Roli i ujit në një reaktor bërthamor. Si funksionon një reaktor bërthamor

I. Rregullimi i një reaktori bërthamor

Një reaktor bërthamor përbëhet nga pesë elementët kryesorë të mëposhtëm:

1) karburant bërthamor;

2) moderator neutron;

3) sistemet e rregullimit;

4) sistemet e ftohjes;

5) ekran mbrojtës.

1. Karburant bërthamor.

Karburanti bërthamor është një burim energjie. Tre lloje të materialeve të copëtuara janë aktualisht të njohura:

a) uraniumi 235, i cili është 0.7% në uranium natyral, ose 1/140 pjesë;

6) plutonium 239, i cili formohet në disa reaktorë të bazuar në uranium 238, i cili përbën pothuajse të gjithë masën e uraniumit natyror (99.3%, ose 139/140 pjesë).

Duke kapur neutrone, bërthamat e uraniumit 238 kthehen në bërthamat e neptuniumit - elementi 93 i tabelës periodike të Mendeleev; kjo e fundit, nga ana tjetër, kthehet në bërthama plutoniumi - elementi 94 i tabelës periodike. Plutoniumi nxirret lehtësisht nga uraniumi i rrezatuar me mjete kimike dhe mund të përdoret si lëndë djegëse bërthamore;

c) uraniumi 233, i cili është një izotop artificial i uraniumit i marrë nga toriumi.

Ndryshe nga uraniumi 235, i cili gjendet në uraniumin natyral, plutoniumi 239 dhe uraniumi 233 prodhohen vetëm me mjete artificiale. Prandaj, ato quhen lëndë djegëse bërthamore dytësore; uraniumi 238 dhe toriumi 232 shërbejnë si burim i një karburanti të tillë.

Kështu, midis të gjitha llojeve të karburantit bërthamor të listuar më lart, uraniumi është ai kryesor. Kjo shpjegon shtrirjen e jashtëzakonshme që kërkimi dhe eksplorimi i depozitave të uraniumit po merr në të gjitha vendet.

Energjia e lëshuar në një reaktor bërthamor ndonjëherë krahasohet me atë të lëshuar gjatë një reaksioni kimik të djegies. Sidoqoftë, ekziston një ndryshim thelbësor midis tyre.

Sasia e nxehtësisë e marrë në procesin e copëtimit të uraniumit është pafundësisht më e madhe se sasia e nxehtësisë e marrë gjatë djegies së, për shembull, thëngjillit: 1 kg uranium 235, i barabartë në vëllim me një paketë cigare, teorikisht mund të japë si shumë energji si 2,600 ton qymyr.

Sidoqoftë, këto mundësi energjike nuk përdoren plotësisht, pasi jo i gjithë uraniumi-235 mund të ndahet nga uraniumi natyror. Si rezultat, 1 kg uranium, në varësi të shkallës së pasurimit të tij në uranium 235, aktualisht është ekuivalent me rreth 10 tonë qymyr. Por duhet të kihet parasysh se përdorimi i karburantit bërthamor lehtëson transportin dhe, për këtë arsye, ul ndjeshëm koston e karburantit. Ekspertët britanikë kanë llogaritur se duke pasuruar uraniumin ata do të jenë në gjendje të rrisin nxehtësinë e marrë në reaktorë me një faktor 10, i cili do të barazojë 1 ton uranium me 100 mijë ton qymyr.

Dallimi i dytë midis procesit të ndarjes bërthamore, i cili vazhdon me lëshimin e nxehtësisë, nga djegia kimike është se oksigjeni është i nevojshëm për reagimin e djegies, ndërsa vetëm disa neutrone dhe një masë e caktuar e karburantit bërthamor kërkohen për të filluar një reaksion zinxhir, e barabartë me masën kritike, përkufizimin e së cilës e kemi dhënë tashmë në pjesën për bombën atomike.

Dhe së fundi, procesi i padukshëm i ndarjes bërthamore shoqërohet me emetimin e rrezatimit jashtëzakonisht të dëmshëm, nga i cili duhet të sigurohet mbrojtje.

2. Moderator neutron.

Për të shmangur përhapjen e produkteve të ndarjes në reaktor, karburanti bërthamor duhet të vendoset në predha speciale. Për prodhimin e predhave të tilla, mund të përdoret alumini (temperatura e ftohësit nuk duhet të kalojë 200 ° C), dhe akoma më mirë, beryllium ose zirkoni janë metale të reja, prodhimi i të cilave në një formë të pastër shoqërohet me vështirësi të mëdha.

Neutronet e formuara në procesin e ndarjes bërthamore (mesatarisht 2-3 neutrone në ndarjen e një bërthame të një elementi të rëndë) kanë një energji të caktuar. Në mënyrë që probabiliteti i ndarjes së bërthamave të tjera nga neutronet të jetë më i madhi, pa të cilin reagimi nuk do të jetë i qëndrueshëm, është e nevojshme që këto neutrone të humbasin një pjesë të shpejtësisë së tyre. Kjo arrihet duke vendosur një moderator në reaktor, në të cilin neutronet e shpejta shndërrohen në neutrone të ngadalta si rezultat i përplasjeve të shumta të njëpasnjëshme. Meqenëse substanca e përdorur si moderues duhet të ketë bërthama me një masë përafërsisht të barabartë me masën e neutroneve, domethënë bërthamat e elementeve të lehta, uji i rëndë u përdor që në fillim si moderues (D 2 0, ku D është deuterium, i cili zëvendësoi hidrogjenin e lehtë në ujin e zakonshëm H 2 0). Sidoqoftë, tani ata po përpiqen të përdorin gjithnjë e më shumë grafit - është më i lirë dhe jep pothuajse të njëjtin efekt.

Një ton ujë i rëndë i blerë nga Suedia kushton 70-80 milion franga. Në Konferencën e Gjenevës mbi Përdorimet Paqësore të Energjisë Atomike, amerikanët njoftuan se së shpejti do të jenë në gjendje të shesin ujë të rëndë me 22 milionë franga për ton.

Një ton grafit kushton 400,000 franga, dhe një ton oksid beriliumi kushton 20 milionë franga.

Materiali i përdorur si moderator duhet të jetë i pastër për të shmangur humbjen e neutroneve kur kalojnë përmes moderatorit. Në fund të vrapimit, neutronet kanë një shpejtësi mesatare prej rreth 2200 m / s, ndërsa shpejtësia e tyre fillestare ishte rreth 20 mijë km / s. Në reaktorët, lëshimi i nxehtësisë ndodh gradualisht dhe mund të kontrollohet, në kontrast me bombën atomike, ku ndodh në çast dhe merr karakterin e një shpërthimi.

Në disa lloje të reaktorëve të shpejtë, një moderator nuk kërkohet.

3. Sistemi i rregullimit.

Një person duhet të jetë në gjendje të nxisë, rregullojë dhe ndalojë një reagim bërthamor sipas dëshirës. Kjo arrihet duke përdorur shufra kontrolli të bëra prej çeliku bor ose kadmiumi, materiale me aftësinë për të thithur neutrone. Në varësi të thellësisë në të cilën shufrat e kontrollit janë ulur në reaktor, numri i neutroneve në bërthamë rritet ose zvogëlohet, gjë që përfundimisht bën të mundur rregullimin e procesit. Shufrat e kontrollit kontrollohen automatikisht nga mekanizmat servo; disa nga këto shufra mund të bien menjëherë në thelb në rast rreziku.

Në fillim, kishte shqetësime se shpërthimi i reaktorit do të shkaktonte të njëjtin dëm si shpërthimi i një bombe atomike. Për të vërtetuar se shpërthimi i reaktorit ndodh vetëm në kushte të ndryshme nga zakonisht dhe nuk paraqet një rrezik serioz për popullsinë që jeton në afërsi të uzinës bërthamore, amerikanët qëllimisht hodhën në erë një të ashtuquajtur reaktor "të valë". Në të vërtetë, pati një shpërthim që ne mund ta karakterizojmë si "klasik", domethënë jo-bërthamor; kjo dëshmon edhe një herë se reaktorët bërthamorë mund të ndërtohen pranë zonave të populluara pa ndonjë rrezik të veçantë për këto të fundit.

4. Sistemi i ftohjes.

Në procesin e ndarjes bërthamore, lëshohet një energji e caktuar, e cila transferohet në produktet e kalbjes dhe neutronet që rezultojnë. Kjo energji shndërrohet në energji termike si rezultat i përplasjeve të shumta të neutroneve, prandaj, për të parandaluar dështimin e shpejtë të reaktorit, nxehtësia duhet të hiqet. Në reaktorët e destinuar për prodhimin e izotopeve radioaktivë, kjo nxehtësi nuk përdoret, në reaktorët e destinuar për prodhimin e energjisë, përkundrazi, bëhet produkti kryesor. Ftohja mund të kryhet me ndihmën e gazit ose ujit, të cilat qarkullojnë në reaktor nën presion përmes tubave të veçantë dhe më pas ftohen në një shkëmbyes nxehtësie. Nxehtësia e lëshuar mund të përdoret për të ngrohur avullin, i cili rrotullon turbinën e lidhur me gjeneratorin; një pajisje e tillë do të ishte një termocentral bërthamor.

5. Ekran mbrojtës.

Për të shmangur efektet e dëmshme të neutroneve që mund të fluturojnë jashtë reaktorit, dhe për të mbrojtur veten nga rrezatimi gama i emetuar gjatë reagimit, është e nevojshme një mbrojtje e besueshme. Shkencëtarët kanë llogaritur se një reaktor me një kapacitet 100 mijë kW lëshon një sasi të tillë rrezatimi radioaktiv saqë një person i vendosur në një distancë prej 100 m do ta marrë atë në 2 minuta. dozë vdekjeprurëse. Për të siguruar mbrojtjen e personelit që i shërben reaktorit, po ndërtohen mure prej dy metrash prej betoni special me pllaka plumbi.

Reaktori i parë u ndërtua në dhjetor 1942 nga Fermi italian. Deri në fund të vitit 1955, kishte rreth 50 reaktorë bërthamorë në botë (SHBA -2 1, Anglia - 4, Kanada - 2, Franca - 2). Kësaj duhet shtuar se deri në fillim të vitit 1956, rreth 50 reaktorë të tjerë u projektuan për qëllime kërkimore dhe industriale (SHBA - 23, Francë - 4, Angli - 3, Kanada - 1).

Llojet e këtyre reaktorëve janë shumë të ndryshëm, duke filluar nga reaktorët e ngadaltë me moderatorë grafit dhe uranium natyror si lëndë djegëse deri te reaktorët e shpejtë që përdorin uranium të pasuruar me plutonium ose uranium 233 të marrë artificialisht nga toriumi si lëndë djegëse.

Përveç këtyre dy llojeve të kundërta, ka një numër reaktorësh që ndryshojnë nga njëri -tjetri ose në përbërjen e karburantit bërthamor, ose në llojin e moderatorit, ose në ftohës.

