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Obiettivi della lezione:
Tipo di lezione: imparare nuovo materiale.
Attrezzatura: installazione multimediale.
Ragazzi! Oggi nella lezione ripeteremo la fissione dei nuclei di uranio, una reazione nucleare a catena, le condizioni per il suo verificarsi, la massa critica, impareremo cos'è un reattore nucleare, gli elementi principali di un reattore nucleare, la progettazione di un reattore nucleare reattore e il principio del suo funzionamento, il controllo di una reazione nucleare, la classificazione dei reattori nucleari e il loro utilizzo.
Ragazzi, rispondete a questa domanda: qual è la parte principale di qualsiasi centrale nucleare? ( reattore nucleare)
Ben fatto. Quindi, ragazzi, ora soffermiamoci su questo problema in modo più dettagliato.
Riferimento storico.
Igor Vasilyevich Kurchatov - un eccezionale fisico sovietico, accademico, fondatore e primo direttore dell'Istituto energia atomica dal 1943 al 1960, capo scientifico del problema atomico in URSS, uno dei fondatori dell'uso dell'energia nucleare per scopi pacifici. Accademico dell'Accademia delle scienze dell'URSS (1943). La prima bomba atomica sovietica fu testata nel 1949. Quattro anni dopo, il primo al mondo bomba all'idrogeno. E nel 1949, Igor Vasilievich Kurchatov iniziò a lavorare al progetto di una centrale nucleare. La centrale nucleare è un messaggero dell'uso pacifico dell'energia atomica. Il progetto è stato portato a termine con successo: il 27 luglio 1954 la nostra centrale nucleare è diventata la prima al mondo! Kurchatov si è rallegrato e si è divertito come un bambino!
Definizione di reattore nucleare.
Un reattore nucleare è un dispositivo in cui viene eseguita e mantenuta una reazione a catena controllata di fissione di alcuni nuclei pesanti.
Il primo reattore nucleare fu costruito nel 1942 negli USA sotto la guida di E. Fermi. Nel nostro paese, il primo reattore fu costruito nel 1946 sotto la guida di IV Kurchatov.
Gli elementi principali di un reattore nucleare sono:
Principio operativo reattore nucleare
Il combustibile nucleare si trova nella zona attiva sotto forma di barre verticali chiamate elementi combustibili (TVEL). Le barre di combustibile sono progettate per controllare la potenza del reattore.
La massa di ciascuna barra di combustibile è molto inferiore alla massa critica, quindi non può verificarsi una reazione a catena in una barra. Inizia dopo l'immersione nella zona attiva di tutte le barre di uranio.
La zona attiva è circondata da uno strato di una sostanza che riflette i neutroni (riflettore) e da un guscio protettivo di cemento che intrappola i neutroni e altre particelle.
Rimozione del calore dalle celle a combustibile. Il liquido di raffreddamento - l'acqua lava l'asta, riscaldata a 300 ° C ad alta pressione, entra negli scambiatori di calore.
Il ruolo dello scambiatore di calore: l'acqua riscaldata a 300 ° C, cede calore all'acqua normale, si trasforma in vapore.
Controllo della reazione nucleare
Il reattore è controllato da barre contenenti cadmio o boro. Con le barre estese dal nocciolo del reattore, K > 1, e con le barre completamente retratte, K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.
Reattore a neutroni lenti.
La fissione più efficiente dei nuclei di uranio-235 avviene sotto l'azione di neutroni lenti. Tali reattori sono chiamati reattori a neutroni lenti. I neutroni secondari prodotti nella reazione di fissione sono veloci. Affinché la loro successiva interazione con i nuclei di uranio-235 in una reazione a catena sia più efficace, vengono rallentati introducendo un moderatore nel nucleo, una sostanza che riduce l'energia cinetica dei neutroni.
Reattore a neutroni veloce.
I reattori a neutroni veloci non possono funzionare con l'uranio naturale. La reazione può essere mantenuta solo in una miscela arricchita contenente almeno il 15% dell'isotopo di uranio. Il vantaggio dei reattori a neutroni veloci è che il loro funzionamento produce una quantità significativa di plutonio, che può quindi essere utilizzato come combustibile nucleare.
Reattori omogenei ed eterogenei.
I reattori nucleari, a seconda della disposizione reciproca di combustibile e moderatore, sono divisi in omogenei ed eterogenei. In un reattore omogeneo, il nocciolo è una massa omogenea di combustibile, moderatore e refrigerante sotto forma di soluzione, miscela o fusione. Un reattore è chiamato eterogeneo, in cui il combustibile sotto forma di blocchi o assiemi di combustibile è posto nel moderatore, formando al suo interno un reticolo geometrico regolare.
Conversione dell'energia interna dei nuclei atomici in energia elettrica.
Un reattore nucleare è l'elemento principale di una centrale nucleare (NPP), che converte il calore energia nucleare in elettrico. La conversione dell'energia avviene secondo il seguente schema:
Uso di reattori nucleari.
A seconda dello scopo, i reattori nucleari sono di potenza, convertitori e autofertilizzanti, di ricerca e polivalenti, di trasporto e industriali.
I reattori nucleari vengono utilizzati per generare elettricità nelle centrali nucleari, nelle centrali elettriche navali, nelle centrali nucleari combinate di calore ed energia, nonché nelle centrali di fornitura di calore nucleare.
I reattori progettati per produrre combustibile nucleare secondario da uranio naturale e torio sono chiamati convertitori o autofertilizzanti. Nel reattore-convertitore il combustibile nucleare secondario si forma meno di quanto originariamente consumato.
Nel reattore autofertilizzante viene eseguita la riproduzione espansa del combustibile nucleare, ad es. risulta più di quanto è stato speso.
I reattori di ricerca sono utilizzati per studiare i processi di interazione dei neutroni con la materia, studiare il comportamento dei materiali del reattore in campi intensi di neutroni e radiazioni gamma, ricerca radiochimica e biologica, produzione di isotopi, ricerca sperimentale nella fisica dei reattori nucleari.
I reattori hanno diverse modalità di funzionamento, stazionarie o pulsate. I reattori multiuso sono reattori che servono a molteplici scopi, come la generazione di energia e la produzione di combustibile nucleare.
Disastri ambientali nelle centrali nucleari
Le moderne centrali nucleari sono dotate di un PC e prima, anche dopo l'incidente, i reattori hanno continuato a funzionare, poiché non c'era sistema automatico arresti.
Risposte: 1B; 2V; 3V; 4 A, B; 5 A; 6 A; 7 V;. 8B; 9 B.V; 10 LA, B, C, D, F.
Che novità hai imparato alla lezione di oggi?
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GRAZIE PER IL TUO LAVORO NELLA LEZIONE!
Il reattore nucleare funziona in modo fluido e preciso. Altrimenti, come sai, ci saranno problemi. Ma cosa succede dentro? Proviamo a formulare brevemente, chiaramente, con arresti, il principio di funzionamento di un reattore nucleare (atomico).
In effetti, lo stesso processo sta accadendo lì come in un'esplosione nucleare. Solo ora l'esplosione avviene molto rapidamente, e nel reattore tutto questo si allunga a lungo. Alla fine, tutto rimane sano e salvo e otteniamo energia. Non tanto che tutto intorno si ruppe immediatamente, ma abbastanza per fornire elettricità alla città.
come funziona un reattoreTorri di raffreddamento NPP
Prima di capire come funziona una reazione nucleare controllata, devi sapere cos'è una reazione nucleare in generale.
Una reazione nucleare è un processo di trasformazione (fissione) dei nuclei atomici durante la loro interazione con particelle elementari e gamma quanti.
Le reazioni nucleari possono avvenire sia con assorbimento che con rilascio di energia. Le seconde reazioni sono utilizzate nel reattore.
Un reattore nucleare è un dispositivo il cui scopo è mantenere una reazione nucleare controllata con rilascio di energia.
Spesso un reattore nucleare è anche chiamato reattore nucleare. Si noti che qui non c'è alcuna differenza fondamentale, ma dal punto di vista della scienza è più corretto usare la parola "nucleare". Ora ci sono molti tipi di reattori nucleari. Si tratta di enormi reattori industriali progettati per generare energia in centrali elettriche, reattori sottomarini nucleari, piccoli reattori sperimentali utilizzati in esperimenti scientifici. Ci sono anche reattori usati per dissalare l'acqua di mare.
La storia della creazione di un reattore nucleare
Il primo reattore nucleare fu lanciato nel non molto lontano 1942. È successo negli Usa sotto la guida di Fermi. Questo reattore è stato chiamato "catasta di legna di Chicago".
Nel 1946 fu avviato il primo reattore sovietico sotto la guida di Kurchatov. Il corpo di questo reattore era una palla di sette metri di diametro. I primi reattori non avevano un sistema di raffreddamento e la loro potenza era minima. A proposito, il reattore sovietico aveva una potenza media di 20 watt, mentre quello americano aveva solo 1 watt. Per confronto: potenza media i moderni reattori di potenza sono 5 Gigawatt. Meno di dieci anni dopo il lancio del primo reattore, nella città di Obninsk è stata aperta la prima centrale nucleare industriale al mondo.
Il principio di funzionamento di un reattore nucleare (atomico).
Qualsiasi reattore nucleare ha diverse parti: nucleo con combustibile e moderatore, riflettore di neutroni, liquido di raffreddamento, sistema di controllo e protezione. Gli isotopi di uranio (235, 238, 233), plutonio (239) e torio (232) sono spesso usati come combustibile nei reattori. La zona attiva è una caldaia attraverso la quale scorre acqua ordinaria (liquido di raffreddamento). Tra gli altri refrigeranti, l'“acqua pesante” e la grafite liquida sono meno comunemente usati. Se parliamo del funzionamento di una centrale nucleare, allora un reattore nucleare viene utilizzato per generare calore. L'elettricità stessa viene generata allo stesso modo di altri tipi di centrali elettriche: il vapore fa ruotare una turbina e l'energia del movimento viene convertita in energia elettrica.
Di seguito è riportato uno schema del funzionamento di un reattore nucleare.
schema di funzionamento di un reattore nucleareSchema di un reattore nucleare in una centrale nucleare
Come abbiamo già detto, il decadimento di un nucleo di uranio pesante produce elementi più leggeri e pochi neutroni. I neutroni risultanti entrano in collisione con altri nuclei, provocandone anche la fissione. In questo caso, il numero di neutroni cresce come una valanga.
Qui è necessario menzionare il fattore di moltiplicazione dei neutroni. Quindi, se questo coefficiente supera un valore uguale a uno, c'è esplosione nucleare. Se il valore è inferiore a uno, i neutroni sono troppo pochi e la reazione si estingue. Ma se mantieni il valore del coefficiente uguale a uno, la reazione procederà a lungo e in modo stabile.
La domanda è come farlo? Nel reattore, il combustibile si trova nei cosiddetti elementi combustibili (TVEL). Si tratta di bastoncini in cui, sotto forma di pastiglie, combustibile nucleare. Le barre di combustibile sono collegate in cassette esagonali, di cui possono essercene centinaia nel reattore. Le cassette con barre di combustibile si trovano in verticale, mentre ciascuna barra di combustibile ha un sistema che consente di regolare la profondità della sua immersione nel nucleo. Oltre alle cassette stesse, tra loro ci sono barre di controllo e barre di protezione di emergenza. Le aste sono fatte di un materiale che assorbe bene i neutroni. Pertanto, le barre di controllo possono essere abbassate a diverse profondità nel nucleo, regolando così il fattore di moltiplicazione dei neutroni. Le barre di emergenza sono progettate per spegnere il reattore in caso di emergenza.
Come nasce un reattore nucleare?
Abbiamo capito il principio stesso di funzionamento, ma come avviare e far funzionare il reattore? In parole povere, eccolo qui: un pezzo di uranio, ma dopotutto una reazione a catena non si avvia da sola. Il fatto è che nella fisica nucleare esiste il concetto di massa critica.
Combustibile nucleareCombustibile nucleare
La massa critica è la massa di materiale fissile necessaria per avviare una reazione nucleare a catena.
Con l'aiuto di elementi di combustibile e barre di controllo, nel reattore viene prima creata una massa critica di combustibile nucleare, quindi il reattore viene portato al livello di potenza ottimale in più fasi.
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In questo articolo abbiamo cercato di darti idea generale sulla progettazione e il principio di funzionamento di un reattore nucleare (atomico). Se hai ancora domande sull'argomento o l'università ha posto un problema in fisica nucleare, contatta gli specialisti della nostra azienda. Noi, come al solito, siamo pronti ad aiutarti a risolvere qualsiasi problema urgente dei tuoi studi. Nel frattempo, lo stiamo facendo, la vostra attenzione è un altro video educativo!
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L'elemento principale e più pericoloso delle centrali nucleari è reattore nucleare (atomico).. È passato più di mezzo secolo dal varo del primo reattore nucleare "Enrico Fermi" sul campo da tennis dell'ex stadio di calcio di Chicago (USA) nel 1942. Durante questo periodo, un gran numero di reattori è stato sviluppato e costruito in molti paesi del mondo. vari tipi, differenti sia per dimensioni che per potenza (da frazioni di watt a centinaia di migliaia di kilowatt). In Russia, il primo reattore nucleare è stato messo in funzione nel 1946. Indipendentemente caratteristiche del progetto schema elettrico di tutti i tipi di reattori rimane uguale a quella della prima "caldaia" atomica (reattore), come veniva chiamata in precedenza.
A seconda del loro scopo, i reattori sono suddivisi in diversi tipi. I reattori di ricerca sono progettati per studiare nuovi metodi di progettazione di reattori e testarne alcuni schemi tecnologici e processi. I reattori utilizzati per produrre combustibile nucleare (ad esempio plutonio 239) sono chiamati reattori di produzione. I reattori progettati per produrre energia sono chiamati reattori di potenza. Questi ultimi sono installati in centrali nucleari.
Un reattore nucleare (atomico) non è solo una fonte di energia, ma anche una "fabbrica" di isotopi. Nel processo di fissione nucleare di una sostanza radioattiva, nel reattore si accumulano isotopi radioattivi (prodotti di fissione), molti dei quali sono ampiamente utilizzati in vari campi della scienza e della tecnologia. Inoltre, quando gli elementi stabili vengono inseriti nel reattore, sotto l'influenza di potenti flussi di neutroni formati lì (come risultato della cosiddetta attività indotta), vengono convertiti in isotopi radioattivi artificialmente. Attualmente, gli isotopi radioattivi artificialmente hanno trovato ampia applicazione. uso pratico. Sono utilizzati per il controllo dei processi produttivi e la transilluminazione dei metalli, per le procedure diagnostiche mediche, lo studio dello stato ormonale in endocrinologia, la diagnostica malattie oncologiche, per la sterilizzazione con radiazioni delle medicazioni, medicinali, irraggiamento pre-semina di colture di cereali, ecc.
Quindi, i reattori nucleari sono dispositivi in cui hanno luogo le reazioni nucleari - le trasformazioni di alcuni elementi chimici per gli altri. Queste reazioni richiedono la presenza di materiale fissile nel reattore, che, durante il suo decadimento, rilascia particelle elementari in grado di provocare il decadimento di altri nuclei. Gli isotopi dell'uranio - uranio-235 e uranio-238, così come il plutonio-239 possono attualmente essere utilizzati come materiale fissile. In un reattore nucleare avviene una reazione a catena. Nuclei di uranio o plutonio decadono, mentre si formano 2-3 nuclei di elementi al centro della tavola periodica, viene rilasciata energia, vengono emessi quanti gamma e si formano 2-3 neutroni, che, a loro volta, possono reagire con altri atomi e, dopo aver causato la loro fissione, continuano la reazione a catena. Valore più alto nell'ingegneria dell'energia nucleare, i neutroni sono usati come iniziatori della fissione nucleare. A seconda della velocità particella elementare Esistono due tipi di neutroni: veloci e lenti. A tipi diversi vengono utilizzati i reattori tipi diversi neutroni.
Ci sono i reattori nucleari neutroni lenti (termici) e reattori a neutroni veloci. Nel primo, l'uranio-235 è usato come combustibile nucleare, nel secondo - l'uranio-238 (naturale) e il plutonio-239.
La maggior parte delle centrali nucleari sono dotate di reattori a neutroni termici. I tre elementi essenziali per i reattori a neutroni termici sono il combustibile, il moderatore e il refrigerante. Come estrattore di calore Gli isotopi dell'uranio (combustibile nucleare) sono comunemente usati. Il carburante viene inserito negli elementi del carburante: barre di carburante. Nel nocciolo del reattore, dove si trovano gli elementi combustibili, avviene la reazione di fissione dei nuclei di uranio-235. Durante la reazione, i prodotti di fissione radioattivi si accumulano nelle barre di combustibile. Moderatore necessari per rallentare i neutroni necessari per una reazione a catena più efficiente nell'uranio 235. I moderatori possono essere acqua o grafite. liquido di raffreddamento necessario per trasferire l'energia termica della fissione nucleare alla turbina per convertirla in elettricità. Pertanto, le centrali nucleari nella maggior parte dei casi sono centrali termiche. Come vettore di calore, riscaldato e sotto alta pressione acqua.
I reattori a neutroni veloci non richiedono un moderatore e come refrigerante vengono utilizzati metalli liquidi, come il sodio liquido. Allo stato attuale, i reattori a neutroni veloci non sono molto utilizzati, principalmente a causa della complessità del progetto e del problema di ottenere materiali sufficientemente stabili per le parti strutturali. C'è un solo reattore di questo tipo in Russia. Tuttavia, si ritiene che i reattori a neutroni veloci abbiano un grande futuro.
Così, su questo momento Esistono 5 tipi di reattori nucleari nel mondo (4 tipi a neutroni termici e 1 a neutroni veloci):
ü VVER - reattore ad acqua pressurizzata,
ü RMBC - reattore a canale ad alta potenza,
ü Reattore ad acqua pesante,
ü Reattore a riempimento sferico e circuito gas,
ü Reattore a neutroni veloce. ( APPENDICE B scheda. 2-B"Tipi di reattori nucleari")
La maggior parte delle centrali nucleari nel nostro paese sono dotate di reattori VVER. Sul Centrale nucleare di Chernobyl il reattore RMBC funzionava. A causa della diversa struttura delle zone attive, i parametri di funzionamento di questi reattori sono differenti. VVER - reattore a recipiente a pressione (la pressione è mantenuta dal recipiente a pressione del reattore), RMBC - reattore a canale (la pressione è mantenuta indipendentemente in ciascun canale). Per la sicurezza del reattore, un parametro come il coefficiente di reattività è importante: un valore che mostra come i cambiamenti nell'uno o nell'altro parametro del reattore influenzeranno l'intensità della reazione a catena al suo interno. Se questo coefficiente è positivo, con un aumento del parametro con cui viene fornito il coefficiente, la reazione a catena nel reattore aumenterà e diventerà incontrollabile: il reattore accelererà. Durante l'accelerazione del reattore si verifica un intenso rilascio di calore, che porta alla fusione degli emettitori di calore e alla distruzione del recipiente del reattore con l'espulsione di sostanze radioattive nell'ambiente.
In caso di situazioni anomale nel funzionamento del reattore, accompagnate dalla sua accelerazione, il reattore VVER si bloccherà e il reattore RMBC continuerà ad accelerare con intensità crescente, il che può causare un incidente con il rilascio di prodotti radioattivi. È stato lungo questo percorso che si sono sviluppati gli eventi durante l'incidente alla centrale nucleare di Chernobyl. Pertanto, nel reattore RMBC, il ruolo dei sistemi di protezione è più importante che altrove, il che impedirà l'accelerazione del reattore o lo raffredderà urgentemente. I moderni reattori del tipo RMBC sono dotati di sistemi di questo tipo sufficientemente efficaci, che praticamente annullano il rischio di un incidente (alla centrale nucleare di Chernobyl la notte dell'incidente, tutti i sistemi di protezione di emergenza sono stati completamente spenti per negligenza criminale in violazione di tutte le istruzioni e divieti), ma questa possibilità va ricordata.
Avendo concentrato le informazioni sui tipi di reattori nucleari, possiamo dire quanto segue. I reattori VVER sono abbastanza sicuri da usare, ma richiedono uranio altamente arricchito. I reattori RMBC sono sicuri solo se funzionano correttamente e dispongono di sistemi di protezione ben progettati, ma sono in grado di utilizzare combustibile a basso arricchimento o addirittura combustibile esaurito dai reattori VVER. I reattori ad acqua pesante vanno bene per tutti, ma il processo per ottenere acqua pesante è troppo costoso. La tecnologia per la produzione di reattori a letto sferico non è ancora ben sviluppata, anche se questo tipo di reattore dovrebbe essere riconosciuto come il più adatto per un'ampia applicazione, in particolare per l'assenza di conseguenze catastrofiche in un incidente fuori controllo del reattore. I reattori a neutroni veloci sono il futuro per la produzione di combustibile per l'energia nucleare, ma il loro design è molto complesso e ancora inaffidabile.
I. Progettazione di un reattore nucleare
Un reattore nucleare è costituito dai seguenti cinque elementi principali:
1) combustibile nucleare;
2) moderatore di neutroni;
3) sistemi regolatori;
4) sistemi di raffreddamento;
5) schermo protettivo.
1. Combustibile nucleare.
Il combustibile nucleare è una fonte di energia. Attualmente sono noti tre tipi di materiali fissili:
a) uranio 235, che è 0,7% in uranio naturale, o 1/140 parte;
6) plutonio 239, che si forma in alcuni reattori a base di uranio 238, che costituisce quasi l'intera massa dell'uranio naturale (99,3%, ovvero 139/140 parti).
Catturando i neutroni, i nuclei di uranio 238 si trasformano in nuclei di nettunio, il 93° elemento sistema periodico Mendeleev; quest'ultimo, a sua volta, si trasforma in nuclei di plutonio, il 94° elemento del sistema periodico. Il plutonio viene facilmente estratto dall'uranio irradiato con mezzi chimici e può essere utilizzato come combustibile nucleare;
c) uranio 233, che è un isotopo artificiale dell'uranio ottenuto dal torio.
A differenza dell'uranio 235, che si trova nell'uranio naturale, il plutonio 239 e l'uranio 233 sono prodotti solo artificialmente. Pertanto, sono chiamati combustibili nucleari secondari; l'uranio 238 e il torio 232 sono la fonte di tale combustibile.
Pertanto, tra tutti i tipi di combustibile nucleare sopra elencati, l'uranio è il principale. Questo spiega l'enorme portata che le prospettive e l'esplorazione dei giacimenti di uranio stanno assumendo in tutti i paesi.
L'energia rilasciata in un reattore nucleare viene talvolta confrontata con quella rilasciata durante reazione chimica ardente. Tuttavia, c'è una differenza fondamentale tra loro.
La quantità di calore prodotta nel processo di fissione dell'uranio è incommensurabile più quantità calore generato durante la combustione, ad esempio carbon fossile: 1 kg di uranio 235, pari in volume a un pacchetto di sigarette, potrebbe fornire teoricamente tanta energia quanto 2600 tonnellate di carbone.
Tuttavia, queste possibilità energetiche non sono completamente utilizzate, poiché non tutto l'uranio-235 può essere separato dall'uranio naturale. Di conseguenza, 1 kg di uranio, a seconda del grado di arricchimento con l'uranio 235, equivale attualmente a circa 10 tonnellate di carbone. Ma va tenuto conto del fatto che l'uso del combustibile nucleare facilita il trasporto e, di conseguenza, riduce notevolmente il costo del combustibile. Esperti britannici hanno calcolato che arricchendo l'uranio saranno in grado di aumentare di 10 volte il calore ricevuto nei reattori, il che equivarrà a 1 tonnellata di uranio a 100.000 tonnellate di carbone.
La seconda differenza tra il processo di fissione nucleare, che procede con il rilascio di calore, e la combustione chimica è che l'ossigeno è necessario per la reazione di combustione, mentre solo pochi neutroni e una certa massa di combustibile nucleare, pari alla massa critica, la definizione di cui definiamo, sono necessari per avviare una reazione a catena, già data nella sezione sulla bomba atomica.
E, infine, il processo invisibile della fissione nucleare è accompagnato dall'emissione di radiazioni estremamente dannose, dalle quali è necessario fornire protezione.
2. Moderatore di neutroni.
Per evitare la diffusione di prodotti di decadimento nel reattore, il combustibile nucleare deve essere collocato in appositi gusci. Per la fabbricazione di tali gusci, è possibile utilizzare l'alluminio (la temperatura del dispositivo di raffreddamento non deve superare i 200 °) e, ancora meglio, il berillio o lo zirconio: nuovi metalli, la cui preparazione nella sua forma pura è associata a grandi difficoltà.
I neutroni formati nel processo di fissione nucleare (in media 2-3 neutroni durante la fissione di un nucleo di un elemento pesante) hanno una certa energia. Affinché la probabilità di fissione da parte dei neutroni di altri nuclei sia la massima, senza la quale la reazione non sarà autosufficiente, è necessario che questi neutroni perdano parte della loro velocità. Ciò si ottiene inserendo un moderatore nel reattore, in cui i neutroni veloci vengono convertiti in neutroni lenti a seguito di numerose collisioni successive. Poiché la sostanza usata come moderatore deve avere nuclei con una massa approssimativamente uguale alla massa dei neutroni, cioè i nuclei degli elementi leggeri, l'acqua pesante è stata usata come moderatore fin dall'inizio (D 2 0, dove D è deuterio , che ha sostituito l'idrogeno leggero nell'acqua normale H 2 0). Tuttavia, ora stanno cercando di usare sempre più grafite: è più economica e dà quasi lo stesso effetto.
Una tonnellata di acqua pesante acquistata in Svezia costa 70-80 milioni di franchi. Alla Conferenza di Ginevra sugli usi pacifici dell'energia atomica, gli americani annunciarono che presto sarebbero stati in grado di vendere acqua pesante al prezzo di 22 milioni di franchi per tonnellata.
Una tonnellata di grafite costa 400.000 franchi e una tonnellata di ossido di berillio costa 20 milioni di franchi.
Il materiale utilizzato come moderatore deve essere puro per evitare la perdita di neutroni mentre passano attraverso il moderatore. Alla fine della loro corsa, i neutroni hanno velocità media circa 2200 m/s, mentre il loro velocità di partenza era di circa 20mila km/s. Nei reattori, il calore viene rilasciato gradualmente e può essere controllato, a differenza di bomba atomica, dove si verifica istantaneamente e assume il carattere di un'esplosione.
Alcuni tipi di reattori a neutroni veloci non richiedono un moderatore.
3. Sistema di regolamentazione.
Una persona dovrebbe essere in grado di causare, regolare e fermare una reazione nucleare a piacimento. Ciò si ottiene utilizzando barre di controllo in acciaio al boro o cadmio, materiali che hanno la capacità di assorbire i neutroni. A seconda della profondità alla quale le barre di controllo vengono abbassate nel reattore, il numero di neutroni nel nucleo aumenta o diminuisce, il che alla fine consente di controllare il processo. Le aste di comando sono controllate automaticamente da servomeccanismi; alcune di queste canne, in caso di pericolo, possono cadere istantaneamente nel nucleo.
In un primo momento sono stati espressi i timori che l'esplosione del reattore avrebbe causato gli stessi danni dell'esplosione di una bomba atomica. Per provare che l'esplosione di un reattore avviene solo in condizioni diverse da quelle usuali e non costituisce un serio pericolo per la popolazione che vive nelle vicinanze della centrale nucleare, gli americani hanno deliberatamente fatto saltare in aria un cosiddetto reattore "bollente". C'è stata infatti un'esplosione che possiamo definire "classica", cioè non nucleare; questo dimostra ancora una volta che i reattori nucleari possono essere costruiti vicino insediamenti senza molto pericolo per quest'ultimo.
4. Sistema di raffreddamento.
Nel processo di fissione nucleare viene rilasciata una certa energia, che viene trasferita ai prodotti di decadimento e ai neutroni risultanti. Questa energia viene convertita in energia termica a seguito di numerose collisioni di neutroni, quindi, al fine di prevenire uscita rapida reattore fuori servizio, il calore deve essere rimosso. Nei reattori destinati alla produzione di isotopi radioattivi questo calore non viene utilizzato, mentre nei reattori destinati alla produzione di energia diventa, al contrario, il prodotto principale. Il raffreddamento può essere effettuato utilizzando gas o acqua, che circolano nel reattore sotto pressione attraverso appositi tubi e poi vengono raffreddati in uno scambiatore di calore. Il calore rilasciato può essere utilizzato per riscaldare il vapore che fa ruotare la turbina collegata al generatore; un tale dispositivo sarebbe una centrale nucleare.
5. Schermo protettivo.
Per evitare effetti dannosi neutroni che possono volare fuori dal reattore e per proteggersi dalle radiazioni gamma emesse durante la reazione, è necessario protezione affidabile. Gli scienziati hanno calcolato che un reattore con una capacità di 100 mila kW emette una tale quantità di radiazioni radioattive che una persona situata a una distanza di 100 m da esso riceverà in 2 minuti. dose letale. Per garantire la protezione del personale addetto alla manutenzione del reattore, le pareti di due metri sono realizzate in calcestruzzo speciale con lastre di piombo.
Il primo reattore fu costruito nel dicembre 1942 dall'italiano Fermi. Alla fine del 1955 c'erano circa 50 reattori nucleari nel mondo (USA -2 1, Inghilterra - 4, Canada - 2, Francia - 2). A ciò va aggiunto che all'inizio del 1956 furono progettati circa 50 reattori in più per scopi di ricerca e industriali (USA - 23, Francia - 4, Inghilterra - 3, Canada - 1).
I tipi di questi reattori sono molto diversi, dai reattori a neutroni lenti con moderatori di grafite e uranio naturale come combustibile ai reattori a neutroni veloci che utilizzano uranio arricchito in plutonio o uranio 233 ottenuto artificialmente dal torio come combustibile.
Oltre a questi due tipi opposti, esistono numerosi reattori che differiscono l'uno dall'altro o nella composizione del combustibile nucleare, o nel tipo di moderatore, o nel liquido di raffreddamento.
È molto importante notare che, sebbene l'aspetto teorico della questione sia attualmente ben studiato da specialisti in tutti i paesi, nel campo pratico vari paesi non hanno ancora raggiunto lo stesso livello. Gli Stati Uniti e la Russia sono in vantaggio rispetto ad altri paesi. Si può sostenere che il futuro dell'energia atomica dipenderà principalmente dal progresso della tecnologia.
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Dal libro ultimo libro fatti. Volume 3 [Fisica, chimica e tecnologia. Storia e archeologia. Varie] autore Kondrashov Anatoly Pavlovich Dal libro Il problema atomico di Ren Philip Dal libro 5b. elettricità e magnetismo autore Feynman Richard Phillips Dal libro dell'autoreCapitolo VIII Principio di funzionamento e capacità di un reattore nucleare I. Progettazione di un reattore nucleare Un reattore nucleare è costituito dai seguenti cinque elementi principali: 1) combustibile nucleare; 2) moderatore di neutroni; 3) sistema di controllo; 4) sistema di raffreddamento ; 5) protettivo
Dal libro dell'autoreCapitolo 11 DISPOSITIVO INTERNO DI DIELETTRICO §1. Dipoli molecolari§2. Polarizzazione elettronica §3. molecole polari; polarizzazione orientativa§4. Campi elettrici nei vuoti di un dielettrico §5. La costante dielettrica liquidi; Formula di Clausius - Mossotti§6.
Per una persona normale, i moderni dispositivi high-tech sono così misteriosi e misteriosi che è giusto adorarli, come gli antichi adoravano i fulmini. Le lezioni scolastiche di fisica, piene di calcoli matematici, non risolvono il problema. Ma è interessante parlare anche di un reattore nucleare, il cui principio di funzionamento è chiaro anche a un adolescente.
Il principio di funzionamento di questo dispositivo high-tech è il seguente:
I motivi per la tipologia dei reattori possono essere molteplici:
I componenti principali dei reattori nella maggior parte delle centrali elettriche sono:
L'ultima 4a generazione di reattori sarà disponibile per il funzionamento commerciale non prima del 2030. Attualmente, il principio e la disposizione del loro lavoro sono in fase di sviluppo. Secondo i dati attuali, queste modifiche differiranno dai modelli esistenti in tale benefici:
Un reattore nucleare è percepito nell'opinione pubblica esclusivamente come un prodotto di alta tecnologia. Tuttavia, in effetti, il primo il dispositivo ha origine naturale . È stato scoperto nella regione dell'Oklo, nello stato centrafricano del Gabon:
Povero Risorse naturali, ma la Repubblica di Corea, industrializzata e sovrappopolata, ha un disperato bisogno di energia. Sullo sfondo del rifiuto dell'atomo pacifico da parte della Germania, questo paese ha grandi speranze di frenare la tecnologia nucleare:
Quando viene bombardato con neutroni, il combustibile nucleare entra in una reazione a catena, a seguito della quale viene generata un'enorme quantità di calore. L'acqua nel sistema prende questo calore e lo trasforma in vapore, che trasforma le turbine che producono elettricità. Ecco un semplice diagramma del funzionamento di un reattore nucleare, la fonte più potente energia sulla terra.
In questo video, il fisico nucleare Vladimir Chaikin ti racconterà come viene generata l'elettricità nei reattori nucleari, la loro struttura dettagliata:
