|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Reaktor jądrowy na neutronach prędkich. Historia wynalazku i produkcji
Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas Pierwsza na świecie elektrownia jądrowa (NPP), zbudowana w mieście Obninsk pod Moskwą, oddała prąd w czerwcu 1954 roku. Jego moc była bardzo skromna – 5 MW. Pełnił jednak rolę obiektu doświadczalnego, w którym gromadzono doświadczenia w eksploatacji przyszłych dużych elektrowni jądrowych. Po raz pierwszy udowodniono możliwość wytwarzania energii elektrycznej w oparciu o rozszczepienie jąder uranu, a nie spalanie paliw kopalnych, a nie energię hydrauliczną.
Elektrownie jądrowe wykorzystują jądra pierwiastków ciężkich - uranu i plutonu. Podczas rozszczepienia jądrowego uwalniana jest energia - "działa" w elektrowniach jądrowych. Ale można używać tylko jąder, które mają określoną masę - jąder izotopów. Jądra atomowe izotopów zawierają tę samą liczbę protonów i różną liczbę neutronów, dlatego jądra różnych izotopów tego samego pierwiastka mają różne masy. Na przykład uran zawiera 15 izotopów, ale tylko uran-235 bierze udział w reakcjach jądrowych. Reakcja rozszczepienia przebiega następująco. Jądro uranu samorzutnie rozpada się na kilka fragmentów; wśród nich są cząstki o wysokiej energii - neutrony. Średnio na każde 10 rozpadów przypada 25 neutronów. Uderzają w jądra sąsiednich atomów i rozbijają je, uwalniając neutrony i ogromną ilość ciepła. Rozszczepienie grama uranu uwalnia tyle ciepła, co spalanie trzech ton węgla. Przestrzeń w reaktorze, w której znajduje się paliwo jądrowe, nazywana jest rdzeniem. Tutaj jądra atomowe uranu ulegają rozszczepieniu i uwalniana jest energia cieplna. Aby chronić personel obsługujący przed szkodliwym promieniowaniem, które towarzyszy reakcji łańcuchowej, ściany reaktora są wystarczająco grube. Szybkość reakcji łańcucha jądrowego jest kontrolowana przez pręty kontrolne wykonane z substancji pochłaniającej neutrony (najczęściej jest to bor lub kadm). Im głębiej pręty są zanurzone w rdzeniu, im więcej pochłaniają neutronów, tym mniej neutronów bierze udział w reakcji i tym mniej ciepła jest uwalniane. I odwrotnie, gdy pręty kontrolne są podnoszone z rdzenia, liczba neutronów biorących udział w reakcji wzrasta, coraz więcej atomów uranu rozszczepia się, uwalniając ukrytą w nich energię cieplną. W przypadku przegrzania rdzenia zapewnione jest awaryjne wyłączenie reaktora jądrowego. Pręty awaryjne szybko wpadają do rdzenia, intensywnie pochłaniają neutrony, reakcja łańcuchowa spowalnia lub zatrzymuje się. Ciepło jest usuwane z reaktora jądrowego za pomocą płynnego lub gazowego chłodziwa, które jest przepompowywane przez rdzeń za pomocą pomp. Nośnikiem ciepła może być woda, metaliczny sód lub substancje gazowe. Odbiera ciepło z paliwa jądrowego i przekazuje je do wymiennika ciepła. Ten zamknięty układ z chłodziwem nazywa się obwodem pierwotnym. W wymienniku ciepła ciepło obiegu pierwotnego podgrzewa wodę obiegu wtórnego do wrzenia. Powstała para jest przesyłana do turbiny lub wykorzystywana do ogrzewania budynków przemysłowych i mieszkalnych.
Przed katastrofą w elektrowni jądrowej w Czarnobylu radzieccy naukowcy z przekonaniem twierdzili, że w nadchodzących latach dwa główne typy reaktorów będą szeroko stosowane w energetyce jądrowej. Jeden z nich, VVER, jest reaktorem energetycznym chłodzonym wodą, a drugi, RBMK, jest reaktorem kanałowym dużej mocy. Oba typy są związane z wolnymi (termicznymi) reaktorami neutronowymi. W ciśnieniowym reaktorze wodnym strefa aktywna jest zamknięta w ogromnej obudowie stalowej butli o średnicy 4 metrów i wysokości 15 metrów z grubymi ścianami i masywną pokrywą. Wewnątrz obudowy ciśnienie osiąga 160 atmosfer. Nośnikiem ciepła odprowadzającym ciepło w strefie reakcyjnej jest woda, która jest przepompowywana przez pompy. Ta sama woda służy również jako moderator neutronów. W wytwornicy pary podgrzewa i zamienia wodę wtórną w parę. Para wchodzi do turbiny i obraca ją. Zarówno pierwszy, jak i drugi obwód są zamknięte. Raz na sześć miesięcy spalone paliwo jądrowe jest zastępowane świeżym, co wymaga zatrzymania i schłodzenia reaktora. W Rosji według tego schematu działają Nowoworoneż, Kola i inne elektrownie jądrowe. W RBMK grafit służy jako moderator, a woda jest chłodziwem. Para do turbiny jest wytwarzana bezpośrednio w reaktorze i tam zawracana po wykorzystaniu w turbinie. Paliwo w reaktorze można wymieniać stopniowo, bez zatrzymywania go lub zawilgocenia. Do tego typu należy pierwsza na świecie elektrownia jądrowa w Obnińsku. Według tego samego schematu zbudowano stacje Leningrad, Czarnobyl, Kursk, Smoleńsk o dużej mocy. Jednym z poważnych problemów elektrowni jądrowych jest unieszkodliwianie odpadów jądrowych. Na przykład we Francji zajmuje się tym duża firma Cogema. Paliwo zawierające uran i pluton, z wielką starannością, w specjalnych pojemnikach transportowych - szczelnie zamkniętych i schłodzonych - kierowane jest do przeróbki, a odpady - do zeszklenia i zakopania. "Pokazano nam z największą starannością poszczególne etapy przetwarzania paliwa przywiezionego z elektrowni jądrowych" - pisze I. Lagovsky w czasopiśmie Science and Life. "Wyładowacze, komora rozładunkowa. Można do niej zajrzeć przez okno. Grubość szyby w oknie to 1 metr 20 centymetrów "Manipulator przy oknie. Niewyobrażalna czystość dookoła. Białe kombinezony. Miękkie światło, sztuczne palmy i róże. Szklarnia z prawdziwymi roślinami do relaksu po pracy w strefie. Szafki ze sterowaniem sprzęt MAEA - międzynarodowej agencji energii atomowej. Pomieszczenie operatora - dwa półokręgi z wyświetlaczami ", - stąd kontrolują rozładunek, cięcie, rozpuszczanie, zeszklenie. Wszystkie operacje, wszystkie ruchy kontenera są kolejno odzwierciedlane na wyświetlaczach Same hale pracy z materiałami o wysokiej aktywności znajdują się dość daleko, po drugiej stronie ulicy. Odpady zeszklone mają niewielką objętość. Zamknięte są w stalowych pojemnikach i przechowywane w wentylowanych szybach, aż zostaną przewiezione do ostatecznego miejsca pochówku… Same pojemniki są dziełem sztuki inżynierskiej, której celem było zbudowanie czegoś, czego nie da się zniszczyć. Platformy kolejowe załadowane kontenerami były wykolejone, z pełną prędkością staranowane przez nadjeżdżające pociągi, organizowano inne wyobrażalne i niewyobrażalne wypadki podczas transportu - kontenery wytrzymały wszystko. Po katastrofie w Czarnobylu w 1986 roku naukowcy zaczęli wątpić w bezpieczeństwo elektrowni jądrowych, a w szczególności reaktorów typu RBMK. Typ VVER jest pod tym względem bardziej prosperujący: wypadek na amerykańskiej stacji Three Mile Island w 1979 roku, gdzie rdzeń reaktora częściowo się stopił, radioaktywność nie wyszła poza statek. Na korzyść VVER przemawia długa bezawaryjna praca japońskich elektrowni jądrowych. Niemniej jednak jest jeszcze jeden kierunek, który według naukowców jest w stanie zapewnić ludzkości ciepło i światło na następne tysiąclecie. Odnosi się to do reaktorów na neutronach prędkich lub reaktorów powielających. Używają uranu-238, ale nie do energii, ale do paliwa. Ten izotop dobrze pochłania szybkie neutrony i zamienia się w inny pierwiastek - pluton-239. Reaktory na neutrony prędkie są bardzo kompaktowe: nie potrzebują moderatorów ani absorberów – ich rolę pełni uran-238. Nazywa się je reaktorami hodowlanymi lub hodowcami (od angielskiego słowa „breed” - mnożyć). Reprodukcja paliwa jądrowego umożliwia dziesiątki razy pełniejsze wykorzystanie uranu, dlatego reaktory prędkich neutronów są uważane za jeden z obiecujących obszarów energetyki jądrowej. W tego typu reaktorach oprócz ciepła wytwarzane jest również wtórne paliwo jądrowe, które może być wykorzystane w przyszłości. Tutaj ani w pierwszym, ani w drugim obwodzie nie ma wysokiego ciśnienia. Płyn chłodzący to płynny sód. Krąży w obiegu pierwotnym, nagrzewa się i w drugim obiegu przekazuje ciepło sodowi, który z kolei podgrzewa wodę w obiegu parowo-wodnym, zamieniając ją w parę. Wymienniki ciepła są odizolowane od reaktora. Jedna z tych obiecujących stacji - otrzymała nazwę Monju - została zbudowana w regionie Shiraki na wybrzeżu Morza Japońskiego w kurorcie czterysta kilometrów na zachód od stolicy. „Dla Japonii” – mówi K. Takenouchi, szef Departamentu Kansai Nuclear Corporation – „stosowanie reaktorów reprodukcyjnych oznacza możliwość zmniejszenia zależności od importowanego naturalnego uranu poprzez wielokrotne stosowanie plutonu. Dlatego nasze pragnienie rozwoju i doskonalenie „szybkich reaktorów” i osiągnięcie poziomu technicznego jest zrozumiałe, zdolne konkurować z nowoczesnymi elektrowniami jądrowymi pod względem wydajności i bezpieczeństwa. Rozwój reaktorów reprodukcyjnych powinien być głównym programem wytwarzania energii w najbliższej przyszłości”. Budowa reaktora Monju to już drugi etap rozwoju reaktorów na neutronach prędkich w Japonii. Pierwszym z nich był projekt i budowa eksperymentalnego reaktora Joyo (jap. „wieczne światło”) o mocy 50-100 MW, który rozpoczął pracę w 1978 roku. Zbadano zachowanie paliwa, nowych materiałów konstrukcyjnych, komponentów. Projekt Monju rozpoczął się w 1968 roku. W październiku 1985 r. rozpoczęto budowę stacji - kopanie dołu fundamentowego. W trakcie zagospodarowania terenu do morza wrzucono 2 miliony 300 tysięcy metrów sześciennych skał. Moc cieplna reaktora wynosi 714 MW. Paliwo jest mieszaniną tlenków plutonu i uranu. W strefie aktywnej znajduje się 19 drążków sterujących, 198 bloków paliwowych, z których każdy ma 169 drążków paliwowych (elementy paliwowe – TVELs) o średnicy 6,5 milimetra. Otaczają je promieniowe jednostki produkujące paliwo (172 jednostki) i jednostki tarczy neutronowej (316 jednostek). Cały reaktor jest zmontowany jak lalka gniazdująca, tylko nie ma już możliwości jego demontażu. Ogromny zbiornik reaktora, wykonany ze stali nierdzewnej (średnica 7,1 metra, wysokość 17,8 metra), umieszczony jest w osłonie ochronnej na wypadek rozlania się sodu podczas wypadku. "Konstrukcje stalowe komory reaktora", donosi A. Lagovsky w czasopiśmie Science and Life, "skorupy i bloki ścienne są wypełnione betonem jako ochroną. Pierwotne systemy chłodzenia sodem, wraz ze zbiornikiem reaktora, są otoczone przez skorupa awaryjna z żebrami usztywniającymi – jej średnica wewnętrzna wynosi 49,5 metra wysokości i 79,4 metra wysokości. Elipsoidalne dno tego masu spoczywa na solidnej betonowej poduszce o wysokości 13,5 metra. a następnie następuje gruba warstwa (1-1,8 metra) zbrojonego betonu. Kopuła skorupy jest również chroniona warstwą zbrojonego betonu o grubości 0,5 metra. Po powłoce przeciwawaryjnej powstaje kolejny budynek ochronny - pomocniczy - o wymiarach 100x115 metrów, spełniający wymogi budownictwa antysejsmicznego. Dlaczego nie sarkofag? W zbiorniku reaktora pomocniczego znajdują się wtórne systemy chłodzenia sodowego, systemy parowo-wodne, urządzenia do załadunku i rozładunku paliwa oraz zbiornik na wypalone paliwo. W osobnych pomieszczeniach znajduje się turbogenerator i zapasowe generatory diesla. Wytrzymałość powłoki awaryjnej jest zaprojektowana zarówno dla nadciśnienia 0,5 atmosfery, jak i podciśnienia 0,05 atmosfery. Podciśnienie może tworzyć się, gdy tlen wypala się w szczelinie pierścieniowej, jeśli płynny sód rozleje się. Wszystkie powierzchnie betonowe, które mogą mieć kontakt z wyciekiem sodu, są całkowicie wyłożone blachami stalowymi wystarczająco grubymi, aby wytrzymać naprężenia termiczne. W ten sposób chronią się na wypadek, gdyby to się w ogóle nie wydarzyło, ponieważ powinna istnieć gwarancja na rurociągi i wszystkie inne części instalacji jądrowej. Autor: Musskiy S.A.
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Mężczyźni są mniej tolerancyjni na upały ▪ Fujifilm i Panasonic opracowują organiczny przetwornik obrazu ▪ Karta SIM stanie się 2 razy mniejsza
▪ Sekcja serwisu Modelowanie. Wybór artykułu ▪ artykuł Dostać się (dostać) ze statku na bal. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Po jakich trzech morzach podróżował kupiec twerski Afanasy Nikitin? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Valerian officinalis. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Dopasowanie filtra kwarcowego. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Węgierskie przysłowia i powiedzenia. Duży wybór
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony