Основные элементы реактора

Цепная реакция

Необходимым условием само поддерживания (или цепной) ядерной реакции деления является высвобождение при каждом акте деления некоторого числа нейтронов, в среднем > 1.

Однако, чтобы текла беспрерывно цепная реакция деления недостаточно еще наличие «делящихся ядер», т.е. наличие первичных свободных нейтронов, которые всегда есть в уране, может еще не обеспечить цепную реакцию.

Для осуществления цепной реакции деления необходимо искусственное создание некоторых условий, обеспечивающих размножение нейтронов. Среда, в которой созданы такие условия называется размножающей средой, а устройство в котором происходит управляемая ядерная реакция – ядерными реакторами.

Условия, обеспечивающие цепную реакцию деления направлены на увеличение размножения нейтронов и на уменьшение препятствующих ему процессов. Первым таким условием является уменьшение вероятности потери нейтронов при их вылете во внешнюю среду, что достигается путем окружения делящегося вещества отражателем, возвращающим вылетающие нейтроны обратно.

Критической массой делящегося вещества называется масса, при которой возможна цепная реакция. Величина ее зависит от рода делящего вещества, рассредоточенности его в размножающейся среде, формы реактора и энергии нейтронов.

Принцип работы и классификация реакторов

Ядерный реактор – устройство, в котором обеспечивается условие протекания управляемой самоподдерживающейся реакции деления ядер, а также съем тепла.

Часть реактора, в которой осуществляется цепная реакция деления, называется активной зоной. Ее размеры должны быть такими, чтобы цепная реакция поддерживалась в продолжении всего заданного периода работы реактора. В активной зоне размещено ядерное топливо.

В качестве топлива применяют уран, его сплавы, плутоний и его сплавы. В гетерогенных реакторах топливо находится в виде стержней, пластин и т.д. называется ТВЭЛ, в гомогенных – в виде раствора солей урана, газообразных соединений урана и т.д.

В активной зоне размещается также замедлитель (графит, бериллий, вода и т.д.) который служит для снижения энергии нейтронов деления. Дело в том, что в критической системе концентрация делящегося изотопа не требуется значительно меньшая, если большая часть делений будет происходить на тепловых нейтронах. Это возможно при условии, если большая часть нейтронов деления будет замедляться до тепловой энергии прежде, чем поглотится или покинет активную зону.

Отвод тепла от ТВЭЛ осуществляется с помощью теплоносителя (вода, газы, теплоноситель)

Реактор имеет органы управления и защиты. Органы управления служат для пуска и остановки реактора, для регулирования мощности и поддержания ее на заданном уровне.

Они дают возможность поддерживать значение эффективного коэффициента размножения нейтронов = 1 в продолжении всей компании реактора.

Органы защиты – обеспечивают быструю остановку реактора или снижение его мощности при аварии.

Уменьшение потери нейтронов за счет утечки через поверхность зоны достигается установкой вокруг зоны отражателя.

Работающий реактор является интенсивным источником различных излучений, в частности, нейтронов, γ – квантов, ₤ - частиц, β – частиц. Поэтому необходима защита от радиации.

Классификация реакторов

В виду многообразия реакторы могут быть квалифицированны по группам:

По назначению

- энергетические (производящие энергию)

- исследовательские

- реакторы – размножители (для производства ядерного горючего ₉₄Р_u²³⁹ и ₉₂U²³⁸)

По эффективной энергии нейтронов, вызывающих деление

1) – р. На тепловых нейтронах (многозамедл.)

2) – р. На промежуточных нейтронах (еще меньше)

1) концентрация ядер графита > концентрация ядер ₉₂U²³⁵ в 6000 – 10000 раз

2) концентрация ядер графита > концентрации ядер ₉₂U²³⁵ в 500 – 1000 раз

3) – р. На быстрых нейтронах (нет замедлителя)

По составу ядерного горючего

В качестве ядерного топлива используется природный уран и обогащенный изотопом ₉₂U²³⁵ плутоний и ₉₂U²³³

Схема гомогенного реактора с жидким ядерным топливом.

1 – реактор; 2 – теплообменник.

Схема реактора - размножителя на быстрых нейтронах.

1 – биологическая защита; 2 – корпус реактора; 3 – блоки из U²³⁵ или Th²³²; 4 – ядро реактора.

По способу размещения ядерного горючего:

- гомогенные реакторы

- гетерогенные реакторы

Гомогенными называют реакторы, активная зона которых представляет

собой для нейтронов однородную смесь, состоящую из ядерного горючего и замедлителя.

Гетерогенными называют реактор, в котором ядерное горючее в виде отдельных блоков или сборок блоков размещены в замедлителе, образуя в нем правильную геометрическую решетку.

По типу замедлителя

Гродонт, бериллий, обыкновенная и тяжелая вода; органические соединения; гидриды металлов.

По типу теплоносителя

Вода; расплавленные металлы; газы, водяной пар, паровые и газовые смеси.

Дата добавления: 2015-06-04