Как работает ядерный реактор. Как работает реактор схемаЯдерный реактор | Factorio викиВместо того, чтобы полностью потреблять топливо, уничтожая его, топливо в ядерном реакторе остается в виде использованный урановый топливный стержень. Эти использованные стержни можно переработать в центрифуге, чтобы вернуть часть урана, используемого для создания топливных стержней. Ядерные реакторы имеют тепловую мощность 10 МДж / С. Таким образом, они могут накапливать 5 ГДж тепловой энергии в рабочем диапазоне от 500 ° С до 1000 ° С и потреблять 4,88 ГДж энергии для прогрева от 15 ° С до 500 ° С при первоначальном размещении. Реакторы получают бонус при размещение соседних реакторов, что увеличивает их эффективную тепловую мощность на 100% за каждую такую связь. Например, два реактора, работающие рядом друг с другом, выдают в общей сложности 160 МВт тепловой энергии, причем каждый реактор производит 40 МВт и получает 40 МВт бонуса от соседа. Условие смежности заключается в том, что реактор должен подключаться к другому реактору со всеми тремя соединениями тепловой трубы на стороне (углы и середина стороны, см. Рисунок), и эти соединения должны соединятся вплотную, чтобы получить бонус для этой стороны. Это значит, что:Ядерный реактор
Кроме того, неработающие реакторы не дают никаких бонусов. Наиболее эффективной практической компоновкой является выровненный двойной ряд произвольной длины (количество реакторов по мере необходимости). Для четного числа реакторов общей выходной мощности 160n - 160 МВт (где n = общее количество реакторов и при условии, что все работают). двойной ряд Нечетные числа реакторов неэффективны в плане максимального бонуса, но при необходимости нечетный реактор должен быть выровнен с одним из рядов. Смещение более длинного ряда вместо этого не принесло бы дополнительному реактору никакого бонуса, в то время как реактор на другом конце того же ряда потерял бы свой бонус. Размещение нечетного реактора между концами выровненных рядов также приведет к одному меньшему бонусу, а также сделает дизайн неровным. В качестве примера, реакторная решетка 5 х 2 будет производить 1,440 МВт (1,44 ГВт), что эквивалентно 1600 паровым двигателям или 24 000 солнечных панелей. Поэтому следует размещать минимум соседних реактора.
Если реактор разрушается, когда он находится выше 900 ° C, он взрывается точно так же, как атомная бомба. Этот взрыв обладает достаточной мощностью для разрушения других реакторов, поэтому один взрыв может привести к цепной реакции взрывающихся реакторов.
ru.factorio.wikia.com Как работает атомный реактор? - Полезная информация для всехСамый простой способ объяснения как работает ядерный реактор типа ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) Чтобы это понять вспомните принцип работы самовара. Все абсолютно тоже самое. Емкость в которую наливают воду внутри, которой находится топка. Разница в том, что вода в самовар нагревается от горящей деревянной щепы, а в реакторе от энергии деления ядер урана. Как работает реактор - принцип действия и конструктивная схема ядерного реактораУтилизация энергии ядерного топлива происходит за счт преобразования кинетической энергии продуктов деления в тепловую энергию. Откуда бертся в ядерном топливе энергия см. здесь: http://www.bolshoyvopros.ru/questions/36061-chto-takoe-atomnaja-energija.html#anshy;swer1664061 Ядерные реакторы по своему назначению подразделяются на энергетические реакторы, реакторы размножители и исследовательские-экспериментальные реакторы. Но независимо от своего назначения ядерный реактор при работе вырабатывает тепло. Конструктивная схема ядерного реактора показана на рисунке: Ядерный реактор состоит из следующих основных элементов: I. Активная зона: 1 Тепловыделяющий элемент. 2 Замедлитель. 3 Тепловой экран. Тепловыделяющий элемент представляет собой некоторое количество ядерного топлива заключнное в металлическую оболочку. Ядерное топливо смесь делящегося материала с замедлителем. Тепловой экран служит для конфигурирования потока теплоносителя для эффективного отвода тепла от разогретых тепловыделяющих элементов. II. Органы управления и защиты: 6, 7 Поглотители оперативного регулирования. 8 Поглотители аварийной защиты. 9, 10 Привода органов управления. 11 Устройство измерения мощности и температуры. Поглотители оперативного регулирования управляют потоком нейтронов, поддерживая заданную мощность. Поглотители аварийной защиты экстренно, автоматически прекращают цепную реакцию деления при возникновении аварийных ситуаций. Привода органов управления перемещают их в активной зоне. Устройство измерения мощности и температуры комплект датчиков (ионизационные камеры и термопары) вырабатывающих соответствующие сигналы о состоянии реактора. III. Корпус: 4 Корпус реактора. 5,12 Отражатели нейтронов. 13 Биологическая защита. Корпус реактора прочная конструкция с размещнными элементами аппарата. Отражатели нейтронов предотвращают выход нейтронов за пределы активной зоны. Биологическая защита предотвращает выход в окружающую среду излучений, сопутствующих цепной реакции деления ядер делящегося материала. Конструктивно основные элементы различных реакторов выполнены по-разному. Как они устроены и взаимодействуют - тема отдельных вопросов. В остановленном (выведенном из действия) реакторе все поглотители опущены в активную зону и не допускают деления ядер топлива. Для пуска ядерного реактора - из активной зоны извлекаются поглотители аварийной защиты и поднимаются на необходимую высоту (соответствующую заданной мощности) поглотители оперативного регулирования. Начинается цепная реакция деления и интенсивный разогрев тепловыделяющих элементов тепло с которых отводится непрерывно циркулирующим теплоносителем. Для регулирования мощности реактора необходимо поднимать или опускать поглотители оперативного регулирования. При извлечении их из активной зоны - мощность увеличивается, при опускании уменьшается. Вот собственно и вс - именно так он и работает... В реактор загружается, в зависимости от его типа, обогащенный (изотопом 235) уран или не обогащенный (реактор на быстрых нейтронах). Возможно использование плутония. При захвате ядром медленного нейтрона происходит деление ядра на осколки с вылетом более одного нейтрона. Эта реакция сопровождается выделением энергии, которая в миллионы раз больше энергии химических реакций. Вылетевшие нейтроны, попадая в соседние ядра, вызывают их деление с вылетом дополнительных нейтронов и т.д. Если большинство нейтронов будет попадать в ядра (а не вылетать наружу), и если процессом не управлять, то получится ядерная бомба. А в реакторе число нейтронов жестко контролируется, коэффициент размножения их поддерживается чуть больше единицы. И тогда скорость выделения теплоты такая, что ее можно эффективно отводить и использовать для нагрева воды, которая превращается в пар. Дальше - как в обычной тепловой электростанции, работающей на газе, угле и т.п. info-4all.ru Как работает ядерный реактор | Как это сделаноВот этот невзрачный серый цилиндр и является ключевым звеном российской атомной индустрии. Выглядит, конечно, не слишком презентабельно, но стоит понять его назначение и взглянуть на технические характеристики, как начинаешь осознавать, почему секрет его создания и устройства государство охраняет как зеницу ока. Да, забыл представить: перед вами газовая центрифуга для разделения изотопов урана ВТ-3Ф (n-го поколения). Принцип действия элементарный, как у молочного сепаратора, тяжелое, по воздействием центробежной силы, отделяется от легкого. Так в чем же значимость и уникальность? Для начала ответим на другой вопрос – а вообще, зачем разделять уран? Природный уран, который вот прямо в земле лежит, представляет из себя коктейль из двух изотопов: урана-238 и урана-235 (и 0,0054 % U-234).Уран-238, это просто тяжелый, серого цвета металл. Из него можно сделать артиллерийский снаряд, ну или… брелок для ключей. А вот что можно сделать из урана-235? Ну во первых атомную бомбу, во вторых топливо для АЭС. И вот тут мы подходим к ключевому вопросу – как разделить эти два, практически идентичных атома, друг от друга? Нет, ну действительно, КАК?! Кстати: Радиус ядра атома урана —1.5 10-8 см. Для того, что бы атомы урана можно было загнать в технологическую цепочку, его (уран) нужно превратить в газообразное состояние. Кипятить смысла нет, достаточно соединить уран с фтором и получить гексафторид урана ГФУ. Технология его получения не очень сложная и затратная, а потому ГФУ получают прямо там, где этот уран и добывают. UF6 является единственным легколетучим соединением урана (при нагревании до 53°С гексафторид (на фото) непосредственно переходит из твердого состояния в газообразное). Затем его закачивают в специальные емкости и отправляют на обогащение. Немного истории В самом начале ядерной гонки, величайшими научными умами, как СССР, так и США, осваивалась идея диффузионного разделения – пропускать уран через сито. Маленький 235-й изотоп проскочит, а «толстый» 238-й застрянет. Причем изготовить сито с нано-отверстиями для советской промышленности в 1946-м году было не самой сложной задачей. Из доклада Исаака Константиновича Кикоина на научно-технического совете при Совете Народных Комиссаров (приведен в сборнике рассекреченных материалах по атомному проекту СССР (Ред. Рябев)): В настоящее время мы научились делать сетки с отверстиями около 5/1 000 мм, т.е. в 50 раз большими длины свободного пробега молекул при атмосферном давлении. Следовательно, давление газа, при котором разделение изотопов на таких сетках будет происходить, должно быть меньше 1/50 атмосферного давления. Практически мы предполагаем работать при давлении около 0,01 атмосферы, т.е. в условиях хорошего вакуума. Расчет показывает, что для получения продукта, обогащенного до концентрации в 90 % легким изотопом (такая концентрация достаточна для получения взрывчатого вещества), нужно соединить в каскад около 2 000 таких ступеней. В проектируемой и частично изготовленной нами машине рассчитывается получить 75-100 г урана-235 в сутки. Установка будет состоять приблизительно из 80-100 «колонн», в каждой из которых будет смонтировано 20-25 ступеней». Ниже приведен документ — доклад Берии Сталину о подготовке первого атоиного взрыва. Внизу дана небольшая справка о наработанных ядерных материалах к началу лета 1949-го года. И вот теперь сами представьте – 2000 здоровенных установок, ради каких-то 100 грамм! Ну а куда деваться-то, бомбы ведь нужны. И стали строить заводы, и не просто завода, а целые города. И ладно только города, электричества эти диффузионные заводы требовали столько, что приходилось строить рядом отдельные электростанции. На фото: первый в мире завод газодиффузионного обогащения урана К-25 в Ок-Ридже (США). Строительство обошлось в $500 млн. Протяженность U-образного здания около полумили. В СССР Первая очередь Д-1 комбината №813, была рассчитана на суммарный выпуск 140 граммов 92-93 %-ного урана-235 в сутки на 2-х идентичных по мощности каскадах из 3100 ступеней разделения. Под производство отводился недостроенный авиационный завод в поселке Верх-Нейвинск, что в 60 км от Свердловска. Позже он превратился в Свердловск-44, а 813-й завод (на фото) в Уральский электрохимический комбинат – крупнейшее в мире разделительное производство.  И хотя технология диффузионного разделения, пусть и с большими технологическими трудностями, было отлажена, идея освоения более экономичного центрифужного процесса не сходила с повестки дня. Ведь если удастся создать центрифугу, то энергопотребление сократится от 20 до 50 раз! Как устроена центрифуга? Устроена она более чем элементарно и похожа на старую стиральную машину, работающую в режиме «отжим/сушка». В герметичном кожухе находится вращающийся ротор. В этот ротор подается газ (UF6 ). За счет центробежной силы, в сотни тысяч раз превышающей поле тяготения Земли, газ начинает разделяться на «тяжелую» и «легкую» фракции. Легкие и тяжелые молекулы начинают группироваться в разных зонах ротора, но не в центре и по периметру, а в верху и в низу. Это возникает из-за конвекционных потоков – крышка ротора имеет подогрев и возникает противоток газа. Вверху и в низу цилиндра установлены две небольших трубочки – заборника. В нижнею трубку попадает обедненная смесь, в верхнюю – смесь с большей концентрацией атомов 235U. Эта смесь попадает в следующую центрифугу, и так далее, пока концентрация 235-го урана не достигнет нужного значения. Цепочка центрифуг называется каскад. Технические особенности. Ну во первых скорость вращения — у современного поколения центрифуг она достигает 2000 об/сек (тут даже не знаю с чем сравнить…в 10 раз быстрее чем турбина в авиадвигателе)! И работает она без остановки ТРИ ДЕСЯТКА лет! Т.е. сейчас в каскадах вращаются центрифуги, включенные еще при Брежневе! СССР уже нет, а они все крутятся и крутятся. Не трудно подсчитать, что за свой рабочий цикл ротор совершает 2 000 000 000 000 (два триллиона) оборотов. И какой подшипник это выдержит? Да никакой! Нет там подшипников. Сам ротор представляет из себя обыкновенный волчок, внизу у него прочная иголка, опирающаяся на корундовый подпятник, а верхний конец висит в вакууме, удерживаясь электромагнитным полем. Иголка тоже не простая, сделанная из обычной проволоки для рояльных струн, она закалена очень хитрым способом (каким – ГТ). Не трудно представить, что при такой бешеной скорости вращения, сама центрифуга должна быть не просто прочной, а сверхпрочной. Вспоминает академик Иосиф Фридляндер: «Трижды вполне расстрелять могли. Однажды, когда мы уже получили Ленинскую премию, случилась крупная авария, у центрифуги отлетела крышка. Куски разлетелись, разрушили другие центрифуги. Поднялось радиоактивное облако. Пришлось всю линию останавливать — километр установок! В Средмаше центрифугами командовал генерал Зверев, до атомного проекта он работал в ведомстве Берии. Генерал на совещании сказал: «Положение критическое. Под угрозой оборона страны. Если мы быстро не выправим положение, для вас повторится 37-й год». И сразу совещание закрыл. Придумали мы тогда совершенно новую технологию с полностью изотропной равномерной структурой крышек, но требовались очень сложные установки. С тех пор именно такие крышки и производятся. Никаких неприятностей больше не было. В России 3 обогатительных завода, центрифуг многие сотни тысяч.»На фото: испытания первого поколения центрифуг Корпуса роторов тоже поначалу были металлические, пока на смену им не пришел… углепластик. Легкий и особопрочный на разрыв, он является идеальным материалом для вращающегося цилиндра. Вспоминает Генеральный директор УЭХК (2009-2012) Александр Куркин: «Доходило до смешного. Когда испытывали и проверяли новое, более «оборотистое» поколение центрифуг, один из сотрудников не стал дожидаться полной остановки ротора, отключил ее из каскада и решил перенести на руках на стенд. На вместо движения вперед, как не упирался, он с этим цилиндром в обнимку, стал двигаться назад. Так мы воочию убедились, что земля вращается, а гироскоп, это великая сила.» Кто изобрел? О, это загадка, погружённая в тайну и укутанная неизвестностью. Тут вам и немецкие плененные физики, ЦРУ, офицеры СМЕРШа и даже сбитый летчик-шпион Пауэрс. А вообще принцип газовой центрифуги описан еще в конце 19-го века. Ещё на заре Атомного проекта инженер Особого конструкторского бюро Кировского завода Виктор Сергеев предлагал центрифужный метод разделения, но сначала его идею коллеги не одобряли. Параллельно над созданием разделительной центрифуги в специальном НИИ-5 в Сухуми бились учёные из побеждённой Германии: доктор Макс Штеенбек, который при Гитлере работал ведущим инженером Siemens, и бывший механик «Люфтваффе», выпускник Венского университета Гернот Циппе. Всего в группу входило около 300 «вывезенных» физиков. Вспоминает генеральный директор ЗАО «Центротех-СПб» ГК «Росатом» Алексей Калитеевский: «Наши специалисты пришли к выводу, что немецкая центрифуга абсолютно непригодна для промышленного производства. В аппарате Штеенбека не было системы передачи частично обогащённого продукта в следующую ступень. Предлагалось охлаждать концы крышки и замораживать газ, а потом его разморозить, собрать и пустить в следующую центрифугу. То есть, схема неработоспособная. Однако в проекте было несколько очень интересных и необычных технических решений. Эти «интересные и необычные решения» были соединены с результатами, полученными советскими учёными, в частности с предложениями Виктора Сергеева. Условно говоря, наша компактная центрифуга — на треть плод немецкой мысли, а на две трети — советской». Кстати, когда Сергеев приезжал в Абхазию и высказывал тем же Штеенбеку и Циппе свои мысли по поводу отбора урана, Штеенбек и Циппе отмахнулись от них, как от нереализуемых. Итак что же придумал Сергеев. А предложение Сергеева заключалось в создании отборников газа в виде трубок Пито. Но доктор Штеенбек, съевший зубы, как он считал, на этой теме, проявил категоричность: «Они станут тормозить поток, вызывать турбулентность, и никакого разделения не будет!» Спустя годы, работая над мемуарами, он об этом пожалеет: «Идея, достойная того, чтобы исходить от нас! Но мне она в голову не приходила…». Позже, оказавшись за пределами СССР Штеенбек центрифугами больше не занимался. А вот Геронт Циппе перед отъездом в Германию имел возможность ознакомиться с опытным образцом центрифуги Сергеева и гениально простым принципом ее работы. Оказавшись на Западе, «хитрый Циппе», как его нередко называли, запатентовал конструкцию центрифуги под своим именем (патент №1071597 от 1957 года, заявлен в 13 странах). В 1957 году, переехав в США, Циппе построил там работающую установку, воспроизведя по памяти опытный образец Сергеева. И назвал ее, отдадим должное, «Русской центрифугой» (на фото). Кстати, русская инженерная мысль проявила себя и в многих других случаях. В качестве примера можно привести элементарный аварийный запорный клапан. Там нет датчиков, детектеров и электронных схем. Там есть только самоварный краник, который своим лепестком касается станины каскада. Если что не так, и центрифуга меняет свое положение в пространстве, он просто поворачивается и закрывает входную магистраль. Это как в анекдоте про американскую ручку и русский карандаш в космосе. Наши дни На этой неделе автор этих строк присутствовал на знаменательном событии – закрытии российского офиса наблюдателей министерства энергетики США по контракту ВОУ-НОУ. Эта сделка (высокообогащенный уран – низкообогащенный уран) была, да и остается крупнейшим соглашением в области ядерной энергетики между Россией и Америкой. По условиям контракта российские атомщики переработали 500 тонн нашего оружейного (90%) урана в топливный (4%) ГФУ для американских АЭС. Доходы за 1993-2009 годы составили 8,8 млрд. долларов США. Это стало логическим исходом технологического прорыва наших ядерщиков в области разделения изотопов, сделанного в послевоенные годы.На фото: каскады газовых центрифуг в одном из цехов УЭХК. Здесь их около 100 000 шт. Благодаря центрифугам мы получили тысячи тонн относительно дешевого, как военного, так и коммерческого продукта. Атомная отрасль, одна из немногих оставшихся (военная авиация, космос), где Россия удерживает непререкаемое первенство. Одних только зарубежных заказов на десять лет вперед (с 2013 года по 2022 год), портфель «Росатома» без учета контракта ВОУ-НОУ составляет 69,3 миллиарда долларов. В 2011 году он перевалил за 50 миллиардов…На фото склад контейнеров с ГФУ на УЭХК. 28 сентября 1942 г. было принято постановление Государственного Комитета Обороны № 2352сс «Об организации работ по урану». Эта дата считается официальным началом отсчета истории атомной отрасли России.
Источник kak-eto-sdelano.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
