Что такое ядерный реактор. Ядерный реактор схемаистория создания и принцип действия :: SYL.ruЗначение атомной энергетики в современном мире Атомная энергетика за последние несколько десятилетий сделала огромный шаг вперед, став одним из важнейших источников электроэнергии для многих стран. В то же время следует помнить, что за развитием данной отрасли народного хозяйства стоят огромные усилия десятков тысяч ученых, инженеров и простых рабочих, делающих все для того, чтобы «мирный атом» не превратился в реальную угрозу для миллионов людей. Настоящим стержнем любой атомной электростанции является ядерный реактор. История создания ядерного реактора Первое подобное устройство было построено в самый разгар второй мировой войны в США известным ученым и инженером Э. Ферми. Из-за своего необычного вида, напоминавшего стопку сложенных друг на друга графитовых блоков, этот ядерный реактор получил название «Чикагская стопка». Стоит отметить, что работало данное устройство на уране, который помещался как раз между блоками. Создание ядерного реактора в Советском Союзе В нашей стране ядерной тематике также уделяли повышенное внимание. Несмотря на то, что основные усилия ученых были сконцентрированы на военном применении атома, они активно использовали полученные результаты и в мирных целях. Первый ядерный реактор под кодовым обозначением Ф-1 был построен группой ученых под руководством знаменитого физика И. Курчатова в конце декабря 1946 года. Значительным его недостатком было отсутствие какой бы то ни было системы охлаждения, поэтому мощность выделяемой им энергии была крайне незначительна. В то же время советские исследователи довели до конца начатые ими работы, результатом чего стало открытие спустя всего восемь лет первой в мире электростанции на ядерном топливе в городе Обнинске. Принцип действия реактора Ядерный реактор представляет собой крайне сложное и опасное техническое устройство. Его принцип действия основан на том, что при распаде урана происходит выброс нескольких нейтронов, которые, в свою очередь, выбивают элементарные частицы из соседних атомов урана. В результате этой цепной реакции выделяется значительное количество энергии в виде тепла и гамма-лучей. В то же время следует учитывать тот факт, что если эту реакцию никак не контролировать, то деление атомов урана в максимально короткие сроки может привести к мощному взрыву с нежелательными последствиями. Устройство ядерного реактора Для того чтобы реакция протекала в строго очерченных рамках, огромное значение имеет устройство ядерного реактора. В настоящее время каждое подобное сооружение представляет собой своеобразный котел, через который протекает теплоноситель. В этом качестве обычно используется вода, однако существуют АЭС, в которых применяются жидкий графит или тяжелая вода. Современный ядерный реактор невозможно представить себе без сотен специальных кассет шестигранной формы. В них находятся тепловыделяющие элементы, по каналам которых и протекают теплоносители. Данная кассета покрыта специальным слоем, который способен отражать нейтроны и замедлять тем самым цепную реакцию Ядерный реактор и его защита Он имеет несколько уровней защиты. Помимо собственно корпуса, сверху его покрывает специальная теплоизоляция и биологическая защита. С инженерной точки зрения данное сооружение представляет собой мощный железобетонный бункер, двери в который закрываются максимально герметично. www.syl.ru ЧАЭС: Тип и устройство реактораРейтинг:  / 145 Подробности Родительская категория: ЧАЭС Категория: ЧАЭС сегодня
Что собой представляет ядерный реактор?Существует две основные категории реакторов – реакторы на тепловых (медленных) нейтронах и реакторы на быстрых нейтронах. В дальнейшем речь будет идти о реакторах на тепловых нейтронах Основным элементом ядерного реактора является активная зона, в которую загружают тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы). В этих элементах и происходит цепная реакция. ТВЭЛ реактора РБМК – это циркониевая трубка диаметром 10 мм и длинной 3,5 м. В трубке помещены таблетки двуокиси урана (UO2). ТВЭЛы размещены в замедлителе. В реакторах РБМК Чернобыльской АЭС в качестве замедлителя используют графит. К слову, именно это существенно усугубило ситуацию в апреле 1986 года. В конструкциях других атомных реакторов в качестве замедлителя используют воду. Тепло, которое выделяется в ТВЭЛах в результате деления урана, отводится при помощи теплоносителя (например, водой). Теплоноситель непрерывно циркулирует сквозь активную зону. Через реактор РБМК-1000 ежечасно проходить 37500 м3 воды. Управление работой реактора осуществляется при помощи системы управления и защиты (СУЗ). СУЗ обеспечивает запуск, остановку реактора а также осуществляет регулирование его мощности. К ней относятся стержни, которые наполнены веществом сильно поглощающем нейтроны (кадмий, бор и т.д.). Введение в активную зону стержней приводит к остановке реактора, а извлекая их из реактора осуществляется регулировка мощности. Для реакторов на тепловых нейтронах характерным является наличие замедлителя в активной зоне (вода и графит). Существует большое количество других типов реакторов, которые отличаются конструкцией, типом теплоносителя, энергией используемых нейтронов и т.д. Принципиальная схема устройства ядерного реактора (активной зоны) представлена на рисунке.
Тип ядерного реактора на ЧАЭСНа Чернобыльской АЭС было установлено четыре реактора РБКМ-1000. Аббревиатура РБМК – реактор большой мощности канальный. Цифра 1000 указывает мощность энергетической установки, которая способна генерировать 1000 мегаватт электроэнергии в час. Необходимо отметить, что ядерный реактор, кроме энергетической мощности имеет тепловую мощность выделения тепла в реакторе. Тепловая энергия составляет 3000 мегаватт. Используя эти два значения (значения тепловой и энергетической мощности) можно легко рассчитать коэффициент полезного действия ядерного реактора РБКМ–1000 – 31%. Важной особенностью устройства РБМК является наличие каналов в активной зоне, по которым движется теплоноситель (вода). То есть, наличие каналов в толще замедлителя дает возможность двигаться теплоносителю, который нагреваясь превращается в пар, который в свою очередь вырабатывает электроэнергию. Такая схема генерации энергии позволила сконструировать мощные реакторы. Так, активная зона РБМК имеет вид вертикального цилиндра высотой 7 метров, а диаметр 11,8 метров. Весь внутренний объем реактора заполнен графитовыми блоками размерами 25x25x60 см3. Общий вес графита в реакторе составляет 1850 тонн. Графитовые блоки имеют в центре цилиндрическое отверстие, через которое проходит канал с водой, которая является теплоносителем. Графитовые блоки, которые находятся на периферии реактора отверстий и каналов не имеют. Эти блоки играют роль отражателя. Толщина этого слоя один метр. Графитовая кладка окружена цилиндрическим металлическим баком с водой. Он играет роль биологической защиты. Графит опирается на плиту, которая состоит из металлоконструкций, а сверху графит также накрыт подобной плитой. Верхняя плита, для защиты от излучений, накрыта дополнительным настилом. ЧАЭС: Устройство реактора РБМК
Общее устройство реактора РБМК: 1 – опорная металлоконструкция; 2 – индивидуальные водяные трубопроводы; 3 – нижняя металлоконструкция; 4 – боковая биологическая защита; 5 – графитовая кладка; 6 – барабан-сепаратор; 7 – индивидуальные пароводяные трубопроводы; 8 – верхняя металлоконструкция; 9 – разгрузочно-загрузочная машина; 10 – верхнее центральное перекрытие; 11 – верхнее боковое перекрытие; 12 – система контроля герметичности оболочек твэлов; 13 – главный циркуляционный насос. В реакторах типа РБМК находится 1661 канал в которых размещены кассеты с ядерным топливом. Ядерное топливо – двуокись урана, который запечен в виде таблеток. Такие таблетки имеют диаметр около одного сантиметра и высотой полтора сантиметра. Таблетки собирают в колону в количестве двухсот штук и загружают в ТВЭЛ. ТВЭЛ – пустотелый циркониевый цилиндр с примесью (1%) ниобия, длинной 3,5 метра и диаметров 13,5 мм. 36 ТВЭЛов собирают в кассету, которая вставляется в канал реактора. Общий вес урана, который при этом загружается в реактор – 190 тонн. В других 211 каналах реактора двигаются стержни-поглотители. Литературные источники:
chornobyl.ru Ядерный реактор - Factorio Wiki
Ядерный реактор служит для получения тепла путём выработки в нём урановых топливный стержней. Далее данное тепло может быть использовано в теплообменнике для получения пара, который впоследствии может быть использовал для генерации энергии. В отличие от других генераторов ядерный реактор работает независимо от нагрузки, то есть каждый стержень будет полностью использован за двести секунд, вне зависимости от текущего расхода энергии или температуры. Поэтому чтобы не тратить топливо в пустую, полученный избыток энергии обычно сохраняют в аккумуляторах, а избытки пара в резервуарах. Также в ядерном реакторе топливо не вырабатывается полностью, как в других генераторах, а превращается в использованный урановый топливный стержень, из которого далее в центрефуге снова может быть получено небольшое количество урана-238. Ядерный реактор имеет теплоемкость в 10 МДж/C, поэтому он может запасти до 5 ГДж тепловой энергии в своём рабочем диапазоне от 500°C до 1000°C и требует 4,85 ГДж энергии, чтобы выйти в рабочий режим с начальных 15°C до 500°C. Соседний бонусЯдерный реактор получает бонус от соседних с ним реакторов, которые увеличивают его эффективность на 100% за каждый соединённый реактор. Так, например, два реактора, которые работают с друг с другом, будут на выходе выдавать 160 МВт энергии, то есть каждый реактор вырабатывает 40 МВт энергии сам и получает еще по 40 МВт энергии от бонуса сверху. Для получения данного бонуса реакторы должны быть соединены всеми тремя выходами друг с другом, причем напрямую, т.е. без использования тепловым трубам. Также допускается подключения реактора не только с одним, но и с несколькими другими реакторами, но при этом все три выхода с одной стороны должны быть подключены. Реакторы, в которых нет топлива, бонуса не дают. Схема с двумя рядамиНаиболее эффективная на практике схема — это расположение реакторов в две прямых линии произвольной длины. Для четного числа реакторов выходная мощность будет равна 160 * (n − 1) МВт, где n — это количество реакторов. При разрыве непрерывного ряда реакторов полная мощность будет уменьшаться на 160 МВт за каждый разрыв. Нечетное количество реакторов использовать не стоит, так как это не так эффективно, но если другого варианта нет, то нечетный реактор должен быть выравнен с одним из рядов. Смещение всего ряда не даст никакого бонуса, к тому же реактор на другом конце также потеряет свой бонус. Расположение реактора по середине двух рядов также приведет к уменьшению бонуса. В любом случае, такие проблемы вряд ли возникнут, пока у вас не будет очень большой базы, ведь мощность реакторов, да еще и с бонусами, действительна огромна. Так, например, десять реакторов, которые размешены по схеме 5х2 будут выдавать мощность 1,44 ГДж, что сопоставимо с мощностью 1600 паровых двигателей или 24000 солнечный панелей. Схема квадратомТеоретически, расположение реакторов квадратом, при которой между ними нет места, будет давать наибольший бонус, так как она минимизирует количество реакторов с не подсоединёнными сторонами. Такое расположение будет давать 200 * n − 160 * sqrt(n) МВт энергии, где n — это количество реакторов, а sqrt(n) — это квадратный корень из n. К сожалению, такое расположение хоть и позволяет достичь максимальный показателей эффективности, на практике же получается, что из-за того, что между реакторами совсем не остается места, то становится невозможным пополнение их новым топливом и извлечение уже выработанных остатков кроме как руками (так как игрок может ходить по тепловым трубам). Поэтому данная схема не очень непрактична. Кроме того, выгода по сравнению со схемой с двумя рядами не такая уж и большая. Так после небольших расчетов мы получаем, что выгоду можно вычислить по формуле (1.25*n − sqrt(n)) ÷ (n − 1). То есть, для шестнадцати реакторов она составит 107%, для 100 – 116%, и в лимите она будет стремится к 125%. Взрыв реактораЕсли реактор был разрушен, когда его температура превышала 900°C, он взрывается, как атомная бомба. И этого взрыва хватит, чтобы уничтожить все близлежащие реакторы, то есть разрушение пойдет по цепочке, взрывая один реактор за другим. [1] История
См. такжеwiki.factorio.com Что такое ядерный реакторСлова «ядерный реактор» сейчас знакомы всем, по сути, став символом целой эпохи. Несмотря на потенциальную опасность использования подобных устройств, в свете истощения мировых запасов нефти реакторы на ядерном топливе являются очень перспективными. Ядерный реактор представляет собой инженерно-техническое устройство, в котором происходит управляемая реакция деления расщепляющегося радиоактивного вещества, сопровождающаяся выделением энергии. Основное предназначение – генерация электрического тока (атомные электростанции – АЭС), а также получение тяжелых делящихся элементов периодической таблицы Менделеева (преобразование). Первый ядерный реактор был собран и запущен в эксплуатацию в 1942 году в Америке под контролем выдающегося физика своего времени – Энрике Ферми. Через три года свой реактор запустила Канада, а в 1946 году – Россия. Отметим один важный момент: многие люди, малознакомые с данной темой, часто считают, что ядерный реактор вырабатывает электроэнергию непосредственно, и она является побочным продуктом делящегося радиоактивного топлива. К сожалению, это не так. По сути, ядерный реактор представляет собой огромный нагреватель, если не сказать «кипятильник», сообщающий тепловую энергию теплоносителю, который и совершает полезную работу по выработке электричества посредством обычного генератора. Чтобы ответить на многие вопросы, рассмотрим устройство ядерного реактора. Конструктивно, любой атомный реактор включает в себя следующие элементы: - центральная активная зона с замедлителем быстрых нейтронов. Именно здесь происходит реакция деления; - слой, отражающий нейтроны. Он необходим для снижения проникающего ионизирующего излучения, а также для повышения эффективности установки; - защита от излучения. Как правило, свинцовые щиты; - теплоноситель. Во всех современных моделях реакторов является незаменимой частью; - стержневое устройство управления течением реакцией распада ядер; - контур охлаждения; - механизм дистанционного управления. Для работы котлов ядерных реакторов используются тяжелые металлы – Уран-233, 235 или Плутоний-239. Особенности этих элементов в том, что каждую единицу времени в их атомарной структуре происходит спонтанный распад (расщепление). При этом процессе из ядер атомов высвобождаются нейтроны. Атом, потерявший (приобретший) нейтрон, превращается в другой элемент периодической таблицы. К примеру, таким способом из Урана-238 получают Плутоний-239. Ударяя по соседним атомам топливного материала, они, благодаря своей высокой скорости, высвобождают дополнительные нейтроны. Общее количество увеличивается в прогрессии – начинается цепная реакция деления ядер. Если на данном этапе не принять меры по ее регулированию, то в результате получится неуправляемая ядерная цепная реакция, сопровождающаяся лавинообразным высвобождением колоссального количества энергии (ядерный взрыв). Для управления используют два обязательных метода – введение в активную зону замедлителя, снижающего скорость нейтронов до уровня самоподдерживающегося процесса, а также внесение нужного количества регулирующих стержней (кадмий или бор), поглощающих избыток нейтронов. При распаде ядер выделяется тепло, которое нагревает циркулирующий теплоноситель (вода), он преобразуется в пар и вращает турбину электрического генератора. Это основная схема. Существует несколько ее разновидностей. Например, вода-теплоноситель может быть естественно кипящей или находящейся под давлением. Последнее дает возможность получать перегретый пар, повышая КПД. Кроме того, вода – не единственный вид теплоносителя (может быть газ или жидкий металл). Также в некоторых модификациях реакторов замедлитель не используется. fb.ru Ядерный реактор :: Класс!ная физика ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР - это устройство на атомной электростанции для получения атомной энергии. Назначение ядерного реактора: преобразование внутренней энергии атомного ядра в электрическую энергию. В ядерном реакторе осуществляется управляемая цепная реакция деления ядер (при k = 1).Ядерными реакторами оснащены все АЭС (атомные электростанции). Основные элементы ядерного реактора: - топливо (уран-235, уран-238, плутоний-239) в виде стержней- замедлитель нейтронов (тяжелая вода, графит)- теплоноситель (вода, жидкий натрий)- устройство для регулирования реакции (кадмий, бор)- защита (оболочка из бетона и железа). Работа реактора:
Реактор работает на медленных нейтронах (более эффективно идет деление ядер урана-235).Активная зона реактора, содержит ядерное топливо - урановые стержни и замедлитель - воду. Вода вокруг урановых стержней является не только замедлителем нейтронов, но и служит для отвода тепла, т.к. внутренняя энергия разлетающихся осколков переходит во внутреннюю энергию окружающей среды - воды. Активная зона окружена отражателем для возвращения нейтронов и защитным слоем бетона.Достижение критической массы топлива осуществляется введением регулирующих стержней (до достижения массы урана = критической массе).Активная зона посредством труб соединена в кольцо (1-ый контур).Вода прокачивается по трубам контура насосом и отдает свою энергию змеевику в теплообменнике, нагревая воду в змеевике (во 2-м контуре).Вода в змеевике превращается в пар, температура которого может достигать 540 градусов.Пар вращает турбину, энергия пара превращается в механическую энергию.Ось турбины вращает ротор электрогенератора, превращая механическую энергию в электрическую.Отработанный (охлажденный ) пар поступает в конденсатор, где превращается в воду, возвращающуюся в 1-ый контур. Первая АЭС была построена в г. Обнинске (СССР). Преимущества АЭС: - ядерные реакторы не потребляют кислород и органическое топливо- не загрязняют окружающую среду золой и вредными для человека продуктами органического топлива- биосфера надежно защищена от радиоактивного воздействия при нормальном режиме эксплуатации АЭС. Недостатки АЭС: - необходимость захоронения радиоактивных отходов и демонтаж отслуживших свой срок реакторов- опасность радиоактивного заражения местности при аварийных выбросах- опасность экологических катастроф ((1986 г. - Чернобыльская АЭС). Существуют ядерные реакторы на быстрых нейтронах - размножители.
Вспомни тему "Атомная физика" за 9 класс:Радиоактивность.Радиоактивные превращения.Состав атомного ядра. Ядерные силы.Энергия связи. Дефект масс. Деление ядер урана.Ядерная цепная реакция.Ядерный реактор.Термоядерная реакция. Другие страницы по теме "Атомная физика" за 10-11 класс: Строение атомаКвантовые постулаты БораМетоды регистрации частицЕстественная радиоактивностьРадиоактивный распадЗакон радиоактаивного распада Ядерные силыОткрытие электронаОткрытие протонаОткрытие нейтронаСтроение ядра атомаИзотопыЭнергия связи ядраЯдерные реакции Деление ядер урана. Цепная реакцияЯдерный реактор. Атомная бомбаТермоядерная реакцияВодородная бомбаТопливные ресурсы. Ядерная энергетика  АТОМНАЯ БОМБА - один из видов ядерного оружия, в котором используется неуправляемый процесс деления атомных ядер, т.е. цепная реакция.Принцип работы атомной бомбы, заключается в расщеплении ядер тяжёлых элементов ( уран-235 или плутоний-239). В результате реакции распада избыточная масса излучается в виде лишних нуклонов (нейтронов или протонов) с выделение большого количества энергии. Атомная бомба на основе урана -235 стала первым ядерным оружием и была сброшена США на японский город Хиросима в 1945 г. Эта бомба весила 2722 кг и имела ядерный заряд из обогащенного урана-235 массой 20 кг. Детонирование ядерного заряда в такой бомбе происходит, когда соединяются две части уранового заряда, обладающие докритической массой. Для взрыва ядерной бомбы содержание урана-235 в ядерном заряде не должно быть ниже 80 %, поэтому природный уран приходится обогащать.Критическая масса урана-235, превышение которой необходимо для проведения неуправляемой ядерной реакции, достаточно велика.Поэтому урановые бомбы на данный момент не распространены. Современные более совершенные атомные бомбы производятся на основе, например, плутония, обладающего более низкой критической массой. Первая атомная плутониевая бомба на основе плутония-239, сброшенная США на Нагасаки в 1945 г., была с зарядом из плутония-239 (массой 5 кг), 3.5 м в длину и 1.5 м в диаметре, мощностью более 20 кт и весила 3175 кг. Плутониевая атомная бомба представляет собой подобие нескольких сфер, вложенных друг в друга: - внутри корпус бомбы окружен оболочкой из обычного взрывчатого вещества, создающего при ударе и взрыве ударную волну к центру; - далее идет оболочка из алюминия, разделяющая взрывчатое вещество и ядерный заряд;- затем ближе к центру - оболочка из урана, служащая отражателем для нейтронов;- следующий слой - сам ядерный заряд из плутония-239. Критическая масса плутония составляет 9,65 кг, хотя эту массу можно и уменьшить, предварительно сжав плутоний в результате взрыва обычной взрывчатки.- в центре находится шар радиусом порядка 2 см из бериллия, покрытый слоем полония или плутония-238, который после действия взрывчатки смешивается с бериллием и дает мощный выброс нейтронов, необходимых для резкого снижения критической массы плутония и ускорения начала реакции. Интересно, что в результате взрыва ядерный заряд не успевает «израсходоваться» полностью. Над Хиросимой и Нагасаки «сгорело» всего 0,7 кг урана и 1,2 кг плутония соответственно.  class-fizika.narod.ru | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Использование ядерной энергии для получения электроэнергии осуществляется при помощи специальных аппаратов, которые называют ядерными реакторами.
В реакторе процесс высвобождения энергии идет постепенно, поскольку в цепной реакции деления нейтроны освобождаются не одновременно. Большая часть нейтронов образуется менее чем через 0,001 секунды – это так называемые мгновенные нейтроны. Другая часть (около 0,7%) образуется через 13 секунд – это запоздалые нейтроны. Именно они дают возможность регулировать скорость прохождения цепной реакции при помощи специальных стержней, которые поглощают избыток нейтронов. Стержни вводятся в активную зону реактора и стабилизируют процесс размножение нейтронов на безопасном уровне.
