Ռեակտորի շահագործման նկարագրությունը. Դպրոցական հանրագիտարան. Ժամանակակից միջուկային ռեակտորներ

Միջուկային ռեակտորի միջուկը- ներկայումս օգտագործվող ամենից ամենակենտրոնացված տեսակի էներգիայի կոնցենտրացիան գտնվում է 15 սանտիմետր պատերով պողպատե պատյանում: Միջուկը պարունակում է ուրան-235 գնդիկների տեսքով, որոնք բեռնված են հարյուրավոր չժանգոտվող պողպատից խողովակների մեջ, որոնցից յուրաքանչյուրը մոտ երեք մետր երկարությամբ է:

Ուրանի 235 ատոմները ենթարկվում են միջուկային տրոհման շղթայական ռեակցիայի, որի ընթացքում դրանք բաժանվում են կտորների՝ ազատելով ահռելի քանակությամբ էներգիա։ 1 գրամ (0,35 ունցիա) ուրան-235-ի տրոհումից ազատվում է նույնքան էներգիա, որքան մոտ 2000 լիտր նավթի այրումը, որն անցնում է ռեակտորի միջով, տաքացնում է երկրորդային սնուցող ջուրը՝ վերածելով այն գոլորշու, որը մատակարարվում է տուրբինի շեղբերներին: .

Ի հավելումն էներգիայի արտազատմանը, ուրանի-235 ատոմների տրոհման արդյունքում արձակվում են նեյտրոններ՝ ատոմային միջուկի երկու հիմնական տեսակի մասնիկներից մեկը։ Այս նեյտրոնները բախվում են ուրանի 235-ի այլ ատոմների հետ՝ պառակտելով դրանք և ազատելով լրացուցիչ նեյտրոններ, որոնք անհրաժեշտ են շղթայական ռեակցիան պահպանելու համար և դրանով իսկ ստեղծելով էներգիայի երկարաժամկետ աղբյուր։ Շղթայական ռեակցիան վերահսկվում է միջուկի մեջ բորի կամ կադմիումի ձողերի ներմուծմամբ՝ նյութեր, որոնք լավ կլանում են նեյտրոնները:

Շղթայական ռեակցիա ուրանի 235-ում

Նեյտրոնի հետ բախվելիս ուրանի 235 ատոմը դառնում է անկայուն և բաժանվում է երկու փոքր ատոմների։ Այս գործընթացը կոչվում է միջուկային տրոհում: Երբ ուրան-235-ը տրոհվում է, այն արձակում է երկու կամ երեք նեյտրոններ, որոնք կարող են բախվել ուրանի 235-ի այլ ատոմների հետ և սկսել ինքնուրույն շղթայական ռեակցիա։

Միջուկային էներգիա

Միջուկային տրոհումը ռեակտորի միջուկի ներսում ահռելի քանակությամբ էներգիա է թողարկում: Տաք միջուկով անցնող ջուրը տաքացնում է երկրորդային սնուցող ջուրը և վերածում գոլորշու, որն այնուհետև սնվում է տուրբինին։

Ճապոնիայի ատոմային էներգիայի գիտահետազոտական ​​ինստիտուտի ատոմակայան:

Հետ առաջ

Ուշադրություն. Սլայդների նախադիտումները միայն տեղեկատվական նպատակներով են և կարող են չներկայացնել շնորհանդեսի բոլոր հատկանիշները: Եթե ​​դուք հետաքրքրված եք այս աշխատանքով, խնդրում ենք ներբեռնել ամբողջական տարբերակը:

Դասի նպատակները.

• Ուսումնական: առկա գիտելիքների թարմացում; շարունակել հասկացությունների ձևավորումը՝ ուրանի միջուկների տրոհում, միջուկային շղթայական ռեակցիա, դրա առաջացման պայմաններ, կրիտիկական զանգված; ներդնել նոր հասկացություններ՝ միջուկային ռեակտոր, միջուկային ռեակտորի հիմնական տարրեր, միջուկային ռեակտորի կառուցվածքը և դրա գործունեության սկզբունքը, միջուկային ռեակցիայի կառավարումը, միջուկային ռեակտորների դասակարգումը և դրանց օգտագործումը.
• Ուսումնական: շարունակել զարգացնել դիտելու և եզրակացություններ անելու հմտությունները, ինչպես նաև զարգացնել ուսանողների ինտելեկտուալ կարողությունները և հետաքրքրասիրությունը.
• Ուսումնական: շարունակել ձևավորել վերաբերմունք ֆիզիկայի նկատմամբ որպես փորձարարական գիտության. զարգացնել բարեխիղճ վերաբերմունք աշխատանքի նկատմամբ, կարգապահություն և դրական վերաբերմունք գիտելիքի նկատմամբ:

Դասի տեսակը.նոր նյութ սովորելը.

Սարքավորումներ:մուլտիմեդիա տեղադրում.

Դասերի ժամանակ

1. Կազմակերպչական պահ.

Տղե՛րք։ Այսօր դասին կկրկնենք ուրանի միջուկների տրոհումը, միջուկային շղթայական ռեակցիան, դրա առաջացման պայմանները, կրիտիկական զանգվածը, կիմանանք, թե ինչ է միջուկային ռեակտորը, միջուկային ռեակտորի հիմնական տարրերը, միջուկային ռեակտորի կառուցվածքը։ և դրա գործունեության սկզբունքը, միջուկային ռեակցիայի վերահսկումը, միջուկային ռեակտորների դասակարգումը և դրանց օգտագործումը։

2. Ուսումնասիրված նյութի ստուգում.

1. Ուրանի միջուկների տրոհման մեխանիզմը.
2. Պատմեք մեզ միջուկային շղթայական ռեակցիայի մեխանիզմի մասին։
3. Բերե՛ք ուրանի միջուկի միջուկային տրոհման ռեակցիայի օրինակ:
4. Ի՞նչ է կոչվում կրիտիկական զանգված:
5. Ինչպե՞ս է շղթայական ռեակցիան տեղի ունենում ուրանի մեջ, եթե նրա զանգվածը կրիտիկականից փոքր է կամ կրիտիկականից մեծ:
6. Որքա՞ն է ուրանի կրիտիկական զանգվածը 295. Հնարավո՞ր է նվազեցնել կրիտիկական զանգվածը:
7. Ի՞նչ եղանակներով կարող եք փոխել միջուկային շղթայական ռեակցիայի ընթացքը:
8. Ո՞րն է արագ նեյտրոնների դանդաղեցման նպատակը:
9. Ինչ նյութեր են օգտագործվում որպես մոդերատորներ:
10. Ի՞նչ գործոնների շնորհիվ կարող է ավելացվել ազատ նեյտրոնների քանակը ուրանի կտորում՝ դրանով իսկ ապահովելով դրանում ռեակցիայի առաջացման հնարավորությունը։

3. Նոր նյութի բացատրություն.

Տղերք, պատասխանեք այս հարցին՝ ո՞րն է ցանկացած ատոմակայանի հիմնական մասը։ ( միջուկային ռեակտոր)

Լավ արեցիր։ Այսպիսով, տղաներ, հիմա եկեք նայենք այս հարցին ավելի մանրամասն:

Պատմական անդրադարձ.

Իգոր Վասիլևիչ Կուրչատովը խորհրդային նշանավոր ֆիզիկոս է, ակադեմիկոս, 1943-1960 թվականներին ատոմային էներգիայի ինստիտուտի հիմնադիր և առաջին տնօրեն, ԽՍՀՄ ատոմային խնդրի գլխավոր գիտական ​​ղեկավար, միջուկային էներգիայի խաղաղ նպատակներով օգտագործման հիմնադիրներից մեկը։ . ՍՍՀՄ ԳԱ ակադեմիկոս (1943)։ Խորհրդային առաջին ատոմային ռումբը փորձարկվել է 1949 թվականին։ Չորս տարի անց հաջողությամբ փորձարկվեց աշխարհում առաջին ջրածնային ռումբը: Իսկ 1949 թվականին Իգոր Վասիլևիչ Կուրչատովը սկսեց աշխատել ատոմակայանի նախագծի վրա։ Ատոմակայանը ատոմային էներգիայի խաղաղ օգտագործման ավետաբերն է։ Նախագիծը հաջողությամբ ավարտվեց. 1954 թվականի հուլիսի 27-ին մեր ատոմակայանը դարձավ առաջինն աշխարհում։ Կուրչատովը երեխայի պես ուրախացավ և զվարճացավ։

Միջուկային ռեակտորի սահմանումը.

Միջուկային ռեակտորը սարքավորում է, որում իրականացվում և պահպանվում է որոշակի ծանր միջուկների տրոհման վերահսկվող շղթայական ռեակցիա։

Առաջին միջուկային ռեակտորը կառուցվել է 1942 թվականին ԱՄՆ-ում՝ Է.Ֆերմիի ղեկավարությամբ։ Մեր երկրում առաջին ռեակտորը կառուցվել է 1946 թվականին Ի.Վ. Կուրչատովի ղեկավարությամբ։

Միջուկային ռեակտորի հիմնական տարրերն են.

• միջուկային վառելիք (ուրանի 235, ուրան 238, պլուտոնիում 239);
• նեյտրոնային մոդերատոր (ծանր ջուր, գրաֆիտ և այլն);
• հովացուցիչ նյութ՝ ռեակտորի շահագործման ընթացքում առաջացած էներգիան հեռացնելու համար (ջուր, հեղուկ նատրիում և այլն);
• Վերահսկիչ ձողեր (բոր, կադմիում) - բարձր ներծծող նեյտրոններ
• Պաշտպանիչ պատյան, որը արգելափակում է ճառագայթումը (բետոնը երկաթյա լցոնիչով):

Գործողության սկզբունքը միջուկային ռեակտոր

Միջուկային վառելիքը գտնվում է միջուկում ուղղահայաց ձողերի տեսքով, որոնք կոչվում են վառելիքի տարրեր (վառելիքի տարրեր): Վառելիքի ձողերը նախատեսված են ռեակտորի հզորությունը կարգավորելու համար:

Յուրաքանչյուր վառելիքի ձողի զանգվածը զգալիորեն պակաս է կրիտիկական զանգվածից, ուստի շղթայական ռեակցիա չի կարող տեղի ունենալ մեկ ձողի մեջ: Այն սկսվում է այն բանից հետո, երբ ուրանի բոլոր ձողերը ընկղմվում են միջուկում:

Միջուկը շրջապատված է նյութի շերտով, որն արտացոլում է նեյտրոնները (ռեֆլեկտոր) և բետոնի պաշտպանիչ շերտով, որը փակում է նեյտրոնները և այլ մասնիկներ։

Ջերմության հեռացում վառելիքի բջիջներից: Հովացուցիչ նյութը՝ ջուրը, լվանում է ձողը, տաքացվում է մինչև 300°C բարձր ճնշման տակ և մտնում է ջերմափոխանակիչներ։

Ջերմափոխանակիչի դերն այն է, որ 300°C տաքացրած ջուրը ջերմություն է տալիս սովորական ջրին և վերածվում գոլորշու։

Միջուկային ռեակցիայի վերահսկում

Ռեակտորը կառավարվում է կադմիում կամ բոր պարունակող ձողերի միջոցով: Երբ ձողերը երկարացվում են ռեակտորի միջուկից, K > 1, իսկ երբ ամբողջությամբ հետ են քաշվում՝ K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Դանդաղ նեյտրոնային ռեակտոր.

Ուրանի-235 միջուկների ամենաարդյունավետ տրոհումը տեղի է ունենում դանդաղ նեյտրոնների ազդեցության տակ։ Նման ռեակտորները կոչվում են դանդաղ նեյտրոնային ռեակտորներ։ Երկրորդային նեյտրոնները, որոնք առաջանում են տրոհման ռեակցիայի արդյունքում, արագ են։ Որպեսզի դրանց հետագա փոխազդեցությունը շղթայական ռեակցիայի մեջ ուրանի-235 միջուկների հետ ամենաարդյունավետ լինի, դրանք դանդաղեցվում են՝ միջուկ ներմուծելով մոդերատոր՝ մի նյութ, որը նվազեցնում է նեյտրոնների կինետիկ էներգիան:

Արագ նեյտրոնային ռեակտոր.

Արագ նեյտրոնային ռեակտորները չեն կարող աշխատել բնական ուրանի վրա։ Ռեակցիան կարող է պահպանվել միայն հարստացված խառնուրդում, որը պարունակում է առնվազն 15% ուրանի իզոտոպ: Արագ նեյտրոնային ռեակտորների առավելությունն այն է, որ դրանց շահագործումն արտադրում է զգալի քանակությամբ պլուտոնիում, որն այնուհետ կարող է օգտագործվել որպես միջուկային վառելիք:

Միատարր և տարասեռ ռեակտորներ:

Միջուկային ռեակտորները, կախված վառելիքի և մոդերատորի հարաբերական տեղակայությունից, բաժանվում են միատարր և տարասեռ: Միատարր ռեակտորում միջուկը վառելիքի, մոդերատորի և հովացուցիչ նյութի միատարր զանգված է լուծույթի, խառնուրդի կամ հալման տեսքով: Այն ռեակտորը, որի մեջ բլոկների կամ վառելիքի հավաքների տեսքով վառելիքը տեղադրվում է մոդերատորի մեջ՝ դրանում ձևավորելով կանոնավոր երկրաչափական վանդակ, կոչվում է տարասեռ։

Ատոմային միջուկների ներքին էներգիայի փոխակերպումը էլեկտրական էներգիայի:

Միջուկային ռեակտորը ատոմակայանի (ԱԷԿ) հիմնական տարրն է, որը ջերմային միջուկային էներգիան վերածում է էլեկտրական էներգիայի։ Էներգիայի փոխակերպումը տեղի է ունենում հետևյալ սխեմայի համաձայն.

• ուրանի միջուկների ներքին էներգիան -
• նեյտրոնների և միջուկային բեկորների կինետիկ էներգիա -
• ջրի ներքին էներգիան -
• գոլորշու ներքին էներգիա -
• գոլորշու կինետիկ էներգիա -
• տուրբինի ռոտորի և գեներատորի ռոտորի կինետիկ էներգիա -
• Էլեկտրական էներգիա.

Միջուկային ռեակտորների օգտագործումը.

Կախված իրենց նպատակից՝ միջուկային ռեակտորները կարող են լինել ուժային ռեակտորներ, փոխարկիչներ և բուծիչներ, հետազոտական ​​և բազմաֆունկցիոնալ, տրանսպորտային և արդյունաբերական:

Միջուկային էներգիայի ռեակտորներն օգտագործվում են ատոմակայաններում, նավերի էլեկտրակայաններում, միջուկային համակցված ջերմային և էլեկտրակայաններում և միջուկային ջերմամատակարարման կայաններում էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար:

Բնական ուրանի և թորիումից երկրորդային միջուկային վառելիք արտադրելու համար նախատեսված ռեակտորները կոչվում են փոխարկիչներ կամ բուծիչներ: Փոխարկիչի ռեակտորում երկրորդային միջուկային վառելիքը արտադրում է ավելի քիչ, քան սկզբում սպառվել է:

Սելեկցիոն ռեակտորում իրականացվում է միջուկային վառելիքի ընդլայնված վերարտադրություն, այսինքն. ստացվում է ավելին, քան ծախսվել է։

Հետազոտական ​​ռեակտորներն օգտագործվում են նյութի հետ նեյտրոնների փոխազդեցության գործընթացներն ուսումնասիրելու, ռեակտորային նյութերի վարքագիծը նեյտրոնային և գամմա ճառագայթման ինտենսիվ դաշտերում, ռադիոքիմիական և կենսաբանական հետազոտությունների, իզոտոպների արտադրության և միջուկային ռեակտորների ֆիզիկայի փորձարարական հետազոտությունների համար:

Ռեակտորներն ունեն տարբեր հզորություններ, անշարժ կամ իմպուլսային աշխատանքային ռեժիմներ: Բազմաֆունկցիոնալ ռեակտորներն այն ռեակտորներն են, որոնք ծառայում են մի քանի նպատակների, ինչպիսիք են էներգիա արտադրելը և միջուկային վառելիք արտադրելը:

Բնապահպանական աղետներ ատոմակայաններում

• 1957 - վթար Մեծ Բրիտանիայում
• 1966 - միջուկի մասնակի հալեցում Դեթրոյթի մոտ ռեակտորի սառեցման ձախողումից հետո:
• 1971 - շատ աղտոտված ջուր մտավ ԱՄՆ գետ
• 1979 թվական՝ ԱՄՆ-ի ամենամեծ վթարը
• 1982 - ռադիոակտիվ գոլորշու արտանետում մթնոլորտ
• 1983 - սարսափելի վթար Կանադայում (ռադիոակտիվ ջուրը հոսում էր 20 րոպե՝ մեկ տոննա րոպեում)
• 1986 - վթար Մեծ Բրիտանիայում
• 1986 - վթար Գերմանիայում
• 1986 - Չեռնոբիլի ատոմակայան
• 1988 - հրդեհ Ճապոնիայի ատոմակայանում

Ժամանակակից ատոմակայանները հագեցած են անհատական ​​համակարգիչներով, սակայն նախկինում, նույնիսկ վթարից հետո, ռեակտորները շարունակում էին գործել, քանի որ չկար ավտոմատ անջատման համակարգ։

4. Նյութի ամրացում.

1. Ինչ է կոչվում միջուկային ռեակտորը:
2. Ի՞նչ է միջուկային վառելիքը ռեակտորում:
3. Ո՞ր նյութն է ծառայում որպես նեյտրոնային մոդերատոր միջուկային ռեակտորում:
4. Ո՞րն է նեյտրոնային մոդերատորի նպատակը:
5. Ինչի համար են օգտագործվում հսկիչ ձողերը: Ինչպե՞ս են դրանք օգտագործվում:
6. Ի՞նչ է օգտագործվում որպես հովացուցիչ նյութ միջուկային ռեակտորներում:
7. Ինչո՞ւ է անհրաժեշտ, որ ուրանի յուրաքանչյուր ձողի զանգվածը կրիտիկական զանգվածից փոքր լինի:

5. Թեստի կատարում.

1. Ի՞նչ մասնիկներ են մասնակցում ուրանի միջուկների տրոհմանը:
   A. պրոտոններ;
   B. նեյտրոններ;
   B. էլեկտրոններ;
   G. հելիումի միջուկներ.
2. Ուրանի ո՞ր զանգվածն է կարևոր:
   A. ամենամեծը, որի դեպքում հնարավոր է շղթայական ռեակցիա.
   B. ցանկացած զանգված;
   B. ամենափոքրը, որի դեպքում հնարավոր է շղթայական ռեակցիա.
   D. զանգվածը, որի դեպքում ռեակցիան կդադարի:
3. Որքա՞ն է ուրանի 235 կրիտիկական զանգվածը:
   A. 9 կգ;
   B. 20 կգ;
   B. 50 կգ;
   G. 90 կգ.
4. Հետևյալ նյութերից ո՞րը կարող է օգտագործվել միջուկային ռեակտորներում որպես նեյտրոնային մոդերատորներ.
   A. գրաֆիտ;
   B. կադմիում;
   B. ծանր ջուր;
   G. բոր.
5. Որպեսզի միջուկային շղթայական ռեակցիա տեղի ունենա ատոմակայանում, նեյտրոնների բազմապատկման գործակիցը պետք է լինի.
   Ա.-ն հավասար է 1-ի;
   B. ավելի քան 1;
   V. 1-ից պակաս.
6. Միջուկային ռեակտորներում ծանր ատոմների միջուկների տրոհման արագությունը վերահսկվում է.
   Ա. կլանիչով ձողերն իջեցնելիս նեյտրոնների կլանման պատճառով.
   B. ջերմության հեռացման ավելացման շնորհիվ հովացուցիչ նյութի արագության բարձրացման հետ.
   Բ. սպառողներին էլեկտրաէներգիայի մատակարարման ավելացման միջոցով.
   Գ. միջուկում միջուկային վառելիքի զանգվածը վառելիքով հանելիս նվազեցնելով.
7. Էներգիայի ի՞նչ փոխակերպումներ են տեղի ունենում միջուկային ռեակտորում:
   Ա. ատոմային միջուկների ներքին էներգիան վերածվում է լուսային էներգիայի.
   Բ. ատոմային միջուկների ներքին էներգիան վերածվում է մեխանիկական էներգիայի.
   Բ. ատոմային միջուկների ներքին էներգիան վերածվում է էլեկտրական էներգիայի.
   Դ. Պատասխաններից ոչ մեկը ճիշտ չէ:
8. 1946 թվականին Խորհրդային Միությունում կառուցվեց առաջին միջուկային ռեակտորը։ Ո՞վ էր այս նախագծի ղեկավարը:
   A. S. Կորոլև;
   Բ.Ի.Կուրչատով;
   Վ.Դ.Սախարով;
   Գ.Ա.Պրոխորով.
9. Ո՞ր ճանապարհն եք առավել ընդունելի համարում ատոմակայանների հուսալիությունը բարձրացնելու և արտաքին միջավայրի աղտոտումը կանխելու համար։
   Ա. ռեակտորների մշակում, որոնք կարող են ավտոմատ կերպով սառեցնել ռեակտորի միջուկը՝ անկախ օպերատորի կամքից.
   Բ. ԱԷԿ-ի շահագործման գրագիտության, ԱԷԿ շահագործողների մասնագիտական ​​պատրաստվածության մակարդակի բարձրացում.
   Բ. Ատոմակայանների ապամոնտաժման և ռադիոակտիվ թափոնների վերամշակման բարձր արդյունավետ տեխնոլոգիաների մշակում.
   D. ռեակտորների տեղակայումը գետնի խորքում;
   Դ. հրաժարվել ատոմակայան կառուցելուց և շահագործելուց.
10. Շրջակա միջավայրի աղտոտման ո՞ր աղբյուրներն են կապված ատոմակայանների շահագործման հետ:
    Ա. ուրանի արդյունաբերություն;
    Բ. տարբեր տեսակի միջուկային ռեակտորներ.
    Բ. ռադիոքիմիական արդյունաբերություն;
    Դ. ռադիոակտիվ թափոնների մշակման և հեռացման տեղամասեր.
    D. ռադիոնուկլիդների օգտագործումը ազգային տնտեսության մեջ.
    E. միջուկային պայթյուններ.

Պատասխանները 1 B; 2 Վ; 3 Վ; 4 A, B; 5 Ա; 6 Ա; 7 Վ;. 8 B; 9 B.V; 10 A, B, C, D, E.

6. Դասի ամփոփում.

Ի՞նչ նոր բան սովորեցիք այսօր դասարանում:

Ի՞նչը ձեզ դուր եկավ դասի մեջ:

Ի՞նչ հարցեր ունեք։

ՇՆՈՐՀԱԿԱԼՈՒԹՅՈՒՆ ԴԱՍՈՒՄ ՁԵՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔԻ ՀԱՄԱՐ:

Միջուկային էներգիայի կարևորությունը ժամանակակից աշխարհում

Միջուկային էներգիան հսկայական առաջընթաց է գրանցել վերջին մի քանի տասնամյակների ընթացքում՝ դառնալով շատ երկրների համար էլեկտրաէներգիայի ամենակարևոր աղբյուրներից մեկը: Միևնույն ժամանակ, պետք է հիշել, որ ազգային տնտեսության այս հատվածի զարգացման հետևում կանգնած են տասնյակ հազարավոր գիտնականների, ինժեներների և սովորական աշխատողների հսկայական ջանքերը, որոնք անում են ամեն ինչ, որպեսզի «խաղաղ ատոմը» չվերածվի. իրական սպառնալիք միլիոնավոր մարդկանց համար։ Ցանկացած ատոմակայանի իրական կորիզը ատոմային ռեակտորն է։

Միջուկային ռեակտորի ստեղծման պատմություն

Առաջին նման սարքը կառուցվել է Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ամենաթեժ պահին ԱՄՆ-ում հայտնի գիտնական և ինժեներ Է.Ֆերմիի կողմից։ Իր արտասովոր տեսքի պատճառով, որը նման էր իրար վրա դրված գրաֆիտի բլոկների կույտին, այս միջուկային ռեակտորը կոչվեց Չիկագոյի կույտ։ Հարկ է նշել, որ այս սարքը գործում էր ուրանի վրա, որը տեղադրված էր հենց բլոկների արանքում։

Խորհրդային Միությունում միջուկային ռեակտորի ստեղծում

Մեր երկրում մեծ ուշադրություն է դարձվել նաև միջուկային հիմնախնդիրներին։ Չնայած այն հանգամանքին, որ գիտնականների հիմնական ջանքերը կենտրոնացած էին ատոմի ռազմական օգտագործման վրա, նրանք ստացված արդյունքները ակտիվորեն օգտագործում էին խաղաղ նպատակներով։ Առաջին միջուկային ռեակտորը՝ F-1 ծածկանունը, կառուցվել է մի խումբ գիտնականների կողմից՝ հայտնի ֆիզիկոս Ի.Կուրչատովի գլխավորությամբ 1946 թվականի դեկտեմբերի վերջին։ Նրա զգալի թերությունը հովացման համակարգի բացակայությունն էր, ուստի այն էներգիայի հզորությունը, որը նա թողարկեց, չափազանց աննշան էր: Միևնույն ժամանակ, խորհրդային հետազոտողները ավարտին հասցրին իրենց սկսած աշխատանքը, որի արդյունքում ընդամենը ութ տարի անց բացվեց աշխարհում առաջին ատոմակայանը Օբնինսկ քաղաքում:

Ռեակտորի շահագործման սկզբունքը

Միջուկային ռեակտորը չափազանց բարդ և վտանգավոր տեխնիկական սարք է։ Նրա գործողության սկզբունքը հիմնված է այն փաստի վրա, որ ուրանի քայքայման ժամանակ մի քանի նեյտրոններ են արտազատվում, որոնք, իրենց հերթին, տապալում են տարրական մասնիկները հարևան ուրանի ատոմներից։ Այս շղթայական ռեակցիան զգալի քանակությամբ էներգիա է թողարկում ջերմության և գամմա ճառագայթների տեսքով: Միաժամանակ պետք է հաշվի առնել այն հանգամանքը, որ եթե այդ ռեակցիան որևէ կերպ չվերահսկվի, ապա ուրանի ատոմների տրոհումը ամենակարճ ժամկետում կարող է հանգեցնել անցանկալի հետևանքներով հզոր պայթյունի։

Որպեսզի ռեակցիան ընթանա խիստ սահմանված սահմաններում, մեծ նշանակություն ունի միջուկային ռեակտորի նախագծումը։ Ներկայումս յուրաքանչյուր նման կառույց մի տեսակ կաթսա է, որի միջով հովացուցիչ նյութ է հոսում: Ջուրը սովորաբար օգտագործվում է այս հզորությամբ, սակայն կան ատոմակայաններ, որոնք օգտագործում են հեղուկ գրաֆիտ կամ ծանր ջուր։ Անհնար է պատկերացնել ժամանակակից միջուկային ռեակտոր առանց հարյուրավոր հատուկ վեցանկյուն ձայներիզների։ Դրանք պարունակում են վառելիք արտադրող տարրեր, որոնց ալիքներով հոսում են հովացուցիչ նյութեր։ Այս ձայներիզը պատված է հատուկ շերտով, որն ունակ է արտացոլել նեյտրոնները և դրանով իսկ դանդաղեցնել շղթայական ռեակցիան։

Միջուկային ռեակտորը և դրա պաշտպանությունը

Այն ունի պաշտպանության մի քանի մակարդակ: Բացի բուն մարմնից, այն ծածկված է հատուկ ջերմամեկուսիչով և վերևում կենսաբանական պաշտպանությամբ։ Ինժեներական տեսանկյունից այս կառույցը հզոր երկաթբետոնե բունկեր է, որի դռները հնարավորինս ամուր փակված են։

1948 թվականին Ի.Վ. Կուրչատովի առաջարկով սկսվեց առաջին աշխատանքը ատոմային էներգիայի պրակտիկ օգտագործման վերաբերյալ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար։ Աշխարհի առաջին արդյունաբերական ատոմակայանը՝ 5 ՄՎտ հզորությամբ, գործարկվել է 1954 թվականի հունիսի 27-ին ԽՍՀՄ-ում, Կալուգայի մարզում գտնվող Օբնինսկ քաղաքում։

ԽՍՀՄ-ից դուրս առաջին արդյունաբերական ատոմակայանը՝ 46 ՄՎտ հզորությամբ, շահագործման է հանձնվել 1956 թվականին Կալդեր Հոլում (Մեծ Բրիտանիա)։ Մեկ տարի անց Շիփինգպորտում (ԱՄՆ) շահագործման է հանձնվել 60 ՄՎտ հզորությամբ ատոմակայանը։

Ատոմակայանների աշխարհի ամենամեծ պարկը պատկանում է ԱՄՆ-ին։ Գործում է 104 էներգաբլոկ՝ մոտ 100 ԳՎտ ընդհանուր հզորությամբ։ Նրանք ապահովում են էլեկտրաէներգիայի արտադրության 20%-ը։

Ֆրանսիան ատոմակայանների օգտագործման համաշխարհային առաջատարն է։ Նրա 59 ատոմակայաններն արտադրում են ողջ էլեկտրաէներգիայի մոտ 80%-ը։ Ընդ որում, դրանց ընդհանուր հզորությունը ավելի քիչ է, քան ամերիկյաններինը՝ մոտ 70 ԳՎտ։

Աշխարհի միջուկային ռեակտորների քանակով առաջատարների թվում կարելի է գտնել երկու ասիական երկիր՝ Ճապոնիա և Հարավային Կորեա։

Ատոմային էներգիայի զարգացման տարիների ընթացքում մի քանի անգամ տեղի են ունեցել լուրջ վթարներ, հատկապես ամերիկյան Three Mile Island ատոմակայանում, ուկրաինական Չեռնոբիլի ատոմակայանում և ճապոնական Ֆուկուսիմա-1 ատոմակայանում:

Բելառուսի իշխանությունները ծրագրում են ատոմակայան կառուցել Գրոդնոյի շրջանում՝ Լիտվայի հետ սահմանից մի քանի տասնյակ կիլոմետր հեռավորության վրա։ Կայանը կներառի երկու բլոկ՝ 2,4 հազար մեգավատ ընդհանուր հզորությամբ։ Առաջինը նախատեսվում է շահագործել 2016 թվականին, երկրորդը՝ 2018 թվականին։

Հղումներ

Միջուկային ռեակտոր

Միջուկային ռեակտորկոչվում է ռեակտոր, որտեղ տեղի է ունենում վերահսկվող միջուկային տրոհման շղթայական ռեակցիա։ Ներկայումս կան տարբեր հզորության միջուկային ռեակտորների շատ տարբեր տեսակներ, որոնք տարբերվում են օգտագործվող նեյտրոնների էներգիայով, օգտագործվող միջուկային վառելիքի տեսակով, ռեակտորի միջուկի կառուցվածքով, մոդերատորի տեսակով, հովացուցիչ նյութով և այլն։ Առաջին միջուկային ռեակտորը կառուցվել է 1942 թվականի դեկտեմբերին ԱՄՆ-ում՝ Է.Ֆերմիի ղեկավարությամբ։ Եվրոպայում առաջին միջուկային ռեակտորը եղել է F-1 կայանքը։ Այն գործարկվել է 1946 թվականի դեկտեմբերի 25-ին Մոսկվայում՝ Ի.Վ. Կուրչատովի ղեկավարությամբ։

Նկարում ներկայացված է երկշղթա ճնշման ջրի էներգիայի ռեակտորով ատոմակայանի շահագործման դիագրամը: Ռեակտորի միջուկում թողարկված էներգիան փոխանցվում է առաջնային հովացուցիչ նյութին: Այնուհետև հովացուցիչը մտնում է ջերմափոխանակիչ (գոլորշու գեներատոր), որտեղ այն տաքացնում է երկրորդական շղթայի ջուրը մինչև եռալ: Ստացված գոլորշին մտնում է տուրբիններ, որոնք պտտում են էլեկտրական գեներատորները: Տուրբինների ելքի մոտ գոլորշին մտնում է կոնդենսատոր, որտեղ այն սառչում է ջրամբարից եկող մեծ քանակությամբ ջրի միջոցով։

Դանդաղ նեյտրոնային ռեակտորներ

Ջերմային նեյտրոնների վրա աշխատող ռեակտորները (դրանց արագությունը 2·10 3 մ/վ է) բաղկացած են հետևյալ հիմնական մասերից.

Ա) տրոհվող նյութ, որն օգտագործվում է որպես ուրանի իզոտոպներ (\(~^(233)_(92)U\) ,\(~^(235)_(92)U\)), թորիում (\(~^(232)_ (90)Th\)) կամ պլուտոնիում (\(~^(239)_(94)Pu\) , \(~^(240)_(94)Pu\) , \(~^(241)_(94 ) Pu\)); բ) նեյտրոնային մոդերատոր, որը գրաֆիտ է, ծանր կամ սովորական ջուր; V) նեյտրոնային ռեֆլեկտոր, որը սովորաբար օգտագործվում է նույն նյութերը, ինչ չափավորող նեյտրոնների համար. G) հովացուցիչ նյութ, որը նախատեսված է ռեակտորի միջուկից ջերմությունը հեռացնելու համար։ Ջուրը, հեղուկ մետաղները և որոշ օրգանական հեղուկներ օգտագործվում են որպես հովացուցիչ նյութեր. դ) հսկիչ ձողեր; ե) ճառագայթային մոնիտորինգի և կենսաբանական պաշտպանության համակարգերմիջավայրը նեյտրոնային հոսքերից և γ - ռեակտորի միջուկում առաջացող ճառագայթում.

Ուրանը միջուկային վառելիքի մեջ մտնում է հրակայուն միացությունների տեսքով։ Դրանցից հատկապես հայտնի է ուրանի երկօքսիդը U2O, որը քիմիապես իներտ է և կարող է դիմակայել մինչև 2800 °C ջերմաստիճանի։ Այս կերամիկայից պատրաստվում են մի քանի սանտիմետր տրամագծով փոքր հաբեր։ Ստացված միջուկային վառելիքը փաթեթավորված է այսպես կոչված վառելիքի տարրեր(վառելիքի տարրեր), որոնցից մեկի կառուցվածքը ներկայացված է Նկար 2-ում: Ցիրկոնիումի կեղևը ծառայում է ուրանի և ռադիոակտիվ շղթայական ռեակցիայի արտադրանքները արտաքին միջավայրի հետ քիմիական շփումից, հիմնականում հովացուցիչ նյութի հետ մեկուսացնելու համար: Վառելիքի տարրը պետք է լավ անցկացնի ջերմություն՝ այն միջուկային վառելիքից տեղափոխելով հովացուցիչ նյութ:

Բրինձ. 2. Վառելիքի տարրեր (վառելիքի ձողեր)

Եթե ​​ռեակցիան արտադրում է ավելի քիչ նեյտրոններ, քան անհրաժեշտ է, ապա շղթայական ռեակցիան վաղ թե ուշ կդադարի: Եթե ​​անհրաժեշտից ավելի շատ նեյտրոններ արտադրվեն, ապա տրոհման ռեակցիայի մեջ ներգրավված ուրանի միջուկների թիվը էքսպոնենցիալ կաճի։ Եթե ​​նեյտրոնների կլանման արագությունը չի ավելանում, վերահսկվող ռեակցիան կարող է վերածվել միջուկային պայթյունի:

Նեյտրոնների կլանման արագությունը կարող է փոխվել՝ օգտագործելով կադմիումից, հաֆնիումից, բորից կամ այլ նյութերից պատրաստված հսկիչ ձողեր (նկ. 3):

Միջուկային տրոհման շղթայական ռեակցիայի ընթացքում միջուկային ռեակտորում թողարկված ջերմությունը տանում է հովացուցիչ նյութը՝ ջուրը 10 ՄՊա ճնշման տակ, որի արդյունքում ջուրը տաքանում է մինչև 270 ° C առանց եռման: Այնուհետև ջուրը մտնում է ջերմափոխանակիչ, որտեղ իր ներքին էներգիայի զգալի մասը տալիս է երկրորդական շղթայի ջրին և պոմպերի օգնությամբ կրկին մտնում է ռեակտորի միջուկը։ Ջերմափոխանակիչի երկրորդային շղթայի ջուրը վերածվում է գոլորշու, որը մտնում է գոլորշու տուրբին, որը շարժում է էլեկտրական գեներատորը: Երկրորդ շրջանը, ինչպես առաջինը, փակ է: Տուրբինից հետո գոլորշին մտնում է կոնդենսատոր, որտեղ կծիկը սառչում է հոսող սառը ջրով։ Այստեղ գոլորշին վերածվում է ջրի եւ պոմպերի օգնությամբ կրկին մտնում է ջերմափոխանակիչ։ Ջրի շարժման ուղղությունը սխեմաներում այնպիսին է, որ ջերմափոխանակիչում ջուրը հոսում է երկու սխեմաներում և շարժվում դեպի միմյանց: Առանձին շղթաներ նույնպես անհրաժեշտ են, քանի որ առաջնային միացումում ռեակտորի միջուկով անցնող ջուրը դառնում է ռադիոակտիվ: Երկրորդ շղթայում գոլորշին և ջուրը գործնականում ռադիոակտիվ չեն:

Հղումներ

Արագ ռեակտորներ

Եթե ​​ուրանն օգտագործվում է որպես միջուկային վառելիք, որտեղ զգալիորեն ավելացել է \(~^(235)_(92)U\) իզոտոպի պարունակությունը, ապա միջուկային ռեակտորը կարող է աշխատել առանց մոդերատորի օգտագործման արագ նեյտրոնների վրա, որոնք արձակվել են ընթացքում: միջուկային տրոհում. Նման ռեակտորում շղթայական ռեակցիայի ընթացքում արձակված նեյտրոնների 1/3-ից ավելին կարող է կլանվել ուրանի-238 իզոտոպի միջուկներով, ինչի արդյունքում ձևավորվում են ուրան-239 իզոտոպի միջուկներ։

Նոր իզոտոպի միջուկները բետա ռադիոակտիվ են։ Բետա քայքայման արդյունքում առաջանում է պարբերական համակարգի իննսուն երրորդ տարրի՝ նեպտունիումի միջուկը։ Նեպտունիումի միջուկը, իր հերթին, բետա քայքայման միջոցով վերածվում է իննսունչորրորդ տարրի՝ պլուտոնիումի միջուկի.

\(~\սկիզբ (մատրիցան) & \մոտ \beta^- & \մոտ \beta^- & \\ ^(238)_(92)U + \ ^1_0n \դեպի & ^(239)_(92)U \to \ & ^(239)_(93)Np \to \ & ^(239)_(94)Pu \end(մատրիցան)\) .

Այսպիսով, ուրան-238 իզոտոպի միջուկը, նեյտրոնը կլանելուց հետո, ինքնաբերաբար վերածվում է պլուտոնիումի \(~^(239)_(94)Pu\ իզոտոպի միջուկի:

Պլուտոնիում-239-ը նեյտրոնների հետ փոխազդելու իր ունակությամբ շատ նման է ուրան-235 իզոտոպին: Երբ նեյտրոնը կլանվում է, պլուտոնիումի միջուկը բաժանվում է և արտանետում 3 նեյտրոններ, որոնք կարող են նպաստել շղթայական ռեակցիայի զարգացմանը։ Հետևաբար, արագ նեյտրոնային ռեակտորը ոչ միայն ուրանի 235 իզոտոպի միջուկների տրոհման շղթայական ռեակցիան իրականացնելու տեղակայանք է, այլև միևնույն ժամանակ տարածված և համեմատաբար էժան միջուկային նոր վառելիքի՝ պլուտոնիում-239-ի արտադրության համար: ուրան-238 իզոտոպ. Արագ նեյտրոնային ռեակտորում սպառվող 1 կգ ուրան-235-ի համար կարելի է ստանալ ավելի քան մեկ կիլոգրամ պլուտոնիում-239, որն իր հերթին կարող է օգտագործվել շղթայական ռեակցիա իրականացնելու և ուրանից պլուտոնիումի նոր մաս արտադրելու համար:

Այսպիսով, արագ նեյտրոնային միջուկային ռեակտորը կարող է միաժամանակ ծառայել որպես էլեկտրակայան և միջուկային վառելիք արտադրող ռեակտոր, ինչը, ի վերջո, հնարավորություն է տալիս օգտագործել ոչ միայն հազվագյուտ ուրան-235 իզոտոպը, այլև ուրանի-238 իզոտոպը, որը 140 անգամ ավելի է: առատ բնության մեջ, էներգիայի արտադրության համար:

Հղումներ

1. Արագ նեյտրոնային ռեակտորներով ատոմակայան (BN 600)
2. Արագ նեյտրոնների բալլադ. Բելոյարսկի ատոմակայանի եզակի ռեակտորը

Միջուկային ռեակտորների նպատակը

Ըստ իրենց նպատակի՝ միջուկային ռեակտորները բաժանվում են հետևյալ տեսակների.

Ա) հետազոտություն - նրանց օգնությամբ գիտական ​​նպատակներով ստացվում են նեյտրոնների հզոր ճառագայթներ. բ) էներգիա՝ նախատեսված արդյունաբերական մասշտաբով էլեկտրական էներգիա արտադրելու համար. գ) կենտրոնական ջեռուցում - նրանք ջերմություն են ստանում արդյունաբերության և քաղաքային ջեռուցման կարիքների համար. դ) բերրի - ծառայում են ուրանի \(~^(238)_(92)U\) և թորիումից \(~^(232)_(90)Th\) (94)Pu\) և ուրանից տրոհվող պլուտոնիումային նյութեր ստանալու համար: \(~^(233)_(92)U\); ե) տրանսպորտ - դրանք օգտագործվում են նավերի և սուզանավերի շարժիչ համակարգերում. զ) արհեստական ​​ռադիոակտիվությամբ տարբեր քիմիական տարրերի իզոտոպների արդյունաբերական արտադրության ռեակտորներ.

Հղումներ

Ատոմակայանների առավելությունները

Ատոմային էլեկտրակայաններն ունեն մի շարք առավելություններ՝ համեմատած հանածո վառելիքով աշխատող ջերմաէլեկտրակայանների.

• օգտագործված վառելիքի փոքր ծավալը և վերամշակումից հետո դրա վերօգտագործման հնարավորությունը՝ 1 կգ բնական ուրան փոխարինում է 20 տոննա ածուխին։ Համեմատության համար նշենք, որ միայն Troitskaya GRES-ը, 2000 ՄՎտ հզորությամբ, օրական այրում է երկու գնացք ածուխ;
• թեև ատոմակայանի շահագործման ընթացքում մթնոլորտ է արտանետվում որոշակի քանակությամբ իոնացված գազ, սովորական ջերմաէլեկտրակայանը ծխի հետ մեկտեղ ավելի մեծ քանակությամբ ճառագայթում է արտանետում՝ ածխի մեջ ռադիոակտիվ տարրերի բնական պարունակության պատճառով.
• Ավելի մեծ հզորություն կարելի է ստանալ մեկ ատոմակայանի ռեակտորից (1000-1600 ՄՎտ մեկ էներգաբլոկի համար)։

Էկոլոգիական խնդիրներ

Ժամանակակից ատոմակայաններն ունեն մոտավորապես 30% արդյունավետության գործակից: Ուստի 1000 ՄՎտ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար ռեակտորի ջերմային հզորությունը պետք է հասնի 3000 ՄՎտ։ 2000 ՄՎտ պետք է տանի կոնդենսատորը հովացնող ջրով: Սա հանգեցնում է բնական ջրամբարների լոկալ գերտաքացմանը և հետագա բնապահպանական խնդիրների առաջացմանը: Շատ կարևոր խնդիր է ապահովել ատոմակայաններում աշխատող մարդկանց ամբողջական ճառագայթային անվտանգությունը և կանխել ռադիոակտիվ նյութերի պատահական արտանետումները, որոնք մեծ քանակությամբ կուտակվում են ռեակտորի միջուկում: Միջուկային ռեակտորներ մշակելիս մեծ ուշադրություն է դարձվում այս խնդրին։ Այնուամենայնիվ, միջուկային էներգիան, ինչպես շատ այլ արդյունաբերություններ, ունեն վնասակար և վտանգավոր բնապահպանական ազդեցություններ: Ամենամեծ պոտենցիալ վտանգը ռադիոակտիվ աղտոտումն է։

Ամբողջ աշխարհում ատոմակայանների շահագործման փորձը ցույց է տալիս, որ ատոմակայանների բնականոն շահագործման ընթացքում կենսոլորտը հուսալիորեն պաշտպանված է ճառագայթման ազդեցությունից: Չեռնոբիլի ատոմակայանի վթարից հետո (1986 թ.) ատոմային էներգետիկայի անվտանգության խնդիրը հատկապես սրվեց։ Չեռնոբիլի ատոմակայանի չորրորդ ռեակտորի պայթյունը ցույց տվեց, որ կադրային սխալների և նախագծային թերությունների պատճառով ռեակտորի միջուկի ոչնչացման վտանգը մնում է իրականություն։ Այս ռիսկը նվազեցնելու համար պետք է ձեռնարկվեն ամենախիստ միջոցները։

Բարդ խնդիրներ են առաջանում ռադիոակտիվ թափոնների հեռացման և հին ատոմակայանների ապամոնտաժման հետ կապված։ Քայքայման արտադրանքներից ամենահայտնին են ստրոնցիումը և ցեզիումը: Օգտագործված միջուկային վառելիքի բլոկները պետք է սառեցվեն: Բանն այն է, որ ռադիոակտիվ քայքայման ժամանակ այնքան ջերմություն է արտանետվում, որ բլոկները կարող են հալվել: Բացի այդ, բլոկները կարող են նոր ռադիոակտիվ տարրեր արձակել։ Այս տարրերն օգտագործվում են որպես ռադիոակտիվության աղբյուրներ բժշկության, արդյունաբերության և գիտական ​​հետազոտությունների մեջ: Մնացած բոլոր միջուկային թափոնները պետք է մեկուսացված լինեն և պահպանվեն երկար տարիներ։ Միայն մի քանի հարյուր տարի հետո թափոնների ռադիոակտիվությունը կնվազի և համեմատելի կդառնա բնական ֆոնի հետ։ Թափոնները տեղադրվում են հատուկ տարաներում, որոնք թաղվում են ականապատ հանքերում կամ ժայռերի ճեղքերում։

100 RURբոնուս առաջին պատվերի համար

Ընտրել աշխատանքի տեսակը Դիպլոմային աշխատանք Դասընթացի աշխատանք Աբստրակտ Մագիստրոսական թեզ Պրակտիկա Հոդված Հաշվետվություն Վերանայել Թեստային աշխատանք Մենագրություն Խնդրի լուծում Բիզնես պլան Հարցերի պատասխաններ Ստեղծագործական աշխատանք Շարադրություն Նկարչություն Շարադրություններ Թարգմանություններ Ներկայացումներ Տպում Այլ Տեքստի յուրահատկության բարձրացում Մագիստրոսական թեզ Լաբորատոր աշխատանք Օնլայն օգնություն

Իմացեք գինը

Արդյունաբերական միջուկային ռեակտորներն ի սկզբանե մշակվել են միայն միջուկային զենք ունեցող երկրներում։ ԱՄՆ-ը, ԽՍՀՄ-ը, Մեծ Բրիտանիան և Ֆրանսիան ակտիվորեն ուսումնասիրում էին միջուկային ռեակտորների տարբեր տարբերակներ։ Այնուամենայնիվ, հետագայում միջուկային էներգիայի մեջ սկսեցին գերակշռել երեք հիմնական տեսակի ռեակտորներ, որոնք հիմնականում տարբերվում էին վառելիքով, հովացուցիչ նյութով, որն օգտագործվում էր միջուկի պահանջվող ջերմաստիճանը պահպանելու համար, և մոդերատորը օգտագործվում էր քայքայման գործընթացում արձակված նեյտրոնների արագությունը նվազեցնելու համար և անհրաժեշտ է շղթայական ռեակցիան պահպանելու համար:

Դրանցից առաջին (և ամենատարածված) տեսակը հարստացված ուրանի ռեակտորն է, որտեղ և՛ հովացուցիչը, և՛ մոդերատորը սովորական կամ «թեթև» ջուր են (թեթև ջրի ռեակտոր): Լույսի ջրային ռեակտորի երկու հիմնական ստուգում կա՝ պեկտոր, որում PAP-ը, որին ներարկվում է ակտիվ գոտի (եռացող ռեակտոր), և pectoP, որի դեպքում PAP-ը գերազանցում է արտաքին կամ երկրորդը՝ հակադրությունը։ կապված ջերմափոխանակիչների ծաղկման և պարադուկտոիս P-ի հետ, տես ստորև): Թեթև ջրի ռեակտորի մշակումը սկսվել է ԱՄՆ զինված ուժերի ծրագրերի շրջանակներում։ Այսպիսով, 1950-ականներին General Electric-ը և Westinghouse-ը մշակեցին թեթև ջրի ռեակտորներ ԱՄՆ ռազմածովային ուժերի սուզանավերի և ավիակիրների համար։ Այս ընկերությունները ներգրավված էին նաև միջուկային վառելիքի վերականգնման և հարստացման տեխնոլոգիաների մշակման ռազմական ծրագրերի իրականացման մեջ։ Նույն տասնամյակում Խորհրդային Միությունը ստեղծեց եռացող ջրի ռեակտոր՝ գրաֆիտի մոդերատորով։

Երկրորդ տեսակի ռեակտորը, որը գործնական կիրառություն է գտել, գազով սառեցված ռեակտորն է (գրաֆիտի մոդերատորով)։ Դրա ստեղծումը սերտորեն կապված էր նաև միջուկային զենքի վաղ ծրագրերի հետ: 1940-ականների վերջին և 1950-ականների սկզբին Մեծ Բրիտանիան և Ֆրանսիան, փորձելով ստեղծել իրենց սեփական ատոմային ռումբերը, կենտրոնացան գազով հովացվող ռեակտորների ստեղծման վրա, որոնք բավականին արդյունավետ կերպով արտադրում են զենքի համար նախատեսված պլուտոնիում և կարող են նաև աշխատել բնական ուրանի վրա:

Առևտրային հաջողություն ունեցած ռեակտորների երրորդ տեսակը ռեակտորն է, որտեղ և՛ սառեցնողը, և՛ մոդերատորը ծանր ջուր են, և վառելիքը նույնպես բնական ուրան է: Միջուկային դարաշրջանի սկզբում մի շարք երկրներում ուսումնասիրվեցին ծանր ջրի ռեակտորի հնարավոր օգուտները: Այնուամենայնիվ, նման ռեակտորների արտադրությունն այնուհետև կենտրոնացավ հիմնականում Կանադայում, մասամբ ուրանի հսկայական պաշարների պատճառով:

Ներկայումս աշխարհում հինգ տեսակի միջուկային ռեակտորներ կան։ Դրանք են՝ VVER ռեակտորը (Ջուր-Ջրի էներգիայի ռեակտոր), RBMK (Բարձր էներգիայի ալիքի ռեակտոր), ծանր ջրի ռեակտորը, գազային շղթայով գնդիկավոր ռեակտորը, արագ նեյտրոնային ռեակտորը։ Ռեակտորների յուրաքանչյուր տեսակ ունի նախագծման առանձնահատկություններ, որոնք տարբերում են այն մյուսներից, թեև, իհարկե, որոշ նախագծային տարրեր կարող են փոխառվել այլ տեսակներից: VVER-ները կառուցվել են հիմնականում նախկին ԽՍՀՄ-ում և Արևելյան Եվրոպայում, կան բազմաթիվ RBMK տիպի ռեակտորներ Ռուսաստանում, Արևմտյան Եվրոպայում և Հարավարևելյան Ասիայում կառուցվել են ծանր ջրի ռեակտորներ.

VVER. VVER ռեակտորները Ռուսաստանում ռեակտորների ամենատարածված տեսակն են: Դրանցում օգտագործվող մոդերատորի հովացուցիչ նյութի ցածր արժեքը և շահագործման հարաբերական անվտանգությունը շատ գրավիչ են, չնայած այդ ռեակտորներում հարստացված ուրան օգտագործելու անհրաժեշտությանը: VVER ռեակտորի հենց անունից հետևում է, որ և՛ դրա մոդերատորը, և՛ հովացուցիչը սովորական թեթև ջուր են: Որպես վառելիք օգտագործվում է մինչև 4,5% հարստացված ուրան։

RBMK. RBMK-ն կառուցված է մի փոքր այլ սկզբունքով, քան VVER-ը: Նախևառաջ, եռումը տեղի է ունենում նրա միջուկում. ռեակտորից գալիս է գոլորշու-ջուր խառնուրդ, որը, անցնելով տարանջատիչների միջով, բաժանվում է ջրի, որը վերադառնում է ռեակտորի մուտք, և գոլորշու, որը գնում է անմիջապես դեպի տուրբին: Տուրբինի արտադրած էլեկտրաէներգիան, ինչպես VVER ռեակտորում, ծախսվում է նաև շրջանառության պոմպերի աշխատանքի վրա։ Դրա միացման դիագրամը ներկայացված է Նկար 4-ում:

RBMK-ի էլեկտրական հզորությունը 1000 ՄՎտ է։ RBMK ռեակտորներով ատոմակայանները կազմում են ատոմային էներգետիկայի արդյունաբերության զգալի մասնաբաժինը։ Այսպիսով, դրանցով հագեցած են Լենինգրադի, Կուրսկի, Չեռնոբիլի, Սմոլենսկի, Իգնալինա ատոմակայանները։

Տարբեր տեսակի միջուկային ռեակտորներ համեմատելիս արժե կենտրոնանալ մեր երկրում և աշխարհում այս սարքերի երկու ամենատարածված տեսակների վրա՝ VVER և RBMK: Առավել հիմնարար տարբերությունները. VVER - ճնշման անոթի ռեակտոր (ճնշումը պահպանվում է ռեակտորի նավի կողմից); RBMK - ալիքային ռեակտոր (ճնշումը պահպանվում է ինքնուրույն յուրաքանչյուր ալիքում); VVER-ում հովացուցիչը և մոդերատորը նույն ջուրն են (լրացուցիչ մոդերատոր չի ներմուծվում), RBMK-ում մոդերատորը գրաֆիտ է, իսկ հովացուցիչը ջուր է. VVER-ում գոլորշու գեներատորի երկրորդ մարմնում ստեղծվում է գոլորշի, գոլորշին առաջանում է անմիջապես ռեակտորի միջուկում (եռացող ռեակտոր) և ուղղակիորեն գնում է դեպի տուրբին. Ակտիվ գոտիների տարբեր կառուցվածքի պատճառով տարբեր են նաև այդ ռեակտորների աշխատանքային պարամետրերը։ Ռեակտորի անվտանգության համար կարևոր է հետևյալ պարամետրը. ռեակտիվության գործակիցը- այն կարող է պատկերավոր կերպով ներկայացվել որպես արժեք, որը ցույց է տալիս, թե ռեակտորի այս կամ այն ​​պարամետրի փոփոխությունները ինչպես կազդեն նրանում շղթայական ռեակցիայի ինտենսիվության վրա: Եթե ​​այս գործակիցը դրական է, ապա այն պարամետրի մեծացմամբ, որով տրված է գործակիցը, ռեակտորում շղթայական ռեակցիան այլ ազդեցության բացակայության դեպքում կավելանա և ի վերջո հնարավոր կդառնա, որ այն դառնա անկառավարելի և կասկադ: աճող - ռեակտորը կարագանա: Երբ ռեակտորը արագանում է, տեղի է ունենում ինտենսիվ ջերմության արտանետում, ինչը հանգեցնում է վառելիքի միջուկների հալման, դրանց հալման հոսքի միջուկի ստորին մաս, ինչը կարող է հանգեցնել ռեակտորի նավի ոչնչացմանը և ռադիոակտիվ նյութերի արտանետմանը: միջավայրը։

Աղյուսակ 13-ում ներկայացված են RBMK-ի և VVER-ի ռեակտիվության ցուցանիշները:

VVER ռեակտորում, երբ գոլորշին հայտնվում է միջուկում կամ երբ սառեցնող նյութի ջերմաստիճանը բարձրանում է, ինչը հանգեցնում է դրա խտության նվազմանը, նեյտրոնների բախումների թիվը սառեցնող հեղուկի մոլեկուլների ատոմների հետ նվազում է, նեյտրոնների չափավորությունը նվազում է, արդյունքում: որոնցից նրանք բոլորը թողնում են միջուկը՝ առանց այլ միջուկների հետ արձագանքելու։ Ռեակտորը կանգ է առնում։

Ամփոփելով, RBMK ռեակտորը պահանջում է ավելի քիչ վառելիքի հարստացում, ավելի լավ հնարավորություններ ունի տրոհվող նյութ (պլուտոնիում) արտադրելու համար, ունի շարունակական գործառնական ցիկլ, բայց շահագործման մեջ ավելի պոտենցիալ վտանգավոր է: Այս վտանգի աստիճանը կախված է արտակարգ իրավիճակների պաշտպանության համակարգերի որակից և գործող անձնակազմի որակավորումից։ Բացի այդ, երկրորդային շղթայի բացակայության պատճառով RBMK-ն շահագործման ընթացքում ավելի բարձր ճառագայթման արտանետումներ ունի մթնոլորտ:

Ծանր ջրի ռեակտոր. Կանադայում և Ամերիկայում միջուկային ռեակտորի մշակողները, երբ լուծում էին ռեակտորում շղթայական ռեակցիայի պահպանման խնդիրը, գերադասում էին օգտագործել ծանր ջուրը որպես մոդերատոր։ Ծանր ջուրն ունի նեյտրոնների կլանման շատ ցածր աստիճան և շատ բարձր չափավորող հատկություններ՝ գերազանցելով գրաֆիտին: Արդյունքում ծանր ջրի ռեակտորները աշխատում են չհարստացված վառելիքով, ինչը վերացնում է ուրանի հարստացման բարդ և վտանգավոր գործարաններ կառուցելու անհրաժեշտությունը:

Գնդիկավոր մահճակալի ռեակտոր: Գնդիկով լցված ռեակտորում միջուկն ունի գնդակի ձև, որի մեջ լցվում են վառելիքի տարրեր, որոնք նույնպես գնդաձև են: Յուրաքանչյուր տարր իրենից ներկայացնում է գրաֆիտի գունդ՝ ընդմիջված ուրանի օքսիդի մասնիկներով: Գազը մղվում է ռեակտորի միջով - ամենից հաճախ օգտագործվում է ածխածնի երկօքսիդ CO2: Գազը ճնշման տակ մատակարարվում է միջուկին և այնուհետև մտնում է ջերմափոխանակիչ: Ռեակտորը կարգավորվում է միջուկի մեջ տեղադրված կլանիչ ձողերով:

Արագ նեյտրոնային ռեակտոր. Արագ նեյտրոնային ռեակտորը շատ տարբերվում է բոլոր այլ տեսակի ռեակտորներից: Դրա հիմնական նպատակն է ապահովել տրոհվող պլուտոնիումի ընդլայնված բուծում ուրան-238-ից՝ բնական ուրանի ամբողջ կամ զգալի մասի, ինչպես նաև սպառված ուրանի առկա պաշարների այրման նպատակով: Արագ նեյտրոնային ռեակտորների էներգետիկ հատվածի զարգացմամբ հնարավոր է լուծել միջուկային էներգիայի վառելիքով ինքնաբավության խնդիրը։

Արագ նեյտրոնային ռեակտորում մոդերատոր չկա: Այս առումով որպես վառելիք օգտագործվում է ոչ թե ուրան-235, այլ պլուտոնիում և ուրան-238, որոնք կարող են տրոհվել արագ նեյտրոնների միջոցով: Պլուտոնիումը անհրաժեշտ է նեյտրոնային հոսքի բավարար խտություն ապահովելու համար, որը միայն ուրան-238-ը չի կարող ապահովել: Արագ նեյտրոնների վրա ռեակտորի ջերմության արտանետումը տասից տասնհինգ անգամ ավելի բարձր է, քան դանդաղ նեյտրոնների վրա ռեակտորների ջերմության թողարկումը, և, հետևաբար, ջրի փոխարեն (որը պարզապես չի կարող հաղթահարել էներգիայի նման ծավալը փոխանցելու համար), օգտագործվում է նատրիումի հալոց ( նրա ջերմաստիճանը մուտքի մոտ 370 աստիճան է, իսկ ելքի մոտ՝ 550, Ներկայումս արագ նեյտրոնային ռեակտորները լայնորեն չեն օգտագործվում՝ հիմնականում նախագծման բարդության և կառուցվածքային մասերի համար բավականաչափ կայուն նյութեր ստանալու խնդրի պատճառով Ռուսաստանում այս տիպի մեկ ռեակտորը (Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի ռեակտորները մեծ ապագա ունեն):

Ամփոփելու համար արժե ասել հետեւյալը. VVER ռեակտորները բավականին անվտանգ են շահագործման համար, սակայն պահանջում են բարձր հարստացված ուրան: RBMK ռեակտորներն անվտանգ են միայն այն դեպքում, եթե դրանք ճիշտ են շահագործվում և ունեն լավ զարգացած պաշտպանական համակարգեր, բայց նրանք ի վիճակի են օգտագործել ցածր հարստացված վառելիք կամ նույնիսկ սպառված վառելիք VVER-ներից: Ծանր ջրի ռեակտորները լավ են բոլորի համար, բայց ծանր ջուրը չափազանց թանկ է արտադրելու համար: Գնդակով լցված ռեակտորների արտադրության տեխնոլոգիան դեռ լավ զարգացած չէ, թեև ռեակտորների այս տեսակը պետք է ճանաչվի որպես առավել ընդունելի լայն կիրառման համար, մասնավորապես՝ ռեակտորի գործարկման դեպքում աղետալի հետևանքների բացակայության պատճառով: վթար. Արագ նեյտրոնային ռեակտորները միջուկային էներգիայի համար վառելիքի արտադրության ապագան են: