթայական ռեակցիան հսկիչ ձողերի օգնությամբ մշտական, կարգավորելի մակարդակում։ Սա է նրա հիմնական տարբերությունը ատոմային ռումբից, որտեղ միջուկային քայքայման գործընթացը անկառավարելի է և ընթանում է արագ տեմպերով, հզոր պայթյունի տեսքով։

Ինչ է տեղի ունեցել Չեռնոբիլի ատոմակայանում

1986 թվականի ապրիլին Չեռնոբիլի ատոմակայանում տեղի ունեցած աղետի հիմնական պատճառներից մեկը 4-րդ էներգաբլոկի ընթացիկ սպասարկման ընթացքում շահագործման անվտանգության կանոնների կոպիտ խախտումն էր։ Այնուհետև միջուկից հանվել է 203 գրաֆիտի ձող՝ կանոնակարգով թույլատրված 15-ի փոխարեն։ Արդյունքում սկսված անվերահսկելի շղթայական ռեակցիան ավարտվել է ջերմային պայթյունով և էներգաբլոկի ամբողջական ոչնչացմամբ։

Նոր սերնդի ռեակտորներ

Վերջին տասնամյակում Ռուսաստանը դարձել է գլոբալ միջուկային էներգիայի արդյունաբերության առաջատարներից մեկը: Այս պահին «Ռոսատոմ» պետական ​​կորպորացիան 12 երկրներում ատոմակայաններ է կառուցում, որտեղ կառուցվում է 34 էներգաբլոկ։ Նման բարձր պահանջարկը վկայում է ժամանակակից ռուսական միջուկային տեխնոլոգիաների բարձր մակարդակի մասին։ Հաջորդը նոր 4-րդ սերնդի ռեակտորներն են։

«Բրեստ»

Դրանցից մեկը Բրեստն է, որը մշակվում է Breakthrough նախագծի շրջանակներում։ Հիմա օպերացիոն համակարգերբաց ցիկլով գործառնություններն իրականացվում են ցածր հարստացված ուրանի վրա, որից հետո մնում է մեծ քանակությամբ ծախսված վառելիքի հեռացում, ինչը հսկայական ծախսեր է պահանջում: «Բրեստը» արագ նեյտրոնային ռեակտոր է, եզակի փակ ցիկլ։

Դրանում սպառված վառելիքը արագ նեյտրոնային ռեակտորում համապատասխան մշակումից հետո կրկին դառնում է լիարժեք վառելիք, որը կարող է հետ բեռնվել նույն տեղակայման մեջ։

«Բրեստը» աչքի է ընկնում անվտանգության բարձր մակարդակով։ Այն երբեք չի «պայթի» նույնիսկ ամենալուրջ վթարի ժամանակ, այն շատ խնայող է և էկոլոգիապես մաքուր, քանի որ վերօգտագործում է իր «նորացված» ուրանը։ Այն չի կարող օգտագործվել նաև զենքի համար նախատեսված պլուտոնիում արտադրելու համար, ինչը բացում է դրա արտահանման ամենալայն հեռանկարները:

VVER-1200

VVER-1200-ը 3+ սերնդի նորարարական ռեակտոր է՝ 1150 ՄՎտ հզորությամբ։ Իր յուրահատուկ տեխնիկական հնարավորությունների շնորհիվ այն ունի գրեթե բացարձակ գործառնական անվտանգություն։ Ռեակտորը առատորեն հագեցած է պասիվ անվտանգության համակարգերով, որոնք կաշխատեն նույնիսկ ավտոմատ ռեժիմով էլեկտրամատակարարման բացակայության դեպքում։

Դրանցից մեկը ջերմահեռացման պասիվ համակարգն է, որն ավտոմատ կերպով միանում է, երբ ռեակտորն ամբողջությամբ անջատվում է էներգիայից: Այս դեպքում տրամադրվում են վթարային հիդրավլիկ տանկեր: Առաջնային շղթայում ճնշման աննորմալ անկման դեպքում ռեակտոր է սնվում բոր պարունակող մեծ քանակությամբ ջուր, որը մարում է միջուկային ռեակցիան և կլանում նեյտրոնները:

Մեկ այլ նոու-հաու հայտնաբերված է բեռնարկղի ներքևի մասում` հալման թակարդը: Եթե, այնուամենայնիվ, վթարի հետևանքով միջուկը «հոսում է», ապա «թակարդը» թույլ չի տա, որ պարունակությունը փլվի և կանխի ռադիոակտիվ արտադրանքի ներթափանցումը հող։

Միջուկային էներգիան էլեկտրաէներգիայի արտադրության ժամանակակից և արագ զարգացող մեթոդ է։ Գիտե՞ք, թե ինչպես են ատոմակայանները կազմակերպվում։ Ո՞րն է ատոմակայանի շահագործման սկզբունքը: Ի՞նչ տեսակի միջուկային ռեակտորներ կան այսօր: Մենք կփորձենք մանրամասն դիտարկել ատոմակայանի շահագործման սխեման, խորանալ միջուկային ռեակտորի կառուցվածքի մեջ և պարզել, թե որքանով է անվտանգ էլեկտրաէներգիա արտադրելու ատոմային մեթոդը:

Ցանկացած կայան է փակ տարածքբնակելի տարածքից հեռու։ Նրա տարածքում կան մի քանի շենքեր։ Ամենակարևոր կառույցը ռեակտորի շենքն է, կողքին՝ տուրբինային սենյակը, որտեղից վերահսկվում է ռեակտորը, և անվտանգության շենքը։

Շղթան անհնար է առանց միջուկային ռեակտորի: Ատոմային (միջուկային) ռեակտորը ԱԷԿ սարք է, որը նախատեսված է նեյտրոնների տրոհման շղթայական ռեակցիա կազմակերպելու համար՝ այս գործընթացում էներգիայի պարտադիր արտանետմամբ։ Բայց ո՞րն է ատոմակայանի շահագործման սկզբունքը։

Ռեակտորի ամբողջ կայանը տեղադրված է ռեակտորի շենքում՝ մեծ բետոնե աշտարակ, որը թաքցնում է ռեակտորը և վթարի դեպքում կպարունակի միջուկային ռեակցիայի բոլոր արգասիքները։ Այս մեծ աշտարակը կոչվում է զսպում, զսպում կամ զսպում:

Նոր ռեակտորներում զսպման տարածքն ունի 2 հաստ բետոնե պատ՝ պատյաններ։
Արտաքին պատյանը՝ 80 սմ հաստությամբ, պաշտպանում է զսպման տարածքը արտաքին ազդեցություններից։

Ներքին պատյանը՝ 1 մետր 20 սմ հաստությամբ, իր սարքում ունի հատուկ պողպատե մալուխներ, որոնք գրեթե երեք անգամ մեծացնում են բետոնի ամրությունը և թույլ չեն տալիս կառուցվածքի փլուզումը։ Ներսից այն պատված է հատուկ պողպատի բարակ թերթիկով, որը նախատեսված է ծառայելու համար լրացուցիչ պաշտպանությունզսպում և վթարի դեպքում մի թողարկեք ռեակտորի պարունակությունը զսպման տարածքից դուրս:

Ատոմակայանի նման սարքը կարող է դիմակայել մինչև 200 տոննա կշռող ավիավթարի, 8 բալանոց երկրաշարժի, տորնադոյի և ցունամիի։

Ամերիկյան Կոնեկտիկուտ Յանկի ատոմակայանում առաջին անգամ փակ պարիսպ է կառուցվել 1968 թվականին։

Պահպանման տարածքի ընդհանուր բարձրությունը 50-60 մետր է։

Ինչից է բաղկացած միջուկային ռեակտորը:

Որպեսզի հասկանաք միջուկային ռեակտորի աշխատանքի սկզբունքը և, հետևաբար, ատոմակայանի շահագործման սկզբունքը, դուք պետք է հասկանաք ռեակտորի բաղադրիչները:

• Ակտիվ գոտի. Սա այն տարածքն է, որտեղ տեղադրված են միջուկային վառելիքը (ջերմային արտանետումը) և մոդերատորը: Վառելիքի ատոմները (առավել հաճախ ուրանը վառելիքն է) ենթարկվում են տրոհման շղթայական ռեակցիայի։ Հետաձգիչը նախատեսված է տրոհման գործընթացը վերահսկելու համար և թույլ է տալիս իրականացնել անհրաժեշտ ռեակցիան արագությամբ և ուժով:
• Նեյտրոնների ռեֆլեկտոր: Ռեֆլեկտորը շրջապատում է ակտիվ գոտին: Այն բաղկացած է նույն նյութից, ինչ դանդաղեցնողը: Իրականում դա տուփ է, որի հիմնական նպատակն է թույլ չտալ, որ նեյտրոնները դուրս գան միջուկից և ներթափանցեն շրջակա միջավայր։
• Ջերմային կրիչ: Սառեցնողը պետք է ներծծի ջերմությունը, որն ազատվել է վառելիքի ատոմների տրոհման ժամանակ և փոխանցի այն այլ նյութերի: Հովացուցիչ նյութը մեծապես որոշում է, թե ինչպես է կազմակերպվում ատոմակայանը: Այսօրվա ամենահայտնի ջերմային կրիչը ջուրն է:
  Ռեակտորի կառավարման համակարգ. Ատոմակայանի ռեակտորը շարժող սենսորներ և մեխանիզմներ:

Վառելիք ատոմակայանների համար

Ինչի՞ վրա է աշխատում ատոմակայանը. Ատոմակայանների վառելիքը ռադիոակտիվ հատկություններով քիմիական տարրեր են: Բոլոր ատոմակայաններում ուրանն այդպիսի տարր է։

Կայանների դասավորությունը ենթադրում է, որ ատոմակայանները աշխատում են բարդ կոմպոզիտային վառելիքով, այլ ոչ թե մաքուր քիմիական տարր... Իսկ միջուկային ռեակտոր բեռնված բնական ուրանից ուրանի վառելիք կորզելու համար անհրաժեշտ է բազմաթիվ մանիպուլյացիաներ անել։

Հարստացված ուրան

Ուրանը բաղկացած է երկու իզոտոպից, այսինքն՝ պարունակում է միջուկներ տարբեր կշիռներ... Նրանք անվանվել են պրոտոնների և նեյտրոնների քանակով իզոտոպ-235 և իզոտոպ-238: 20-րդ դարի հետազոտողները սկսեցին հանքաքարից արդյունահանել 235-րդ ուրան, քանի որ ավելի հեշտ էր քայքայվել և փոխակերպվել: Պարզվել է, որ բնության մեջ կա նման ուրանի ընդամենը 0,7%-ը (մնացած տոկոսը գնացել է 238-րդ իզոտոպին)։

Ի՞նչ անել այս դեպքում: Որոշեցին ուրանը հարստացնել։ Ուրանի հարստացումը գործընթաց է, երբ շատ անհրաժեշտ 235x իզոտոպներ և մի քանի անհարկի 238x մնում են դրանում: Ուրանը հարստացնողների խնդիրն է 0,7%-ից պատրաստել ուրանի 235-ի գրեթե 100%-ը:

Ուրանը կարելի է հարստացնել երկու տեխնոլոգիաների միջոցով՝ գազային դիֆուզիոն կամ գազային ցենտրիֆուգ։ Դրանց օգտագործման համար հանքաքարից արդյունահանվող ուրանը վերածվում է գազային վիճակի։ Այն հարստացված է գազի տեսքով։

Ուրանի փոշի

Հարստացված ուրան գազը վերածվում է պինդ վիճակ- ուրանի երկօքսիդ. Նման մաքուր, պինդ 235 ուրանը նման է մեծ սպիտակ բյուրեղների, որոնք հետագայում մանրացված են ուրանի փոշու մեջ:

Ուրանի հաբեր

Ուրանի պլանշետները մի քանի սանտիմետր երկարությամբ պինդ մետաղական լվացարաններ են: Ուրանի փոշուց նման պլանշետները կաղապարելու համար այն խառնում են մի նյութի՝ պլաստիկացնող նյութի հետ, որը բարելավում է հաբերի սեղմման որակը։

Սեղմված լվացքի մեքենաները թխվում են 1200 աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում մեկ օրից ավելի՝ հաբերին հատուկ ամրություն և դիմադրություն բարձր ջերմաստիճանի նկատմամբ: Թե ինչպես է աշխատում ատոմակայանը, ուղղակիորեն կախված է նրանից, թե որքան լավ է սեղմված և թխված ուրանի վառելիքը:

Պլանշետները թխում են մոլիբդենի տուփերում, քանի որ միայն այս մետաղն է ունակ չհալվել մեկուկես հազար աստիճանից ավելի «դժոխային» ջերմաստիճանում։ Դրանից հետո ատոմակայանի ուրանի վառելիքը համարվում է պատրաստ։

Ի՞նչ են TVEL-ը և TVS-ը:

Ռեակտորի միջուկը նման է հսկայական սկավառակի կամ խողովակի՝ պատերին անցքերով (կախված ռեակտորի տեսակից), 5 անգամ ավելի մարդու մարմինը... Այս անցքերը պարունակում են ուրանի վառելիք, որի ատոմներն իրականացնում են ցանկալի ռեակցիան։

Անհնար է պարզապես վառելիք նետել ռեակտոր, լավ, եթե չես ուզում ստանալ ամբողջ կայանի պայթյուն և վթար, որը հետևանքներ կունենա մոտակա մի քանի պետությունների համար: Հետևաբար, ուրանի վառելիքը տեղադրվում է վառելիքի ձողերում, այնուհետև հավաքվում է վառելիքի հավաքներում: Ի՞նչ են նշանակում այս հապավումները:

• TVEL-ը վառելիքի տարր է (չշփոթել դրանք արտադրող ռուսական ընկերության նույն անվան հետ): Հիմնականում դա բարակ և երկար ցիրկոնիումի խողովակ է՝ պատրաստված ցիրկոնիումի համաձուլվածքներից, որի մեջ տեղադրվում են ուրանի կարկուտներ։ Վառելիքի ձողերում է, որ ուրանի ատոմները սկսում են փոխազդել միմյանց հետ՝ ռեակցիայի ընթացքում ջերմություն արձակելով։

Որպես վառելիքի ձողերի արտադրության նյութ ընտրվել է ցիրկոնիումը` շնորհիվ իր հրակայունության և հակակոռոզիոն հատկությունների:

Վառելիքի ձողերի տեսակը կախված է ռեակտորի տեսակից և կառուցվածքից: Որպես կանոն, վառելիքի ձողերի կառուցվածքը և նպատակը չի փոխվում, խողովակի երկարությունը և լայնությունը կարող են տարբեր լինել:

Մեքենան բեռնում է ավելի քան 200 ուրանի գնդիկ մեկ ցիրկոնիումի խողովակի մեջ: Ընդհանուր առմամբ, ռեակտորում միաժամանակ աշխատում է մոտ 10 մլն ուրանի կարկուտ։
FA - վառելիքի հավաքում: ԱԷԿ-ի աշխատակիցները վառելիքի հավաքների կապոցներ են անվանում:

Փաստորեն, դրանք մի քանի վառելիքի ձողեր են, որոնք ամրացված են միասին: Վառելիքի հավաքները պատրաստի միջուկային վառելիք են, ինչով է աշխատում ատոմակայանը։ Դա վառելիքի հավաքույթներն են, որոնք բեռնված են միջուկային ռեակտորում: Մեկ ռեակտորում պահվում է վառելիքի մոտ 150-400 միավոր:
Կախված նրանից, թե որ ռեակտորում կգործեն վառելիքի հավաքները, դրանք լինում են տարբեր ձևերի: Ճառագայթները երբեմն ծալվում են խորանարդ, երբեմն գլանաձեւ, երբեմն վեցանկյուն։

Վառելիքի մեկ միավորը 4 տարվա աշխատանքի համար արտադրում է նույն էներգիան, ինչ 670 ածուխով մեքենա, 730 տանկ այրելիս: բնական գազկամ նավթով բեռնված 900 տանկ։
Այսօր վառելիքի հավաքածուները արտադրվում են հիմնականում Ռուսաստանի, Ֆրանսիայի, ԱՄՆ-ի և Ճապոնիայի գործարաններում:

Ատոմակայանների վառելիքը այլ երկրներ առաքելու համար վառելիքի հավաքակազմերը կնքվում են երկար և լայն մետաղական խողովակներում, օդը դուրս է մղվում խողովակներից և հատուկ մեքենաներով առաքվում բեռնատար ինքնաթիռներ:

Ատոմակայանների համար միջուկային վառելիքը չափազանց մեծ է կշռում, քանի որ ուրանը մոլորակի ամենածանր մետաղներից մեկն է։ Նրա տեսակարար կշիռը 2,5 անգամ գերազանցում է պողպատին:

Ատոմակայան. ինչպես է այն աշխատում

Ո՞րն է ատոմակայանի շահագործման սկզբունքը: Ատոմակայանի շահագործման սկզբունքը հիմնված է ռադիոակտիվ նյութի՝ ուրանի ատոմների տրոհման շղթայական ռեակցիայի վրա։ Այս ռեակցիան տեղի է ունենում միջուկային ռեակտորի միջուկում։

ԿԱՐԵՎՈՐ Է ԻՄԱՆԱԼ.

Եթե ​​չմտնեք միջուկային ֆիզիկայի խճճվածության մեջ, ապա ատոմակայանի շահագործման սկզբունքը հետևյալն է.
Միջուկային ռեակտորի գործարկումից հետո վառելիքի ձողերից հանվում են ներծծող ձողեր, որոնք թույլ չեն տալիս ուրանը արձագանքել։

Ձողերը հեռացնելուց հետո ուրանի նեյտրոնները սկսում են փոխազդել միմյանց հետ:

Երբ նեյտրոնները բախվում են, ատոմային մակարդակում տեղի է ունենում մինի պայթյուն, էներգիա է ազատվում և նոր նեյտրոններ են ծնվում, շղթայական ռեակցիա է սկսվում։ Այս գործընթացը ջերմություն է առաջացնում:

Ջերմությունը փոխանցվում է հովացուցիչ նյութին: Կախված հովացուցիչ նյութի տեսակից՝ այն վերածվում է գոլորշու կամ գազի, որոնք պտտում են տուրբինը։

Տուրբինը վարում է էլեկտրական գեներատոր: Նա է, ով, փաստորեն, առաջացնում է էլեկտրական հոսանք։

Եթե ​​դուք չհետևեք գործընթացին, ուրանի նեյտրոնները կարող են բախվել միմյանց, մինչև չպայթեցնեն ռեակտորը և պայթեցնեն ամբողջ ատոմակայանը մինչև ջարդուփշուր անելը: Համակարգչային սենսորները վերահսկում են գործընթացը: Նրանք հայտնաբերում են ջերմաստիճանի բարձրացում կամ ճնշման փոփոխություն ռեակտորում և կարող են ինքնաբերաբար դադարեցնել ռեակցիաները:

Ո՞րն է տարբերությունը ատոմակայանի և ջերմային էլեկտրակայանների (ջերմային էլեկտրակայանների) շահագործման սկզբունքի միջև:

Աշխատանքի մեջ տարբերություններ կան միայն առաջին փուլերում։ Ատոմակայանում հովացուցիչը ջերմություն է ստանում ուրանի վառելիքի ատոմների տրոհումից, ջերմային էլեկտրակայանում հովացուցիչը ջերմություն է ստանում հանածո վառելիքի (ածուխ, գազ կամ նավթ) այրումից: Այն բանից հետո, երբ կամ ուրանի ատոմները կամ ածուխով գազը ջերմություն են թողնում, ատոմակայանների և ջերմաէլեկտրակայանների շահագործման սխեմաները նույնն են:

Միջուկային ռեակտորների տեսակները

Ինչպես է աշխատում ատոմակայանը, կախված է նրանից, թե ինչպես է աշխատում նրա միջուկային ռեակտորը: Այսօր կան երկու հիմնական տեսակի ռեակտորներ, որոնք դասակարգվում են ըստ նեյրոնների սպեկտրի.
Դանդաղ նեյտրոնային ռեակտոր, այն նաև կոչվում է ջերմային։

Նրա շահագործման համար օգտագործվում է 235-րդ ուրան, որն անցնում է հարստացման, ուրանի գնդիկների ստեղծման փուլերով և այլն։ Այսօր դանդաղ նեյտրոնային ռեակտորները ճնշող մեծամասնություն են կազմում:
Արագ նեյտրոնային ռեակտոր.

Ապագան պատկանում է այս ռեակտորներին, քանի որ նրանք աշխատում են ուրանի 238-ի վրա, որն իր բնույթով մեկ տասնյակ դոլար է, և այս տարրը հարստացման կարիք չունի։ Նման ռեակտորների թերությունը միայն նախագծման, կառուցման և գործարկման համար շատ բարձր ծախսերի մեջ է: Այսօր արագ ռեակտորները գործում են միայն Ռուսաստանում։

Արագ ռեակտորների հովացուցիչ նյութը սնդիկն է, գազը, նատրիումը կամ կապարը:

Աշխարհի բոլոր ատոմակայանների կողմից օգտագործվող դանդաղ նեյտրոնային ռեակտորները նույնպես մի քանի տեսակի են։

ՄԱԳԱՏԷ կազմակերպությունը (միջազգային ատոմային էներգիայի գործակալությունը) ստեղծել է իր դասակարգումը, որն առավել հաճախ օգտագործվում է ատոմային էներգիայի աշխարհում։ Քանի որ ատոմակայանի շահագործման սկզբունքը մեծապես կախված է հովացուցիչ նյութի և մոդերատորի ընտրությունից, ՄԱԳԱՏԷ-ն իր դասակարգումը հիմնեց այդ տարբերությունների վրա:

Քիմիական տեսանկյունից դեյտերիումի օքսիդը իդեալական մոդերատոր և հովացուցիչ նյութ է, քանի որ նրա ատոմներն առավել արդյունավետ կերպով փոխազդում են ուրանի նեյտրոնների հետ՝ համեմատած այլ նյութերի հետ։ Պարզ ասած՝ ծանր ջուրն իր խնդիրը կատարում է նվազագույն կորուստներով և առավելագույն արդյունքով։ Սակայն դրա արտադրությունը գումար արժե, մինչդեռ սովորական «թեթև» և մեզ ծանոթ ջուրը շատ ավելի հեշտ է օգտագործել։

Մի քանի փաստ միջուկային ռեակտորների մասին...

Հետաքրքիր է, որ մեկ ԱԷԿ ռեակտոր կառուցվել է առնվազն 3 տարի։
Ռեակտոր կառուցելու համար անհրաժեշտ է սարքավորում, որն աշխատում է 210 կիլոգրամ ամպեր էլեկտրական հոսանքի վրա, ինչը միլիոն անգամ գերազանցում է այն հոսանքը, որը կարող է սպանել մարդուն:

Միջուկային ռեակտորի մեկ պարկուճը (կառուցվածքային տարրը) կշռում է 150 տոննա։ Մեկ ռեակտորում կա 6 այդպիսի տարր։

Ճնշված ջրի ռեակտոր

Մենք արդեն պարզել ենք, թե ինչպես է աշխատում ատոմակայանը որպես ամբողջություն, որպեսզի ամեն ինչ դնենք դարակներում, տեսնենք, թե ինչպես է աշխատում ամենահայտնի ճնշման ջրի միջուկային ռեակտորը:
Ամբողջ աշխարհում այսօր օգտագործվում են 3+ սերնդի ճնշման ջրի ռեակտորներ։ Նրանք համարվում են առավել հուսալի և անվտանգ:

Աշխարհի բոլոր ճնշման տակ գտնվող ջրի ռեակտորները ընդհանուր առմամբ իրենց գործունեության բոլոր տարիների ընթացքում արդեն հասցրել են ձեռք բերել ավելի քան 1000 տարվա անխափան աշխատանք և երբեք լուրջ շեղումներ չեն տվել։

Ճնշված ջրի ռեակտորների վրա հիմնված ատոմակայանի կառուցվածքը ենթադրում է, որ թորած ջուրը, որը տաքացվում է մինչև 320 աստիճան, շրջանառվում է վառելիքի ձողերի միջև։ Որպեսզի այն չանցնի գոլորշի վիճակի, այն պահում են 160 մթնոլորտ ճնշման տակ։ ԱԷԿ-ի սխեման այն անվանում է առաջնային շղթայի ջուր:

Ջեռուցվող ջուրը մտնում է գոլորշու գեներատոր եւ իր ջերմությունը տալիս երկրորդական շղթայի ջրին, որից հետո կրկին «վերադառնում» է ռեակտոր։ Արտաքինից թվում է, թե առաջնային շղթայի ջրի խողովակները շփվում են այլ խողովակների հետ՝ երկրորդական շղթայի ջրի հետ, նրանք ջերմություն են փոխանցում միմյանց, բայց ջուրը չի շփվում: Խողովակները շփվում են:

Այսպիսով, բացառվում է երկրորդական շղթայի ջրի մեջ ճառագայթման հնարավորությունը, որը հետագայում կմասնակցի էլեկտրաէներգիայի արտադրության գործընթացին։

ԱԷԿ-ի շահագործման անվտանգություն

Սովորելով ատոմակայանի շահագործման սկզբունքը, մենք պետք է հասկանանք, թե ինչպես է կազմակերպվում անվտանգությունը։ Ատոմակայանի սարքավորումն այսօր մեծ ուշադրություն է պահանջում անվտանգության կանոններին։
Ատոմակայանի անվտանգության արժեքը կազմում է հենց ատոմակայանի ընդհանուր արժեքի մոտավորապես 40%-ը:

ԱԷԿ-ի սխեմայում 4 ֆիզիկական արգելք է դրված, որոնք կանխում են ռադիոակտիվ նյութերի արտանետումը։ Ի՞նչ պետք է անեն այս խոչընդոտները: Ճիշտ ժամանակին կարողանալ դադարեցնել միջուկային ռեակցիան, ապահովել ջերմության մշտական ​​հեռացում միջուկից և հենց ռեակտորից, կանխել ռադիոնուկլեիդների արտազատումը պարունակությունից դուրս (ճնշված գոտի):

• Առաջին խոչընդոտը ուրանի կարկուտների ամրությունն է։Կարևոր է, որ դրանք չոչնչացվեն միջուկային ռեակտորում բարձր ջերմաստիճանից։ Շատ բան, թե ինչպես է այն աշխատում Ատոմային էլեկտրակայան, կախված է նրանից, թե ինչպես են «թխվել» ուրանի հաբերը արտադրության սկզբնական փուլում։ Եթե ​​ուրանի վառելիքի կարկուտները ճիշտ չեն թխվում, ապա ռեակտորում ուրանի ատոմների ռեակցիաները անկանխատեսելի կլինեն։
• Երկրորդ խոչընդոտը վառելիքի ձողերի խստությունն է:Ցիրկոնիումի խողովակները պետք է սերտորեն կնքված լինեն, եթե խստությունը կոտրվի, ապա լավագույն դեպքում ռեակտորը կվնասվի և աշխատանքը կդադարեցվի, վատագույն դեպքում՝ ամեն ինչ օդ կթռչի:
• Երրորդ խոչընդոտը ամուր պողպատե ռեակտորային անոթ էա, (նույնը մեծ աշտարակ- հերմետիկ գոտի), որն իր մեջ «պահում է» ռադիոակտիվ բոլոր գործընթացները։ Կորպուսը կվնասվի՝ ճառագայթումը կթողարկվի մթնոլորտ։
• Չորրորդ խոչընդոտը վթարային պաշտպանության ձողերն են:Միջուկի վերևում մագնիսների վրա կախված են մոդերատորներով ձողեր, որոնք կարող են 2 վայրկյանում կլանել բոլոր նեյտրոնները և դադարեցնել շղթայական ռեակցիան։

Եթե, չնայած պաշտպանվածության բազմակի աստիճանով ատոմակայանի նախագծմանը, հնարավոր չէ ճիշտ ժամանակին հովացնել ռեակտորի միջուկը, իսկ վառելիքի ջերմաստիճանը բարձրանում է մինչև 2600 աստիճան, ապա անվտանգության համակարգի վերջին հույսը գործում է. - այսպես կոչված հալեցման թակարդը:

Բանն այն է, որ նման ջերմաստիճանի դեպքում ռեակտորի նավի հատակը կհալվի, և միջուկային վառելիքի և հալած կառուցվածքների բոլոր մնացորդները կթափվեն ռեակտորի միջուկից վերև կախված հատուկ «ապակի»:

Հալման թակարդը սառեցված է և հրակայուն: Այն լցված է այսպես կոչված «զոհաբերական նյութով», որն աստիճանաբար դադարեցնում է տրոհման շղթայական ռեակցիան։

Այսպիսով, ԱԷԿ-ի սխեման ենթադրում է պաշտպանության մի քանի աստիճան, որոնք գործնականում լիովին բացառում են վթարի ցանկացած հնարավորություն։

ուղարկել

Ի՞նչ է միջուկային ռեակտորը:

Միջուկային ռեակտորը, որը նախկինում հայտնի էր որպես «միջուկային կաթսա», սարք է, որն օգտագործվում է կայուն միջուկային շղթայական ռեակցիան սկսելու և վերահսկելու համար։ Միջուկային ռեակտորները օգտագործվում են ատոմակայաններում էլեկտրաէներգիա արտադրելու և նավերի շարժիչների համար: Միջուկային տրոհումից առաջացած ջերմությունը փոխանցվում է աշխատանքային հեղուկին (ջուր կամ գազ), որն անցնում է շոգետուրբիններով։ Ջուրը կամ գազը մղում է նավի շեղբերները կամ պտտում էլեկտրական գեներատորները: Միջուկային ռեակցիայի արդյունքում առաջացած գոլորշին սկզբունքորեն կարող է օգտագործվել ջերմային արդյունաբերության կամ քաղաքային ջեռուցման համար: Որոշ ռեակտորներ օգտագործվում են բժշկական և արդյունաբերական նպատակներով իզոտոպների արտադրության կամ զենքի համար նախատեսված պլուտոնիումի արտադրության համար։ Նրանցից ոմանք նախատեսված են միայն հետազոտական ​​նպատակների համար: Այսօր կա մոտ 450 միջուկային էներգիայի ռեակտոր, որոնք օգտագործվում են էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար աշխարհի մոտ 30 երկրներում։

Միջուկային ռեակտորի շահագործման սկզբունքը

Ինչպես սովորական էլեկտրակայանները արտադրում են էլեկտրաէներգիա՝ օգտագործելով հանածո վառելիքի այրման արդյունքում թողարկվող ջերմային էներգիան, այնպես էլ միջուկային ռեակտորները վերահսկվող տրոհումից ազատված էներգիան վերածում են ջերմային էներգիայի՝ հետագա փոխակերպման մեխանիկական կամ էլեկտրական ձևերի:

Ատոմային միջուկի տրոհման գործընթացը

Երբ ատոմային քայքայվող միջուկների զգալի քանակություն (օրինակ՝ ուրան-235 կամ պլուտոնիում-239) կլանում է նեյտրոնը, կարող է առաջանալ միջուկային քայքայում։ Ծանր միջուկը բաժանվում է երկու կամ ավելի թեթև միջուկների (տրոհման արգասիքներ)՝ ազատելով կինետիկ էներգիա, գամմա ճառագայթներ և ազատ նեյտրոններ։ Այս նեյտրոններից մի քանիսը կարող են հետագայում կլանվել այլ տրոհվող ատոմների կողմից և առաջացնել հետագա տրոհում, որն էլ ավելի շատ նեյտրոններ է արձակում և այլն։ Այս գործընթացը հայտնի է որպես միջուկային շղթայական ռեակցիա։

Նման միջուկային շղթայական ռեակցիան վերահսկելու համար նեյտրոնային կլանիչները և մոդերատորները կարող են փոխել նեյտրոնների այն մասը, որը գնում է ավելի շատ միջուկների տրոհման: Միջուկային ռեակտորները կառավարվում են ձեռքով կամ ավտոմատ կերպով, որպեսզի հնարավոր լինի դադարեցնել քայքայման ռեակցիան, երբ հայտնաբերվում են վտանգավոր իրավիճակներ:

Նեյտրոնային հոսքի կարգավորիչներն են սովորական («թեթև») ջուրը (աշխարհի ռեակտորների 74,8%-ը), պինդ գրաֆիտը (ռեակտորների 20%-ը) և «ծանր» ջուրը (ռեակտորների 5%-ը)։ Որոշ փորձարարական տիպի ռեակտորներում առաջարկվում է օգտագործել բերիլիում և ածխաջրածիններ։

Ջերմային արտազատում միջուկային ռեակտորում

Ռեակտորի աշխատանքային տարածքը ջերմություն է առաջացնում մի քանի եղանակով.

• Ճեղքման արտադրանքի կինետիկ էներգիան վերածվում է ջերմային էներգիայի, երբ միջուկները բախվում են հարևան ատոմներին:
• Ռեակտորը կլանում է տրոհման ժամանակ առաջացած գամմա ճառագայթման մի մասը և դրա էներգիան վերածում ջերմության։
• Ջերմությունը առաջանում է տրոհման արտադրանքների և այն նյութերի ռադիոակտիվ քայքայման արդյունքում, որոնք ենթարկվել են նեյտրոնների կլանման ժամանակ: Ջերմության այս աղբյուրը որոշ ժամանակ անփոփոխ կմնա նույնիսկ ռեակտորի անջատումից հետո:

Միջուկային ռեակցիաների ժամանակ մեկ կիլոգրամ ուրան-235 (U-235) արտազատում է մոտ երեք միլիոն անգամ ավելի շատ էներգիա, քան այրված սովորական կիլոգրամ ածուխը (7,2 × 1013 ջոուլ մեկ կիլոգրամ ուրան-235 դիմաց 2,4 × 107 ջոուլ մեկ կիլոգրամ ածուխի դիմաց),

Միջուկային ռեակտորի հովացման համակարգ

Միջուկային ռեակտորի հովացուցիչ նյութը` սովորաբար ջուր, բայց երբեմն գազ, հեղուկ մետաղ (օրինակ` հեղուկ նատրիում) կամ հալած աղ, շրջանառվում է ռեակտորի միջուկի շուրջ` առաջացած ջերմությունը կլանելու համար: Ջերմությունը հեռացվում է ռեակտորից, այնուհետև օգտագործվում է գոլորշու առաջացման համար: Ռեակտորների մեծամասնությունը օգտագործում է հովացման համակարգ, որը ֆիզիկապես մեկուսացված է ջրից, որը եռում է և առաջացնում գոլորշի, որն օգտագործվում է տուրբինների համար, ինչպիսիք են ճնշման ջրի ռեակտորը: Այնուամենայնիվ, որոշ ռեակտորներում գոլորշու տուրբինային ջուրը եռում է անմիջապես ռեակտորի միջուկում. օրինակ՝ ճնշման տակ գտնվող ջրի ռեակտորում։

Ռեակտորում նեյտրոնային հոսքի մոնիտորինգ

Ռեակտորի ելքային հզորությունը վերահսկվում է նեյտրոնների քանակի վերահսկմամբ, որոնք կարող են ավելի շատ տրոհում առաջացնել:

Հսկիչ ձողերը, որոնք պատրաստված են «նեյտրոնային թույնից», օգտագործվում են նեյտրոնների կլանման համար։ Որքան շատ նեյտրոններ կլանվեն կառավարման գավազանով, այնքան քիչ նեյտրոններ կարող են առաջացնել հետագա տրոհում: Այսպիսով, ներծծող ձողերը ռեակտորի խորքում ընկղմելը նվազեցնում է դրա ելքային հզորությունը և, ընդհակառակը, հսկիչ գավազանը հեռացնելը կբարձրացնի այն:

Բոլոր միջուկային ռեակտորներում հսկողության առաջին մակարդակում կարևոր է մի շարք նեյտրոններով հարստացված տրոհման իզոտոպների հետաձգված նեյտրոնների արտանետման գործընթացը: ֆիզիկական գործընթաց... Այս ուշացած նեյտրոնները կազմում են տրոհման ժամանակ արտադրված նեյտրոնների ընդհանուր թվի մոտ 0,65%-ը, իսկ մնացածը (այսպես կոչված՝ «արագ նեյտրոնները») առաջանում են անմիջապես տրոհման ժամանակ։ Հետաձգված նեյտրոններ ձևավորող տրոհման արգասիքները ունեն կես կյանք՝ տատանվում է միլիվայրկյաններից մինչև րոպեներ, և, հետևաբար, զգալի ժամանակ է պահանջվում ճշգրիտ որոշելու համար, թե երբ է ռեակտորը հասել կրիտիկական կետին: Ռեակտորի պահպանումը շղթայական ռեակտիվության ռեժիմում, որտեղ հետաձգված նեյտրոնները կրիտիկական զանգվածի հասնելու համար պահանջվում են, ձեռք է բերվում մեխանիկական սարքերի կամ մարդու հսկողության միջոցով՝ շղթայական ռեակցիան «իրական ժամանակում» կառավարելու համար. Հակառակ դեպքում սովորական միջուկային շղթայական ռեակցիայի էքսպոնենցիալ աճի արդյունքում միջուկային ռեակտորի միջուկը հասնելու և միջուկային ռեակտորի միջուկը հալվելու միջև ընկած ժամանակահատվածը չափազանց կարճ կլինի միջամտելու համար: Այս վերջին քայլը, որտեղ հետաձգված նեյտրոններն այլևս չեն պահանջվում կրիտիկականությունը պահպանելու համար, հայտնի է որպես արագ կրիտիկականություն: Գոյություն ունի կրիտիկականությունը թվային ձևով նկարագրելու սանդղակ, որում սերմի կրիտիկականությունը նշվում է «զրոյական դոլար» տերմինով, արագ շեղման կետը՝ «մեկ դոլար», գործընթացի մյուս կետերը ինտերպոլացված են «ցենտներով»:

Որոշ ռեակտորներում հովացուցիչը գործում է նաև որպես նեյտրոնային մոդերատոր: Մոդերատորը մեծացնում է ռեակտորի հզորությունը՝ պատճառ դառնալով, որ արագ նեյտրոնները, որոնք արտազատվում են տրոհման ժամանակ, կորցնում են էներգիան և դառնում ջերմային նեյտրոններ։ Ջերմային նեյտրոններն ավելի հավանական է, որ առաջացնեն տրոհում, քան արագ նեյտրոնները: Եթե ​​հովացուցիչ նյութը նաև նեյտրոնային մոդերատոր է, ապա ջերմաստիճանի փոփոխությունները կարող են ազդել հովացուցիչի/մոդերատորի խտության վրա և հետևաբար՝ ռեակտորի հզորության փոփոխության վրա: Որքան բարձր է հովացուցիչ նյութի ջերմաստիճանը, այնքան ավելի քիչ խիտ կլինի, և, հետևաբար, ավելի քիչ արդյունավետ մոդերատոր:

Այլ տեսակի ռեակտորներում հովացուցիչ նյութը գործում է որպես «նեյտրոնային թույն»՝ կլանելով նեյտրոնները այնպես, ինչպես հսկիչ ձողերը: Այս ռեակտորներում հզորությունը կարող է մեծանալ հովացուցիչ նյութը տաքացնելով՝ դարձնելով այն ավելի քիչ խիտ: Միջուկային ռեակտորները սովորաբար ունեն ավտոմատ և ձեռքով համակարգեր՝ վթարային անջատման դեպքում ռեակտորը անջատելու համար: Այս համակարգերը մեծ քանակությամբ «նեյտրոնային թույն» են լցնում (հաճախ բոր՝ բորային թթվի տեսքով) ռեակտոր՝ վտանգավոր պայմանների հայտնաբերման կամ կասկածի դեպքում տրոհման գործընթացը դադարեցնելու համար։

Ռեակտորների շատ տեսակներ զգայուն են գործընթացի նկատմամբ, որը հայտնի է որպես «քսենոնային փոս» կամ «յոդի փոս»: Տարածված տրոհման արտադրանքը՝ քսենոն-135, խաղում է նեյտրոնային կլանիչի դեր, որը փորձում է անջատել ռեակտորը։ Քսենոն-135-ի կուտակումը կարող է վերահսկվել՝ պահպանելով բավականաչափ բարձր հզորության մակարդակ, որպեսզի ոչնչացվի այն՝ կլանելով նեյտրոնները այնքան արագ, որքան այն արտադրվում է: Ճեղքման արդյունքում առաջանում է նաև յոդ-135, որն իր հերթին քայքայվում է (6,57 ժամ կիսատ-ժամկետով) առաջացնելով քսենոն-135: Երբ ռեակտորն անջատվում է, յոդ-135-ը շարունակում է քայքայվել՝ ձևավորելով քսենոն-135, ինչը դժվարացնում է ռեակտորի վերագործարկումը մեկ-երկու օրվա ընթացքում, քանի որ քսենոն-135-ը քայքայվում է՝ ձևավորելով ցեզիում-135, որը նեյտրոնային կլանիչ չէ: քսենոն 135, կես կյանքը 9,2 ժամ: Այս ժամանակավոր վիճակը «յոդի փոսն» է։ Եթե ​​ռեակտորն ունի բավարար լրացուցիչ հզորություն, ապա այն կարող է վերագործարկվել։ Ավելի շատ քսենոն-135-ը վերածվում է քսենոն-136-ի, որն ավելի քիչ նեյտրոնային կլանիչ է, և մի քանի ժամվա ընթացքում ռեակտորը զգում է այսպես կոչված «քսենոնի այրման փուլ»: Բացի այդ, հսկիչ ձողերը պետք է տեղադրվեն ռեակտորում, որպեսզի փոխհատուցեն նեյտրոնների կլանումը, որպեսզի փոխարինեն կորցրած քսենոն-135-ը: Այս ընթացակարգը պատշաճ կերպով չկատարելը Չեռնոբիլի ատոմակայանում տեղի ունեցած վթարի հիմնական պատճառն էր։

Նավի միջուկային կայանքներում օգտագործվող ռեակտորները (հատկապես միջուկային սուզանավերը) հաճախ չեն կարող գործարկվել շարունակական էներգիայի արտադրության մեջ այնպես, ինչպես ցամաքային էներգիայի ռեակտորները: Բացի այդ, նման էլեկտրակայանները պետք է ունենան երկարատև շահագործման ժամկետ՝ առանց վառելիքը փոխելու։ Այդ իսկ պատճառով, շատ նմուշներ օգտագործում են բարձր հարստացված ուրան, սակայն վառելիքի ձողերում պարունակում են այրվող նեյտրոնային կլանիչ: Սա հնարավորություն է տալիս նախագծել տրոհվող նյութի ավելցուկով ռեակտոր, որը համեմատաբար անվտանգ է ռեակտորի վառելիքի ցիկլի այրման սկզբում նեյտրոններ կլանող նյութի առկայության պատճառով, որը հետագայում փոխարինվում է սովորական երկարակյաց նեյտրոնային կլանիչներով։ (ավելի դիմացկուն, քան քսենոն-135), որոնք աստիճանաբար կուտակվում են ռեակտորի կյանքի ընթացքում։վառելիք։

Ինչպե՞ս է արտադրվում էլեկտրաէներգիան:

Ճեղքման գործընթացում առաջացած էներգիան առաջացնում է ջերմություն, որի մի մասը կարող է վերածվել օգտագործելի էներգիայի: Այս ջերմային էներգիայի օգտագործման ընդհանուր մեթոդն այն է, որ այն օգտագործվի ջրի եռացման և ճնշման տակ գոլորշու առաջացման համար, որն իր հերթին պտտում է շարժիչը: գոլորշու տուրբին, որը պտտում է գեներատորը և արտադրում էլեկտրաէներգիա։

Առաջին ռեակտորների ի հայտ գալու պատմությունը

Նեյտրոնները հայտնաբերվել են 1932 թվականին: Նեյտրոնների ազդեցության արդյունքում միջուկային ռեակցիաների արդյունքում առաջացած շղթայական ռեակցիայի սխեման առաջին անգամ իրականացվել է հունգարացի գիտնական Լեո Սիլարդի կողմից 1933 թվականին: Նա դիմել է արտոնագրի համար իր պարզ ռեակտորի գաղափարի համար հաջորդ տարվա ընթացքում Լոնդոնի ծովակալությունում: Այնուամենայնիվ, Սզիլարդի գաղափարը չէր ներառում միջուկային տրոհման տեսությունը՝ որպես նեյտրոնների աղբյուր, քանի որ այս գործընթացը դեռևս չէր հայտնաբերվել։ Թեթև տարրերում նեյտրոնային միջուկային շղթայական ռեակցիա օգտագործող միջուկային ռեակտորների վերաբերյալ Սզիլարդի գաղափարները անիրագործելի էին:

Ուրանի օգտագործմամբ նոր տեսակի ռեակտոր ստեղծելու խթան հանդիսացավ Լիզ Մեյթների, Ֆրից Ստրասմանի և Օտտո Հանի հայտնաբերումը 1938 թվականին, ովքեր ուրանը «ռմբակոծեցին» նեյտրոններով (օգտագործելով բերիլիումի ալֆա քայքայման ռեակցիան՝ «նեյտրոնային ատրճանակ») ձևավորելու համար։ բարիում, որը, ինչպես կարծում էին, առաջացել է ուրանի միջուկների քայքայման արդյունքում: 1939 թվականի սկզբին կատարված հետագա ուսումնասիրությունները (Szilard և Fermi) ցույց տվեցին, որ որոշ նեյտրոններ նույնպես արտադրվել են ատոմի քայքայման ժամանակ, և դա հնարավոր դարձրեց միջուկային շղթայական ռեակցիան, որը Սզիլարդը կանխատեսել էր վեց տարի առաջ:

1939 թվականի օգոստոսի 2-ին Ալբերտ Էյնշտեյնը ստորագրեց Սզիլարդի նամակը, որը գրված էր նախագահ Ֆրանկլին Ռուզվելտին, որում ասվում էր, որ ուրանի տրոհման հայտնաբերումը կարող է հանգեցնել «ծայրահեղ հզոր ռումբեր«Սա խթան հաղորդեց ռեակտորների և ռադիոակտիվ քայքայման ուսումնասիրությանը: Սզիլարդն ու Էյնշտեյնը լավ գիտեին միմյանց և երկար տարիներ աշխատել են միասին, բայց Էյնշտեյնը երբեք չի մտածել միջուկային էներգիայի նման հնարավորության մասին, մինչև որ Սզիլարդը նրան տեղեկացրեց. Էյնշտեյն-Զիլարդի նամակ գրելու իր փնտրտուքի սկիզբը՝ նախազգուշացնելու ԱՄՆ կառավարությանը,

Դրանից անմիջապես հետո՝ 1939 թվականին, նացիստական ​​Գերմանիան ներխուժեց Լեհաստան՝ Եվրոպայում սկսելով Երկրորդ համաշխարհային պատերազմը։ Պաշտոնապես ԱՄՆ-ը դեռ պատերազմի մեջ չէր, բայց հոկտեմբերին, երբ հանձնվեց Էյնշտեյն-Զիլարդի նամակը, Ռուզվելտը նշեց, որ ուսումնասիրության նպատակն է համոզվել, որ «ֆաշիստները մեզ չեն պայթեցնի»: ԱՄՆ-ի միջուկային նախագիծը սկսվեց, թեև որոշ ուշացումով, քանի որ թերահավատությունը պահպանվեց (մասնավորապես Ֆերմիի կողմից) և նաև այն փոքրաթիվ պետական ​​պաշտոնյաների պատճառով, ովքեր ի սկզբանե վերահսկում էին ծրագիրը:

Հաջորդ տարի ԱՄՆ կառավարությունը Մեծ Բրիտանիայից ստացավ Ֆրիշ-Պեյերլսի հուշագիրը, որում ասվում էր, որ շղթայական ռեակցիան իրականացնելու համար անհրաժեշտ ուրանի քանակը զգալիորեն ավելի քիչ է, քան նախկինում ենթադրվում էր։ Հուշագիրը ստեղծվել է Մոդ Քոմիթիի մասնակցությամբ, ով աշխատել է Մեծ Բրիտանիայում ատոմային ռումբի նախագծի վրա, որը հետագայում ստացել է «Tube Alloys» ծածկանունը և հետագայում ներառվել Մանհեթենի նախագծում։

Ի վերջո, առաջին տեխնածին միջուկային ռեակտորը, որը կոչվում է Chicago Woodpile 1, կառուցվել է Չիկագոյի համալսարանում Էնրիկո Ֆերմիի գլխավորած թիմի կողմից 1942 թվականի վերջին: Այդ ժամանակ ԱՄՆ ատոմային ծրագիրն արդեն արագացվել էր երկրի մուտքով պատերազմի մեջ։ Chicago Woodpile-ը հասել է իր բեկման կետին 1942 թվականի դեկտեմբերի 2-ին, ժամը 15:25-ին: Ռեակտորի շրջանակը փայտե էր՝ իրար պահելով գրաֆիտի բլոկների կույտ (այստեղից էլ՝ անվանումը)՝ բնադրված ուրանի օքսիդի «բրիկետներով» կամ «կեղծսֆերաներով»:

1943 թվականից սկսած՝ Chicago Woodpile-ի ստեղծումից անմիջապես հետո, ԱՄՆ զինված ուժերը ստեղծեցին մի շարք միջուկային ռեակտորներ Մանհեթենի նախագծի համար: Ամենամեծ ռեակտորների ստեղծման հիմնական նպատակը (գտնվում է Վաշինգտոն նահանգի Հենֆորդ համալիրում) միջուկային զենքի համար պլուտոնիումի զանգվածային արտադրությունն էր։ Ֆերմին և Սզիլարդը ռեակտորների համար արտոնագրային հայտ են ներկայացրել 1944 թվականի դեկտեմբերի 19-ին: Դրա թողարկումը հետաձգվել է 10 տարով պատերազմի ժամանակ գաղտնիության պատճառով:

«Առաջինը աշխարհում» - Այս գրությունը արվել է EBR-I ռեակտորի տեղում, որն այժմ թանգարան է Այդահո նահանգի Արկո քաղաքի մոտակայքում։ Ի սկզբանե անվանվել է «Chicago Woodpile 4», այս ռեակտորը կառուցվել է Վալտեր Զինի ղեկավարությամբ Արեգոնայի ազգային լաբորատորիայի համար: Այս փորձարարական արագ աճեցնող ռեակտորը գտնվում էր Միացյալ Նահանգների ատոմային էներգիայի հանձնաժողովի մոտ: 1951 թվականի դեկտեմբերի 20-ին փորձարկվելիս ռեակտորը արտադրել է 0,8 կՎտ հզորություն, իսկ հաջորդ օրը՝ 100 կՎտ հզորություն (էլեկտրական)՝ 200 կՎտ (էլեկտրական) նախագծային հզորությամբ։

Բացի միջուկային ռեակտորների ռազմական օգտագործումից, եղել են քաղաքական պատճառներովշարունակել ատոմային էներգիայի վերաբերյալ հետազոտությունները խաղաղ նպատակներով։ ԱՄՆ նախագահ Դուայթ Դ. Էյզենհաուերը 1953թ. դեկտեմբերի 8-ին ՄԱԿ-ի Գլխավոր ասամբլեայում հանդես եկավ իր հանրահայտ «Ատոմները հանուն խաղաղության» ելույթով: Այս դիվանագիտական ​​քայլը հանգեցրեց ռեակտորների տեխնոլոգիայի տարածմանը ինչպես Միացյալ Նահանգներում, այնպես էլ ամբողջ աշխարհում:

Քաղաքացիական նպատակներով կառուցված առաջին ատոմակայանը Օբնինսկի «AM-1» ատոմակայանն էր, որը գործարկվել է 1954 թվականի հունիսի 27-ին Խորհրդային Միությունում։ Այն արտադրել է մոտ 5 ՄՎտ էլեկտրաէներգիա։

Երկրորդ համաշխարհային պատերազմից հետո ԱՄՆ զինված ուժերը միջուկային ռեակտորի տեխնոլոգիայի այլ կիրառումներ փնտրեցին: Բանակում և ռազմաօդային ուժերում կատարված հետազոտությունները չեն իրականացվել. Այնուամենայնիվ, Միացյալ Նահանգների ռազմածովային ուժերը հաջողությամբ գործարկեցին USS Nautilus (SSN-571) միջուկային սուզանավը 1955 թվականի հունվարի 17-ին:

Առաջին կոմերցիոն ատոմակայանը (Կալդեր Հոլ Սելլաֆիլդում, Անգլիա) բացվել է 1956 թվականին՝ 50 ՄՎտ սկզբնական հզորությամբ (հետագայում՝ 200 ՄՎտ)։

Առաջին շարժական միջուկային «Alco PM-2A» ռեակտորը 1960 թվականից օգտագործվում է ամերիկյան «Camp Century» ռազմակայանի համար էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար (2 ՄՎտ):

Ատոմակայանի հիմնական բաղադրիչները

Ատոմակայանների տեսակների մեծ մասի հիմնական բաղադրիչներն են.

Միջուկային ռեակտորի տարրեր

• Միջուկային վառելիք (միջուկային ռեակտորի միջուկ; նեյտրոնային մոդերատոր)
• Նեյտրոնների սկզբնական աղբյուրը
• Նեյտրոնների կլանիչ
• Նեյտրոնային ատրճանակ (ապահովում է նեյտրոնների մշտական ​​աղբյուր՝ անջատումից հետո ռեակցիան նորից սկսելու համար)
• Սառեցման համակարգ (հաճախ նեյտրոնային մոդերատորը և հովացուցիչը նույնն են, սովորաբար մաքրված ջուրը)
• Կառավարման ձողեր
• Միջուկային ռեակտորային նավ (NRC)

Կաթսայի ջրամատակարարման պոմպ

• Գոլորշի գեներատորներ (ոչ եռացող ջրի ռեակտորներում)
• Գոլորշի տուրբին
• Էլեկտրաէներգիայի գեներատոր
• Կոնդենսատոր
• Սառեցման աշտարակ (միշտ չէ, որ պահանջվում է)
• Ռադիոակտիվ թափոնների մաքրման համակարգ (ռադիոակտիվ թափոնների հեռացման կայանի մաս)
• Միջուկային վառելիքի փոխանցման վայր
• Օգտագործված վառելիքի լողավազան

Ճառագայթային անվտանգության համակարգ

• Ռեկտորի պաշտպանության համակարգ (SZR)
• Վթարային դիզելային գեներատորներ
• Արտակարգ իրավիճակների ռեակտորի միջուկի հովացման համակարգ (ECCS)
• Արտակարգ հեղուկների կառավարման համակարգ (վթարային բորի ներարկում, միայն եռացող ջրի ռեակտորներում)
• Սպասարկման ջրամատակարարման համակարգ պատասխանատու սպառողների համար (SOTVOP)

Պաշտպանիչ պատյան

• Հեռակառավարման վահանակ
• Տեղադրում աշխատանքի համար արտակարգ իրավիճակներ
• Միջուկային ուսումնական համալիր (որպես կանոն, կա կառավարման վահանակի իմիտացիա)

Միջուկային ռեակտորների դասակարգում

Միջուկային ռեակտորների տեսակները

Միջուկային ռեակտորները դասակարգվում են մի քանի եղանակներով. ամփոփումայս դասակարգման մեթոդները ներկայացված են ստորև:

Միջուկային ռեակտորների մոդերատորի դասակարգում

Օգտագործված ջերմային ռեակտորներ.

• Գրաֆիտային ռեակտորներ
  
• Ճնշված ջրի ռեակտորներ
• Ծանր ջրի ռեակտորներ(օգտագործվում է Կանադայում, Հնդկաստանում, Արգենտինայում, Չինաստանում, Պակիստանում, Ռումինիայում և Հարավային Կորեայում):
• Թեթև ջրի ռեակտորներ(LWR): Թեթև ջրի ռեակտորները (ջերմային ռեակտորի ամենատարածված տեսակը) օգտագործում են սովորական ջուր՝ ռեակտորները կառավարելու և հովացնելու համար։ Եթե ​​ջրի ջերմաստիճանը բարձրանում է, ապա նրա խտությունը նվազում է՝ այնքան դանդաղեցնելով նեյտրոնային հոսքը, որպեսզի առաջացնի հետագա շղթայական ռեակցիաներ։ Սա բացասական է Հետադարձ կապկայունացնում է միջուկային ռեակցիայի արագությունը. Գրաֆիտի և ծանր ջրի ռեակտորները հակված են ավելի ինտենսիվ տաքանալ, քան թեթև ջրի ռեակտորները: Լրացուցիչ ջեռուցման շնորհիվ նման ռեակտորները կարող են օգտագործել բնական ուրան/հում վառելիք։
• Թեթև տարրերի չափավոր ռեակտորներ.
• Հալած աղի չափավոր ռեակտորներ(MSR) վերահսկվում են թեթև տարրերի առկայությամբ, ինչպիսիք են լիթիումը կամ բերիլիումը, որոնք հայտնաբերված են հովացուցիչ նյութի/վառելիքի մատրիցային աղերում LiF և BEF2:
• Հեղուկ մետաղներով սառեցված ռեակտորներ, որտեղ հովացուցիչ նյութը կապարի և բիսմութի խառնուրդ է, կարող է օգտագործել BeO օքսիդը նեյտրոնային կլանիչում:
• Օրգանական չափավոր ռեակտորներ(OMR) օգտագործում է դիֆենիլ և տերֆենիլ որպես մոդերատոր և սառեցնող բաղադրիչներ:

Միջուկային ռեակտորների դասակարգում ըստ հովացուցիչ նյութի տեսակի

• Ջրի սառեցված ռեակտոր... ԱՄՆ-ում գործում է 104 ռեակտոր։ Դրանցից 69-ը ջրի չափավոր ջրի ռեակտորներ են (PWR), իսկ 35-ը՝ եռացող ջրի ռեակտորներ (BWR): Ճնշված ջրի միջուկային ռեակտորները (PWR) կազմում են արևմտյան բոլոր ատոմակայանների ճնշող մեծամասնությունը: RVD տիպի հիմնական բնութագիրը փչակի՝ հատուկ բարձր ճնշման անոթի առկայությունն է։ Առևտրային բարձր ճնշման և ռազմածովային ռեակտորների մեծ մասը օգտագործում է գերլիցքավորիչներ: Բնականոն աշխատանքի ընթացքում փչակը մասամբ լցվում է ջրով, և դրա վերևում պահպանվում է գոլորշու պղպջակ, որն առաջանում է ջուրն ընկղմվող ջեռուցիչներով տաքացնելու միջոցով։ Նորմալ ռեժիմում գերլիցքավորիչը միացված է բարձր ճնշման ռեակտորի նավին (HPR), իսկ ճնշման փոխհատուցիչը ապահովում է խոռոչի առկայությունը ռեակտորում ջրի ծավալի փոփոխության դեպքում։ Այս սխեման ապահովում է նաև ռեակտորում ճնշման հսկողություն՝ ջեռուցիչներ օգտագործելով կոմպենսատորում գոլորշու ճնշումը մեծացնելով կամ նվազեցնելով:

• Ծանր ջրի բարձր ճնշման ռեակտորներՆրանք պատկանում են մի շարք ճնշման ջրի ռեակտորների (RWR), որոնք համատեղում են ճնշման օգտագործման սկզբունքները, մեկուսացված ջերմային ցիկլը, ենթադրելով ծանր ջրի օգտագործումը որպես հովացուցիչ նյութ և մոդերատոր, ինչը տնտեսապես շահավետ է:
• Եռացող ջրի ռեակտոր(BWR): Եռացող ջրի ռեակտորի մոդելները բնութագրվում են հիմնական ռեակտորի նավի հատակին վառելիքի ձողերի շուրջ եռացող ջրի առկայությամբ: Եռման ջրի ռեակտորն օգտագործում է հարստացված 235U՝ որպես վառելիք՝ ուրանի երկօքսիդի տեսքով։ Վառելիքը հավաքվում է ձողերի մեջ, որոնք տեղակայված են պողպատե տարայի մեջ, որն իր հերթին սուզվում է ջրի մեջ: Միջուկային տրոհման գործընթացը հանգեցնում է ջրի եռման և գոլորշու առաջացմանը: Այս գոլորշին անցնում է տուրբիններով խողովակաշարերով։ Տուրբինները շարժվում են գոլորշու միջոցով, և այս գործընթացը արտադրում է էլեկտրաէներգիա: Նորմալ աշխատանքի ընթացքում ճնշումը վերահսկվում է ռեակտորի ճնշման անոթից դեպի տուրբին հոսող ջրի գոլորշու քանակով:
• Լողավազանի տիպի ռեակտոր
• Հեղուկ մետաղով սառեցված ռեակտոր... Քանի որ ջուրը նեյտրոնային մոդերատոր է, այն չի կարող օգտագործվել որպես հովացուցիչ նյութ արագ նեյտրոնային ռեակտորում: Հեղուկ մետաղական հովացուցիչ նյութերը ներառում են նատրիում, NaK, կապար, կապար-բիսմուտ էվեկտիկա և վաղ ռեակտորների համար՝ սնդիկ:
• Նատրիումի սառեցված արագ ռեակտոր.
• Կապարով սառեցված արագ նեյտրոնային ռեակտոր:
• Գազով սառեցված ռեակտորներսառեցվում է շրջանառվող իներտ գազի միջոցով, որը ստեղծվել է հելիումով բարձր ջերմաստիճանի կառույցներում: Որտեղ, ածխաթթու գազնախկինում օգտագործվել է բրիտանական և ֆրանսիական ատոմակայաններում: Օգտագործվել է նաև ազոտ։ Ջերմության օգտագործումը կախված է ռեակտորի տեսակից։ Որոշ ռեակտորներ այնքան տաք են, որ գազը կարող է ուղղակիորեն շարժել գազատուրբինը: Հին ռեակտորների նախագծերը սովորաբար ներառում էին գազը ջերմափոխանակիչի միջով գոլորշի տուրբինի համար գոլորշի առաջացնելու համար:
• Հալած աղի ռեակտորներ(MSR) սառչում են հալած աղի շրջանառության միջոցով (սովորաբար ֆտորիդային աղերի էվեկտիկական խառնուրդներ, ինչպիսին է FLiBe-ն): Տիպիկ MSR-ում ջերմային փոխանցման հեղուկը նույնպես օգտագործվում է որպես մատրիցա, որում տրոհվող նյութը լուծվում է:

Միջուկային ռեակտորների սերունդներ

• Առաջին սերնդի ռեակտոր(վաղ նախատիպեր, հետազոտական ​​ռեակտորներ, ոչ առևտրային էներգիայի ռեակտորներ)
• Երկրորդ սերնդի ռեակտոր(շատ ժամանակակից ատոմակայաններ 1965-1996 թթ.)
• Երրորդ սերնդի ռեակտոր(Էվոլյուցիոն բարելավումներ գոյություն ունեցող նախագծերում 1996 թ. - մինչ այժմ)
• Չորրորդ սերնդի ռեակտոր(տեխնոլոգիաները դեռ մշակման փուլում են, շահագործման մեկնարկի անհայտ ամսաթիվ, հնարավոր է 2030թ.)

2003 թվականին Ֆրանսիայի ատոմային էներգիայի հանձնաժողովը (CEA) Նուկլեոնիկայի շաբաթվա ընթացքում առաջին անգամ ներկայացրեց «Gen II» անվանումը։

«Gen III»-ի առաջին հիշատակումը կատարվել է 2000 թվականին՝ կապված «IV սերունդ» միջազգային ֆորումի (GIF) մեկնարկի հետ։

«Gen IV»-ն անվանվել է 2000 թվականին Միացյալ Նահանգների Էներգետիկայի նախարարության (DOE) կողմից՝ նոր տեսակի էլեկտրակայանների մշակման համար։

Միջուկային ռեակտորների դասակարգումն ըստ վառելիքի տեսակի

• Պինդ վառելիքի ռեակտոր
• Հեղուկ վառելիքով աշխատող ռեակտոր
• Ջրով սառեցված միատարր ռեակտոր
• Հալած աղի ռեակտոր
• Գազով աշխատող ռեակտորներ (տեսական)

Միջուկային ռեակտորների դասակարգումն ըստ նշանակության

• Էլեկտրաէներգիայի արտադրություն
• Ատոմային էլեկտրակայաններ, ներառյալ փոքր կլաստերային ռեակտորներ
• Ինքնագնաց սարքեր (տես ատոմակայաններ)
• Միջուկային օֆշորային կայանքներ
• Առաջարկվում են տարբեր տեսակի հրթիռային շարժիչներ
• Ջերմության այլ օգտագործում
• Աղազերծում
• Ջերմային արտադրություն կենցաղային և արդյունաբերական ջեռուցման համար
• Ջրածնի արտադրությունը ջրածնի էներգիայի մեջ օգտագործելու համար
• Արտադրական ռեակտորներ տարրերի փոխակերպման համար
• Սելեկցիոն ռեակտորներ, որոնք կարող են արտադրել ավելի շատ տրոհվող նյութ, քան սպառում են շղթայական ռեակցիայի ժամանակ (վերափոխելով մայր իզոտոպները U-238-ը Pu-239-ի կամ Th-232-ը՝ U-233-ի): Այսպիսով, մեկ ցիկլն ավարտելուց հետո ուրան բուծող ռեակտորը կարող է լիցքավորվել բնական կամ նույնիսկ սպառված ուրանով: Իր հերթին, թորիում բուծող ռեակտորը կարող է լիցքավորվել թորիումով: Այնուամենայնիվ, պահանջվում է տրոհվող նյութի նախնական մատակարարում:
• Տարբեր ռադիոակտիվ իզոտոպների ստեղծում, ինչպիսիք են ամերիցիումը ծխի դետեկտորներում օգտագործելու համար և կոբալտ-60, մոլիբդեն-99 և այլն, որոնք օգտագործվում են որպես ցուցիչներ և բուժման համար:
• Միջուկային զենքի համար նյութերի արտադրություն, ինչպիսին է զենքի համար նախատեսված պլուտոնիումը
• Նեյտրոնային ճառագայթման աղբյուրի ստեղծում (օրինակ՝ իմպուլսային ռեակտոր «Լեդի Գոդիվա») և պոզիտրոնային ճառագայթման (օրինակ՝ նեյտրոնային ակտիվացման վերլուծություն և ժամադրություն կալիում-արգոն մեթոդով)
• Հետազոտական ​​ռեակտոր. Սովորաբար ռեակտորներն օգտագործվում են գիտական ​​հետազոտությունև բժշկության և արդյունաբերության համար ռադիոիզոտոպների պատրաստում, նյութերի փորձարկում կամ արտադրություն։ Նրանք շատ ավելի փոքր են, քան ուժային ռեակտորները կամ նավերի ռեակտորները: Այս ռեակտորներից շատերը գտնվում են համալսարանում: Այս ռեակտորներից մոտ 280-ը գործում են 56 երկրներում։ Ոմանք աշխատում են բարձր հարստացված ուրանի վառելիքով: Միջազգային ջանքեր են գործադրվում ցածր հարստացված վառելանյութերը փոխարինելու ուղղությամբ:

Ժամանակակից միջուկային ռեակտորներ

Ճնշված ջրի ռեակտորներ (PWR)

Այս ռեակտորներն օգտագործում են ճնշման անոթ՝ միջուկային վառելիք, հսկիչ ձողեր, մոդերատոր և հովացուցիչ նյութ պարունակելու համար: Ռեակտորների սառեցումը և նեյտրոնների չափավորությունը տեղի է ունենում բարձր ճնշման տակ գտնվող հեղուկ ջրի հետ: Տաք ռադիոակտիվ ջուրը, որը դուրս է գալիս ճնշման անոթից, անցնում է գոլորշու գեներատորի շղթայով, որն իր հերթին տաքացնում է երկրորդական (ոչ ռադիոակտիվ) միացումը։ Այս ռեակտորները կազմում են ժամանակակից ռեակտորների մեծամասնությունը: Այն նեյտրոնային ռեակտորի ջեռուցման կառուցվածքի սարք է, որոնցից ամենանորներն են VVER-1200-ը, Advanced Pressurized Water Reactor-ը և European Pressurized Water Reactor-ը: Այս տեսակի են ԱՄՆ ռազմածովային ուժերի ռեակտորները։

Եռացող ջրի ռեակտորներ (BWR)

Եռացող ջրի ռեակտորները նման են ճնշման տակ գտնվող ջրի ռեակտորներին՝ առանց գոլորշու գեներատորի: Եռացող ջրի ռեակտորները նույնպես օգտագործում են ջուրը որպես հովացուցիչ նյութ, իսկ նեյտրոնային մոդերատորը՝ որպես ճնշման ջրի ռեակտորներ, բայց ավելի ցածր ճնշման դեպքում, ինչը թույլ է տալիս ջուրը եռալ կաթսայի ներսում՝ ստեղծելով գոլորշի, որը մղում է տուրբինները: Ի տարբերություն ճնշման ջրի ռեակտորի, չկա առաջնային կամ երկրորդական միացում: Այս ռեակտորների ջեռուցման հզորությունը կարող է ավելի բարձր լինել, և դրանք կարող են լինել ավելի պարզ կառուցողական կերպով, և նույնիսկ ավելի կայուն և ապահով: Այն ջերմային ռեակտորային սարք է, որոնցից ամենանորներն են առաջադեմ եռացող ջրի ռեակտորը և տնտեսապես պարզեցված եռացող ջրի միջուկային ռեակտորը։

Ճնշման ծանր ջրի չափավոր ռեակտոր (PHWR)

Կանադական մշակում (հայտնի է որպես CANDU), դրանք ծանր ջրով չափավորվող, ճնշման հովացուցիչ ռեակտորներ են: Մեկ ճնշման անոթ օգտագործելու փոխարեն, ինչպես ճնշված ջրի ռեակտորներում, վառելիքը պահվում է հարյուրավոր բարձր ճնշման անցումներում: Այս ռեակտորներն աշխատում են բնական ուրանի վրա և ջերմային նեյտրոնային ռեակտորներ են: Ծանր ջրի ռեակտորները կարող են լիցքավորվել ամբողջ հզորությամբ աշխատելու ժամանակ, ինչը նրանց շատ արդյունավետ է դարձնում ուրանի օգտագործման ժամանակ (սա թույլ է տալիս ճշգրիտ վերահսկել միջուկի հոսքը): Ծանր ջրի CANDU ռեակտորներ են կառուցվել Կանադայում, Արգենտինայում, Չինաստանում, Հնդկաստանում, Պակիստանում, Ռումինիայում և Հարավային Կորեայում։ Հնդկաստանը նաև շահագործում է մի շարք ծանր ջրի ռեակտորներ, որոնք հաճախ կոչվում են «CANDU ածանցյալներ», որոնք կառուցվել են այն բանից հետո, երբ Կանադայի կառավարությունը դադարեցրեց իր հարաբերությունները: միջուկային դաշտՀնդկաստանի հետ 1974 թվականին Ժպտացող Բուդդայի միջուկային զենքի փորձարկումից հետո:

Բարձր հզորության ալիքային ռեակտոր (RBMK)

սովետական ​​մշակում՝ նախատեսված պլուտոնիումի, ինչպես նաև էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար։ RBMK-ները ջուրն օգտագործում են որպես հովացուցիչ նյութ, իսկ գրաֆիտը՝ որպես նեյտրոնային մոդերատոր: RBMK-ները որոշ առումներով նման են CANDU-ներին, քանի որ դրանք շահագործման ընթացքում վերալիցքավորվում են և ճնշման անոթների փոխարեն օգտագործում են ճնշման խողովակներ (ինչպես ճնշված ջրի ռեակտորներում): Այնուամենայնիվ, ի տարբերություն CANDU-ի, դրանք շատ անկայուն են և ծավալուն, ինչը թանկացնում է ռեակտորի գլխարկը: Անվտանգության մի շարք կարևոր թերություններ են հայտնաբերվել նաև RBMK-ի նախագծերում, թեև այդ թերություններից մի քանիսը շտկվել են Չեռնոբիլի աղետից հետո: Նրանց հիմնական առանձնահատկությունը թեթեւ ջրի եւ չհարստացված ուրանի օգտագործումն է։ 2010 թվականի դրությամբ 11 ռեակտորներ մնում են բաց՝ հիմնականում բարելավված անվտանգության և աջակցության շնորհիվ միջազգային կազմակերպություններանվտանգության վերաբերյալ, ինչպիսին է ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարությունը: Չնայած այս բարելավումներին, RBMK ռեակտորները դեռևս համարվում են օգտագործվող ռեակտորների ամենավտանգավոր նախագծերից մի քանիսը: RBMK ռեակտորներն օգտագործվել են միայն նախկին Խորհրդային Միությունում:

Գազով սառեցված ռեակտոր (GCR) և առաջադեմ գազով սառեցված ռեակտոր (AGR)

Նրանք սովորաբար օգտագործում են գրաֆիտի նեյտրոնային մոդերատոր և CO2 հովացուցիչ նյութ: Իրենց բարձր աշխատանքային ջերմաստիճանի պատճառով դրանք կարող են ավելի արդյունավետ լինել ջերմություն առաջացնելու համար, քան ճնշման տակ գտնվող ջրի ռեակտորները: Այս դիզայնի մի շարք ռեակտորներ են գործում, հիմնականում Միացյալ Թագավորությունում, որտեղ մշակվել է հայեցակարգը: Հին մշակումները (այսինքն՝ Magnox կայանները) կամ փակ են, կամ կփակվեն մոտ ապագայում: Այնուամենայնիվ, գազով հովացվող բարելավված ռեակտորներն ունեն ևս 10-ից 20 տարի շահագործման ժամկետ: Այս տեսակի ռեակտորները ջերմային ռեակտորներ են: Նման ռեակտորների շահագործումից հանելու արժեքը կարող է բարձր լինել միջուկի մեծ ծավալի պատճառով:

Արագ բուծող ռեակտոր (LMFBR)

Այս ռեակտորի դիզայնը հեղուկ մետաղյա սառեցված է, առանց մոդերատորի և արտադրում է ավելի շատ վառելիք, քան սպառում է: Ասում են, որ նրանք «բազմապատկում են» վառելիքը, քանի որ նրանք արտադրում են տրոհվող վառելիք՝ գրավելով նեյտրոնները: Նման ռեակտորները արդյունավետության առումով կարող են գործել այնպես, ինչպես ճնշման տակ գտնվող ջրի ռեակտորները, դրանք պետք է փոխհատուցվեն: բարձր արյան ճնշումքանի որ օգտագործվում է հեղուկ մետաղ, որը նույնիսկ շատ բարձր ջերմաստիճանի դեպքում չի ստեղծում ճնշման ավելցուկ։ BN-350-ը և BN-600-ը ԽՍՀՄ-ում և Superphenix-ը Ֆրանսիայում եղել են այս տիպի, ինչպես նաև Fermi I-ը ԱՄՆ-ում: Ճապոնիայի Մոնջու ռեակտորը, որը վնասվել էր 1995 թվականին նատրիումի արտահոսքի պատճառով, վերսկսել է աշխատանքը 2010 թվականի մայիսին։ Այս բոլոր ռեակտորներն օգտագործում են/օգտագործել են հեղուկ նատրիում: Այս ռեակտորները արագ ռեակտորներ են և չեն պատկանում ջերմային ռեակտորներին։ Այս ռեակտորները երկու տեսակի են.

Կապարը սառեցվեց

Կապարի օգտագործումը որպես հեղուկ մետաղ ապահովում է գերազանց պաշտպանություն ռադիոակտիվ ճառագայթումից և թույլ է տալիս աշխատել շատ բարձր ջերմաստիճաններում: Բացի այդ, կապարը (հիմնականում) թափանցիկ է նեյտրոնների համար, ուստի ավելի քիչ նեյտրոններ են կորցնում հովացուցիչ նյութում, և հովացուցիչը չի դառնում ռադիոակտիվ: Ի տարբերություն նատրիումի, կապարն ընդհանուր առմամբ իներտ է, ուստի պայթյունի կամ վթարի ավելի քիչ վտանգ կա, սակայն կապարի նման մեծ քանակությունը կարող է թունավորության և հեռացման հետ կապված խնդիրներ առաջացնել: Այս տեսակի ռեակտորներում հաճախ կարող են օգտագործվել կապար-բիսմուտ էվեկտիկական խառնուրդներ: Այս դեպքում բիսմութը քիչ միջամտություն կներկայացնի ճառագայթմանը, քանի որ այն ամբողջովին թափանցիկ չէ նեյտրոնների համար և կարող է փոխակերպվել մեկ այլ իզոտոպի ավելի հեշտությամբ, քան կապարը: Ռուսական «Ալֆա» դասի սուզանավն օգտագործում է կապարով բիսմութով սառեցված արագ բուծող ռեակտոր՝ որպես էներգիայի արտադրության իր առաջնային համակարգ:

Նատրիումը սառեցրեց

Հեղուկ մետաղների բուծման ռեակտորների մեծ մասը (LMFBRs) այս տեսակի են: Նատրիումը համեմատաբար հեշտ է ձեռք բերել և հեշտ է աշխատել դրա հետ, ինչպես նաև այն օգնում է կանխել ռեակտորի տարբեր մասերի կոռոզիան, որոնք ընկղմված են դրա մեջ: Այնուամենայնիվ, նատրիումը կատաղի է արձագանքում ջրի հետ շփվելիս, ուստի պետք է զգույշ լինել, թեև նման պայթյունները շատ ավելի հզոր չեն լինի, քան, օրինակ, SCWR-ներից կամ RWD-ներից գերտաքացած հեղուկի արտահոսքը: EBR-I-ն իր տեսակի մեջ առաջին ռեակտորն է, որտեղ միջուկը բաղկացած է հալոցքից:

Գնդիկավոր ռեակտոր (PBR)

Նրանք օգտագործում են վառելիք՝ սեղմված կերամիկական գնդիկների մեջ, որոնցում գազը շրջանառվում է գնդերի միջով։ Արդյունքը արդյունավետ, ոչ հավակնոտ, շատ անվտանգ ռեակտորներ են՝ էժան, միասնական վառելիքով: Նախատիպը եղել է AVR ռեակտորը։

Հալած աղի ռեակտորներ

Դրանցում վառելիքը լուծվում է ֆտորային աղերի մեջ, կամ ֆտորիդներն օգտագործվում են որպես ջերմային կրիչ։ Նրանց անվտանգության տարբեր համակարգերը, բարձր արդյունավետությունը և էներգիայի բարձր խտությունը հարմար են տրանսպորտային միջոցների համար: Հատկանշական է, որ դրանք միջուկում չունեն բարձր ճնշման ենթակա մասեր կամ այրվող բաղադրիչներ։ Նախատիպը եղել է MSRE ռեակտորը, որն օգտագործում էր նաև թորիումի վառելիքի ցիկլը։ Որպես բուծող ռեակտոր՝ այն վերամշակում է սպառված վառելիքը՝ արդյունահանելով և՛ ուրան, և՛ տրանսուրանի տարրեր՝ թողնելով տրանսուրանի թափոնների միայն 0,1%-ը՝ համեմատած ներկայումս գործող ուրանի թեթև ջրի սովորական ռեակտորների հետ: Առանձին խնդիր է ռադիոակտիվ տրոհման արտադրանքները, որոնք չեն ենթարկվում վերամշակման և պետք է հեռացվեն սովորական ռեակտորներում:

Ջրի համասեռ ռեակտոր (AHR)

Այս ռեակտորներն օգտագործում են վառելիք լուծվող աղերի տեսքով, որոնք լուծվում են ջրի մեջ և խառնվում հովացուցիչ նյութի և նեյտրոնային մոդերատորի հետ։

Նորարարական միջուկային համակարգեր և նախագծեր

Ընդլայնված ռեակտորներ

Ավելի քան մեկ տասնյակ առաջադեմ ռեակտորների նախագծեր մշակման տարբեր փուլերում են: Դրանցից ոմանք առաջացել են RWD, BWR և PHWR ռեակտորների նախագծումից, որոշներն ավելի էականորեն տարբերվում են: Առաջինը ներառում է առաջադեմ եռացող ջրի ռեակտորը (ABWR) (որոնցից երկուսը ներկայումս գործում են, իսկ մյուսները՝ կառուցման փուլում), ինչպես նաև պլանավորված տնտեսական թեթև եռացող ջրի ռեակտորը՝ պասիվ անվտանգության համակարգով (ESBWR) և AP1000 կայանքներով (Հղում. Միջուկային էներգիայի ծրագիր): 2010):

Ինտեգրալ արագ նեյտրոնային ռեակտոր(IFR) կառուցվել, փորձարկվել և փորձարկվել է 1980-ականներին, իսկ հետո շահագործումից հանվել է 1990-ականներին Քլինթոնի վարչակազմի հրաժարականից հետո՝ միջուկային զենքի չտարածման քաղաքականության պատճառով: Օգտագործված միջուկային վառելիքի վերամշակումը դրա նախագծման հիմքում է, և, հետևաբար, այն արտադրում է գործող ռեակտորների թափոնների միայն մի մասը:

Մոդուլային բարձր ջերմաստիճանով գազով սառեցված ռեակտորռեակտորը (HTGCR), նախագծված է այնպես, որ բարձր ջերմաստիճանները նվազեցնեն ելքային հզորությունը՝ նեյտրոնային ճառագայթի խաչմերուկի դոպլերային ընդլայնման պատճառով: Ռեակտորն օգտագործում է վառելիքի կերամիկական տեսակ, ուստի նրա անվտանգ աշխատանքային ջերմաստիճանները գերազանցում են դետալավորման ջերմաստիճանի միջակայքը: Կառուցվածքների մեծ մասը սառեցվում է իներտ հելիումով։ Հելիումը գոլորշիների ընդլայնման պատճառով չի կարող պայթյունի հանգեցնել, նեյտրոնների կլանող չէ, ինչը կհանգեցնի ռադիոակտիվության, և չի լուծում այն ​​աղտոտիչները, որոնք կարող են ռադիոակտիվ լինել: Տիպիկ նմուշները բաղկացած են պասիվ պաշտպանության ավելի շատ շերտերից (մինչև 7), քան թեթև ջրի ռեակտորներում (սովորաբար 3): Եզակի հատկանիշը, որը կարող է ապահովել անվտանգությունն այն է, որ վառելիքի գնդիկները իրականում միջուկ են կազմում և ժամանակի ընթացքում հերթով փոխարինվում են: Վառելիքի բջիջների նախագծման առանձնահատկությունները թանկ են դարձնում դրանց վերամշակումը:

Փոքր, փակ, շարժական, ինքնավար ռեակտոր (SSTAR)ի սկզբանե փորձարկվել և մշակվել է ԱՄՆ-ում: Ռեակտորը մտահղացվել է որպես արագ նեյտրոնային ռեակտոր՝ պասիվ պաշտպանության համակարգով, որը հնարավոր է հեռակա կարգով անջատել անսարքության կասկածի դեպքում։

Մաքուր և էկոլոգիապես մաքուր առաջադեմ ռեակտոր (CAESAR)միջուկային ռեակտորի գաղափարն է, որն օգտագործում է գոլորշին որպես նեյտրոնային մոդերատոր, որը դեռ մշակման փուլում է:

Ջրի չափավոր ռեակտորը հիմնված է առաջադեմ եռացող ջրի ռեակտորի (ABWR) վրա, որը ներկայումս գործում է: Սա լիովին արագ ռեակտոր չէ, այլ հիմնականում օգտագործում է էպիթերմալ նեյտրոններ, որոնք միջանկյալ արագություններ ունեն ջերմային և արագ միջև:

Ինքնակարգավորվող միջուկային էներգիայի մոդուլ ջրածնային նեյտրոնային մոդերատորով (HPM)Լոս Ալամոսի ազգային լաբորատորիայի կողմից արտադրված ռեակտորների կառուցվածքային տեսակ է, որն օգտագործում է ուրանի հիդրիդը որպես վառելիք:

Ենթակրիտիկական միջուկային ռեակտորներնախագծված են ավելի անվտանգ և կայուն աշխատանքային լինելու համար, բայց դժվար են ինժեներական և տնտեսական առումով: Օրինակներից մեկը «Energy Booster»-ն է:

Թորիումի վրա հիմնված ռեակտորներ... Թորիում-232-ը կարող է վերածվել U-233-ի՝ հատուկ այդ նպատակով նախագծված ռեակտորներում: Այսպիսով, թորիումը, որը չորս անգամ ավելի շատ է, քան ուրանը, կարող է օգտագործվել U-233-ի հիման վրա միջուկային վառելիք արտադրելու համար։ Ենթադրվում է, որ U-233-ն ունի բարենպաստ միջուկային հատկություններ ավանդաբար օգտագործվող U-235-ի նկատմամբ, մասնավորապես՝ ավելի լավ նեյտրոնային արդյունավետություն և արտադրվող երկարակյաց տրանսուրանային թափոնների քանակի նվազում:

Բարելավված ծանր ջրի ռեակտոր (AHWR)- առաջարկվող ծանր ջրի ռեակտորը, որը կներկայացնի հաջորդ սերնդի PHWR տիպի մշակումը: Մշակման փուլում է Հնդկաստանի Bhabha միջուկային հետազոտությունների կենտրոնում (BARC):

ԿԱՄԻՆԻ- եզակի ռեակտոր, որն օգտագործում է ուրանի 233 իզոտոպը որպես վառելիք: Կառուցվել է Հնդկաստանում BARC հետազոտական ​​կենտրոնում և Ինդիրա Գանդիի միջուկային հետազոտությունների կենտրոնում (IGCAR):

Հնդկաստանը նախատեսում է նաև արագ ռեակտորներ կառուցել՝ օգտագործելով թորիում-ուրան-233 վառելիքի ցիկլը: FBTR (Fast Breeder Reactor) (Kalpakkam, Հնդկաստան) շահագործման ընթացքում օգտագործում է պլուտոնիումը որպես վառելիք, իսկ հեղուկ նատրիումը որպես հովացուցիչ նյութ:

Որո՞նք են չորրորդ սերնդի ռեակտորները:

Չորրորդ սերնդի ռեակտորները տարբեր տեսական նախագծերի հավաքածու են, որոնք ներկայումս դիտարկվում են: Այս նախագծերը դժվար թե իրականացվեն մինչև 2030 թվականը: Գործող ժամանակակից ռեակտորները սովորաբար համարվում են երկրորդ կամ երրորդ սերնդի համակարգեր: Առաջին սերնդի համակարգերը որոշ ժամանակ չեն օգտագործվում: Այս չորրորդ սերնդի ռեակտորների մշակումը պաշտոնապես մեկնարկեց IV սերնդի միջազգային ֆորումում (GIF)՝ ութ տեխնոլոգիական նպատակներով: Հիմնական նպատակներն էին բարելավել միջուկային անվտանգությունը, բարձրացնել տարածման անվտանգությունը, նվազագույնի հասցնել թափոնները և օգտագործել բնական ռեսուրսները, ինչպես նաև նվազեցնել նման կայանների կառուցման և գործարկման ծախսերը:

• Գազով սառեցված արագ նեյտրոնային ռեակտոր
• Կապարով սառեցված արագ ռեակտոր
• Հեղուկ աղի ռեակտոր
• Նատրիումի սառեցված արագ ռեակտոր
• Ջրով սառեցված գերկրիտիկական միջուկային ռեակտոր
• Գերբարձր ջերմաստիճանի միջուկային ռեակտոր

Որոնք են հինգերորդ սերնդի ռեակտորները:

Հինգերորդ սերնդի ռեակտորները նախագծեր են, որոնց իրականացումը տեսական տեսանկյունից հնարավոր է, սակայն ներկայումս ակտիվ քննարկման և հետազոտության առարկա չեն։ Թեև նման ռեակտորները կարող են կառուցվել ընթացիկ կամ կարճաժամկետ հեռանկարում, դրանք քիչ հետաքրքրություն են առաջացնում տնտեսական կենսունակության, գործնականության կամ անվտանգության նկատառումներով:

• Հեղուկ փուլային ռեակտոր... Միջուկային ռեակտորի միջուկում հեղուկով փակ հանգույց, որտեղ տրոհվող նյութը հալված ուրանի կամ ուրանի լուծույթի տեսքով է, որը սառեցված է աշխատող գազով, որը ներարկվում է պահող նավի հիմքի անցքերով:
• Գազային ֆազային ռեակտոր միջուկում... Փակ հանգույց տարբերակ հրթիռի համար միջուկային շարժիչ, որտեղ տրոհվող նյութը գազային ուրանի հեքսաֆտորիդն է, որը գտնվում է քվարցային անոթում։ Գործող գազը (օրինակ՝ ջրածինը) կհոսի այս նավի շուրջ և կկլանի միջուկային ռեակցիայի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը: Այս դիզայնը կարող է օգտագործվել որպես հրթիռային շարժիչ, ինչպես նշված է Հարրի Հարիսոնի 1976 թվականին հրատարակված «Skyfall» գիտաֆանտաստիկ վեպում: Տեսականորեն, ուրանի հեքսաֆտորիդի օգտագործումը որպես միջուկային վառելիք (այլ ոչ թե որպես միջանկյալ, ինչպես արվում է ներկայումս) կհանգեցնի էներգիայի արտադրության ավելի ցածր ծախսերի և նաև զգալիորեն կնվազեցնի ռեակտորների չափը: Գործնականում, նման բարձր հզորության խտությամբ աշխատող ռեակտորը կառաջացնի նեյտրոնների անկառավարելի հոսք՝ թուլացնելով ռեակտորի նյութերի մեծ մասի ուժային հատկությունները: Այսպիսով, հոսքը նման կլինի ջերմամիջուկային կայանքներում արձակված մասնիկների հոսքին: Իր հերթին, դա կպահանջի նյութերի օգտագործում, որոնք նման են այն նյութերին, որոնք օգտագործվում են միաձուլման ռեակցիայի ժամանակ ճառագայթահարող նյութերի օբյեկտի ներդրման միջազգային ծրագրի շրջանակներում:
• Գազաֆազ էլեկտրամագնիսական ռեակտոր... Նույնը, ինչ գազաֆազային ռեակտորը, բայց ֆոտոգալվանային բջիջներով, որոնք ուլտրամանուշակագույն լույսն ուղղակիորեն վերածում են էլեկտրականության:
• տրոհման ռեակտոր
• Հիբրիդ միջուկային միաձուլում... Նեյտրոններն օգտագործվում են՝ արտանետվող սկզբնական կամ «բուծման գոտում գտնվող նյութի» միաձուլման և քայքայման ժամանակ։ Օրինակ՝ U-238, Th-232 կամ այլ ռեակտորից օգտագործված վառելիքի/ռադիոակտիվ թափոնների փոխակերպումը համեմատաբար բարենպաստ իզոտոպների:

Գազային ֆազային ռեակտոր միջուկում: Փակ ցիկլի տարբերակ միջուկային շարժիչով հրթիռի համար, որտեղ տրոհվող նյութը գազային ուրանի հեքսաֆտորիդն է, որը գտնվում է քվարցային նավի մեջ։ Գործող գազը (օրինակ՝ ջրածինը) կհոսի այս նավի շուրջ և կկլանի միջուկային ռեակցիայի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը: Այս դիզայնը կարող է օգտագործվել որպես հրթիռային շարժիչ, ինչպես նշված է Հարրի Հարիսոնի 1976 թվականին հրատարակված «Skyfall» գիտաֆանտաստիկ վեպում: Տեսականորեն, ուրանի հեքսաֆտորիդի օգտագործումը որպես միջուկային վառելիք (այլ ոչ թե որպես միջանկյալ, ինչպես արվում է ներկայումս) կհանգեցնի էներգիայի արտադրության ավելի ցածր ծախսերի և նաև զգալիորեն կնվազեցնի ռեակտորների չափը: Գործնականում, նման բարձր հզորության խտությամբ աշխատող ռեակտորը կառաջացնի նեյտրոնների անկառավարելի հոսք՝ թուլացնելով ռեակտորի նյութերի մեծ մասի ուժային հատկությունները: Այսպիսով, հոսքը նման կլինի ջերմամիջուկային կայանքներում արձակված մասնիկների հոսքին: Իր հերթին, դա կպահանջի նյութերի օգտագործում, որոնք նման են այն նյութերին, որոնք օգտագործվում են միաձուլման ռեակցիայի ժամանակ ճառագայթահարող նյութերի օբյեկտի ներդրման միջազգային ծրագրի շրջանակներում:

Գազաֆազ էլեկտրամագնիսական ռեակտոր: Նույնը, ինչ գազաֆազային ռեակտորը, բայց ֆոտոգալվանային բջիջներով, որոնք ուլտրամանուշակագույն լույսն ուղղակիորեն վերածում են էլեկտրականության:

տրոհման ռեակտոր

Հիբրիդ միջուկային միաձուլում. Նեյտրոններն օգտագործվում են՝ արտանետվող սկզբնական կամ «բուծման գոտում գտնվող նյութի» միաձուլման և քայքայման ժամանակ։ Օրինակ՝ U-238, Th-232 կամ այլ ռեակտորից օգտագործված վառելիքի/ռադիոակտիվ թափոնների փոխակերպումը համեմատաբար բարենպաստ իզոտոպների:

Ֆյուզիոն ռեակտորներ

Վերահսկվող միաձուլումը կարող է օգտագործվել միաձուլման էլեկտրակայաններում էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար՝ առանց ակտինիդների հետ կապված բարդությունների: Այնուամենայնիվ, գիտական ​​և տեխնոլոգիական լուրջ խոչընդոտները մնում են։ Կառուցվել են մի քանի միաձուլման ռեակտորներ, բայց միայն վերջերս է հնարավոր եղել ապահովել, որ ռեակտորներն ավելի շատ էներգիա են թողարկում, քան սպառում են: Չնայած այն հանգամանքին, որ հետազոտությունները սկսվել են 1950-ականներին, ենթադրվում է, որ առևտրային միաձուլման ռեակտորը չի գործի մինչև 2050 թվականը: Ներկայումս տակ ITER նախագիծըջանքեր են գործադրվում միաձուլման էներգիան օգտագործելու համար:

Միջուկային վառելիքի ցիկլ

Ջերմային ռեակտորները հիմնականում կախված են ուրանի մաքրման և հարստացման աստիճանից։ Որոշ միջուկային ռեակտորներ կարող են աշխատել պլուտոնիումի և ուրանի խառնուրդի վրա (տես MOX վառելիք): Գործընթացը, որով ուրանի հանքաքարարդյունահանված, վերամշակված, հարստացված, օգտագործված, հնարավոր է վերամշակված և հեռացված, հայտնի է որպես միջուկային վառելիքի ցիկլ:

Բնության մեջ ուրանի մինչև 1%-ը հեշտությամբ տրոհվող U-235 իզոտոպն է: Այսպիսով, ռեակտորների մեծ մասի նախագծումը ներառում է հարստացված վառելիքի օգտագործում: Հարստացումը ներառում է U-235-ի համամասնության ավելացում և, որպես կանոն, իրականացվում է գազի դիֆուզիայի միջոցով կամ գազի ցենտրիֆուգում: Հարստացված արտադրանքը հետագայում վերածվում է ուրանի երկօքսիդի փոշու, որը սեղմվում և թրծվում է հատիկների տեսքով: Այս հատիկները տեղադրվում են խողովակների մեջ, որոնք հետո կնքվում են: Այս խողովակները կոչվում են վառելիքի ձողեր: Յուրաքանչյուր միջուկային ռեակտոր օգտագործում է այս վառելիքի ձողերից շատերը:

Առևտրային BWR և PWR ռեակտորների մեծ մասը օգտագործում է մինչև 4% U-235 հարստացված ուրան, մոտավորապես: Բացի այդ, որոշ արդյունաբերական բարձր նեյտրոնային տնտեսությամբ ռեակտորներ ընդհանրապես չեն պահանջում հարստացված վառելիք (այսինքն՝ նրանք կարող են օգտագործել բնական ուրան)։ Համաձայն Միջազգային գործակալությունատոմային էներգիայի վերաբերյալ աշխարհում կան գոնե 100 հետազոտական ​​ռեակտորներ, որոնք օգտագործում են բարձր հարստացված վառելիք (զենքի դասի / 90% հարստացված ուրան): Այս տեսակի վառելիքի գողության վտանգը (հնարավոր է միջուկային զենքի արտադրության մեջ օգտագործելու համար) հանգեցրել է քարոզարշավի, որը կոչ է անում անցնել ցածր հարստացված ուրանով ռեակտորներ (որն ավելի ցածր տարածման սպառնալիք է ներկայացնում):

Միջուկային տրոհման ընդունակ ճեղքվող U-235 և ոչ տրոհվող U-238 միջուկային փոխակերպման գործընթացում օգտագործվում են։ U-235-ը տրոհվում է ջերմային (այսինքն՝ դանդաղ շարժվող) նեյտրոնների միջոցով։ Ջերմային նեյտրոնը նեյտրոն է, որը շարժվում է մոտավորապես նույն արագությամբ, ինչ իր շուրջը գտնվող ատոմները։ Քանի որ ատոմների թրթռումների հաճախականությունը համաչափ է դրանց բացարձակ ջերմաստիճան, ապա ջերմային նեյտրոնն ավելի մեծ կարողություն ունի բաժանելու U-235, երբ այն շարժվում է նույն թրթռման արագությամբ։ Մյուս կողմից, U-238-ն ավելի հավանական է գրավել նեյտրոնը, եթե նեյտրոնը շատ արագ է շարժվում: U-239 ատոմը հնարավորինս արագ քայքայվում է պլուտոնիում-239-ի ձևավորմամբ, որն ինքնին վառելիք է: Pu-239-ը լիարժեք վառելիք է և պետք է հաշվի առնել նույնիսկ բարձր հարստացված ուրանի վառելիք օգտագործելիս: Պլուտոնիումի քայքայման գործընթացները կգերակայեն որոշ ռեակտորներում U-235 տրոհման գործընթացներին: Հատկապես այն բանից հետո, երբ օրիգինալ բեռնված U-235-ը սպառվում է: Պլուտոնիումը տրոհվում է ինչպես արագ, այնպես էլ ջերմային ռեակտորներում, ինչը այն դարձնում է իդեալական ինչպես միջուկային ռեակտորների, այնպես էլ միջուկային ռումբերի համար:

Գոյություն ունեցող ռեակտորների մեծ մասը ջերմային ռեակտորներ են, որոնք սովորաբար օգտագործում են ջուրը որպես նեյտրոնային մոդերատոր (մոդերատորը նշանակում է, որ այն դանդաղեցնում է նեյտրոնը մինչև իր ջերմային արագությունը) և նաև որպես հովացուցիչ նյութ: Այնուամենայնիվ, արագ նեյտրոնային ռեակտորում օգտագործվում է մի փոքր այլ տեսակի հովացուցիչ նյութ, որը շատ չի դանդաղեցնի նեյտրոնային հոսքը: Սա թույլ է տալիս գերակշռել արագ նեյտրոնները, որոնք կարող են արդյունավետորեն օգտագործվել վառելիքի մատակարարումը շարունակաբար համալրելու համար: Պարզապես միջուկում էժան, չհարստացված ուրան տեղադրելով, ինքնաբուխ չտրոհվող U-238-ը կվերածվի Pu-239-ի՝ «բուծելով» վառելիքը։

Թորիումի վրա հիմնված վառելիքի ցիկլում թորիում-232-ը կլանում է նեյտրոնները ինչպես արագ, այնպես էլ ջերմային ռեակտորներում: Թորիումի բետա քայքայումը հանգեցնում է պրոտակտինիում-233-ի և այնուհետև ուրան-233-ի ձևավորմանը, որն իր հերթին օգտագործվում է որպես վառելիք: Հետևաբար, ինչպես ուրան-238-ը, այնպես էլ թորիում-232-ը բերրի նյութ է:

Միջուկային ռեակտորների սպասարկում

Միջուկային վառելիքի բաքում էներգիայի քանակը հաճախ արտահայտվում է «ամբողջ օր» տերմինով, որը ջերմային էներգիա ստեղծելու համար ռեակտորի լրիվ հզորությամբ գործարկելու 24 ժամյա ժամանակահատվածների (օրերի) թիվն է: Ռեակտորի գործառնական ցիկլում լրիվ հզորությամբ շահագործման օրերը (վառելիքի լիցքավորման համար պահանջվող միջակայքերի միջև) կապված են ցիկլի սկզբում վառելիքի հավաքներում պարունակվող քայքայվող ուրան-235 (U-235) քանակի հետ: Որքան բարձր լինի U-235-ի տոկոսը միջուկում ցիկլի սկզբում, այնքան ավելի շատ օրեր կաշխատեն ամբողջ հզորությամբ ռեակտորին:

Աշխատանքային ցիկլի վերջում որոշ հավաքույթների վառելիքը «մշակվում», բեռնաթափվում և փոխարինվում է վառելիքի նոր (թարմ) հավաքույթների տեսքով: Նաև միջուկային վառելիքում տրոհման արտադրանքի կուտակման նման ռեակցիան որոշում է ռեակտորում միջուկային վառելիքի ծառայության ժամկետը: Նույնիսկ վառելիքի տրոհման վերջնական գործընթացից շատ առաջ, ռեակտորը ժամանակ կունենա կուտակելու երկարատև նեյտրոններ կլանող քայքայման կողմնակի արտադրանքները՝ կանխելով շղթայական ռեակցիայի ընթացքը: Ռեակտորի միջուկի մասնաբաժինը, որը փոխարինվում է լիցքավորման ժամանակ, սովորաբար կազմում է մեկ քառորդը եռացող ջրի ռեակտորի համար և մեկ երրորդը ճնշման տակ գտնվող ջրի ռեակտորի համար: Այդ օգտագործված վառելիքի օգտագործումն ու պահպանումը արդյունաբերական ատոմակայանի շահագործման կազմակերպման ամենադժվար խնդիրներից է։ Նման միջուկային թափոնները շատ ռադիոակտիվ և թունավոր են հազարավոր տարիների ընթացքում:

Ոչ բոլոր ռեակտորները պետք է շարքից հանվեն վառելիքի լիցքավորման համար. Օրինակ՝ միջուկային ռեակտորները, որոնք լցված են վառելիքի գնդաձև տարրերով, RBMK ռեակտորները (բարձր հզորության կապուղու տիպի ռեակտորներ), հալված աղի ռեակտորները, Magnox, AGR և CANDU ռեակտորները թույլ են տալիս վառելիքի բջիջները տեղափոխել կայանի աշխատանքի ընթացքում: CANDU ռեակտորում հնարավոր է միջուկում առանձին վառելիքի բջիջներ տեղադրել այնպես, որ կարգավորվի վառելիքի բջիջում U-235 պարունակությունը:

Միջուկային վառելիքից վերականգնվող էներգիայի քանակը կոչվում է դրա այրում, որն արտահայտվում է վառելիքի կշռի սկզբնական միավորով առաջացած ջերմային էներգիայով: Այրումը սովորաբար արտահայտվում է ջերմային մեգավատ օրերի տեսքով՝ մեկնարկային ծանր մետաղի մեկ տոննայի դիմաց:

Միջուկային էներգիայի անվտանգություն

Միջուկային անվտանգությունը միջուկային և ռադիացիոն վթարների կանխարգելման կամ դրանց հետևանքների տեղայնացմանն ուղղված գործողություններ են: Միջուկային էներգիան բարելավել է ռեակտորների անվտանգությունն ու արդյունավետությունը, ինչպես նաև առաջարկել է նոր, ավելի անվտանգ ռեակտորների նախագծեր (որոնք հիմնականում չեն փորձարկվել): Այնուամենայնիվ, երաշխիք չկա, որ նման ռեակտորները կնախագծվեն, կկառուցվեն և կկարողանան հուսալիորեն աշխատել: Սխալներ են տեղի ունենում, երբ Ճապոնիայի Ֆուկուսիմա ատոմակայանի ռեակտորների նախագծողները չէին սպասում, որ երկրաշարժի ցունամին կփակի պահեստային համակարգը, որը պետք է կայունացներ ռեակտորը երկրաշարժից հետո, չնայած NRG-ի (Ազգային հետազոտական ​​խմբի) և ճապոնական բազմաթիվ նախազգուշացումներին: միջուկային անվտանգության կառավարում։ Ըստ UBS AG-ի՝ Ֆուկուսիմա I-ի միջուկային վթարները կասկածի տակ են դնում, թե արդյոք նույնիսկ Ճապոնիայի նման զարգացած տնտեսությունները կարող են ապահովել միջուկային անվտանգությունը: Հնարավոր են նաեւ աղետալի սցենարներ, այդ թվում Ահաբեկչական ակտ... MIT-ի (Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտ) միջդիսցիպլինար թիմը հաշվարկել է, որ հաշվի առնելով միջուկային էներգիայի ակնկալվող աճը, 2005-2055 թվականներին սպասվում է առնվազն չորս լուրջ միջուկային վթար:

Միջուկային և ճառագայթային վթարներ

Մի քանի լուրջ միջուկային և ռադիացիոն վթարներ, որոնք տեղի են ունեցել: Ատոմակայանի վթարները ներառում են Միջադեպ SL-1 (1961), Երեք մղոն կղզու վթար (1979), Չեռնոբիլի աղետ(1986), ինչպես նաև Ֆուկուսիմա Դայչի միջուկային աղետը (2011): Միջուկային էներգիայով աշխատող վթարները ներառում են ռեակտորի վթարները K-19 (1961), K-27 (1968) և K-431 (1985 թ.):

Միջուկային ռեակտորները Երկրի շուրջ ուղեծիր են արձակվել առնվազն 34 անգամ։ Խորհրդային անօդաչու RORSAT արբանյակի հետ կապված մի շարք միջադեպեր, որոնք սնուցվում էին միջուկային կայանքով, հանգեցրին ծախսված միջուկային վառելիքի ներթափանցմանը Երկրի մթնոլորտ ուղեծրից:

Բնական միջուկային ռեակտորներ

Թեև հաճախ համարվում է, որ տրոհման ռեակտորները ժամանակակից տեխնոլոգիայի արդյունք են, առաջին միջուկային ռեակտորները գոյություն ունեն վայրի բնության մեջ: Բնական միջուկային ռեակտորը կարող է ձևավորվել, երբ որոշակի պայմաններնախագծված ռեակտորում պայմանների մոդելավորում: Մինչ օրս մինչև տասնհինգ բնական միջուկային ռեակտորներ են հայտնաբերվել Արևմտյան Աֆրիկայի Գաբոնի Օկլոյի ուրանի հանքավայրում երեք առանձին հանքաքարի հանքավայրերում: Okllo-ի հայտնի «մահացած» ռեակտորներն առաջին անգամ հայտնաբերվել են 1972 թվականին ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ֆրենսիս Պերինի կողմից։ Ինքնապահպանվող տրոհման ռեակցիան տեղի է ունեցել այս ռեակտորներում մոտ 1,5 միլիարդ տարի առաջ և պահպանվել է մի քանի հարյուր հազար տարի՝ այս ժամանակահատվածում արտադրելով միջինը 100 կՎտ էներգիա: Բնական միջուկային ռեակտորի գաղափարը տեսականորեն բացատրվել է դեռևս 1956 թվականին Փոլ Կուրոդայի կողմից Արկանզասի համալսարանում:

Նման ռեակտորներն այլևս չեն կարող ձևավորվել Երկրի վրա. ռադիոակտիվ քայքայումը այս հսկայական ժամանակահատվածում նվազեցրել է U-235-ի մասնաբաժինը բնական ուրանի մեջ շղթայական ռեակցիան պահպանելու համար անհրաժեշտ մակարդակից ցածր:

Բնական միջուկային ռեակտորները ձևավորվեցին, երբ հանքանյութերով հարուստ ուրանի հանքավայրը սկսեց լցվել ստորերկրյա ջրով, որը նեյտրոնային մոդերատորի դեր կատարեց և առաջացրեց զգալի շղթայական ռեակցիա: Ջրի տեսքով նեյտրոնային մոդերատորը գոլորշիացել է՝ արագացնելով ռեակցիան, այնուհետև ետ խտացել՝ հանգեցնելով միջուկային ռեակցիայի դանդաղմանը և հալման կանխմանը: Ճեղքման ռեակցիան պահպանվել է հարյուր հազարավոր տարիներ:

Նման բնական ռեակտորները մանրակրկիտ ուսումնասիրվել են երկրաբանական միջավայրում ռադիոակտիվ թափոնների հեռացմամբ հետաքրքրված գիտնականների կողմից: Նրանք առաջարկում են դեպքի ուսումնասիրություն, թե ինչպես են ռադիոակտիվ իզոտոպները գաղթելու երկրակեղևի միջով: Սա առանցքային կետ է երկրաբանական աղբավայրերի քննադատների համար, ովքեր մտավախություն ունեն, որ թափոնների իզոտոպները կարող են հայտնվել ջրի պաշարներում կամ ներգաղթել շրջակա միջավայր:

Ատոմային էներգիայի բնապահպանական խնդիրները

Միջուկային ռեակտորը օդում և ստորերկրյա ջրերում արտազատում է փոքր քանակությամբ տրիտիում, Sr-90: Տրիցիումով աղտոտված ջուրը անգույն է և անհոտ: Sr-90-ի մեծ չափաբաժինները մեծացնում են ոսկրերի քաղցկեղի և լեյկեմիայի ռիսկը կենդանիների և ենթադրաբար մարդկանց մոտ:

Սովորական մարդու համար ժամանակակից բարձր տեխնոլոգիական սարքերն այնքան խորհրդավոր և առեղծվածային են, որ ժամանակն է երկրպագել նրանց այնպես, ինչպես հնագույններն էին պաշտում կայծակը: Ավագ դպրոցում ֆիզիկայի դասերը, որոնք լցված են մաթեմատիկայով, խնդիրը չեն լուծում: Բայց կարելի է նույնիսկ հետաքրքիր պատմել միջուկային ռեակտորի մասին, որի աշխատանքի սկզբունքը պարզ է նույնիսկ դեռահասին։

Ինչպե՞ս է աշխատում միջուկային ռեակտորը:

Այս բարձր տեխնոլոգիական սարքի շահագործման սկզբունքը հետևյալն է.

1. Երբ նեյտրոնը ներծծվում է, միջուկային վառելիքը (առավել հաճախ դա տեղի է ունենում ուրան-235կամ պլուտոնիում-239) տեղի է ունենում ատոմային միջուկի տրոհում.
2. Ազատվում են կինետիկ էներգիան, գամմա ճառագայթումը և ազատ նեյտրոնները.
3. Կինետիկ էներգիան վերածվում է ջերմության (երբ միջուկները բախվում են շրջակա ատոմներին), գամմա ճառագայթումը կլանում է հենց ռեակտորը և նաև վերածվում ջերմության.
4. Ստեղծված նեյտրոնների մի մասը կլանում է վառելիքի ատոմները, ինչը շղթայական ռեակցիա է առաջացնում։ Այն կառավարելու համար օգտագործվում են նեյտրոնային կլանիչներ և մոդերատորներ.
5. Ջերմային կրիչի (ջուր, գազ կամ հեղուկ նատրիում) օգնությամբ ջերմությունը հեռացվում է ռեակցիայի վայրից.
6. Ջեռուցվող ջրից ճնշված գոլորշին օգտագործվում է գոլորշու տուրբիններ վարելու համար.
7. Գեներատորի օգնությամբ տուրբինների պտտման մեխանիկական էներգիան վերածվում է փոփոխական էլեկտրական հոսանքի։

Դասակարգման մոտեցումներ

Ռեակտորների տիպաբանության համար կարող են լինել բազմաթիվ պատճառներ.

• Ըստ միջուկային ռեակցիայի տեսակի... տրոհումը (բոլոր առևտրային կայանքները) կամ միաձուլումը (ջերմամիջուկային էներգետիկա, տարածված է միայն որոշ գիտահետազոտական ​​ինստիտուտներում);
• Հովացուցիչ նյութի միջոցով... Դեպքերի ճնշող մեծամասնությունում այդ նպատակով օգտագործվում է ջուր (եռացող կամ ծանր): Երբեմն օգտագործվում են այլընտրանքային լուծույթներ՝ հեղուկ մետաղ (նատրիում, կապար-բիսմութ համաձուլվածք, սնդիկ), գազ (հելիում, ածխածնի երկօքսիդ կամ ազոտ), հալած աղ (ֆտորային աղեր);
• Ըստ սերնդի.Առաջինը վաղ նախատիպերն են, որոնք կոմերցիոն իմաստ չունեին: Երկրորդը ներկայումս օգտագործվող ատոմակայանների մեծ մասն է, որոնք կառուցվել են մինչև 1996 թվականը։ Երրորդ սերունդը տարբերվում է նախորդից միայն չնչին բարելավումներով: Չորրորդ սերնդի վրա աշխատանքները դեռ շարունակվում են.
• Ըստ ագրեգացման վիճակիվառելիք (գազը դեռ գոյություն ունի միայն թղթի վրա);
• Ըստ օգտագործման նպատակի(էլեկտրաէներգիայի արտադրության, շարժիչի գործարկման, ջրածնի արտադրության, աղազերծման, տարրերի փոխակերպման, նյարդային ճառագայթման ստացման, տեսական և հետախուզական նպատակներով):

Ատոմային ռեակտորի սարք

Էլեկտրակայանների մեծ մասում ռեակտորների հիմնական բաղադրիչներն են.

1. Միջուկային վառելիք - նյութ, որն անհրաժեշտ է էներգիայի տուրբինների համար ջերմություն ստեղծելու համար (սովորաբար ցածր հարստացված ուրան);
2. Միջուկային ռեակտորի ակտիվ գոտի - այստեղ տեղի է ունենում միջուկային ռեակցիան.
3. Նեյտրոնային մոդերատոր - նվազեցնում է արագ նեյտրոնների արագությունը՝ դրանք վերածելով ջերմային նեյտրոնների.
4. Մեկնարկային նեյտրոնային աղբյուր - օգտագործվում է միջուկային ռեակցիայի հուսալի և կայուն մեկնարկի համար.
5. Նեյտրոնային կլանիչ - հասանելի է որոշ էլեկտրակայաններում թարմ վառելիքի բարձր ռեակտիվությունը նվազեցնելու համար.
6. Նեյտրոնային հաուբից - օգտագործվում է անջատումից հետո ռեակցիան նորից սկսելու համար;
7. Սառեցնող հեղուկ (մաքրված ջուր);
8. Հսկիչ ձողեր - ուրանի կամ պլուտոնիումի միջուկների տրոհման արագությունը կարգավորելու համար.
9. Ջրի պոմպ - ջուրը մղում է գոլորշու կաթսա;
10. Գոլորշի տուրբին - գոլորշու ջերմային էներգիան վերածում է պտտվող մեխանիկական էներգիայի.
11. Սառեցնող աշտարակ - մթնոլորտ ավելորդ ջերմությունը հեռացնելու սարք;
12. Ռադիոակտիվ թափոնների ընդունման և պահպանման համակարգ;
13. Անվտանգության համակարգեր (վթարային դիզելային գեներատորներ, վթարային միջուկային հովացման սարքեր):

Ինչպես են աշխատում վերջին մոդելները

Վերջին 4-րդ սերնդի ռեակտորները հասանելի կլինեն կոմերցիոն շահագործման համար ոչ շուտ, քան 2030 թ... Ներկայումս նրանց աշխատանքի սկզբունքն ու կառուցվածքը մշակման փուլում են։ Ընթացիկ տվյալների համաձայն՝ այս փոփոխությունները կտարբերվեն գոյություն ունեցող մոդելներայդպիսին առավելություններ:

• Արագ գազի հովացման համակարգ. Ենթադրվում է, որ հելիումը կօգտագործվի որպես սառեցնող միջոց։ Ըստ նախագծային փաստաթղթերի, այս կերպ հնարավոր է սառեցնել ռեակտորները 850 ° C ջերմաստիճանով: Նման բարձր ջերմաստիճաններում աշխատելու համար ձեզ անհրաժեշտ կլինեն նաև հատուկ հումք՝ կոմպոզիտային կերամիկական նյութեր և ակտինիդային միացություններ;
• Որպես առաջնային հովացուցիչ նյութ հնարավոր է օգտագործել կապար կամ կապար-բիսմութ համաձուլվածք: Այս նյութերն ունեն նեյտրոնների կլանման ցածր արագություն և համեմատաբար ցածր հալման կետ;
• Բացի այդ, հալած աղերի խառնուրդը կարող է օգտագործվել որպես հիմնական ջերմային կրիչ: Այսպիսով, հնարավոր կլինի ավելի բարձր ջերմաստիճաններում աշխատել, քան ժամանակակից գործընկերները ջրային հովացման միջոցով:

Բնական անալոգներ բնության մեջ

Միջուկային ռեակտորը ընկալվում է հանրային գիտակցությունըբացառապես որպես բարձր տեխնոլոգիաների արտադրանք։ Սակայն, ըստ էության, առաջինն է սարքն ունի բնական ծագում ... Այն հայտնաբերվել է կենտրոնական Աֆրիկայի Գաբոն նահանգի Օկլո շրջանում.

• Ռեակտորը գոյացել է ստորերկրյա ջրերով ուրանի ապարների հեղեղման պատճառով։ Նրանք հանդես էին գալիս որպես նեյտրոնային մոդերատորներ.
• Ուրանի քայքայման ժամանակ արձակված ջերմային էներգիան ջուրը վերածում է գոլորշու, և շղթայական ռեակցիան դադարում է.
• Հովացուցիչ նյութի ջերմաստիճանի անկումից հետո ամեն ինչ նորից կրկնվում է.
• Եթե ​​հեղուկը չեռար և չդադարեցներ ռեակցիայի ընթացքը, մարդկությունը կբախվեր նոր բնական աղետի.
• Միջուկների ինքնուրույն տրոհումը սկսվել է այս ռեակտորում մոտ մեկուկես միլիարդ տարի առաջ: Այս ընթացքում հատկացվել է մոտ 0,1 մլն վտ հզորություն;
• Երկրի վրա աշխարհի նման հրաշքը միակն է, որը հայտնի է: Նորերի ի հայտ գալն անհնար է. ուրանի-235-ի մասնաբաժինը բնական հումքում շատ ավելի ցածր է, քան այն մակարդակը, որն անհրաժեշտ է շղթայական ռեակցիան պահպանելու համար։

Քանի՞ միջուկային ռեակտոր կա Հարավային Կորեայում:

Բնական ռեսուրսներով աղքատ, բայց արդյունաբերական և գերբնակեցված Կորեայի Հանրապետությունը էներգիայի խիստ կարիք ունի: Գերմանիայի կողմից խաղաղ ատոմից հրաժարվելու ֆոնին այս երկիրը մեծ հույսեր է կապում միջուկային տեխնոլոգիան զսպելու հարցում.

• Նախատեսվում է, որ մինչև 2035 թվականը ատոմակայաններում արտադրվող էլեկտրաէներգիայի մասնաբաժինը կկազմի 60%, իսկ ընդհանուր արտադրությունը՝ ավելի քան 40 գիգավատ;
• Երկիրը չունի ատոմային զենքեր, սակայն միջուկային ֆիզիկայի հետազոտությունները շարունակվում են։ Կորեացի գիտնականները նախագծեր են մշակել ժամանակակից ռեակտորների համար՝ մոդուլային, ջրածին, հեղուկ մետաղով և այլն;
• Տեղացի հետազոտողների հաջողությունը թույլ է տալիս տեխնոլոգիան վաճառել արտասահմանում: Ակնկալվում է, որ առաջիկա 15-20 տարում երկիրը կարտահանի այդ միավորներից 80-ը.
• Բայց այսօրվա դրությամբ ատոմակայանի մեծ մասը կառուցվել է ամերիկացի կամ ֆրանսիացի գիտնականների օգնությամբ.
• Գործող կայանների թիվը համեմատաբար փոքր է (ընդամենը չորս), սակայն դրանցից յուրաքանչյուրն ունի զգալի թվով ռեակտորներ՝ ընդհանուր առմամբ 40, և այս ցուցանիշը կաճի։

Նեյտրոններով ռմբակոծվելիս միջուկային վառելիքը մտնում է շղթայական ռեակցիա, որն արտադրում է հսկայական ջերմություն։ Համակարգի ջուրը վերցնում է այս ջերմությունը և վերածվում գոլորշու, որը վերածում է էլեկտրաէներգիա արտադրող տուրբիններ: Ահա Երկրի վրա էներգիայի ամենահզոր աղբյուրի՝ միջուկային ռեակտորի աշխատանքի պարզ դիագրամը։

Տեսանյութ՝ ինչպես են աշխատում միջուկային ռեակտորները

Այս տեսանյութում միջուկային ֆիզիկոս Վլադիմիր Չայկինը ձեզ կպատմի, թե ինչպես է էլեկտրաէներգիան արտադրվում միջուկային ռեակտորներում, դրանց մանրամասն կառուցվածքը.