Enhet och funktionsprincip

Energifrigöringsmekanism

Omvandlingen av ett ämne åtföljs av frigöring av fri energi endast om ämnet har en reserv av energi. Det senare innebär att ämnets mikropartiklar befinner sig i ett tillstånd med en viloenergi som är större än i ett annat möjligt tillstånd, vars övergång finns. En spontan övergång hindras alltid av en energibarriär, för att övervinna vilken en mikropartikel måste ta emot från utsidan en viss mängd energi - excitationsenergi. Den exoenergetiska reaktionen består i att i omvandlingen efter excitationen frigörs mer energi än vad som krävs för att excitera processen. Det finns två sätt att övervinna energibarriären: antingen på grund av den kinetiska energin hos kolliderande partiklar, eller på grund av den sammanfogande partikelns bindningsenergi.

Om vi ​​tänker på de makroskopiska skalorna för energifrisättning, så måste den kinetiska energin som är nödvändig för exciteringen av reaktioner ha alla eller, först, åtminstone en del av ämnets partiklar. Detta kan endast uppnås när mediets temperatur stiger till ett värde vid vilket energin för termisk rörelse närmar sig värdet för energitröskeln som begränsar processens förlopp. När det gäller molekylära transformationer, det vill säga kemiska reaktioner, en sådan ökning är vanligtvis hundratals kelvin, men i fallet med kärnreaktioner är den minst 10 7 på grund av den mycket höga höjden av Coulomb-barriärerna för kolliderande kärnor. Termisk excitation av kärnreaktioner realiseras i praktiken endast i syntesen av de lättaste kärnorna, för vilka Coulomb-barriärerna är minimala (termonukleär fusion).

Excitering genom att fästa partiklar kräver inte stor kinetisk energi och beror därför inte på mediets temperatur, eftersom det uppstår på grund av oanvända bindningar som är inneboende i partiklarna av attraktionskrafterna. Men å andra sidan behövs själva partiklarna för att excitera reaktionerna. Och om vi återigen inte har en separat reaktionshandling i åtanke, utan produktionen av energi i makroskopisk skala, så är detta endast möjligt när en kedjereaktion inträffar. Det senare uppstår när de partiklar som exciterar reaktionen återuppstår som produkter av en exoenergetisk reaktion.

Design

Varje kärnreaktor består av följande delar:

• Kärna med kärnbränsle och moderator;
• En neutronreflektor som omger kärnan;
• Kedjereaktionskontrollsystem, inklusive nödskydd;
• Strålskydd;
• Fjärrkontrollsystem.

Fysiska principer för arbetet

Se även huvudartiklarna:

Det nuvarande tillståndet för en kärnreaktor kan karakteriseras av den effektiva neutronmultiplikationsfaktorn k eller reaktivitet ρ , som är relaterade av följande relation:

Dessa värden kännetecknas av följande värden:

• k> 1 - kedjereaktionen växer med tiden, reaktorn är inne superkritisk tillstånd, dess reaktivitet ρ > 0;
• k < 1 - реакция затухает, реактор - subkritisk, ρ < 0;
• k = 1, ρ = 0 - antalet kärnklyvningar är konstant, reaktorn är i ett stabilt kritisk skick.

Villkoret för att en kärnreaktor är kritisk:

, var

Omvandling av multiplikationsfaktorn till enhet uppnås genom att balansera multiplikationen av neutroner med deras förluster. Det finns egentligen två orsaker till förlusterna: fångst utan fission och neutronläckage utanför avelsmediet.

Uppenbarligen, k< k 0 , поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе denna sammansättning 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.

k 0 för termiska reaktorer kan bestämmas med den så kallade "formeln med 4 faktorer":

, var

• η är neutronutbytet för två absorptioner.

Volymerna hos moderna kraftreaktorer kan nå hundratals m³ och bestäms huvudsakligen inte av kritiska förhållanden, utan av värmeavlägsningsförmågan.

Kritisk volym kärnreaktor - volymen av reaktorhärden i ett kritiskt tillstånd. Kritisk massaär massan av reaktorns klyvbara material i ett kritiskt tillstånd.

Den minsta kritiska massan innehas av reaktorer där vattenlösningar av salter av rena klyvbara isotoper med en vattenreflektor av neutroner tjänar som bränsle. För 235 U är denna massa 0,8 kg, för 239 Pu är den 0,5 kg. Det är dock allmänt känt att den kritiska massan för LOPO-reaktorn (världens första anrikade uranreaktor) med en berylliumoxidreflektor var 0,565 kg, trots att 235 isotopanrikningen endast var något över 14 %. Teoretiskt har den den minsta kritiska massan, för vilken detta värde bara är 10 g.

För att minska neutronläckaget är kärnan sfärisk eller nära sfärisk, till exempel en kort cylinder eller kub, eftersom dessa figurer har det minsta förhållandet mellan ytarea och volym.

Trots det faktum att värdet (e - 1) vanligtvis är litet, är rollen för snabb neutronmultiplikation ganska stor, eftersom för stora kärnreaktorer (K ​​∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

För att starta en kedjereaktion produceras vanligtvis tillräckligt med neutroner under den spontana klyvningen av urankärnor. Det är också möjligt att använda en extern neutronkälla för att starta reaktorn, till exempel en blandning av och, eller andra ämnen.

Jodgrop

Huvudartikel: Jodgrop

Jodbrunn - tillståndet för en kärnreaktor efter dess avstängning, kännetecknad av ackumuleringen av en kortlivad isotop av xenon. Denna process leder till det tillfälliga uppkomsten av betydande negativ reaktivitet, vilket i sin tur gör det omöjligt att få reaktorn till sin designkapacitet inom en viss period (ca 1-2 dagar).

Klassificering

Enligt överenskommelse

På grund av deras användning är kärnreaktorer indelade i:

• Kraftreaktorer, avsedd för produktion av elektrisk och termisk energi som används inom kraftindustrin, samt för avsaltning av havsvatten (reaktorer för avsaltning klassificeras också som industriella). Sådana reaktorer används främst i kärnkraftverk. Den termiska effekten hos moderna kraftreaktorer når 5 GW. En separat grupp särskiljs:
  • Transportreaktorer utformad för att leverera energi till fordonsmotorer. De bredaste applikationsgrupperna är marina transportreaktorer som används på ubåtar och olika ytfartyg, samt reaktorer som används inom rymdteknik.
• Experimentella reaktorer utformad för att studera olika fysiska storheter, vars värde är nödvändigt för konstruktion och drift av kärnreaktorer; effekten av sådana reaktorer överstiger inte flera kW.
• Forskningsreaktorer, där de flöden av neutroner och gammakvanter som genereras i härden används för forskning inom kärnfysik, fasta tillståndets fysik, strålningskemi, biologi, för att testa material avsedda för drift i intensiva neutronflöden (inklusive delar av kärnreaktorer), för produktion av isotoper. Effekten av forskningsreaktorer överstiger inte 100 MW. Den frigjorda energin används vanligtvis inte.
• Industriella (vapen, isotoper) reaktorer används för framställning av isotoper som används inom olika områden. Används mest för tillverkning av kärnvapenmaterial som 239 Pu. Industriella reaktorer omfattar även reaktorer som används för avsaltning av havsvatten.

Reaktorer används ofta för att lösa två eller flera olika problem, i vilket fall de kallas mångsidigt... Till exempel vissa kraftreaktorer, särskilt i gryningen kärnkraft, var huvudsakligen avsedda för experiment. Snabba reaktorer kan vara både energiska och producera isotoper på samma gång. Industriella reaktorer genererar, utöver sin huvuduppgift, ofta elektrisk och termisk energi.

Genom spektrum av neutroner

• Termisk (långsam) neutronreaktor ("termisk reaktor")
• Snabb reaktor ("snabb reaktor")

Genom bränsleplacering

• Heterogena reaktorer, där bränslet placeras i härden diskret i form av block, mellan vilka det finns en moderator;
• Homogena reaktorer, där bränslet och moderatorn är en homogen blandning (homogent system).

I en heterogen reaktor kan bränslet och moderatorn separeras rumsligt, i synnerhet i en kavitetsreaktor omger moderatorreflektorn en kavitet med bränsle som inte innehåller en moderator. Ur en kärnfysisk synvinkel är kriteriet för homogenitet / heterogenitet inte designen, utan placeringen av bränsleblock på ett avstånd som överstiger neutronmodereringslängden i en given moderator. Således beräknas reaktorer med ett så kallat "tight grid" som homogena, även om bränslet i dem vanligtvis separeras från moderatorn.

Block av kärnbränsle i en heterogen reaktor kallas bränslepatroner (FA), som är belägna i kärnan i noderna i ett vanligt nät och bildar cell.

Efter typ av bränsle

• uranisotoper 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
• plutoniumisotop 239 (239 Pu), även isotoper 239-242 Pu i form av en blandning med 238 U (MOX-bränsle)
• toriumisotop 232 (232 Th) (genom omvandling till 233 U)

Genom graden av berikning:

• naturligt uran
• dåligt anrikat uran
• starkt anrikat uran

Efter kemisk sammansättning:

• metall U
• UC (urankarbid) osv.

Efter typ av kylvätska

• Gas, (se grafitgasreaktor)
• D 2 O (tungt vatten, se Tungvatten kärnreaktor, CANDU)

Av moderatorns natur

• C (grafit, se Grafit-gasreaktor, Grafit-vattenreaktor)
• H 2 O (vatten, se lättvattenreaktor, vattenmodererad reaktor, VVER)
• D 2 O (tungt vatten, se Tungvatten kärnreaktor, CANDU)
• Metallhydrider
• Utan moderator (se Fast Reactor)

Genom design

Förresten att generera ånga

• Reaktor med extern ånggenerator (se tryckvattenreaktor, VVER)

IAEA-klassificering

• PWR (tryckvattenreaktorer) - tryckvattenreaktor;
• BWR (kokande vattenreaktor) - kokvattenreaktor;
• FBR (fast breeder reactor) - fast breeder reactor;
• GCR (gaskyld reaktor) - gaskyld reaktor;
• LWGR (lättvattengrafitreaktor) - grafitvattenreaktor
• PHWR (tryckvattenreaktor) - tungvattenreaktor

De mest utbredda i världen är tryckvatten (ca 62%) och kokande (20%) reaktorer.

Reaktormaterial

Materialen som används för att bygga reaktorer arbetar vid höga temperaturer inom området neutroner, γ-kvanta och fissionsfragment. Därför är inte alla material som används inom andra teknikgrenar lämpliga för reaktorbygge. Vid val av reaktormaterial tas hänsyn till deras strålningsbeständighet, kemiska tröghet, absorptionstvärsnitt och andra egenskaper.

Strålningsinstabiliteten hos material påverkas mindre när höga temperaturer... Atomernas rörlighet blir så stor att sannolikheten för att atomer som slagits ut ur kristallgittret återvänder till sin plats eller att väte och syre rekombineras till en vattenmolekyl ökar markant. Radiolys av vatten är således obetydlig i icke-kokande kraftreaktorer (till exempel VVER), medan det i kraftfulla forskningsreaktorer frigörs en betydande mängd av en explosiv blandning. Reaktorerna har speciella system för att bränna den.

Reaktormaterial är i kontakt med varandra (bränsleelementbeklädnad med kylvätska och kärnbränsle, bränsleelement - med kylvätska och moderator, etc.). Naturligtvis måste kontaktmaterialen vara kemiskt inerta (kompatibla). Ett exempel på inkompatibilitet är uran och varmvatten, som reagerar kemiskt.

För de flesta material försämras hållfasthetsegenskaperna kraftigt med ökande temperatur. I kraftreaktorer arbetar konstruktionsmaterial vid höga temperaturer. Detta begränsar valet av konstruktionsmaterial, särskilt för de delar av en kraftreaktor som måste tåla höga tryck.

Utbrändhet och reproduktion av kärnbränsle

Under driften av en kärnreaktor, på grund av ackumuleringen av fissionsfragment i bränslet, förändras dess isotopiska och kemiska sammansättning, och transuraniska element, främst isotoper, bildas. Effekten av fissionsfragment på reaktiviteten hos en kärnreaktor kallas förgiftning(för radioaktivt skräp) och slaggning(för stabila isotoper).

Huvudorsaken till förgiftningen av reaktorn är den med störst neutronabsorptionstvärsnitt (2,6 · 10 6 barn). Halveringstid på 135 Xe T 1/2 = 9,2 timmar; fissionsutbytet är 6-7%. Huvuddelen av 135 Xe bildas som ett resultat av sönderfallet ( T 1/2 = 6,8 timmar). Vid förgiftning förändras Keff med 1-3%. Det stora absorptionstvärsnittet av 135 Xe och närvaron av den mellanliggande isotopen 135 I leder till två viktiga fenomen:

1. Till en ökning av koncentrationen av 135 Xe och följaktligen till en minskning av reaktorns reaktivitet efter dess avstängning eller minskning av effekt ("jodbrunn"), vilket gör det omöjligt för kortvariga stopp och fluktuationer i produktionen kraft. Denna effekt övervinns genom att införa en reaktivitetsmarginal i regleringsorganen. Jodbrunnens djup och varaktighet beror på neutronflödet Ф: vid Ф = 5 · 10 18 neutroner / (cm² · sek), är jodbrunnens varaktighet ~30 timmar, och djupet är 2 gånger större än stationär förändring i Keff orsakad av 135 Xe-förgiftning.
2. På grund av förgiftning kan spatio-temporala fluktuationer av neutronflödet Ф, och följaktligen av reaktoreffekten, uppstå. Dessa svängningar inträffar vid Ф> 10 18 neutroner / (cm² · sek) och stora reaktorstorlekar. Svängningsperioderna är ~10 timmar.

Fission av kärnor producerar ett stort antal stabila fragment, som skiljer sig i absorptionstvärsnitt jämfört med absorptionstvärsnitten för en klyvbar isotop. Koncentrationen av fragment med stort absorptionstvärsnitt når mättnad under de första dagarna av reaktordrift. Dessa är främst bränsleelement av olika "åldrar".

Vid ett fullständigt byte av bränsle har reaktorn överskottsreaktivitet som behöver kompenseras, medan i det andra fallet krävs kompensation endast vid den första uppstarten av reaktorn. Kontinuerlig tankning gör det möjligt att öka djupet av utbränning, eftersom reaktorns reaktivitet bestäms av de genomsnittliga koncentrationerna av klyvbara isotoper.

Massan av det laddade bränslet överstiger massan av det olastade bränslet på grund av "vikten" av den frigjorda energin. Efter att reaktorn stoppats, först främst på grund av fission av fördröjda neutroner, och sedan, efter 1–2 min, på grund av β- och γ-strålning från fissionsfragment och transuraniska element, fortsätter energi att frigöras i bränslet. Om reaktorn arbetade tillräckligt länge innan avstängningen, sedan 2 minuter efter avstängningen, är energiutsläppet cirka 3%, efter 1 timme - 1%, efter en dag - 0,4%, efter ett år - 0,05% av den initiala effekten.

Förhållandet mellan antalet klyvbara Pu-isotoper som bildas i en kärnreaktor och mängden 235 U utbrända kallas omvandlingsfrekvens K K. K K-värdet ökar med minskande anrikning och utbränning. För en tungvattenreaktor som använder naturligt uran, med en utbränning på 10 GW dag/t, K K = 0,55, och med små utbränning (i detta fall kallas K K initial plutoniumkoefficient) KK = 0,8. Om en kärnreaktor brinner och producerar samma isotoper (uppfödningsreaktor) kallas förhållandet mellan reproduktionshastigheten och utbränningshastigheten reproduktionshastighet K V. I termiska reaktorer KB< 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 g växer och a faller.

Kärnreaktorkontroll

Styrning av en kärnreaktor är möjlig endast på grund av det faktum att en del av neutronerna under fission emitteras från fragmenten med en fördröjning som kan sträcka sig från flera millisekunder till flera minuter.

För att styra reaktorn används absorberande stavar som införs i härden, gjorda av material som starkt absorberar neutroner (främst några andra) och / eller en borsyralösning tillsatt till kylvätskan i en viss koncentration (borreglering). Stavarnas rörelse styrs av speciella mekanismer, drivningar som arbetar på signaler från operatören eller utrustning för automatisk reglering av neutronflödet.

I händelse av olika nödsituationer tillhandahåller varje reaktor en nödavslutning av kedjereaktionen, utförd genom att tappa alla absorberande stavar i härden - ett nödskyddssystem.

Restvärmeutveckling

En viktig fråga direkt relaterad till kärnkraftssäkerhet är restvärme. Detta är en specifik egenskap hos kärnbränsle, som består i det faktum att efter att klyvningskedjereaktionen har avslutats och den vanliga termiska trögheten för alla energikällor, fortsätter utsläppet av värme i reaktorn länge sedan, vilket skapar ett antal tekniskt utmanande problem.

Restvärmefrigöring är en konsekvens av β- och γ-sönderfallet av fissionsprodukter som har ansamlats i bränslet under driften av reaktorn. Som ett resultat av sönderfall övergår kärnorna av fissionsprodukter till ett mer stabilt eller helt stabilt tillstånd med frigörande av betydande energi.

Även om kraften för restvärmefrigöring snabbt minskar till värden som är små i jämförelse med stationära värden, är den signifikant i kraftfulla kraftreaktorer i absoluta termer. Av denna anledning kräver restvärmegenerering länge sedan för att åstadkomma värmeavledning från reaktorhärden efter dess avstängning. Denna uppgift kräver närvaro i utformningen av reaktoranläggningen av kylsystem med en tillförlitlig strömförsörjning, och kräver också en långsiktig (i 3-4 år) lagring av använt kärnbränsle i lagringsanläggningar med en speciell temperaturregim - lagring pooler, som vanligtvis finns i omedelbar närhet av reaktorn.

se även

• Lista över kärnreaktorer designade och byggda i Sovjetunionen

Litteratur

• V.E. Levin Kärnfysik och kärnreaktorer. 4:e uppl. - M .: Atomizdat, 1979.
• Shukolyukov A. Yu. ”Uran. Naturlig kärnreaktor". "Chemistry and Life" nr 6, 1980, sid. 20-24

Anteckningar (redigera)

1. ZEEP - Kanadas första kärnreaktor, Canada Science and Technology Museum.
2. Greshilov A.A., Egupov N.D., Matushchenko A.M. Kärnvapensköld. - M .: Logos, 2008 .-- 438 sid. -

För att förstå principen om drift och strukturen hos en kärnreaktor måste du slutföra liten utflykt In i det förflutna. En kärnreaktor är en hundra år gammal förkroppsligad, om än inte helt, mänsklighetens dröm om en outtömlig energikälla. Dess uråldriga "fader" är en eld gjord av torra grenar, som en gång lyste upp och värmde grottans valv, där våra avlägsna förfäder fann räddning från kylan. Senare behärskade människor kolväten - kol, skiffer, olja och naturgas.

En stormig, men kortlivad era av ånga följde, följt av en ännu mer fantastisk era av elektricitet. Städer fylldes av ljus och verkstäder fylldes av bruset från hittills osynliga maskiner, drivna av elmotorer. Då verkade det som om framstegen hade nått sin kulmen.

Allt förändrades sent XIXårhundradet, när den franske kemisten Antoine Henri Becquerel av misstag upptäckte att uransalter är radioaktiva. Två år senare fick hans landsmän Pierre Curie och hans fru Maria Sklodowska-Curie radium och polonium från dem, och nivån på deras radioaktivitet var miljontals gånger högre än för torium och uran.

Stafettpinnen plockades upp av Ernest Rutherford, som i detalj studerade radioaktiva strålars natur. Så började atomens ålder, som födde sitt älskade barn - atomreaktorn.

Första kärnreaktorn

"Firstborn" kommer från USA. I december 1942 gav reaktorn den första strömmen, som fick namnet på sin skapare - en av största fysikerårhundradet E. Fermi. Tre år senare vaknade kärnkraftsanläggningen ZEEP till liv i Kanada. "Brons" gick till den första sovjetiska F-1-reaktorn, som lanserades i slutet av 1946. IV Kurchatov blev chef för det inhemska kärnkraftsprojektet. Mer än 400 kärnkraftsenheter fungerar framgångsrikt i världen idag.

Typer av kärnreaktorer

Deras huvudsakliga syfte är att stödja en kontrollerad kärnreaktion som producerar elektricitet. Vissa reaktorer producerar isotoper. Kort sagt, de är enheter, i vars djup vissa ämnen omvandlas till andra med frisättningen ett stort antal värmeenergi. Detta är en slags "ugn", där istället för traditionella typer av bränsle "bränns" uranisotoper - U-235, U-238 och plutonium (Pu).

Till skillnad från till exempel en bil designad för flera typer av bensin, motsvarar varje typ av radioaktivt bränsle sin egen typ av reaktor. Det finns två av dem - på långsamma (med U-235) och snabba (med U-238 och Pu) neutroner. De flesta kärnkraftverk har långsamma neutronreaktorer. Förutom kärnkraftverk "fungerar" installationer i forskningscentra, på atomubåtar m.m.

Hur reaktorn fungerar

Alla reaktorer har ungefär samma schema. Dess "hjärta" är en aktiv zon. Det kan ungefär jämföras med eldstaden på en vanlig spis. Endast i stället för ved finns kärnbränsle i form av bränsleelement med en moderator - TVELs. Den aktiva zonen är belägen inuti en slags kapsel - en neutronreflektor. Bränslestavar "tvättas" av en kylvätska - vatten. Eftersom "hjärtat" har en mycket hög nivå av radioaktivitet är det omgivet av ett pålitligt strålskydd.

Operatörer styr driften av anläggningen med hjälp av två kritiska system - kedjereaktionskontroll och ett fjärrkontrollsystem. Om en onormal situation uppstår utlöses nödskyddet omedelbart.

Hur reaktorn fungerar

Den atomära "flamman" är osynlig, eftersom processerna äger rum på nivån av kärnklyvning. Under loppet av en kedjereaktion sönderdelas tunga kärnor till mindre fragment, som, när de exciteras, blir källor för neutroner och andra subatomära partiklar. Men processen slutar inte där. Neutroner fortsätter att "delas upp", vilket resulterar i att mycket energi frigörs, det vill säga vad som händer för vilka kärnkraftverk som byggs.

Personalens huvuduppgift är att hålla kedjereaktionen med hjälp av styrstavar på en konstant, justerbar nivå. Detta är dess huvudsakliga skillnad från atombomben, där processen av kärnkraftsförfall är okontrollerbar och fortskrider snabbt, i form av en kraftig explosion.

Vad hände vid kärnkraftverket i Tjernobyl

En av huvudorsakerna till katastrofen vid kärnkraftverket i Tjernobyl i april 1986 var ett grovt brott mot driftssäkerhetsregler under rutinunderhåll vid den fjärde kraftenheten. Då togs 203 grafitstavar bort från kärnan samtidigt istället för 15 som föreskrifterna tillåter. Som ett resultat slutade den okontrollerade kedjereaktionen som började i en termisk explosion och fullständig förstörelse av kraftenheten.

Ny generation reaktorer

Under det senaste decenniet har Ryssland blivit en av de ledande inom den globala kärnkraftsindustrin. För tillfället bygger det statliga företaget "Rosatom" kärnkraftverk i 12 länder, där 34 kraftenheter byggs. En så hög efterfrågan är bevis på den höga nivån på modern rysk kärnteknik. Näst på tur är reaktorer av den nya 4:e generationen.

"Brest"

En av dem är Brest, som utvecklas som en del av projektet Breakthrough. Nu operativsystemöppen verksamhet drivs med låganrikat uran, varefter en stor mängd använt bränsle återstår att omhänderta, vilket kräver enorma kostnader. "Brest" är en snabb neutronreaktor, en unik sluten cykel.

I den blir det använda bränslet, efter lämplig bearbetning i en snabb neutronreaktor, återigen ett fullvärdigt bränsle, som kan laddas tillbaka i samma installation.

"Brest" kännetecknas av en hög säkerhetsnivå. Den kommer aldrig att "explodera" ens i den allvarligaste olyckan, den är mycket ekonomisk och miljövänlig, eftersom den återanvänder sitt "förnyade" uran. Det kan inte heller användas för att producera plutonium av vapenkvalitet, vilket öppnar för de bredaste utsikterna för dess export.

VVER-1200

VVER-1200 är en innovativ 3+ generationsreaktor med en kapacitet på 1150 MW. Tack vare sin unika tekniska kapacitet har den nästan absolut driftsäkerhet. Reaktorn är rikligt utrustad med passiva säkerhetssystem som fungerar även i frånvaro av strömförsörjning i ett automatiskt läge.

En av dem är ett passivt värmeavledningssystem, som aktiveras automatiskt när reaktorn är helt strömlös. I detta fall tillhandahålls nödhydrauliktankar. Med ett onormalt tryckfall i primärkretsen matas en stor mängd vatten innehållande bor in i reaktorn, vilket släcker kärnreaktionen och absorberar neutroner.

En annan know-how finns i botten av inneslutningen - smältfällan. Om kärnan ändå, som ett resultat av en olycka, "flyter", kommer "fällan" inte att tillåta inneslutningen att kollapsa och förhindra inträngning av radioaktiva produkter i marken.

Kärnkraft är en modern och snabbt utvecklande metod för att generera el. Vet du hur kärnkraftverk är ordnade? Vad är driftprincipen för ett kärnkraftverk? Vilka typer av kärnreaktorer finns det idag? Vi kommer att försöka överväga i detalj driftschemat för ett kärnkraftverk, fördjupa oss i strukturen hos en kärnreaktor och ta reda på hur säker den atomära metoden för att generera el är.

Vilken station som helst stängt område långt från bostadsområdet. Det finns flera byggnader på dess territorium. Den viktigaste strukturen är reaktorbyggnaden, bredvid den finns turbinrummet, från vilket reaktorn styrs, och säkerhetsbyggnaden.

Kretsen är omöjlig utan en kärnreaktor. En atomreaktor (kärnreaktor) är en kärnkraftsreaktor som är utformad för att organisera en kedjereaktion av neutronklyvning med obligatorisk frigöring av energi under denna process. Men vad är driftsprincipen för ett kärnkraftverk?

Hela reaktoranläggningen är placerad i reaktorbyggnaden, ett stort betongtorn som döljer reaktorn och i händelse av en olycka kommer att innehålla alla produkter från en kärnreaktion. Detta stora torn kallas inneslutning, inneslutning eller inneslutning.

Inneslutningsområdet i de nya reaktorerna har 2 tjocka betongväggar - skal.
Det yttre skalet, 80 cm tjockt, skyddar inneslutningsområdet från yttre påverkan.

Det inre skalet, 1 meter 20 cm tjockt, har speciella stålkablar i sin anordning, som ökar betongens hållfasthet nästan tre gånger och förhindrar att strukturen smulas sönder. På insidan är den fodrad med en tunn plåt av specialstål, som är designad för att tjäna ytterligare skydd inneslutning och, vid en olycka, inte släppa ut innehållet i reaktorn utanför inneslutningsområdet.

En sådan anordning av kärnkraftverket kan motstå en flygkrasch som väger upp till 200 ton, en 8-punkts jordbävning, tornado och tsunami.

För första gången byggdes ett förseglat hölje vid det amerikanska kärnkraftverket i Connecticut Yankee 1968.

Den totala höjden på inneslutningsområdet är 50-60 meter.

Vad består en kärnreaktor av?

För att förstå principen för driften av en kärnreaktor, och därmed principen för driften av ett kärnkraftverk, måste du förstå reaktorns komponenter.

• Aktiv zon. Detta är området där kärnbränslet (värmeavgivning) och moderatorn är placerade. Bränsleatomer (oftast är uran bränslet) genomgår en klyvningskedjereaktion. Retardern är designad för att kontrollera fissionsprocessen och låter dig utföra den nödvändiga reaktionen i hastighet och styrka.
• Reflektor av neutroner. Reflektorn omger den aktiva zonen. Den består av samma material som retardern. I själva verket är det en låda, vars huvudsakliga syfte är att förhindra neutroner från att lämna kärnan och komma in i miljön.
• Värmebärare. Kylvätskan måste absorbera värmen som frigjordes vid klyvningen av bränsleatomer och överföra den till andra ämnen. Kylvätskan avgör till stor del hur ett kärnkraftverk är anordnat. Den populäraste värmebäraren idag är vatten.
  Reaktorkontrollsystem. Sensorer och mekanismer som driver en kärnkraftverksreaktor.

Bränsle för kärnkraftverk

Vad fungerar kärnkraftverket på? Bränsle för kärnkraftverk är kemiska grundämnen med radioaktiva egenskaper. Vid alla kärnkraftverk är uran ett sådant grundämne.

Arrangemanget av stationer innebär att kärnkraftverk drivs på komplext kompositbränsle, och inte på rent kemiskt element... Och för att utvinna uranbränsle från naturligt uran, som laddas i en kärnreaktor, måste många manipulationer utföras.

Anrikat uran

Uran består av två isotoper, det vill säga det innehåller kärnor med olika vikter... De namngavs efter antalet protoner och neutroner isotop-235 och isotop-238. Forskare från 1900-talet började utvinna 235:e uran från malmen, eftersom det var lättare att bryta ner och omvandla. Det visade sig att det bara finns 0,7% av sådant uran i naturen (resterande procent gick till den 238:e isotopen).

Vad ska man göra i det här fallet? De bestämde sig för att anrika uran. Urananrikning är en process när många nödvändiga 235x isotoper och få onödiga 238x finns kvar i den. Uranberikarnas uppgift är att göra nästan 100 % av uran-235 från 0,7 %.

Uran kan anrikas med två tekniker - gasdiffusion eller gascentrifug. För deras användning omvandlas uran som utvinns ur malmen till ett gasformigt tillstånd. Den är berikad i form av en gas.

Uranpulver

Den anrikade urangasen omvandlas till fast tillstånd- urandioxid. Sådant rent, fast 235 uran ser ut som stora vita kristaller, som senare krossas till uranpulver.

Uran tabletter

Urantabletter är solida metallbrickor ett par centimeter långa. För att forma sådana tabletter från uranpulver blandas det med ett ämne - en mjukgörare, vilket förbättrar kvaliteten på tablettpressningen.

Pressade brickor bakas vid en temperatur på 1200 grader Celsius i mer än ett dygn för att ge tabletterna speciell styrka och motståndskraft mot höga temperaturer. Hur ett kärnkraftverk fungerar beror direkt på hur väl uranbränslet komprimeras och bakas.

Tabletterna bakas i molybdenlådor, eftersom endast denna metall är kapabel att inte smälta vid "helvetiska" temperaturer över ett och ett halvt tusen grader. Därefter anses uranbränslet till kärnkraftverket vara klart.

Vad är TVEL och TVS?

Reaktorhärden ser ut som en enorm skiva eller rör med hål i väggarna (beroende på typ av reaktor), 5 gånger mer människokropp... Dessa hål innehåller uranbränsle, vars atomer utför den önskade reaktionen.

Det är omöjligt att bara kasta bränsle i reaktorn, ja, om man inte vill få en explosion av hela stationen och en olycka med konsekvenser för ett par närliggande stater. Därför placeras uranbränsle i bränslestavar och samlas sedan upp i bränslepatroner. Vad betyder dessa akronymer?

• TVEL är ett bränsleelement (inte att förväxla med samma namn på det ryska företaget som tillverkar dem). I grund och botten är det ett tunt och långt zirkoniumrör tillverkat av zirkoniumlegeringar i vilket uranpellets placeras. Det är i bränslestavar som uranatomer börjar interagera med varandra och avger värme under reaktionen.

Zirkonium valdes som material för tillverkning av bränslestavar på grund av dess eldfasta och korrosionsskyddande egenskaper.

Typen av bränslestavar beror på reaktorns typ och struktur. Som regel förändras inte strukturen och syftet med bränslestavar, längden och bredden på röret kan vara annorlunda.

Maskinen laddar mer än 200 uranpellets i ett zirkoniumrör. Totalt arbetar cirka 10 miljoner uranpellets samtidigt i reaktorn.
FA - bränslepatroner. NPP-arbetare kallar bränslepatroner för buntar.

I själva verket är det här flera bränslestavar fästa ihop. Bränslepatroner är färdigt kärnbränsle, det som ett kärnkraftverk arbetar med. Det är bränslepatronerna som laddas i en kärnreaktor. En reaktor rymmer cirka 150 - 400 bränsleelement.
Beroende på i vilken reaktor bränslepatronerna kommer att fungera, kommer de i olika former. Ibland viks balkarna i en kubisk, ibland i en cylindrisk, ibland i en hexagonal form.

En bränslepatron för 4 års drift genererar samma energi som vid eldning av 670 kolbilar, 730 tankar med naturgas eller 900 tankar lastade med olja.
Idag tillverkas bränslepatroner främst på fabriker i Ryssland, Frankrike, USA och Japan.

För att leverera bränsle till kärnkraftverk till andra länder tätas bränslepatroner i långa och breda metallrör, luft pumpas ut ur rören och levereras till fraktflygplan med speciella maskiner.

Kärnbränsle till kärnkraftverk väger oöverkomligt mycket, eftersom uran är en av de tyngsta metallerna på planeten. Dess specifika vikt är 2,5 gånger den hos stål.

Kärnkraftverk: hur det fungerar

Vad är driftprincipen för ett kärnkraftverk? Principen för driften av ett kärnkraftverk är baserad på en kedjereaktion av fission av atomer av ett radioaktivt ämne - uran. Denna reaktion äger rum i kärnan av en kärnreaktor.

DET ÄR VIKTIGT ATT VETA:

Om du inte går in på kärnfysikens krångligheter ser principen för driften av ett kärnkraftverk ut så här:
Efter start av en kärnreaktor avlägsnas absorberande stavar från bränslestavarna, som inte tillåter uran att reagera.

När stavarna har tagits bort börjar uran neutronerna att interagera med varandra.

När neutroner kolliderar sker en miniexplosion på atomnivå, energi frigörs och nya neutroner föds, en kedjereaktion börjar inträffa. Denna process genererar värme.

Värme överförs till kylvätskan. Beroende på typ av kylvätska förvandlas det till ånga eller gas som roterar turbinen.

Turbinen driver en elektrisk generator. Det är han som i själva verket genererar en elektrisk ström.

Om man inte följer processen kan uranneutroner kollidera med varandra tills de spränger reaktorn och spränger hela kärnkraftverket i spillror. Datorsensorer styr processen. De upptäcker temperaturstegring eller tryckförändring i reaktorn och kan automatiskt stoppa reaktioner.

Vad är skillnaden mellan principen för drift av ett kärnkraftverk och termiska kraftverk (värmekraftverk)?

Det finns skillnader i arbetet endast i de första stadierna. I ett kärnkraftverk tar kylvätskan emot värme från klyvning av uranbränsleatomer, i ett termiskt kraftverk får kylvätskan värme från förbränning av fossilt bränsle (kol, gas eller olja). Efter att antingen uranatomer eller gas med kol har frigjort värme, är driftschemat för kärnkraftverk och värmekraftverk desamma.

Typer av kärnreaktorer

Hur ett kärnkraftverk fungerar beror på hur dess kärnreaktor fungerar. Idag finns det två huvudtyper av reaktorer, som klassificeras enligt neurons spektrum:
Långsam neutronreaktor, den kallas även termisk.

För dess drift används 235:e uran, som går igenom stadierna av anrikning, skapande av uranpellets, etc. Idag är reaktorer med långsamma neutroner i den överväldigande majoriteten.
Snabb neutronreaktor.

Framtiden tillhör dessa reaktorer, sedan de arbetar på uran-238, som är en krona ett dussin i naturen och detta element behöver inte anrikas. Nackdelen med sådana reaktorer är endast i mycket höga kostnader för design, konstruktion och lansering. Idag fungerar snabba reaktorer endast i Ryssland.

Kylvätskan i snabba reaktorer är kvicksilver, gas, natrium eller bly.

Långsamma neutronreaktorer som används av alla kärnkraftverk i världen är också av flera typer.

IAEA-organisationen (den internationella atomenergiorganet) har skapat en egen klassificering som används oftast inom världens atomenergi. Eftersom principen för driften av ett kärnkraftverk till stor del beror på valet av kylvätska och moderator, baserade IAEA sin klassificering på dessa skillnader.

Ur kemisk synvinkel är deuteriumoxid en idealisk moderator och kylvätska, eftersom dess atomer interagerar mest effektivt med uran neutroner i jämförelse med andra ämnen. Enkelt uttryckt, tungt vatten utför sin uppgift med minimala förluster och maximalt resultat. Men dess produktion kostar pengar, medan det vanliga "lätta" och för oss bekanta vattnet är mycket lättare att använda.

Lite fakta om kärnreaktorer ...

Det är intressant att en NPP-reaktor har byggts i minst 3 år!
För att bygga en reaktor behövs utrustning som fungerar på en elektrisk ström på 210 kilo ampere, vilket är en miljon gånger högre än den ström som kan döda en person.

Ett skal (strukturelement) i en kärnreaktor väger 150 ton. I en reaktor finns 6 sådana element.

Tryckvattenreaktor

Vi har redan listat ut hur ett kärnkraftverk fungerar som helhet, för att lägga allt på hyllorna, låt oss se hur den mest populära tryckvattenreaktorn fungerar.
Över hela världen används idag tryckvattenreaktorer av generation 3+. De anses vara de mest pålitliga och säkraste.

Alla tryckvattenreaktorer i världen under alla år av deras drift totalt har redan lyckats få mer än 1000 år av problemfri drift och har aldrig gett allvarliga avvikelser.

Strukturen hos ett kärnkraftverk baserat på tryckvattenreaktorer innebär att destillerat vatten, uppvärmt till 320 grader, cirkulerar mellan bränslestavarna. För att förhindra att det går in i ett ångformigt tillstånd hålls det under ett tryck på 160 atmosfärer. NPP-schemat kallar det primära kretsvatten.

Det uppvärmda vattnet kommer in i ånggeneratorn och avger sin värme till vattnet i sekundärkretsen, varefter det "återgår" till reaktorn igen. Utåt ser det ut som att rören i det primära kretsvattnet är i kontakt med andra rör - vattnet i den sekundära kretsen, de överför värme till varandra, men vattnet är inte i kontakt. Rören är i kontakt.

Således är möjligheten att strålning kommer in i vattnet i den sekundära kretsen, som ytterligare kommer att delta i processen att generera elektricitet, utesluten.

NPP Driftsäkerhet

Efter att ha lärt oss principen för driften av ett kärnkraftverk måste vi förstå hur säkerheten är ordnad. Anordningen i ett kärnkraftverk kräver idag ökad uppmärksamhet på säkerhetsreglerna.
Kostnaden för kärnkraftverkssäkerhet är cirka 40 % av den totala kostnaden för själva anläggningen.

Fyra fysiska barriärer läggs i kärnkraftverket, som förhindrar utsläpp av radioaktiva ämnen. Vad ska dessa barriärer göra? Vid rätt tidpunkt, för att kunna stoppa kärnreaktionen, för att säkerställa konstant värmeavlägsning från härden och själva reaktorn, för att förhindra frigöring av radionukleider utanför inneslutningen (tryckzon).

• Den första barriären är styrkan hos uranpellets. Det är viktigt att de inte förstörs av höga temperaturer i en kärnreaktor. Mycket av hur det fungerar kärnkraftverk, beror på hur urantabletterna "bakades" i det inledande skedet av produktionen. Om uranbränslekutsarna inte bakas korrekt, kommer reaktionerna av uranatomer i reaktorn att vara oförutsägbara.
• Den andra barriären är tätheten hos bränslestavarna. Zirkoniumrör måste vara tätt förslutna, om tätheten bryts, kommer i bästa fall reaktorn att skadas och arbetet stoppas, i värsta fall - allt kommer att blåsa upp.
• Den tredje barriären är ett starkt stålreaktorkärl a, (samma stort torn- hermetisk zon) som "håller" i sig alla radioaktiva processer. Skrovet kommer att skadas - strålning kommer att släppas ut i atmosfären.
• Den fjärde barriären är nödskyddsstavarna. Ovanför kärnan är stavar med moderatorer upphängda på magneter, som kan absorbera alla neutroner på 2 sekunder och stoppa kedjereaktionen.

Om det trots utformningen av ett kärnkraftverk med flera skyddsgrader inte är möjligt att kyla reaktorhärden vid rätt tidpunkt, och bränsletemperaturen stiger till 2600 grader, kommer det sista hoppet om säkerhetssystemet in i bilden - den så kallade smältfällan.

Faktum är att vid en sådan temperatur kommer botten av reaktorkärlet att smälta, och alla rester av kärnbränsle och smälta strukturer kommer att rinna av i ett speciellt "glas" suspenderat ovanför reaktorkärnan.

Smältfällan är kyld och eldfast. Den är fylld med det så kallade "offermaterialet", som gradvis stoppar kedjereaktionen av fission.

NPP-systemet innebär således flera skyddsgrader, som praktiskt taget helt utesluter varje möjlighet till en olycka.

skicka

Vad är en kärnreaktor?

En kärnreaktor, tidigare känd som en "kärnpanna", är en anordning som används för att initiera och kontrollera en ihållande kärnkedjereaktion. Kärnreaktorer används i kärnkraftverk för att generera elektricitet och för fartygsmotorer. Värmen från kärnklyvning överförs till en arbetsvätska (vatten eller gas) som passerar genom ångturbiner. Vatten eller gas driver ett fartygs blad eller roterar elektriska generatorer. Ångan som alstras av en kärnreaktion kan i princip användas för termisk industri eller för fjärrvärme. Vissa reaktorer används för tillverkning av isotoper för medicinska och industriella ändamål, eller för produktion av vapenplutonium. Vissa av dem är endast för forskningsändamål. Idag finns det cirka 450 kärnkraftsreaktorer som används för att generera el i cirka 30 länder runt om i världen.

Principen för driften av en kärnreaktor

Precis som konventionella kraftverk genererar elektricitet genom att använda termisk energi som frigörs från förbränning av fossila bränslen, omvandlar kärnreaktorer den energi som frigörs genom kontrollerad fission till termisk energi för vidare omvandling till mekaniska eller elektriska former.

Klyvningsprocessen av en atomkärna

När ett betydande antal sönderfallande atomkärnor (som uran-235 eller plutonium-239) absorberar en neutron kan kärnsönderfall inträffa. En tung kärna delas i två eller flera lätta kärnor (klyvningsprodukter), som frigör kinetisk energi, gammastrålning och fria neutroner. Vissa av dessa neutroner kan sedan absorberas av andra klyvningsatomer och orsaka ytterligare klyvning, vilket frigör fler neutroner, och så vidare. Denna process är känd som en kärnkedjereaktion.

För att kontrollera en sådan kärnkedjereaktion kan neutronabsorbatorer och moderatorer ändra andelen neutroner som går i klyvning av fler kärnor. Kärnreaktorer styrs manuellt eller automatiskt för att kunna stoppa sönderfallsreaktionen när farliga situationer upptäcks.

Vanligt använda neutronflödesregulatorer är vanligt ("lätt") vatten (74,8 % av reaktorerna i världen), fast grafit (20 % av reaktorerna) och "tungt" vatten (5 % av reaktorerna). I vissa experimentella typer av reaktorer föreslås användning av beryllium och kolväten.

Värmeavgivning i en kärnreaktor

Reaktorns arbetsområde genererar värme på flera sätt:

• Den kinetiska energin hos fissionsprodukter omvandlas till termisk energi när kärnor kolliderar med angränsande atomer.
• Reaktorn absorberar en del av gammastrålningen som genereras under fission och omvandlar dess energi till värme.
• Värme alstras av radioaktivt sönderfall av fissionsprodukter och de material som har exponerats under absorptionen av neutroner. Denna värmekälla kommer att förbli oförändrad under en tid, även efter att reaktorn stängts av.

Under kärnreaktioner frigör ett kilogram uran-235 (U-235) ungefär tre miljoner gånger mer energi än ett konventionellt kilo kol som förbränns (7,2 × 1013 joule per kilogram uran-235 mot 2,4 × 107 joule per kilogram kol),

Kärnreaktorns kylsystem

Kylvätskan i en kärnreaktor - vanligtvis vatten, men ibland gas, flytande metall (som flytande natrium) eller smält salt - cirkulerar runt reaktorhärden för att absorbera den alstrade värmen. Värme avlägsnas från reaktorn och används sedan för att generera ånga. De flesta reaktorer använder ett kylsystem som är fysiskt isolerat från vattnet som kokar och genererar ånga som används för turbiner som en tryckvattenreaktor. Men i vissa reaktorer kokar ångturbinvatten direkt i reaktorhärden; till exempel i en tryckvattenreaktor.

Övervakning av neutronflödet i reaktorn

Reaktorns effekt styrs genom att styra antalet neutroner som kan orsaka mer klyvning.

Kontrollstavar som är gjorda av "neutrongift" används för att absorbera neutroner. Ju fler neutroner som absorberas av kontrollstaven, desto färre neutroner kan orsaka ytterligare fission. Följaktligen, nedsänkning av absorptionsstavarna djupt in i reaktorn minskar dess uteffekt och omvänt kommer att ta bort styrstaven att öka den.

På den första nivån av kontroll i alla kärnreaktorer är processen med fördröjd neutronemission av ett antal neutronberikade fissionsisotoper viktig fysisk process... Dessa fördröjda neutroner utgör cirka 0,65 % av det totala antalet neutroner som produceras under fission, och resten (de så kallade "snabba neutronerna") bildas omedelbart under fission. Klyvningsprodukterna som bildar fördröjda neutroner har halveringstider som sträcker sig från millisekunder till flera minuter, och därför tar det en betydande tid att exakt bestämma när en reaktor har nått en kritisk punkt. Att bibehålla reaktorn i kedjereaktivitetsläge, där fördröjda neutroner krävs för att nå kritisk massa, uppnås genom mekaniska anordningar eller mänsklig kontroll för att kontrollera kedjereaktionen i "realtid"; annars skulle tiden mellan att nå kritik och smältning av kärnan i en kärnreaktor som ett resultat av en exponentiell ökning av en normal kärnkedjereaktion vara för kort för att ingripa. Detta sista steg, där fördröjda neutroner inte längre krävs för att upprätthålla kritikalitet, kallas promptkriticitet. Det finns en skala för att beskriva kritikalitet i numerisk form, där kärnkriticiteten indikeras av termen "noll dollar", den snabba vändpunkten som "en dollar", andra punkter i processen interpoleras i "cent".

I vissa reaktorer fungerar kylvätskan också som en neutronmoderator. Moderatorn ökar kraften i reaktorn genom att få de snabba neutroner som frigörs under fission att förlora energi och bli termiska neutroner. Termiska neutroner är mer benägna än snabba neutroner att orsaka fission. Om kylvätskan också är en neutronmoderator kan temperaturförändringar påverka kylvätskans/moderatorns densitet och därmed förändringen i reaktoreffekten. Ju högre kylvätsketemperaturen är, desto mindre tät blir den, och därför desto mindre effektiv moderator.

I andra typer av reaktorer fungerar kylvätskan som ett "neutrongift" genom att absorbera neutroner på samma sätt som styrstavar. I dessa reaktorer kan effektuttaget ökas genom att värma upp kylvätskan, vilket gör den mindre tät. Kärnreaktorer har i allmänhet automatiska och manuella system för att stänga av reaktorn för nödstopp. Dessa system stoppar in stora mängder "neutrongift" (ofta bor i form av borsyra) i reaktorn för att stoppa klyvningsprocessen om farliga förhållanden upptäcks eller misstänks.

De flesta typer av reaktorer är känsliga för en process som kallas "xenongrop" eller "jodgrop". Den utbredda fissionsprodukten, xenon-135, spelar rollen som en neutronabsorbator som försöker stänga av reaktorn. Ansamlingen av xenon-135 kan kontrolleras genom att hålla en effektnivå som är tillräckligt hög för att förstöra den genom att absorbera neutroner så snabbt som den produceras. Klyvningen resulterar också i bildandet av jod-135, som i sin tur sönderfaller (med en halveringstid på 6,57 timmar) för att bilda xenon-135. När reaktorn stängs av fortsätter jod-135 att sönderfalla för att bilda xenon-135, vilket gör det svårare att starta om reaktorn inom en dag eller två, eftersom xenon-135 sönderfaller och bildar cesium-135, som inte är en neutronabsorbator som liknar xenon 135, med en halveringstid på 9,2 timmar. Detta tillfälliga tillstånd är "jodgropen". Om reaktorn har tillräcklig extra effekt kan den startas om. Ju mer xenon-135 omvandlas till xenon-136, som är mindre av en neutronabsorbator, och inom några timmar upplever reaktorn det så kallade "xenonutbränningsstadiet". Dessutom bör kontrollstavar sättas in i reaktorn för att kompensera för absorptionen av neutroner för att ersätta det förlorade xenon-135. Att inte följa denna procedur var den viktigaste orsaken till olyckan vid kärnkraftverket i Tjernobyl.

Reaktorer som används i kärnkraftsanläggningar ombord (särskilt kärnubåtar) kan ofta inte startas i kontinuerlig kraftproduktion på samma sätt som landbaserade kraftreaktorer. Dessutom måste sådana kraftverk ha en lång driftstid utan att byta bränsle. Av denna anledning använder många konstruktioner anrikat uran men innehåller en brännbar neutronabsorbator i bränslestavarna. Detta gör det möjligt att konstruera en reaktor med ett överskott av klyvbart material, vilket är relativt säkert i början av utbränningen av reaktorns bränslecykel på grund av närvaron av neutronabsorberande material, som därefter ersätts av konventionella neutronabsorbatorer med lång livslängd. (mer hållbar än xenon-135), som gradvis ackumuleras under reaktorns livslängd.

Hur produceras el?

Den energi som genereras under fissionsprocessen genererar värme, varav en del kan omvandlas till användbar energi. En vanlig metod för att använda denna värmeenergi är att använda den för att koka vatten och generera ånga under tryck, som i sin tur roterar drivenheten. ångturbin, som roterar generatorn och genererar elektricitet.

Historien om utseendet på de första reaktorerna

Neutroner upptäcktes 1932. Schemat med en kedjereaktion framkallad av kärnreaktioner som ett resultat av exponering för neutroner utfördes först av den ungerske vetenskapsmannen Leo Sillard, 1933. Han ansökte om patent på idén om sin enkla reaktor under nästa år vid amiralitetet i London. Szilards idé inkluderade dock inte teorin om kärnklyvning som en källa till neutroner, eftersom denna process ännu inte hade upptäckts. Szilards idéer om kärnreaktorer som använder en neutronmedierad kärnkedjereaktion i lätta element visade sig vara ogenomförbara.

Drivkraften för att skapa en ny typ av reaktor med uran var upptäckten av Lise Meitner, Fritz Strassmann och Otto Hahn 1938, som "bombarderade" uran med neutroner (med hjälp av alfasönderfallsreaktionen av beryllium, en "neutronpistol") för att bilda barium, som, som de trodde att det härstammade från sönderfallet av urankärnor. Efterföljande studier i början av 1939 (Szilard och Fermi) visade att vissa neutroner också producerades under atomens sönderfall och detta möjliggjorde den kärnkedjereaktion som Szilard hade förutsett för sex år sedan.

Den 2 augusti 1939 undertecknade Albert Einstein ett brev skrivet av Szilard till president Franklin D. Roosevelt, där det stod att upptäckten av uranklyvning kunde leda till skapandet av "extremt kraftfulla bomber en ny typ. "Detta gav impulser till studiet av reaktorer och radioaktivt sönderfall. Szilard och Einstein kände varandra väl och arbetade tillsammans i många år, men Einstein tänkte aldrig på en sådan möjlighet för kärnkraft, förrän Szilard informerade honom, i början på hans strävan att skriva ett Einstein-Szilard-brev för att varna den amerikanska regeringen,

Kort därefter, 1939, invaderade Nazityskland Polen och startade andra världskriget i Europa. Officiellt var USA ännu inte i krig, men i oktober, när Einstein-Szilard-brevet levererades, noterade Roosevelt att syftet med studien är att se till att "nazisterna inte kommer att spränga oss i luften". USA:s kärnkraftsprojekt började, om än med viss fördröjning, eftersom skepsis kvarstod (särskilt från Fermi) och även på grund av det lilla antalet regeringstjänstemän som till en början övervakade projektet.

Året efter fick den amerikanska regeringen Frisch-Peierls-memorandumet från Storbritannien, där det stod att mängden uran som krävs för att genomföra en kedjereaktion var betydligt mindre än man tidigare trott. Memorandumet skapades med deltagande av Maud Commity, som arbetade med atombombprojektet i Storbritannien, som senare fick kodnamnet "Tube Alloys" och senare inkorporerades i Manhattan Project.

I slutändan byggdes den första konstgjorda kärnreaktorn, kallad Chicago Woodpile 1, vid University of Chicago av ett team ledd av Enrico Fermi i slutet av 1942. Vid denna tidpunkt hade USA:s atomprogram redan påskyndats genom landets inträde in i kriget. Chicago Woodpile nådde sin bristningspunkt den 2 december 1942, klockan 15:25. Reaktorns ram var av trä och höll ihop en stapel grafitblock (därav namnet) med inkapslade "briketter" eller "pseudosfärer" av naturlig uranoxid.

Med början 1943, strax efter skapandet av Chicago Woodpile, utvecklade den amerikanska militären en serie kärnreaktorer för Manhattanprojektet. Huvudmålet med att skapa de största reaktorerna (som ligger vid Hanford-komplexet i delstaten Washington) var massproduktion av plutonium för kärnvapen. Fermi och Szilard lämnade in en patentansökan för reaktorerna den 19 december 1944. Dess utfärdande försenades i 10 år på grund av hemlighet under krigstid.

"Den första i världen" - Denna inskription gjordes på platsen för EBR-I-reaktorn, som nu är ett museum nära staden Arco, Idaho. Denna reaktor, som ursprungligen hette "Chicago Woodpile 4", byggdes under ledning av Walter Zinn för Aregonne National Laboratory. Denna experimentella snabbuppfödningsreaktor var i United States Atomic Energy Commissions ägo. Reaktorn producerade 0,8 kW effekt när den testades den 20 december 1951 och 100 kW effekt (elektrisk) nästa dag, med en designkapacitet på 200 kW (elektrisk).

Förutom den militära användningen av kärnreaktorer har det funnits politiska skäl att fortsätta forskningen om atomenergi för fredliga ändamål. USA:s president Dwight D. Eisenhower höll sitt berömda Atoms for Peace-tal till FN:s generalförsamling den 8 december 1953. Detta diplomatiska drag ledde till spridningen av reaktorteknologi både i USA och runt om i världen.

Det första kärnkraftverket som byggdes för civila ändamål var kärnkraftverket "AM-1" i Obninsk, som sjösattes den 27 juni 1954 i Sovjetunionen. Den producerade cirka 5 MW el.

Efter andra världskriget letade den amerikanska militären efter andra användningsområden för kärnreaktorteknik. Forskning utförd inom armén och flygvapnet genomfördes inte; Ändå lyckades USA:s flotta med att sjösätta atomubåten USS Nautilus (SSN-571) den 17 januari 1955.

Det första kommersiella kärnkraftverket (Calder Hall i Sellafield, England) öppnade 1956 med en initial kapacitet på 50 MW (senare 200 MW).

Den första bärbara kärnreaktorn "Alco PM-2A" har använts för att generera elektricitet (2 MW) till den amerikanska militärbasen "Camp Century" sedan 1960.

Huvudkomponenter i ett kärnkraftverk

Huvudkomponenterna i de flesta typer av kärnkraftverk är:

Element i en kärnreaktor

• Kärnbränsle (kärnreaktorhärd; neutronmoderator)
• Den ursprungliga källan till neutroner
• Neutronabsorbent
• Neutronpistol (ger en konstant källa av neutroner för att återuppta reaktionen efter avstängning)
• Kylsystem (ofta är en neutronmoderator och en kylare samma, vanligtvis renat vatten)
• Styrstavar
• Kärnreaktorfartyg (NRC)

Vattenförsörjningspump för panna

• Ånggeneratorer (ej i kokvattenreaktorer)
• Ångturbin
• Elgenerator
• Kondensator
• Kyltorn (krävs inte alltid)
• System för behandling av radioaktivt avfall (en del av stationen för omhändertagande av radioaktivt avfall)
• Plats för överföring av kärnbränsle
• Använt bränsle pool

Strålsäkerhetssystem

• Rektorskyddssystem (SZR)
• Akut dieselgeneratorer
• Emergency reactor core kylningssystem (ECCS)
• Nödvätskekontrollsystem (nödborinjektion, endast i kokvattenreaktorer)
• Servicevattenförsörjningssystem för ansvarsfulla konsumenter (SOTVOP)

Skyddande skal

• Fjärrkontroll
• Installation för arbete i nödsituationer
• Nukleär träningskomplex (som regel finns det en imitation av kontrollpanelen)

Klassificeringar av kärnreaktorer

Typer av kärnreaktorer

Kärnreaktorer klassificeras på flera sätt; sammanfattning dessa klassificeringsmetoder presenteras nedan.

Moderatorklassificering av kärnreaktorer

Använda termiska reaktorer:

• Grafitreaktorer
  
• Tryckvattenreaktorer
• Tungvattenreaktorer(används i Kanada, Indien, Argentina, Kina, Pakistan, Rumänien och Sydkorea).
• Lättvattenreaktorer(LWR). Lättvattenreaktorer (den vanligaste typen av termisk reaktor) använder vanligt vatten för att styra och kyla reaktorerna. Om vattnets temperatur stiger, minskar dess densitet, vilket saktar ner neutronflödet tillräckligt för att orsaka ytterligare kedjereaktioner. Detta är negativt Respons stabiliserar kärnreaktionshastigheten. Grafit- och tungvattenreaktorer tenderar att värmas upp mer intensivt än lättvattenreaktorer. På grund av den extra uppvärmningen kan sådana reaktorer använda naturligt uran / råbränsle.
• Lättelementmodererade reaktorer.
• Smält saltmodererade reaktorer(MSR) styrs av närvaron av lätta element som litium eller beryllium, som finns i kylvätske-/bränslematrissalterna LiF och BEF2.
• Flytande metall kylda reaktorer, där kylvätskan är en blandning av bly och vismut, kan använda BeO-oxid i en neutronabsorbator.
• Organiska modererade reaktorer(OMR) använder difenyl och terfenyl som moderator och kylkomponenter.

Klassificering av kärnreaktorer efter typ av kylmedel

• Vattenkyld reaktor... Det finns 104 reaktorer i drift i USA. 69 av dessa är vattenmodererade vattenreaktorer (PWR) och 35 är kokvattenreaktorer (BWR). Tryckvattenkärnreaktorer (PWR) utgör den överväldigande majoriteten av alla västerländska kärnkraftverk. Det huvudsakliga kännetecknet för RVD-typen är närvaron av en fläkt, ett speciellt högtryckskärl. De flesta kommersiella högtrycks- och marinreaktorer använder överladdare. Vid normal drift är fläkten delvis fylld med vatten och en ångbubbla upprätthålls ovanför den, som skapas genom att vattnet värms upp med elpatron. I normalläget är överladdaren ansluten till högtrycksreaktorkärlet (HPR) och tryckkompensatorn säkerställer närvaron av ett hålrum i händelse av en förändring av vattenvolymen i reaktorn. Detta schema ger också kontroll av trycket i reaktorn genom att öka eller minska ångtrycket i kompensatorn med hjälp av värmare.

• Tungvatten högtrycksreaktorer De tillhör en mängd olika tryckvattenreaktorer (RWR), som kombinerar principerna för att använda tryck, en isolerad termisk cykel, förutsatt användning av tungt vatten som kylmedel och moderator, vilket är ekonomiskt fördelaktigt.
• Kokvattenreaktor(BWR). Kokvattenreaktormodeller kännetecknas av närvaron av kokande vatten runt bränslestavarna i botten av huvudreaktorkärlet. Kokvattenreaktorn använder anrikat 235U som bränsle i form av urandioxid. Bränslet samlas till stavar inrymt i ett stålkärl, som i sin tur är nedsänkt i vatten. Kärnklyvningsprocessen gör att vatten kokar och ånga bildas. Denna ånga passerar genom rörledningar i turbiner. Turbinerna drivs av ånga, och denna process genererar elektricitet. Under normal drift styrs trycket av mängden vattenånga som strömmar från reaktorns tryckkärl till turbinen.
• Reaktor av pooltyp
• Flytande metall kyld reaktor... Eftersom vatten är en neutronmoderator kan det inte användas som kylmedel i en snabb neutronreaktor. Flytande metallkylmedel inkluderar natrium, NaK, bly, bly-vismut eutektikum och, för tidiga reaktorer, kvicksilver.
• Natriumkyld snabbreaktor.
• Blykyld snabb neutronreaktor.
• Gaskylda reaktorer kyls av cirkulerande inert gas, skapad av helium i högtemperaturstrukturer. Vart i, koldioxid användes tidigare vid brittiska och franska kärnkraftverk. Kväve användes också. Användningen av värme beror på typen av reaktor. Vissa reaktorer är så varma att gasen direkt kan driva en gasturbin. Äldre reaktorkonstruktioner involverade vanligtvis att passera gas genom en värmeväxlare för att generera ånga till en ångturbin.
• Smält saltreaktorer(MSR) kyls av cirkulerande smält salt (vanligtvis eutektiska blandningar av fluoridsalter såsom FLiBe). I en typisk MSR används värmeöverföringsvätskan också som den matris i vilken det klyvbara materialet är löst.

Generationer av kärnreaktorer

• Första generationens reaktor(tidiga prototyper, forskningsreaktorer, icke-kommersiella kraftreaktorer)
• Andra generationens reaktor(de flesta moderna kärnkraftverk 1965-1996)
• Tredje generationens reaktor(evolutionära förbättringar av befintliga konstruktioner 1996 - idag)
• Fjärde generationens reaktor(teknik är fortfarande under utveckling, okänt datum för driftstart, möjligen 2030)

2003 introducerade den franska atomenergikommissionen (CEA) beteckningen "Gen II" för första gången under Nukleonikveckan.

Det första omnämnandet av "Gen III" gjordes 2000 i samband med starten av Generation IV International Forum (GIF).

"Gen IV" namngavs 2000 av United States Department of Energy (DOE) för utvecklingen av nya typer av kraftverk.

Klassificering av kärnreaktorer efter bränsletyp

• Fastbränslereaktor
• Reaktor med flytande bränsle
• Vattenkyld homogen reaktor
• Smält saltreaktor
• Gaseldade reaktorer (teoretiskt)

Klassificering av kärnreaktorer efter syfte

• Elproduktion
• Kärnkraftverk, inklusive små klusterreaktorer
• Självgående enheter (se kärnkraftverk)
• Kärnkraftsinstallationer till havs
• Olika typer av raketmotorer erbjuds
• Annan användning av värme
• Avsaltning
• Värmegenerering för hushålls- och industrivärme
• Vätgasproduktion för användning i väteenergi
• Produktionsreaktorer för omvandling av grundämnen
• Uppfödningsreaktorer som kan producera mer klyvbart material än de förbrukar i en kedjereaktion (genom att omvandla moderisotoperna U-238 till Pu-239 eller Th-232 till U-233). Efter att ha avslutat en cykel kan uranförädlarreaktorn tankas med naturligt eller till och med utarmat uran. I sin tur kan toriumförädlarreaktorn tankas med torium. En initial tillförsel av klyvbart material krävs dock.
• Skapande av olika radioaktiva isotoper, såsom americium för användning i rökdetektorer och kobolt-60, molybden-99 och andra, som används som indikatorer och för behandling.
• Tillverkning av material för kärnvapen såsom plutonium av vapenkvalitet
• Skapande av en källa för neutronstrålning (till exempel en pulsad reaktor "Lady Godiva") och positronstrålning (till exempel neutronaktiveringsanalys och datering med kalium-argonmetoden)
• Forskningsreaktor: Vanligtvis används reaktorer för vetenskaplig forskning och utbildning, materialtestning eller produktion av radioisotoper för medicin och industri. De är mycket mindre än kraftreaktorer eller fartygsreaktorer. Många av dessa reaktorer finns på campus. Det finns cirka 280 av dessa reaktorer i drift i 56 länder. Vissa arbetar med höganrikat uranbränsle. Internationella ansträngningar pågår för att ersätta låganrikningsbränslen.

Moderna kärnreaktorer

Tryckvattenreaktorer (PWR)

Dessa reaktorer använder ett tryckkärl för att innehålla kärnbränsle, styrstavar, moderator och kylvätska. Kylning av reaktorer och moderering av neutroner sker med flytande vatten under högt tryck. Det varma radioaktiva vattnet som lämnar tryckkärlet passerar genom ånggeneratorkretsen, som i sin tur värmer upp den sekundära (icke-radioaktiva) kretsen. Dessa reaktorer utgör majoriteten av moderna reaktorer. Det är en anordning för uppvärmningsstrukturen i en neutronreaktor, varav de senaste är VVER-1200, Advanced Pressurized Water Reactor och European Pressurized Water Reactor. Den amerikanska flottans reaktorer är av denna typ.

Kokvattenreaktorer (BWR)

Kokvattenreaktorer är som tryckvattenreaktorer utan ånggenerator. Kokvattenreaktorer använder också vatten som kylmedel och neutronmoderator som tryckvattenreaktorer, men vid ett lägre tryck, vilket tillåter vatten att koka inuti en panna, vilket skapar ånga som driver turbiner. Till skillnad från en tryckvattenreaktor finns det ingen primär eller sekundär krets. Uppvärmningskapaciteten hos dessa reaktorer kan vara högre och de kan vara enklare i konstruktivt, och ännu mer stabil och säker. Det är en termisk reaktoranordning, varav de senaste är den avancerade kokvattenreaktorn och den ekonomiska förenklade kokvattenreaktorn.

Trycksatt tungvattenmodererad reaktor (PHWR)

En kanadensisk utveckling (känd som CANDU), dessa är tungvattenmodererade, trycksatta kylvätskereaktorer. Istället för att använda ett enda tryckkärl, som i tryckvattenreaktorer, lagras bränslet i hundratals högtryckspassager. Dessa reaktorer drivs på naturligt uran och är termiska neutronreaktorer. Tungvattenreaktorer kan tankas medan de arbetar med full effekt, vilket gör dem mycket effektiva när de använder uran (detta möjliggör exakt kontroll av härdflödet). CANDU-reaktorer för tungt vatten har byggts i Kanada, Argentina, Kina, Indien, Pakistan, Rumänien och Sydkorea. Indien driver också ett antal tungvattenreaktorer, ofta kallade "CANDU-derivat", byggda efter att den kanadensiska regeringen avslutade sitt förhållande i kärnkraftsfält med Indien efter kärnvapenprovet med Smiling Buddha 1974.

Högeffektkanalreaktor (RBMK)

Sovjetisk utveckling, designad för produktion av plutonium, såväl som elektricitet. RBMK använder vatten som kylmedel och grafit som neutronmoderator. RBMK:er liknar i vissa avseenden CANDU:er genom att de är uppladdningsbara under drift och använder tryckrör istället för ett tryckkärl (som i tryckvattenreaktorer). Men till skillnad från CANDU är de väldigt instabila och skrymmande, vilket gör reaktorlocket dyrt. Ett antal kritiska säkerhetsbrister har också identifierats i RBMK-konstruktioner, även om några av dessa brister har korrigerats efter Tjernobyl-katastrofen. Deras huvudsakliga kännetecken är användningen av lätt vatten och oberikat uran. Från och med 2010 är 11 reaktorer öppna, främst på grund av förbättrad säkerhet och stöd från internationella organisationer om säkerhet som det amerikanska energidepartementet. Trots dessa förbättringar anses RBMK-reaktorer fortfarande vara några av de farligaste reaktorkonstruktionerna att använda. RBMK-reaktorer användes endast i fd Sovjetunionen.

Gaskyld reaktor (GCR) och avancerad gaskyld reaktor (AGR)

De använder vanligtvis en grafitneutronmoderator och CO2-kylvätska. På grund av deras höga driftstemperaturer kan de vara mer effektiva för att generera värme än tryckvattenreaktorer. Det finns ett antal reaktorer av denna design i drift, främst i Storbritannien, där konceptet utvecklades. Gamla utvecklingar (dvs Magnox-stationer) är antingen stängda eller kommer att stängas inom en snar framtid. De förbättrade gaskylda reaktorerna har dock en beräknad livslängd på ytterligare 10 till 20 år. Reaktorer av denna typ är termiska reaktorer. Kostnaden för att avveckla sådana reaktorer kan vara hög på grund av den stora härdvolymen.

Fast Breeder Reactor (LMFBR)

Konstruktionen av denna reaktor är flytande metallkyld, utan moderator och producerar mer bränsle än den förbrukar. De sägs "multiplicera" bränslet eftersom de producerar klyvbart bränsle genom att fånga neutroner. Sådana reaktorer kan fungera på samma sätt som tryckvattenreaktorer vad gäller effektivitet, de behöver kompenseras för högt blodtryck eftersom den flytande metallen används, vilket inte skapar ett övertryck även vid mycket höga temperaturer. BN-350 och BN-600 i Sovjetunionen och Superphenix i Frankrike var av denna typ, liksom Fermi I i USA. Monju-reaktorn i Japan, skadad av en natriumläcka 1995, återupptogs i maj 2010. Alla dessa reaktorer använder/har använt flytande natrium. Dessa reaktorer är snabba reaktorer och tillhör inte termiska reaktorer. Dessa reaktorer är av två typer:

Bly kylt

Användningen av bly som flytande metall ger ett utmärkt skydd mot radioaktiv strålning och tillåter drift vid mycket höga temperaturer. Dessutom är bly (för det mesta) transparent för neutroner, så mindre neutroner går förlorade i kylvätskan och kylvätskan blir inte radioaktiv. Till skillnad från natrium är bly i allmänhet inert, så det finns mindre risk för explosion eller olycka, men så stora mängder bly kan orsaka toxicitet och avfallsproblem. Eutektiska blandningar av bly-vismut kan ofta användas i reaktorer av denna typ. I det här fallet kommer vismut att uppvisa liten störning för strålning, eftersom den inte är helt transparent för neutroner och lättare kan omvandlas till en annan isotop än bly. Den ryska alfaklassens ubåt använder en bly-vismutkyld snabbuppfödningsreaktor som sitt primära kraftgenereringssystem.

Natriumkyld

De flesta flytande metallförädlarreaktorer (LMFBR) är av denna typ. Natrium är relativt lätt att få tag på och lätt att arbeta med, och det hjälper också till att förhindra korrosion av de olika delarna av reaktorn som är nedsänkt i den. Natrium reagerar dock häftigt vid kontakt med vatten, så försiktighet måste iakttas, även om sådana explosioner inte kommer att vara mycket kraftigare än till exempel överhettad vätska som läcker från SCWR eller RWD. EBR-I är den första reaktorn i sitt slag där kärnan består av en smälta.

Ball Reactor (PBR)

De använder bränsle som pressas till keramiska kulor, där gasen cirkuleras genom kulorna. Resultatet är effektiva, opretentiösa, mycket säkra reaktorer med billigt, enhetligt bränsle. Prototypen var AVR-reaktorn.

Smält saltreaktorer

I dem är bränslet löst i fluorsalter, eller så används fluorider som värmebärare. Deras olika säkerhetssystem, höga effektivitet och höga energitäthet är lämpliga för fordon. Det är anmärkningsvärt att de inte har några delar som utsätts för höga tryck eller brännbara komponenter i kärnan. Prototypen var MSRE-reaktorn, som också använde en toriumbränslecykel. Som en förädlingsreaktor upparbetar den använt bränsle och utvinner både uran och transuranelement, vilket bara lämnar 0,1 % av transuranavfallet jämfört med konventionella lättvattenreaktorer med lätt uran som för närvarande är i drift. En separat fråga är radioaktiva klyvningsprodukter, som inte genomgår upparbetning och måste omhändertas i konventionella reaktorer.

Vattenhomogen reaktor (AHR)

Dessa reaktorer använder bränsle i form av lösliga salter som löses i vatten och blandas med kylvätska och neutronmoderator.

Innovativa kärntekniska system och projekt

Avancerade reaktorer

Mer än ett dussin avancerade reaktorkonstruktioner befinner sig i olika utvecklingsstadier. Några av dem har utvecklats från designen av RWD-, BWR- och PHWR-reaktorer, vissa skiljer sig mer markant. De förstnämnda inkluderar Advanced Boiling Water Reactor (ABWR) (varav två är för närvarande i drift och de andra under uppbyggnad), samt den planerade ekonomiska lätta kokvattenreaktorn med passivt säkerhetssystem (ESBWR) och AP1000-installationer (Ref. Nuclear Power Program 2010).

Inbyggd snabb neutron kärnreaktor(IFR) byggdes, testades och testades under 1980-talet och togs sedan ur bruk efter Clintonadministrationens avgång på 1990-talet på grund av kärnvapenicke-spridningspolitik. Upparbetning av använt kärnbränsle är kärnan i dess design och därför producerar den bara en bråkdel av avfallet från reaktorer i drift.

Modulär högtemperatur gaskyld reaktor reaktor (HTGCR), är konstruerad på ett sådant sätt att höga temperaturer minskar uteffekten på grund av dopplerbreddningen av neutronstrålens tvärsnitt. Reaktorn använder en keramisk typ av bränsle, så dess säkra driftstemperaturer överstiger nedstämplingstemperaturområdet. De flesta strukturer kyls med inert helium. Helium kan inte leda till en explosion på grund av ångexpansion, absorberar inte neutroner, vilket skulle leda till radioaktivitet, och löser inte upp föroreningar som kan vara radioaktiva. Typiska konstruktioner består av fler lager av passivt skydd (upp till 7) än i lättvattenreaktorer (vanligtvis 3). En unik egenskap som kan ge säkerhet är att bränslekulorna faktiskt bildar en kärna och byts ut en efter en med tiden. Bränslecellernas designegenskaper gör dem dyra att återvinna.

Liten, stängd, mobil, autonom reaktor (SSTAR) testades och utvecklades ursprungligen i USA. Reaktorn var tänkt som en snabb neutronreaktor, med ett passivt skyddssystem, som kan stängas av på distans vid misstanke om fel.

Rent och miljövänligt avancerad reaktor (CAESAR)är konceptet med en kärnreaktor som använder ånga som neutronmoderator - en design som fortfarande är under utveckling.

Den nedskalade vattenmodererade reaktorn är baserad på Advanced Boiling Water Reactor (ABWR), som för närvarande är i drift. Detta är inte en helt snabb reaktor, utan använder främst epitermiska neutroner, som har mellanhastigheter mellan termisk och snabb.

Självreglerande kärnkraftsmodul med väte neutronmoderator (HPM)är en strukturell typ av reaktor tillverkad av Los Alamos National Laboratory som använder uranhydrid som bränsle.

Subkritiska kärnreaktorerär utformade för att vara säkrare och mer stabilt arbetande, men är svåra i tekniska och ekonomiska termer. Ett exempel är "Energy Booster".

Toriumbaserade reaktorer... Thorium-232 kan omvandlas till U-233 i reaktorer som är utformade speciellt för detta ändamål. På så sätt kan torium, som är fyra gånger mer förekommande än uran, användas för att producera kärnbränsle baserat på U-233. Man tror att U-233 har gynnsamma kärnegenskaper jämfört med den traditionellt använda U-235, i synnerhet en bättre neutroneffektivitet och en minskning av mängden långlivat transuranavfall som produceras.

Förbättrad tungvattenreaktor (AHWR)- Den föreslagna tungvattenreaktorn, som kommer att representera nästa generations utveckling av PHWR-typ. Under utveckling vid Bhabha Nuclear Research Center (BARC), Indien.

KAMINI- en unik reaktor som använder isotopen uran-233 som bränsle. Byggd i Indien vid BARC Research Center och Indira Gandhi Nuclear Research Center (IGCAR).

Indien planerar också att bygga snabba reaktorer som använder bränslecykeln torium-uranium-233. FBTR (Fast Breeder Reactor) (Kalpakkam, Indien) använder plutonium som bränsle och flytande natrium som kylmedel under drift.

Vad är fjärde generationens reaktorer?

Den fjärde generationens reaktorer är en samling av olika teoretiska konstruktioner som för närvarande övervägs. Dessa projekt kommer sannolikt inte att genomföras till 2030. Moderna reaktorer i drift anses generellt sett vara andra eller tredje generationens system. Första generationens system har inte använts på ett tag. Utvecklingen av denna fjärde generation av reaktorer lanserades officiellt vid Generation IV International Forum (GIF) med åtta teknikmål. Huvudmålen var att förbättra kärnkraftssäkerheten, öka spridningssäkerheten, minimera avfall och använda naturresurser och att minska kostnaderna för att bygga och starta sådana anläggningar.

• Gaskyld snabbreaktor
• Blykyld snabbreaktor
• Flytande saltreaktor
• Natriumkyld snabbreaktor
• Vattenkyld superkritisk kärnreaktor
• Ultrahög temperatur kärnreaktor

Vad är femte generationens reaktorer?

Den femte generationen av reaktorer är projekt, vars genomförande är möjligt ur teoretisk synvinkel, men som inte är föremål för aktiv övervägande och forskning för närvarande. Även om sådana reaktorer kan byggas på kort eller kort sikt, genererar de lite intresse på grund av ekonomisk bärkraft, praktiska eller säkerhet.

• Vätskefasreaktor... En sluten slinga med vätska i kärnan av en kärnreaktor, där det klyvbara materialet är i form av smält uran eller uranlösning kyld med en arbetsgas, injicerad i genomgående hål i botten av uppsamlingskärlet.
• Gasfasreaktor i härden... Closed loop alternativ för en raket med kärnkraftsmotor, där det klyvbara materialet är gasformig uranhexafluorid placerad i ett kvartskärl. En arbetsgas (som väte) kommer att strömma runt detta kärl och absorbera ultraviolett strålning från kärnreaktionen. Denna design skulle kunna användas som en raketmotor, som nämnts i Harry Harrisons science fiction-roman Skyfall från 1976. I teorin skulle användning av uranhexafluorid som ett kärnbränsle (snarare än som en mellanprodukt, vilket görs för närvarande) resultera i lägre energiproduktionskostnader och skulle också avsevärt minska storleken på reaktorerna. I praktiken skulle en reaktor som arbetar med så höga effekttätheter producera ett okontrollerbart flöde av neutroner, vilket försvagar hållfasthetsegenskaperna hos de flesta reaktormaterialen. Således skulle flödet likna flödet av partiklar som frigörs i termonukleära installationer. Detta skulle i sin tur kräva användning av material som liknar de som används inom ramen för det internationella projektet för implementering av en anläggning för bestrålning av material i en fusionsreaktion.
• Gasfas elektromagnetisk reaktor... Samma som en gasfasreaktor, men med fotovoltaiska celler som omvandlar ultraviolett ljus direkt till elektricitet.
• Fissionsreaktor
• Hybrid kärnfusion... Neutronerna används, emitteras under sammansmältningen och sönderfallet av originalet eller "ämnet i häckningszonen". Till exempel omvandling av U-238, Th-232 eller använt bränsle/radioaktivt avfall från en annan reaktor till relativt godartade isotoper.

Gasfasreaktor i härden. En variant av en sluten cykel för en raket med kärnmotor, där det klyvbara materialet är gasformig uranhexafluorid, placerad i ett kvartskärl. En arbetsgas (som väte) kommer att strömma runt detta kärl och absorbera ultraviolett strålning från kärnreaktionen. Denna design skulle kunna användas som en raketmotor, som nämnts i Harry Harrisons science fiction-roman Skyfall från 1976. I teorin skulle användning av uranhexafluorid som ett kärnbränsle (snarare än som en mellanprodukt, vilket görs för närvarande) resultera i lägre energiproduktionskostnader och skulle också avsevärt minska storleken på reaktorerna. I praktiken skulle en reaktor som arbetar med så höga effekttätheter producera ett okontrollerbart flöde av neutroner, vilket försvagar hållfasthetsegenskaperna hos de flesta reaktormaterialen. Således skulle flödet likna flödet av partiklar som frigörs i termonukleära installationer. Detta skulle i sin tur kräva användning av material som liknar de som används inom ramen för det internationella projektet för implementering av en anläggning för bestrålning av material i en fusionsreaktion.

Gasfas elektromagnetisk reaktor. Samma som en gasfasreaktor, men med fotovoltaiska celler som omvandlar ultraviolett ljus direkt till elektricitet.

Fissionsreaktor

Hybrid kärnfusion. Neutronerna används, emitteras under sammansmältningen och sönderfallet av originalet eller "ämnet i häckningszonen". Till exempel omvandling av U-238, Th-232 eller använt bränsle/radioaktivt avfall från en annan reaktor till relativt godartade isotoper.

Fusionsreaktorer

Kontrollerad fusion kan användas i fusionskraftverk för att generera elektricitet utan de komplikationer som är förknippade med hantering av aktinider. Men allvarliga vetenskapliga och tekniska hinder kvarstår. Flera fusionsreaktorer har byggts, men först nyligen har man kunnat se till att reaktorerna frigör mer energi än de förbrukar. Trots att forskningen började på 1950-talet antas en kommersiell fusionsreaktor inte fungera förrän 2050. För närvarande under ITER-projektet ansträngningar görs för att utnyttja fusionsenergi.

Kärnbränslecykeln

Termiska reaktorer är i allmänhet beroende av graden av rening och anrikning av uran. Vissa kärnreaktorer kan drivas på en blandning av plutonium och uran (se MOX-bränsle). Processen genom vilken uranmalm bryts, bearbetas, anrikas, används, eventuellt upparbetas och bortskaffas, kallas kärnbränslecykeln.

Upp till 1 % av uranet i naturen är den lättklyvbara isotopen U-235. Utformningen av de flesta reaktorer innebär således användning av anrikat bränsle. Anrikning innebär en ökning av andelen U-235 och utförs som regel med gasdiffusion eller i en gascentrifug. Den anrikade produkten omvandlas vidare till urandioxidpulver, som komprimeras och bränns till granulat. Dessa granulat placeras i rör, som sedan förseglas. Dessa rör kallas bränslestavar. Varje kärnreaktor använder många av dessa bränslestavar.

De flesta kommersiella BWR- och PWR-reaktorer använder uran anrikat till 4 % U-235, ungefär. Dessutom kräver vissa industriella reaktorer med hög neutronekonomi inte anrikat bränsle alls (det vill säga de kan använda naturligt uran). Enligt Internationella byrån på atomenergi i världen finns det åtminstone 100 forskningsreaktorer som använder höganrikat bränsle (vapenkvalitet / 90 % anrikat uran). Risken för stöld av denna typ av bränsle (eventuellt för användning i kärnvapenproduktion) har lett till en kampanj som kräver att man byter till reaktorer med låganrikat uran (vilket utgör ett lägre spridningshot).

Klyvbar U-235 och icke-klyvbar U-238 med förmåga till kärnklyvning används i den nukleära omvandlingsprocessen. U-235 klyvs av termiska (d.v.s. långsamt rörliga) neutroner. En termisk neutron är en neutron som rör sig med ungefär samma hastighet som atomerna runt den. Eftersom vibrationsfrekvensen hos atomer är proportionell mot deras absolut temperatur, då har den termiska neutronen en större förmåga att dela U-235 när den rör sig med samma vibrationshastighet. Å andra sidan är det mer sannolikt att U-238 fångar en neutron om neutronen rör sig mycket snabbt. U-239-atomen sönderfaller så snabbt som möjligt med bildandet av plutonium-239, som i sig är ett bränsle. Pu-239 är ett fullfjädrat bränsle och bör beaktas även vid användning av höganrikat uranbränsle. Plutoniumsönderfallsprocesser kommer att råda över U-235 fissionsprocesser i vissa reaktorer. Speciellt efter att den originalladdade U-235 är uttömd. Plutonium fissions i både snabba och termiska reaktorer, vilket gör den idealisk för både kärnreaktorer och kärnvapenbomber.

De flesta av de befintliga reaktorerna är termiska reaktorer, som vanligtvis använder vatten som en neutronmoderator (moderator betyder att den saktar ner en neutron till dess termiska hastighet) och även som ett kylmedel. I en snabb neutronreaktor används dock en lite annan typ av kylvätska, som inte kommer att bromsa neutronflödet för mycket. Detta tillåter snabba neutroner att råda, som effektivt kan användas för att kontinuerligt fylla på bränsletillförseln. Helt enkelt genom att placera billigt, oberikat uran i kärnan, kommer den spontant icke-klyvbara U-238 att förvandlas till Pu-239 och "föder upp" bränslet.

I en toriumbaserad bränslecykel absorberar torium-232 neutroner i både snabba och termiska reaktorer. Beta-sönderfallet av torium leder till bildandet av protactinium-233 och sedan uranium-233, som i sin tur används som bränsle. Därför, liksom uran-238, är torium-232 bördigt material.

Underhåll av kärnreaktorer

Mängden energi i en kärnbränsletank uttrycks ofta i termen "hel dag", vilket är antalet 24-timmarsperioder (dagar) för att driva en reaktor med full effekt för att generera termisk energi. Dagarna med full effekt i reaktorns driftcykel (mellan de intervall som krävs för tankning) är relaterade till mängden sönderfallande uran-235 (U-235) som finns i bränslepatronerna i början av cykeln. Ju högre procentandel av U-235 i härden i början av cykeln, desto fler dagars drift med full effekt kommer att tillåta reaktorn att fungera.

I slutet av arbetscykeln "bearbetas" bränslet i vissa aggregat, lossas och ersätts i form av nya (färska) bränslepatroner. En sådan reaktion av ackumulering av klyvningsprodukter i kärnbränsle bestämmer också livslängden för kärnbränsle i reaktorn. Även långt innan den slutliga processen med bränsleklyvning inträffar kommer reaktorn att hinna samla långlivade neutronabsorberande sönderfallsbiprodukter, vilket förhindrar att kedjereaktionen fortsätter. Den del av reaktorhärden som ersätts under tankning är vanligtvis en fjärdedel för en kokvattenreaktor och en tredjedel för en tryckvattenreaktor. Utnyttjande och lagring av detta använda bränsle är en av de svåraste uppgifterna för att organisera driften av ett industriellt kärnkraftverk. Sådant kärnavfall är mycket radioaktivt och giftigt i tusentals år.

Alla reaktorer behöver inte tas ur drift för tankning; till exempel kärnreaktorer packade med sfäriska bränsleelement, RBMK-reaktorer (högeffektkanalreaktor), smältsaltreaktorer, Magnox-, AGR- och CANDU-reaktorer gör att bränsleceller kan flyttas medan anläggningen är igång. I en CANDU-reaktor är det möjligt att placera enskilda bränsleceller i härden på ett sådant sätt att U-235-innehållet i bränslecellen justeras.

Mängden energi som återvinns från ett kärnbränsle kallas dess utbränning, vilket uttrycks i termer av termisk energi som genereras av den ursprungliga enheten för bränslevikt. Utbränning uttrycks vanligtvis i form av termiska megawattdagar per ton utgångstungmetall.

Kärnkraftssäkerhet

Kärnsäkerhet är åtgärder som syftar till att förebygga kärnkrafts- och strålolyckor eller lokalisera deras konsekvenser. Kärnkraften har förbättrat reaktorernas säkerhet och prestanda, och har också föreslagit nya, säkrare reaktorkonstruktioner (som i allmänhet inte har testats). Det finns dock ingen garanti för att sådana reaktorer kommer att konstrueras, byggas och kunna fungera tillförlitligt. Misstag uppstår när reaktorkonstruktörer vid kärnkraftverket Fukushima i Japan inte förväntade sig att jordbävningstsunamin skulle stänga av backupsystemet som var tänkt att stabilisera reaktorn efter jordbävningen, trots många varningar från NRG (National Research Group) och japanerna förvaltningen om kärnsäkerhet. Enligt UBS AG ifrågasätter kärnkraftsolyckorna i Fukushima I om även avancerade ekonomier som Japan kan garantera kärnkraftssäkerhet. Katastrofala scenarier är också möjliga, inklusive Terrorhandling... Ett tvärvetenskapligt team från MIT (Massachusetts Institute of Technology) har räknat ut att med tanke på den förväntade tillväxten av kärnkraft finns det minst fyra allvarliga kärnkraftsolyckor att vänta mellan 2005-2055.

Kärnkraftsolyckor och strålningsolyckor

Några allvarliga kärnkraftsolyckor och strålningsolyckor som har inträffat. Kärnkraftsolyckor inkluderar Incident SL-1 (1961), Three Mile Island Accident (1979), Tjernobyl-katastrofen(1986), såväl som kärnkraftskatastrofen i Fukushima Daichi (2011). Kärnkraftsolyckor inkluderar reaktorolyckor vid K-19 (1961), K-27 (1968) och K-431 (1985).

Kärnreaktorer har lanserats i omloppsbana runt jorden minst 34 gånger. En serie incidenter som involverade den sovjetiska obemannade RORSAT-satelliten, som drivs av en kärnkraftsanläggning, ledde till att använt kärnbränsle trängde in i jordens atmosfär från omloppsbanan.

Naturliga kärnreaktorer

Även om klyvningsreaktorer ofta tros vara produkten av modern teknik, finns de första kärnreaktorerna i naturen. En naturlig kärnreaktor kan bildas när vissa villkor simulera förhållandena i den designade reaktorn. Hittills har upp till femton naturliga kärnreaktorer upptäckts inom tre separata malmfyndigheter vid urangruvan Oklo i Gabon, Västafrika. De välkända "döda" reaktorerna i Okllo upptäcktes första gången 1972 av den franske fysikern Francis Perrin. Den självuppehållande fissionsreaktionen ägde rum i dessa reaktorer för cirka 1,5 miljarder år sedan och pågick i flera hundra tusen år och genererade i genomsnitt 100 kW effekt under denna period. Konceptet med en naturlig kärnreaktor förklarades i termer av teori redan 1956 av Paul Kuroda vid University of Arkansas.

Sådana reaktorer kan inte längre bildas på jorden: radioaktivt sönderfall under denna enorma tidsperiod har minskat andelen U-235 i naturligt uran under den nivå som krävs för att upprätthålla en kedjereaktion.

Naturliga kärnreaktorer bildades när en uranrik mineralfyndighet började fyllas med grundvatten, vilket fungerade som en neutronmoderator och startade en betydande kedjereaktion. Neutronmoderatorn i form av vatten förångades, accelererade reaktionen och kondenserades sedan tillbaka, vilket ledde till att kärnreaktionen saktades ner och smältning förhindrades. Klyvningsreaktionen har pågått i hundratusentals år.

Sådana naturliga reaktorer har studerats noggrant av forskare som är intresserade av bortskaffande av radioaktivt avfall i en geologisk miljö. De föreslår en fallstudie av hur radioaktiva isotoper kommer att migrera genom jordskorpan. Detta är en nyckelpunkt för kritiker av geologisk deponering, som fruktar att isotoper i avfall kan hamna i vattenförsörjning eller migrera ut i miljön.

Kärnkraftens miljöproblem

En kärnreaktor släpper ut små mängder tritium, Sr-90 i luften och grundvattnet. Vatten kontaminerat med tritium är färglöst och luktfritt. Stora doser av Sr-90 ökar risken för skelettcancer och leukemi hos djur, och förmodligen hos människor.

För en vanlig person är moderna högteknologiska enheter så mystiska och gåtfulla att det är dags att dyrka dem som de gamla dyrkade blixten. Fysikklasser på gymnasiet, fyllda med matematik, löser inte problemet. Men du kan till och med berätta intressant om en kärnreaktor, vars funktionsprincip är tydlig även för en tonåring.

Hur fungerar en kärnreaktor?

Funktionsprincipen för denna högteknologiska enhet är som följer:

1. När en neutron absorberas kommer kärnbränsle (oftast är det uran-235 eller plutonium-239) klyvningen av atomkärnan inträffar;
2. Kinetisk energi, gammastrålning och fria neutroner frigörs;
3. Kinetisk energi omvandlas till värme (när kärnor kolliderar med omgivande atomer), gammastrålning absorberas av själva reaktorn och omvandlas även till värme;
4. En del av de genererade neutronerna absorberas av bränsleatomerna, vilket orsakar en kedjereaktion. Neutronabsorbatorer och moderatorer används för att kontrollera det;
5. Med hjälp av en värmebärare (vatten, gas eller flytande natrium) avlägsnas värme från reaktionsplatsen;
6. Trycksatt ånga från det uppvärmda vattnet används för att driva ångturbiner;
7. Med hjälp av en generator omvandlas den mekaniska rotationsenergin hos turbinerna till växelström.

Klassificeringsmetoder

Det kan finnas många anledningar till en typologi av reaktorer:

• Efter typen av kärnreaktion... Fission (alla kommersiella installationer) eller fusion (termonukleär kraftteknik, är utbredd endast i vissa forskningsinstitut);
• Med kylvätska... I de allra flesta fall används vatten (kokande eller tungt) för detta ändamål. Alternativa lösningar används ibland: flytande metall (natrium, bly-vismutlegering, kvicksilver), gas (helium, koldioxid eller kväve), smält salt (fluoridsalter);
• Efter generation. Den första är tidiga prototyper som inte var kommersiellt vettiga. Den andra är majoriteten av nu använda kärnkraftverk som byggdes före 1996. Den tredje generationen skiljer sig från den tidigare med endast mindre förbättringar. Arbetet med den fjärde generationen pågår fortfarande;
• Efter aggregeringstillstånd bränsle (gas finns fortfarande bara på papper);
• Efter användningsändamål(för produktion av elektricitet, motorstart, väteproduktion, avsaltning, omvandling av element, erhållande av neural strålning, teoretiska och undersökningsändamål).

Atomreaktoranordning

Huvudkomponenterna i reaktorer i de flesta kraftverk är:

1. Kärnbränsle - ett ämne som krävs för att generera värme för kraftturbiner (vanligtvis låganrikat uran);
2. Den aktiva zonen i en kärnreaktor - det är här kärnreaktionen äger rum;
3. Neutronmoderator - minskar hastigheten på snabba neutroner och omvandlar dem till termiska neutroner;
4. Startande neutronkälla - används för pålitlig och stabil start av en kärnreaktion;
5. Neutronabsorbator - tillgänglig på vissa kraftverk för att minska den höga reaktiviteten hos färskt bränsle;
6. Neutronhaubits - används för att återinitiera reaktionen efter avstängning;
7. Kylvätska (renat vatten);
8. Kontrollstavar - för att reglera klyvningshastigheten för uran- eller plutoniumkärnor;
9. Vattenpump - pumpar vatten till ångpannan;
10. Ångturbin - omvandlar termisk energi av ånga till roterande mekanisk energi;
11. Kyltorn - en anordning för att ta bort överskottsvärme i atmosfären;
12. System för mottagning och lagring av radioaktivt avfall;
13. Säkerhetssystem (nöddieselgeneratorer, nödkylningsanordningar).

Hur de senaste modellerna fungerar

Den senaste fjärde generationens reaktorer kommer att finnas tillgängliga för kommersiell drift inte tidigare än 2030... För närvarande är principen och strukturen för deras arbete i utvecklingsstadiet. Enligt nuvarande data kommer dessa ändringar att skilja sig från befintliga modeller sådan fördelar:

• Snabbt gaskylningssystem. Det antas att helium kommer att användas som kylmedel. Enligt designdokumentationen är det på detta sätt möjligt att kyla reaktorer med en temperatur på 850 ° C. För att arbeta vid så höga temperaturer behöver du också specifika råmaterial: kompositkeramiska material och aktinidföreningar;
• Det är möjligt att använda bly eller bly-vismutlegering som primär kylvätska. Dessa material har en låg neutronabsorptionshastighet och en relativt låg smältpunkt;
• Dessutom kan en blandning av smälta salter användas som huvudvärmebärare. Därmed kommer det att vara möjligt att arbeta vid högre temperaturer än moderna motsvarigheter med vattenkylning.

Naturliga analoger i naturen

Kärnreaktorn uppfattas i allmänhetens medvetande uteslutande som en produkt av högteknologi. Men i själva verket är den första enheten har naturligt ursprung ... Den hittades i Oklo-regionen i den centralafrikanska staten Gabon:

• Reaktorn bildades på grund av översvämningen av uranbergarter av grundvattnet. De agerade som neutronmoderatorer;
• Värmeenergin som frigörs under sönderfallet av uran förvandlar vatten till ånga, och kedjereaktionen stannar;
• Efter att kylvätsketemperaturen sjunker, upprepas allt igen;
• Om vätskan inte hade kokat bort och stoppat reaktionens gång, skulle mänskligheten ha stått inför en ny naturkatastrof;
• Självförsörjande klyvning av kärnor började i denna reaktor för ungefär en och en halv miljard år sedan. Under denna tid tilldelades cirka 0,1 miljoner watt effekt;
• Ett sådant världsunder på jorden är det enda kända. Uppkomsten av nya är omöjlig: andelen uran-235 i naturliga råvaror är mycket lägre än den nivå som krävs för att upprätthålla en kedjereaktion.

Hur många kärnreaktorer finns det i Sydkorea?

Dålig på naturresurser, men industrialiserad och överbefolkad, är Republiken Korea i stort behov av energi. Mot bakgrund av Tysklands övergivande av en fredlig atom har detta land stora förhoppningar om att stävja kärnteknik:

• Det är planerat att 2035 kommer andelen el som genereras vid kärnkraftverk att nå 60%, och den totala produktionen - mer än 40 gigawatt;
• Landet har nr atomvapen, men forskning inom kärnfysik pågår. Koreanska forskare har utvecklat projekt för moderna reaktorer: modulära, väte, med flytande metall, etc .;
• Framgången för lokala forskare gör att teknik kan säljas utomlands. Landet förväntas exportera 80 av dessa enheter under de kommande 15-20 åren;
• Men från och med idag byggdes det mesta av kärnkraftverket med hjälp av amerikanska eller franska vetenskapsmän;
• Antalet driftanläggningar är relativt litet (endast fyra), men var och en av dem har ett betydande antal reaktorer - totalt 40, och denna siffra kommer att växa.

När det bombarderas med neutroner går kärnbränslet in i en kedjereaktion som producerar en enorm mängd värme. Vattnet i systemet tar denna värme och förvandlas till ånga, som förvandlar turbiner som genererar elektricitet. Här är ett enkelt diagram över driften av en kärnreaktor, den mest kraftfulla energikällan på jorden.

Video: hur kärnreaktorer fungerar

I den här videon kommer kärnfysikern Vladimir Chaikin att berätta hur elektricitet produceras i kärnreaktorer, deras detaljerade struktur: