Презентация: "Ядерный реактор"

Ядерный реактор

Схематическое устройство гетерогенного реактора на тепловых нейтронах

1 — управляющий стержень;

2 — аварийная защита;

3 — теплоизоляция;

4 — замедлитель;

5 — ядерное топливо;

6 — теплоноситель.

Я́дерный реа́ктор — это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением

Любой ядерный реактор состоит из следующих частей:

Управляющий стержень -Чтобы реактор не становился надкритичным, искусственно снижается k размножающей среды. Это достигается введением в активную зону веществ-поглотителей нейтронов,в виде стержней, которые могут удаляться из активной зоны в последующем.

Аварийная защита На случай непредвиденного катастрофического развития цепной реакции, а также возникновения других аварийных режимов, связанных с энерговыделением в активной зоне, в каждом реакторе предусмотрено экстренное прекращение цепной реакции, осуществляемое сбрасыванием в активную зону специальных аварийных стержней или стержней безопасности. Аварийные стержни изготовляются из поглощающего нейтроны материала. Они сбрасываются под действием силы тяжести в центральную часть активной зоны, где поток наибольший, а значит, и наиболее велика отрицательная реактивность, вносимая в реактор стержнем. Стержней безопасности, как и регулирующих, обычно два или несколько, однако в отличие от регуляторов они должны связывать возможно бо́льшую величину реактивности. Роль стержней безопасности может выполнять и часть компенсирующих стержней.

Теплоизоляция — это элементы конструкции, уменьшающие передачу тепла в окружающую среду

предотвращают потери за счёт водопоглащения

Замедле́ние нейтро́нов — процесс уменьшения кинетической энергии свободных нейтронов в результате их многократных столкновений с атомными ядрами вещества. Вещество, в котором происходит процесс замедления нейтронов, называется замедли́телем. К числу лучших замедлителей, широко используемых в ядерной физике и ядерной технике для превращения быстрых нейтронов в тепловые, относятся вода, тяжёлая вода, бериллий, графит.

Теплоноситель в ядерном реакторе, жидкое или газообразное вещество, пропускаемое через активную зону реактора и выносящее из неё тепло, выделяющееся в результате реакции деления яде.

В реакторах на тепловых нейтронах в качестве теплоносителя используют воду (обычную и тяжёлую), водяной пар, органические жидкости, двуокись углерода; в реакторах на быстрых нейтронах — жидкие металлы (преимущественно натрий), а также газы (например, водяной пар, гелий). Часто теплоносителем служит жидкость, являющаяся одновременно и замедлителем.

Система дистанционного управления.

Ядерное топливо:

Тепловыделя́ющий элеме́нт (твэл) — главный элемент активной зоны гетерогенного ядерного реактора, содержащий ядерное топливо. В твэлах происходит деление тяжелых ядер 235U, 239Pu или 233U, сопровождающееся выделением тепловой энергии, которая затем передаётся теплоносителю. Твэлы состоят из топливного сердечника, оболочки и концевых деталей. Тип твэла определяется типом и назначением реактора, параметрами теплоносителя. Твэл должен обеспечить надежный отвод тепла от топлива к теплоносителю.

Т В Э Л

1 — заглушка;

2 — таблетки диоксида урана;

3 — оболочка из циркония;

4 — пружина;

5 — втулка;

6 — наконечник.

В большинстве современных энергетических реакторов твэл представляет собой стержень диаметром 9,1—13,5 мм и длиной несколько метров.

Я́дерное то́пливо — вещество, которое используется в ядерных реакторах для осуществления цепной ядерной реакции деления. Ядерное топливо принципиально отличается от других видов топлива, используемых человечеством, оно чрезвычайно высокоэффективно, но и весьма опасно для человека и может стать причиной очень серьёзных аварий, что накладывает множество ограничений на его использование из соображений безопасности. По этой и многим другим причинам ядерное топливо гораздо сложнее в применении, чем любой вид органического топлива, и требует множества специальных технических и организационных мер при его использовании, а также высокую квалификацию имеющего с ним дело персонала.

Критический объём ядерного реактора — объём активной зоны реактора в критическом состоянии.

Критическая масса — масса делящегося вещества реактора, находящегося в критическом состоянии.

Для 235U эта масса равна 0,8 кг, для 239Pu - 0,5 кг

Классификация ядерных реакторов

По характеру использования

• Экспериментальные реактор
• Исследовательские
• Изотопные реакторы

Экспериментальные реакторы , предназначенные для изучения различных физических величин, значение которых необходимо для проектирования и эксплуатации ядерных реакторов; мощность таких реакторов не превышает нескольких кВт.

Исследовательские реакторы , в которых потоки нейтронов и гамма-квантов, создаваемые в активной зоне, используются для исследований в области ядерной физики, физики твёрдого тела, радиационной химии, биологии, для испытания материалов, предназначенных для работы в интенсивных нейтронных потоках (в т. ч. деталей ядерных реакторов), для производства изотопов. Мощность исследовательских реакторов не превосходит 100 МВт. Выделяющаяся энергия, как правило, не используется.

Изотопные (оружейные, промышленные) реакторы, используемые для наработки изотопов, используемых в ядерных вооружениях, например 239Pu.

По спектру нейтронов

• Реактор на тепловых (медленных) нейтронах («тепловой реактор»)
• Реактор на быстрых нейтронах («быстрый реактор»)
• Реактор на промежуточных нейтронах
• Реактор со смешанным спектром

По размещению топлива

• Гетерогенные реакторы, где топливо размещается в активной зоне дискретно в виде блоков, между которыми находится замедлитель;
• Гомогенные реакторы, где топливо и замедлитель представляют однородную смесь (гомогенную систему).

Ядерное топливо готово к работе

По виду топлива

• изотопы урана 235 и 233 (235U и 233U)
• изотоп плутония 239 (239Pu)
• изотоп тория 232 (232Th) (посредством преобразования в 233U)

Урановая руда, природное состояние

Оксид урана (UO2) в виде топливной таблетки

Плутоний в пакете

По степени обогащения

• Естественный уран
• Слабо обогащённый уран
• Чистый делящийся изотоп

Интересное свойство ядерного топлива, уже вступавшего в цепную реакцию — черенковское свечение.

По химическому составу

• металлический U
• UO2 (диоксид урана)
• UC (карбид урана) и т. д.

Топливные таблетки

По виду теплоносителя

• H2O (Водо-водяной реактор )
• Газ, (графито-газовый реактор)
• D2O (тяжёлая вода)
• Реактор с органическим теплоносителем
• Реактор с жидкометаллическим теплоносителем
• Реактор на расплавах солей
• Реактор с твердым теплоносителем

По роду замедлителя

• С (графит)
• H2O (вода)
• D2O (тяжёлая вода)
• Be, BeO
• Гидриды металлов
• Без замедлителя (реактор на быстрых нейтронах)

По конструкции

• Корпусные реакторы
• Канальные реакторы

По способу генерации пара

• Реактор с внешним парогенератором
• Кипящий реактор

1,2 — стержни системы управления и защиты (в большинстве случаев располагаются снизу);

3 — ядерное топливо;

4 — биологическая защита;

5 — выход пароводяной смеси;

6 — вход воды;

7 — корпус

По способу генерации пара

• Реактор с внешним парогенератором
• Кипящий реактор

Управление ядерным реактором

Органы СУЗ делятся на :

• Аварийные, уменьшающие реактивность (вводящие в реактор отрицательную реактивность) при появлении аварийных сигналов;
• Автоматические регуляторы, поддерживающие постоянным нейтронный поток Ф (то есть мощность на выходе);
• Компенсирующие, служащие для компенсации отравления, выгорания, температурных эффектов.

Практическая работа №7

Зарисуйте схематическое устройство гетерогенного реактора на тепловых нейтронах. Подпишите основные составляющие.