Veryshtë shumë e rëndësishme të theksohet se, megjithëse ana teorike e çështjes aktualisht është studiuar mirë nga specialistë në të gjitha vendet, në fushën praktike, vende të ndryshme nuk kanë arritur ende të njëjtin nivel. Shtetet e Bashkuara dhe Rusia janë përpara vendeve të tjera. Mund të argumentohet se e ardhmja e energjisë bërthamore do të varet kryesisht nga përparimi i teknologjisë.

Nga libri Bota e mahnitshme brenda bërthamës atomike [ligjëratë për nxënësit e shkollës] autori Ivanov Igor P'erovich

Pajisja e përplasësit LHC Tani disa fotografi. Collider është një përshpejtues i grimcave që vijnë. Atje, grimcat përshpejtohen përgjatë dy unazave dhe përplasen me njëra -tjetrën. Ky është objekti më i madh eksperimental në botë, sepse gjatësia e kësaj unaze - tuneli -

Nga libri Libri më i ri i fakteve. Vëllimi 3 [Fizikë, kimi dhe teknologji. Historia dhe arkeologjia. Të ndryshme] autori Kondrashov Anatoly Pavlovich

Nga libri Problemi atomik nga Ren Philip

Nga libri 5b. Elektriciteti dhe magnetizmi autori Feynman Richard Phillips

Nga libri i autorit

Kapitulli VIII Parimi i funksionimit dhe aftësitë e një reaktori bërthamor I. Dizajni i një reaktori bërthamor Një reaktor bërthamor përbëhet nga pesë elementët kryesorë në vijim: 1) karburant bërthamor; 2) moderues neutronesh; 3) sisteme kontrolli; 4) sisteme ftohjeje; 5 ) mbrojtëse

Nga libri i autorit

Kapitulli 11 Pajisja e brendshme e dielektrikës §1. Dipolet molekulare§2. Polarizimi elektronik §3. Molekulat polare; polarizimi orientues 4. Fushat elektrike në boshllëqet e një dielektrike §5. Konstanta dielektrike e lëngjeve; Formula Clausius-Mossotti 6.

Ne jemi mësuar aq shumë me energjinë elektrike sa nuk mendojmë se nga vjen. Në thelb, ajo prodhohet në termocentrale që përdorin burime të ndryshme për këtë. Termocentralet janë termike, të erës, gjeotermale, diellore, hidroelektrike, bërthamore. Janë këto të fundit që shkaktojnë më shumë polemika. Ata argumentojnë për domosdoshmërinë, besueshmërinë e tyre.

Për sa i përket produktivitetit, energjia bërthamore sot është një nga më efikaset dhe pjesa e saj në prodhimin global të energjisë elektrike është mjaft domethënëse, më shumë se një e katërta.

Si është rregulluar një termocentral bërthamor, si gjeneron energji? Elementi kryesor i një centrali bërthamor është një reaktor bërthamor. Në të zhvillohet një reaksion zinxhir bërthamor, si rezultat i të cilit nxehtësia lëshohet. Ky reagim është i kontrolluar, kjo është arsyeja pse ne mund të përdorim energjinë gradualisht dhe të mos marrim një shpërthim bërthamor.

Elementet kryesore të një reaktori bërthamor

Karburant bërthamor: izotope të pasuruar të uraniumit, uraniumit dhe plutoniumit. Më i përdoruri është uraniumi 235;
Ftohës për prodhimin e energjisë që formohet gjatë funksionimit të reaktorit: ujë, natrium të lëngshëm, etj .;
Shufra rregulluese;
Moderator neutron;
Mbulesa për mbrojtjen nga rrezatimi.

Video e reaktorit bërthamor

Si funksionon një reaktor bërthamor?

Në bërthamën e reaktorit ka elementë të karburantit (TVEL) - karburant bërthamor. Ato mblidhen në kaseta, duke përfshirë disa duzina shufra karburanti. Ftohësi rrjedh nëpër kanalet përmes secilës kasetë. Shufrat e karburantit rregullojnë fuqinë e reaktorit. Një reagim bërthamor është i mundur vetëm me një masë të caktuar (kritike) të shufrës së karburantit. Masa e secilës shufër është individualisht nën atë kritike. Reagimi fillon kur të gjitha shufrat janë në bërthamë. Duke zhytur dhe hequr shufrat e karburantit, përgjigja mund të kontrollohet.

Pra, kur tejkalohet masa kritike, elementët radioaktivë të karburantit lëshojnë neutrone që përplasen me atomet. Rezultati është një izotop i paqëndrueshëm që kalbet menjëherë, duke lëshuar energji në formën e rrezatimit gama dhe nxehtësisë. Grimcat, duke u përplasur, i japin energji kinetike njëri -tjetrit, dhe numri i prishjeve rritet në mënyrë eksponenciale. Ky është një reagim zinxhir - parimi i funksionimit të një reaktori bërthamor. Pa kontroll, ndodh me shpejtësinë e rrufesë, e cila çon në një shpërthim. Por në një reaktor bërthamor, procesi është nën kontroll.

Kështu, energjia termike lëshohet në bërthamë, e cila transferohet në ujin që lan këtë zonë (qarku kryesor). Këtu temperatura e ujit është 250-300 gradë. Më tej, uji i jep nxehtësi qarkut të dytë, pas kësaj - teheve të turbinës që gjenerojnë energji. Shndërrimi i energjisë bërthamore në energji elektrike mund të përfaqësohet në mënyrë skematike:

Energjia e brendshme e bërthamës së uraniumit,
Energjia kinetike e fragmenteve të bërthamave të prishura dhe neutroneve të lëshuara,
Energjia e brendshme e ujit dhe avullit,
Energjia kinetike e ujit dhe avullit,
Energjia kinetike e rotorëve të turbinës dhe gjeneratorit,
Energjia Elektrike.

Bërthama e reaktorit përbëhet nga qindra kaseta të bashkuara nga një guaskë metalike. Kjo guaskë gjithashtu luan rolin e një reflektori neutron. Shufrat e kontrollit futen midis kasetave për të rregulluar shkallën e reagimit dhe shufrat e mbrojtjes emergjente të reaktorit. Më tej, izolimi termik është instaluar rreth reflektorit. Në krye të izolimit termik ka një guaskë betoni mbrojtëse, e cila mban substanca radioaktive dhe nuk i lejon ato në hapësirën përreth.

Ku përdoren reaktorët bërthamorë?

Reaktorët bërthamorë të energjisë përdoren në termocentralet bërthamore, në instalimet elektrike të anijeve, në termocentralet bërthamore për furnizimin me nxehtësi.
Reaktorët konvektorë dhe mbarështuesit përdoren për prodhimin e karburantit sekondar bërthamor.
Reaktorët kërkues janë të nevojshëm për kërkime radiokimike dhe biologjike dhe prodhimin e izotopeve.

Megjithë polemikat dhe mosmarrëveshjet mbi energjinë bërthamore, termocentralet bërthamore vazhdojnë të ndërtohen dhe operohen. Një nga arsyet është efektiviteti i kostos. Një shembull i thjeshtë: 40 tanke mazut ose 60 makina qymyri prodhojnë po aq energji sa 30 kilogramë uranium.

Kur kimistët gjermanë Otto Hahn dhe Fritz Strassmann arritën për herë të parë në ndarjen e një bërthame uraniumi me rrezatim neutron në 1938, ata nuk ishin me nxitim për të informuar publikun në lidhje me shkallën e zbulimit të tyre. Këto eksperimente hodhën themelet për përdorimin e energjisë atomike, si për qëllime paqësore ashtu edhe ushtarake.

Nënprodukt i bombës atomike

Otto Hahn, i cili kishte bashkëpunuar me fiziken austriake Lisa Meitner para emigrimit të tij në 1938, ishte i vetëdijshëm se ndarja e një bërthame uraniumi - një reaksion zinxhir i pandalshëm - nënkuptonte një bombë atomike. Shtetet e Bashkuara, të etura për të dalë përpara Gjermanisë në krijimin e armëve bërthamore, filluan Projektin Manhattan, një ndërmarrje me përmasa të pashembullt. Tre qytete janë shfaqur në shkretëtirën e Nevadës. 40,000 njerëz punuan këtu në fshehtësi të thellë.Nën udhëheqjen e Robsrg Oppenheimer, "babai i bombës atomike", rreth 40 institucione kërkimore, laboratorë dhe fabrika u krijuan në kohë rekord. Për minierat e plutoniumit, reaktori i parë bërthamor u ndërtua nën podiumin e stadiumit të futbollit të Universitetit të Çikagos. Këtu, nën udhëheqjen e Enrico Fermi, reagimi i parë zinxhir i kontrolluar i vetë-qëndrueshëm u nis në 1942. Në atë kohë, asnjë aplikim i dobishëm nuk u gjet për nxehtësinë e lëshuar si rezultat.

Energjia elektrike nga një reaksion bërthamor

Në 1954, centrali i parë bërthamor në botë u lançua në BRSS. Ajo ishte e vendosur në Obninsk, rreth 100 km nga Moska dhe kishte një kapacitet prej 5 MW. Në vitin 1956, reaktori i parë i madh bërthamor filloi punën në qytetin anglez Calder Hall. Ky termocentral bërthamor ishte i ftohur me gaz, gjë që siguroi funksionim relativisht të sigurt. Por në tregun botëror, reaktorët bërthamorë të ftohur me ujë të ftohur me ujë të zhvilluar në SHBA në 1957 janë bërë më të përhapur. Bimë të tilla mund të ndërtohen me kosto relativisht të ulëta, por besueshmëria e tyre është e dobët. Në termocentralin bërthamor ukrainas Chernobyl, shkrirja e bërthamës së reaktorit çoi në një shpërthim me lëshimin e substancave radioaktive në mjedis. Katastrofa, e cila çoi në vdekjen dhe sëmundjen e rëndë të mijëra njerëzve, çoi në protesta të shumta, veçanërisht në Evropë, kundër përdorimit të energjisë atomike.

1896: Henri Bequerel zbuloi rrezatimin radioaktiv nga uraniumi.
Kapitulli 1919 Ernest Rutherford arriti për herë të parë në artin e shkaktimit të një reaksioni bërthamor duke bombarduar atomet e azotit me grimca alfa, e cila u shndërrua në oksigjen.
1932: James Chadwick zbulon neutronet duke bombarduar atomet e berylit me grimca alfa.
19.38: Otto Hahn për herë të parë arrin një reaksion zinxhir në laborator, duke ndarë bërthamën e uraniumit me neutrone.

Reaktori bërthamor funksionon pa probleme dhe me saktësi. Përndryshe, siç e dini, do të ketë telashe. Por çfarë po ndodh brenda? Le të përpiqemi të formulojmë parimin e funksionimit të një reaktori bërthamor (atomik) shkurt, qartë, me ndalesa.

Në fakt, i njëjti proces po ndodh atje si në një shpërthim bërthamor. Vetëm tani shpërthimi ndodh shumë shpejt, por në reaktor e gjithë kjo është shtrirë për një kohë të gjatë. Si rezultat, gjithçka mbetet e sigurt dhe e shëndoshë, dhe ne marrim energji. Jo aq shumë saqë gjithçka përreth u hodh menjëherë në erë, por mjaftueshëm për t'i siguruar qytetit energji elektrike.

Para se të kuptoni se si po shkon një reagim i kontrolluar bërthamor, duhet të dini se çfarë është reaksion bërthamor në përgjithësi

Reaksion bërthamor Theshtë procesi i transformimit (ndarjes) së bërthamave atomike gjatë ndërveprimit të tyre me grimcat elementare dhe kuantet gama.

Reaksionet bërthamore mund të ndodhin me thithjen dhe lirimin e energjisë. Reagimet e dyta përdoren në reaktor.

Reaktor bërthamor Ashtë një pajisje qëllimi i së cilës është të mbajë një reaksion bërthamor të kontrolluar me lëshimin e energjisë.

Shpesh një reaktor bërthamor quhet edhe atomik. Vini re se këtu nuk ka ndonjë ndryshim thelbësor, por nga pikëpamja e shkencës, është më e saktë të përdoret fjala "bërthamore". Tani ka shumë lloje të reaktorëve bërthamorë. Këta janë reaktorë të mëdhenj industrialë të krijuar për të gjeneruar energji në termocentrale, reaktorë bërthamorë të nëndetëseve, reaktorë të vegjël eksperimentalë të përdorur në eksperimentet shkencore. Madje ka edhe reaktorë të përdorur për të shkripëzuar ujin e detit.

Historia e krijimit të një reaktori bërthamor

Reaktori i parë bërthamor u lëshua në vitin 1942 jo shumë të largët. Kjo ndodhi në SHBA nën udhëheqjen e Fermi. Ky reaktor u quajt "Chicago Woodpile".

Në 1946, reaktori i parë sovjetik filloi nën udhëheqjen e Kurchatov. Trupi i këtij reaktori ishte një top me diametër shtatë metra. Reaktorët e parë nuk kishin një sistem ftohës dhe fuqia e tyre ishte minimale. Nga rruga, reaktori sovjetik kishte një fuqi mesatare prej 20 vat, ndërsa ai amerikan kishte vetëm 1 vat. Për krahasim: fuqia mesatare e reaktorëve të energjisë moderne është 5 Gigavat. Më pak se dhjetë vjet pas lëshimit të reaktorit të parë, uzina e parë industriale e energjisë bërthamore në botë u hap në qytetin e Obninsk.

Parimi i funksionimit të një reaktori bërthamor (atomik)

Çdo reaktor bërthamor ka disa pjesë: zona aktive me karburant dhe moderator , reflektor neutron , ftohës , sistemi i kontrollit dhe mbrojtjes ... Izotopet përdoren më shpesh si lëndë djegëse në reaktorët uranium (235, 238, 233), plutonium (239) dhe torium (232) Zona aktive është një kazan përmes të cilit rrjedh uji i zakonshëm (transportuesi i nxehtësisë). Ndër ftohësit e tjerë, "uji i rëndë" dhe grafit i lëngët përdoren më rrallë. Nëse flasim për funksionimin e një termocentrali bërthamor, atëherë një reaktor bërthamor përdoret për të gjeneruar nxehtësi. Vetë energjia elektrike prodhohet me të njëjtën metodë si në llojet e tjera të termocentraleve - avulli rrotullon një turbinë dhe energjia e lëvizjes shndërrohet në energji elektrike.

Më poshtë është një diagramë e funksionimit të një reaktori bërthamor.

Siç kemi thënë tashmë, gjatë prishjes së një bërthame të rëndë uraniumi, formohen elementë më të lehtë dhe disa neutrone. Neutronet që rezultojnë përplasen me bërthamat e tjera, duke shkaktuar gjithashtu ndarjen e tyre. Në këtë rast, numri i neutroneve rritet si një ortek.

Këtu duhet përmendur faktori i shumëzimit të neutroneve ... Pra, nëse ky koeficient tejkalon një vlerë të barabartë me një, ndodh një shpërthim bërthamor. Nëse vlera është më e vogël se një, ka shumë pak neutrone dhe reagimi shuhet. Por nëse mbani vlerën e koeficientit të barabartë me një, reagimi do të vazhdojë për një kohë të gjatë dhe të qëndrueshme.

Pyetja është si ta bëni këtë? Në reaktor, karburanti është në të ashtuquajturin elementet e karburantit (TVELakh). Këto janë shufra në të cilat, në formën e tabletave të vogla, ka karburant bërthamor ... Shufrat e karburantit janë të lidhura në kaseta gjashtëkëndore, nga të cilat mund të ketë qindra në reaktor. Kaseta me shufra karburanti janë të vendosura vertikalisht, me secilën shufër karburanti që ka një sistem që ju lejon të rregulloni thellësinë e zhytjes së tij në thelb. Përveç vetë kasetave, mes tyre ka shufrat e kontrollit dhe shufrat e mbrojtjes emergjente ... Shufrat janë bërë nga një material që thith mirë neutronet. Kështu, shufrat e kontrollit mund të ulen në thellësi të ndryshme në bërthamë, duke rregulluar kështu faktorin e shumëzimit të neutroneve. Shufrat e urgjencës janë krijuar për të mbyllur reaktorin në rast emergjence.

Si fillon një reaktor bërthamor?

Ne kuptuam parimin e funksionimit, por si të fillojmë dhe bëjmë që reaktori të funksionojë? Përafërsisht, këtu është - një pjesë uraniumi, por një reaksion zinxhir nuk fillon në të në vetvete. Fakti është se në fizikën bërthamore ekziston një koncept masë kritike .

Masa kritike është masa e lëndës së copëtuar që kërkohet për të filluar një reaksion zinxhir bërthamor.

Me ndihmën e shufrave të karburantit dhe shufrave të kontrollit, një masë kritike e karburantit bërthamor krijohet së pari në reaktor, dhe më pas reaktori sillet në nivelin optimal të fuqisë në disa faza.

Në këtë artikull, ne jemi përpjekur t'ju japim një ide të përgjithshme të strukturës dhe parimit të funksionimit të një reaktori bërthamor (atomik). Nëse keni ndonjë pyetje mbi temën ose në universitet keni bërë një problem në fizikën bërthamore, ju lutemi kontaktoni specialistë të kompanisë sonë... Ne, si zakonisht, jemi të gatshëm t'ju ndihmojmë të zgjidhni çdo çështje urgjente në studimet tuaja. Ndërkohë, ne po e bëjmë këtë, vëmendja juaj është një video tjetër edukative!

Kthehu përpara

Kujdes! Paraqitjet e rrëshqitjeve janë vetëm për qëllime informative dhe mund të mos përfaqësojnë të gjitha opsionet e prezantimit. Nëse jeni të interesuar për këtë punë, ju lutemi shkarkoni versionin e plotë.

Objektivat e mësimit:

Arsimore: azhurnimi i njohurive ekzistuese; vazhdoni formimin e koncepteve: copëtimi i bërthamave të uraniumit, reaksioni zinxhir bërthamor, kushtet e rrjedhës së tij, masa kritike; prezantoni koncepte të reja: një reaktor bërthamor, elementët kryesorë të një reaktori bërthamor, modeli i një reaktori bërthamor dhe parimi i funksionimit të tij, kontrolli i një reaksioni bërthamor, klasifikimi i reaktorëve bërthamorë dhe përdorimi i tyre;
Duke u zhvilluar: të vazhdojë formimin e aftësive për të vëzhguar dhe nxjerrë përfundime, si dhe për të zhvilluar aftësitë intelektuale dhe kuriozitetin e nxënësve;
Arsimore: vazhdoni të nxisni një qëndrim ndaj fizikës si një shkencë eksperimentale; për të kultivuar një qëndrim të ndërgjegjshëm ndaj punës, disiplinës, një qëndrim pozitiv ndaj dijes.

Lloji i mësimit: mësimi i materialit të ri.

Pajisjet: instalimi i multimedias.

Gjatë orëve të mësimit

1. Momenti organizativ.

Djema! Sot në mësim do të përsërisim ndarjen e bërthamave të uraniumit, reaksionin zinxhir bërthamor, kushtet për rrjedhën e tij, masën kritike, do të mësojmë se çfarë është një reaktor bërthamor, elementët kryesorë të një reaktori bërthamor, modelin e një bërthamore reaktori dhe parimi i tij i funksionimit, kontrolli i një reaksioni bërthamor, klasifikimi i reaktorëve bërthamorë dhe përdorimi i tyre.

2. Verifikimi i materialit të studiuar.

Mekanizmi i ndarjes së bërthamave të uraniumit.
Na tregoni për mekanizmin e reaksionit zinxhir bërthamor.
Jepni një shembull të një reagimi të ndarjes bërthamore të një bërthame uraniumi.
Çfarë quhet masë kritike?
Si po shkon reagimi zinxhir në uranium nëse masa e tij është më pak se kritike, më shumë se kritike?
Cila është masa kritike e uraniumit 295, a është e mundur të zvogëlohet masa kritike?
Në cilat mënyra mund të ndryshohet rrjedha e një reaksioni zinxhir bërthamor?
Cili është qëllimi i ngadalësimit të neutroneve të shpejta?
Cilat substanca përdoren si moderatorë?
Cilët faktorë mund të rrisin numrin e neutroneve të lira në një pjesë të uraniumit, duke siguruar kështu mundësinë e një reagimi në të?

3. Shpjegimi i materialit të ri.

Djema, përgjigjuni kësaj pyetjeje: Cila është pjesa kryesore e çdo centrali bërthamor? ( reaktor bërthamor)

Te lumte. Pra, djema, tani le të ndalemi në këtë çështje në mënyrë më të detajuar.

Referenca historike.

Igor Vasilievich Kurchatov është një fizikan, akademik, themelues dhe drejtor i parë i Institutit të Energjisë Atomike nga 1943 deri në 1960, udhëheqësi kryesor shkencor i problemit atomik në BRSS, një nga themeluesit e përdorimit të energjisë bërthamore për qëllime paqësore qëllimet. Akademik i Akademisë së Shkencave të BRSS (1943). Testet e bombës së parë atomike sovjetike u kryen në 1949. Katër vjet më vonë, bomba e parë me hidrogjen në botë u testua me sukses. Dhe në 1949, Igor Vasilyevich Kurchatov filloi punën në një projekt për një termocentral bërthamor. Centrali bërthamor - një buletin i përdorimeve paqësore të energjisë atomike. Projekti u përfundua me sukses: më 27 korrik 1954, termocentrali ynë bërthamor u bë i pari në botë! Kurchatov ishte gazmor dhe gazmor si fëmijë!

Përkufizimi i një reaktori bërthamor.

Një reaktor bërthamor është një pajisje në të cilën kryhet dhe mbahet një reaksion zinxhir i kontrolluar i ndarjes së disa bërthamave të rënda.

Reaktori i parë bërthamor u ndërtua në 1942 në SHBA nën udhëheqjen e E. Fermi. Në vendin tonë, reaktori i parë u ndërtua në 1946 nën udhëheqjen e IV Kurchatov.

Elementet kryesore të një reaktori bërthamor janë:

karburant bërthamor (uranium 235, uranium 238, plutonium 239);
moderator neutron (ujë i rëndë, grafit, etj.);
ftohës për prodhimin e energjisë së gjeneruar gjatë funksionimit të reaktorit (ujë, natrium i lëngshëm, etj.);
Shufrat e kontrollit (bor, kadmium) - neutrone shumë thithëse
Predha mbrojtëse që ngadalëson rrezatimin (beton i mbushur me hekur).

Parimi i funksionimit reaktor bërthamor

Karburanti bërthamor ndodhet në bërthamë në formën e shufrave vertikale të quajtura elementë karburanti (shufra karburanti). Shufrat e karburantit janë krijuar për të kontrolluar fuqinë e reaktorit.

Masa e secilës shufër karburanti është shumë më pak se ajo kritike, prandaj, një reagim zinxhir nuk mund të ndodhë në një shufër. Fillon pasi të gjitha shufrat e uraniumit janë zhytur në bërthamë.

Bërthama është e rrethuar nga një shtresë e materialit që reflekton neutronet (reflektori) dhe një guaskë mbrojtëse e bërë nga betoni që kap neutronet dhe grimcat e tjera.

Heqja e nxehtësisë nga qelizat e karburantit. Mbartës i nxehtësisë - uji lan shufrën, e ndezur në 300 ° C nën presion të lartë, hyn në shkëmbyesit e nxehtësisë.

Roli i shkëmbyesit të nxehtësisë është që uji i ndezur në 300 ° C i jep nxehtësi ujit të zakonshëm, kthehet në avull.

Menaxhimi i reaksioneve bërthamore

Reaktori kontrollohet nga shufra që përmbajnë kadmium ose bor. Me shufrat e shtrirë nga bërthama e reaktorit K> 1, dhe me tërheqje të plotë - K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Reaktori i ngadaltë i neutroneve.

Ndarja më efikase e bërthamave të uraniumit-235 ndodh nën veprimin e neutroneve të ngadaltë. Reaktorë të tillë quhen reaktorë neutron të ngadaltë. Neutronet sekondare të prodhuara nga reaksioni i ndarjes janë të shpejta. Në mënyrë që ndërveprimi i tyre i mëvonshëm me bërthamat e uraniumit -235 në një reaksion zinxhir të jetë më efektiv, ato ngadalësohen duke futur një moderator në bërthamë - një substancë që zvogëlon energjinë kinetike të neutroneve.

Reaktori i shpejtë neutronik.

Reaktorët e shpejtë nuk mund të punojnë me uranium natyror. Reagimi mund të mbahet vetëm në një përzierje të pasuruar që përmban të paktën 15% të izotopit të uraniumit. Avantazhi i reaktorëve të shpejtë është se ata prodhojnë një sasi të konsiderueshme të plutoniumit, i cili më pas mund të përdoret si lëndë djegëse bërthamore.

Reaktorët homogjenë dhe heterogjenë.

Reaktorët bërthamorë, në varësi të vendosjes relative të karburantit dhe moderatorit, ndahen në homogjenë dhe heterogjenë. Në një reaktor homogjen, thelbi është një masë homogjene e karburantit, zbutës dhe ftohës në formën e një zgjidhjeje, përzierjeje ose shkrirjeje. Një reaktor quhet heterogjen, në të cilin karburanti në formën e blloqeve ose kuvendeve të karburantit vendoset në një moderator, duke formuar një grilë të rregullt gjeometrike në të.

Shndërrimi i energjisë së brendshme të bërthamave atomike në energji elektrike.

Një reaktor bërthamor është elementi kryesor i një centrali bërthamor (NPP), i cili konverton energjinë bërthamore termike në energji elektrike. Konvertimi i energjisë bëhet sipas skemës së mëposhtme:

energjia e brendshme e bërthamave të uraniumit -
energjia kinetike e neutroneve dhe fragmenteve bërthamore -
energjia e brendshme e ujit -
energjia e brendshme e avullit -
energjia kinetike e avullit -
energjia kinetike e rotorit të turbinës dhe rotorit të gjeneratorit -
Energjia Elektrike.

Përdorimi i reaktorëve bërthamorë.

Në varësi të qëllimit, reaktorët bërthamorë janë fuqia, konvertuesit dhe krijuesit, kërkimi dhe shumë qëllimet, transporti dhe industria.

Reaktorët e energjisë bërthamore përdoren për të gjeneruar energji elektrike në termocentralet bërthamore, transportin e termocentraleve, termocentralet bërthamore dhe termocentralet bërthamore.

Reaktorët e krijuar për të prodhuar lëndë djegëse bërthamore sekondare nga uraniumi natyral dhe toriumi quhen konvertues ose mbarështues. Në reaktorin-konvertues karburanti sekondar bërthamor formohet më pak se konsumuar fillimisht.

Në reaktorin e mbarështuesit, kryhet një mbarështim i zgjeruar i karburantit bërthamor, d.m.th. del më shumë sesa është shpenzuar.

Reaktorët kërkimorë përdoren për të studiuar proceset e ndërveprimit të neutroneve me materien, për të studiuar sjelljen e materialeve të reaktorit në fushat intensive të rrezatimit neutron dhe gama, radiokimike në kërkimin biologjik, prodhimin e izotopeve, kërkime eksperimentale të fizikës së reaktorëve bërthamorë.

Reaktorët kanë kapacitete të ndryshme, të palëvizshme ose të funksionuara. Reaktorët me shumë qëllime janë reaktorë që shërbejnë për qëllime të shumta, të tilla si gjenerimi i energjisë dhe gjenerimi i karburantit bërthamor.

Fatkeqësitë mjedisore në termocentralet bërthamore

1957 - një aksident në Mbretërinë e Bashkuar
1966 - shkrirja e pjesshme e bërthamës pas dështimit të ftohjes së reaktorit pranë Detroit.
1971 - Shumë ujë të kontaminuar hynë në lumin amerikan
1979 - aksidenti më i madh në Shtetet e Bashkuara
1982 - lëshimi i avullit radioaktiv në atmosferë
1983 - një aksident i tmerrshëm në Kanada (uji radioaktiv rrjedh për 20 minuta - një ton në minutë)
1986 - një aksident në Mbretërinë e Bashkuar
1986 - një aksident në Gjermani
1986 - Centrali bërthamor i Çernobilit
1988 - një zjarr në një central bërthamor në Japoni

Termocentralet moderne bërthamore janë të pajisura me PC, dhe më herët, edhe pas një aksidenti, reaktorët vazhduan të funksionojnë, pasi nuk kishte një sistem automatik të mbylljes.

4. Sigurimi i materialit.

Çfarë quhet reaktor bërthamor?
Çfarë është karburanti bërthamor në një reaktor?
Cila substancë shërben si një moderues neutronesh në një reaktor bërthamor?
Cili është qëllimi i një moderator neutroni?
Për çfarë janë shufrat e kontrollit? Si përdoren ato?
Çfarë përdoret si ftohës në reaktorët bërthamorë?
Pse keni nevojë që masa e çdo shufre uraniumi të jetë më e vogël se masa kritike?

5. Ekzekutimi i testit.

Cilat grimca përfshihen në ndarjen e bërthamave të uraniumit?
A. protonet;
B. neutronet;
V. elektronet;
Bërthama G. helium.
Cila është masa kritike e uraniumit?
A. më e larta, në të cilën një reagim zinxhir është i mundur;
B. çdo masë;
V. është më i vogli, në të cilin është i mundur një reaksion zinxhir;
G. masa në të cilën reaksioni do të ndalet.
Cila është masa kritike e përafërt e uraniumit 235?
A. 9 kg;
B. 20 kg;
H. 50 kg;
G. 90 kg.
Cilat substanca nga sa vijon mund të përdoren në reaktorët bërthamorë si moderues neutronesh?
A. grafit;
B. kadmium;
B. ujë të rëndë;
G. bor.
Që një reaksion zinxhir bërthamor të ndodhë në një central bërthamor, faktori i shumëzimit të neutroneve duhet të jetë:
A. është e barabartë me 1;
B. është më i madh se 1;
V. më pak se 1.
Rregullimi i shkallës së ndarjes së bërthamave të atomeve të rëndë në reaktorët bërthamorë kryhet:
A. për shkak të thithjes së neutroneve kur ulni shufrat me një absorbues;
B. për shkak të një rritje të heqjes së nxehtësisë me një rritje të shpejtësisë së ftohësit;
B. duke rritur furnizimin me energji elektrike për konsumatorët;
G. duke zvogëluar masën e karburantit bërthamor në bërthamë kur hiqni shufrat e karburantit.
Cilat transformime energjetike ndodhin në një reaktor bërthamor?
A. energjia e brendshme e bërthamave atomike shndërrohet në energji drite;
B. energjia e brendshme e bërthamave atomike shndërrohet në energji mekanike;
C. energjia e brendshme e bërthamave atomike shndërrohet në energji elektrike;
G. Ndër përgjigjet nuk ka një të saktë.
Në 1946, reaktori i parë bërthamor u ndërtua në Bashkimin Sovjetik. Kush ishte drejtuesi i këtij projekti?
A. S. Korolev;
B. I. Kurchatov;
V. D. Sakharov;
G. A. Prokhorov.
Cila mënyrë e konsideroni më të pranueshme për rritjen e besueshmërisë së termocentraleve bërthamore dhe parandalimin e ndotjes së mjedisit të jashtëm?
A. zhvillimi i reaktorëve të aftë për të ftohur automatikisht bërthamën e reaktorit pavarësisht nga vullneti i operatorit;
B. rritja e shkrim -leximit të funksionimit të NPP -së, niveli i gatishmërisë profesionale të operatorëve të NEC -ve;
B. zhvillimi i teknologjive shumë efikase për çmontimin e centraleve bërthamore dhe përpunimin e mbetjeve radioaktive;
D. vendndodhja e reaktorëve thellë nën tokë;
D. refuzimi për të ndërtuar dhe operuar një central bërthamor.
Cilat burime të ndotjes së mjedisit shoqërohen me funksionimin e një termocentrali bërthamor?
A. industria e uraniumit;
B. reaktorët bërthamorë të llojeve të ndryshme;
B. industria radiokimike;
D. vendet e përpunimit dhe asgjësimit të mbetjeve radioaktive;
E. përdorimi i radionuklideve në ekonominë kombëtare;
E. shpërthimet bërthamore.

Përgjigjet: 1 B; 2 B; 3V; 4 A, B; 5 A; 6 A; 7 B;. 8 B; 9 B. V; 10 A, B, C, D, E.

6. Përmbledhje mësimi.

Çfarë të re keni mësuar në mësimin sot?

Çfarë ju pëlqeu në mësim?

Çfarë pyetjesh keni?

FALEMINDERIT P FORR PUNN N MESSSIM!