Принцип работы ядерного реактора

Тема 8. Авария на Чернобыльской АЭС и ее последствия для

Республики Беларусь

Вопросы:

1.Принцип работы ядерного реактора

2.Авария на ЧАЭС и ее причины.

3.Последствия аварии на ЧАЭС для Республики Беларусь

Принцип работы ядерного реактора

Ядерный реактор — это устройство, в котором осуществляется управляемая ядерная цепная реакция деления, сопровождающаяся выделе­нием тепла, которое используется для производства электроэнергии. Прак­тическое использование ядерной энергии возможно благодаря открытию реакции деления ядер тяжелых элементов (урана или плутония)- при об­лучении их нейтронами, а также изобретению промышленных устройств для осуществления контролируемой цепной ядерной реакции. Природный уран состоит из двух изотопов – ²³⁸U (99,3 %) и ²³⁵U (0,7 %). ²³⁸U делится только на быстрых нейтронах (ней­тронах с большой энергией, возникающих в результате деления), однако реакция идет неэффективно. В большинстве действующих реакторов ис­пользуется урановое топливо, обогащенное изотопом ²³⁵U, который делит­ся на нейтронах очень малой энергии (тепловые нейтроны) (рис. 8.1).

рис.8.1.Цепная реакция деления урана

Чтобы началась реакция, нейтроны, освобождающиеся вместе с осколками ядер, необходимо предварительно замедлить, т.е. уменьшить их энергию. Поэтому на пути нейтронов размещают замедлитель, который поглощает излишек энергии. Важнейшим усло­вием цепной реакции является размножение нейтронов. Регулируя их число с помощью поглощающих нейтроны веществ - бора, кадмия, индия - можно поддерживать реакцию на выбранном уровне мощности, замедлить или ускорить цепной процесс. Для этого из элементов-поглотителей изготавливаются поглощающие стержни. Чем глубже стержни введены, тем медленнее идет реакция, а при полном их погружении реакция прекращается.

Чтобы описать эффект самоподдержания цепной реакции деления вводится понятие: коэффициент размножения нейтронов (к) К – показывает во сколько раз количество нейтронов в одном поколении (это значит на некотором этапе реакции деления ядер) отличается от количества нейтронов в предыдущем поколении. Под сменой поколений понимают деление ядер при котором поглощаются нейтроны старого поколения и нарождаются новые.

к³1Þ число нейтронов увеличивается или остается постоянным - происходит цепная реакция.

к£1 – стержни полностью введены в активную зону – реактор останавливается.

Для постоянного течения цепной ядерной реакции должно точно соблюдаться условие к=1 (уже при к=1,01 – выброс).

Основную часть ядерного реактора на тепловых нейтронах составляет активная зона (рис. 8.2), в которой происходит управляемая цепная реакция деления ядер. В активной зоне находится ядерное топливо, которое размещено в тепловыводящую переборку (1) и замедлитель (2). Некоторая часть нейтронов, возникающих в процессе цепной реакции, может вылетать за пределы активной зоны в окружающее пространство. Поэто­му для снижения потерь нейтронов активную зону окружают слоем отражателя (3). За отражателем располагают биологическую защиту (4), которая предохраняет персонал и окружающее пространство от ионизирующего излучения реактора. Управле­ние цепной реакцией осуществляется с помощью регулирующих стержней (5), которые поглощают нейтроны. Глубина опусканиястержней в реакторе изменяется по командам с пульта управления, что обеспечивает замедление или ускорение хода реакции.

Рис.8.2. Схема ядерного реактора

4

Во время работы энергетического ядерного реактора в активной зоне выделяется значительное количество теплоты, которое непрерывно отводится потоком теплоносителя (6) через каналы охлаждения (7), расположенные внутри активной зоны. Вода, пре­вращенная в пар в активной зоне, передает свою энергию турбинам, кото­рые вырабатывают электроэнергию. Если вода служит замедлителем и те­плоносителем одновременно, то такие реакторы называют водо-водяными (ВВР). Существуют также реакторы, в которых замедлителем является графит, а теплоносителем - вода (например, РБМК - реактор большой мощности, канальный).

Дата добавления: 2015-07-18