Ядролық реактордың ішінде бір секундта не болады: атомдардың бөлінуінен электр энергиясына дейін

Бір секунд – адам байқамайтын сәт. Бірақ жұмыс істеп тұрған ядролық реактордың ішінде осы уақыт ішінде миллиардтаған миллиард атом ядроларының бөлінуі орын алады. Бұл электр энергиясын өндіруге көмектесетін үлкен мөлшерде жылу шығарады. Тізбекті реакция қалай жұмыс істейді, оны басқаруға мүмкіндік береді және реактордың қауіпсіздігін қандай жүйелер қамтамасыз етеді

Тізбекті реакция шкаласы

Атом реакторының жұмысы уран ядроларының бөлінуінің басқарылатын тізбекті реакциясына негізделген. Нейтрон уран-235 ядросына енгенде, ол энергияны және әдетте 2-3 жаңа нейтронды босатып, 2 жеңіл ядроға бөлінуі мүмкін. Олар реакцияның жалғасуын қамтамасыз ете отырып, кейінгі бөлінулерді тудыруы мүмкін.

Бұл процестердің ауқымын елестету қиын. Мысалы, жылу қуаты шамамен 3200 МВт болатын ВВЭР-1200 реакторында бір секундта атом ядроларының шамамен 102-ші бөлінуі орын алады, түсіну үшін бұл сан жиырма нөлге тең. Бір бөлінудің энергиясы өте аз, шамамен 200 МэВ (Мегаэлектронвольт), бірақ жалпы алғанда үлкен жылу мөлшерін шығару қамтамасыз етіледі.

Ең таңқаларлығы: бұл процесс бір секундта аяқталмайды. Ол басқару және қорғау жүйелерінің бақылауында бола отырып, энергия блогы жұмыс істеген айлар бойы үздіксіз жалғасады.

Белсенді аймақтың ішінде не бар?

Реактордың жүрегі-берік болат корпустың ішіне орналастырылған белсенді аймақ. ВВЭР-1200 реакторында оған 163 жылу шығаратын жинақ кіреді. Әрқайсысы 312 тығыздалған металл түтіктерден тұрады-жылу бөлетін элементтер немесе отын, олардың ішінде уран диоксидінің шағын керамикалық таблеткалары бар.

Отын таблеткаларында бөліну реакцияларының негізгі бөлігі жүреді. Бөлінетін энергия отынды қыздырады және жанармай қабықтары арқылы қоршаған суға беріледі.

Су бірден екі маңызды функцияны орындайды: отыннан жылуды кетіреді және жылдам нейтрондарды баяулатады, уран-235 жаңа бөліну ықтималдығын арттырады. Осылайша, ол тізбекті реакцияны сақтауға және белсенді аймақты салқындатуға бір уақытта қатысады.

Тізбекті реакцияны қалай басқаруға болады?

Бір қарағанда, әрбір бөліну жаңа нейтрондарды тудыратын тізбекті реакция үздіксіз үдеуі керек. Алайда, реактордың міндеті бөлімдер санын бақылаусыз көбейту емес, олардың қатаң белгіленген қарқындылығын сақтау болып табылады.

Реактордың тұрақты жұмысында жаңа бөлінуді тудыратын нейтрондардың саны белсенді аймаққа сіңетін немесе кететін нейтрондар санымен тепе-теңдікте болады. Бұл жағдай критикалық деп аталады және тұрақты өзін-өзі қамтамасыз ететін реакцияны білдіреді.

Бұл процесті басқару үшін басқару және қорғаныс жүйесінің арнайы сіңіргіш штангалары қолданылады. Оларды ядроға енгізген кезде нейтрондар көбірек сіңеді және реакция қарқындылығы төмендейді. Өзектерді алу кезінде бөлінуге қатысатын нейтрондардың саны артуы мүмкін. Сонымен қатар, реактивтілік бірінші тізбектің салқындатқышындағы бор қышқылының концентрациясының өзгеруімен реттеледі, өйткені бор нейтрондарды тиімді сіңіреді.

Реактордың физикалық қасиеттері де маңызды рөл атқарады. Ядролық отынның құрамына уран-238 кіреді, ол отын қызған кезде көбірек нейтрондарды сіңіреді. Нәтижесінде тізбекті реакцияны жалғастыру үшін аз нейтрондар қалады, бұл қуаттың өсуін тежейді.

Үздіксіз бақылауды нейтрон ағынын, Температураны, қысымды және басқа параметрлерді өлшейтін көптеген сенсорлар қамтамасыз етеді. Белгіленген шектен шыққан кезде автоматты қорғаныс тізбекті реакцияны тез тоқтата алады. Қауіпсіздік функцияларын орындау үшін резервтеу және тиісті жүйелердің тәуелсіздігі көзделеді.

Ядролық бөлінуден электр энергиясына дейін

Номиналды қуаттылықта жұмыс істеген бір секунд ішінде ВВЭР-1200 реакторы шамамен 3,2 миллиард Джоуль жылу энергиясын бөледі. Мұндай жылу мөлшерін алу үшін бірінші тізбектің суы өзек арқылы үздіксіз айдалады.

Жылу қуаты шамамен 3200 МВт болса, ВВЭР-1200 энергия блогы шамамен 1200 МВт электр қуатын өндіруге қабілетті. Бұл әр секундта осындай қуатпен жұмыс істегенде шамамен 330 кВт / сағ электр энергиясы өндірілетінін білдіреді.

Осылайша, атом электр станциясының ішінде бір уақытта миллиардтаған миллиард ядролық конверсия, жылудың үздіксіз берілуі және энергияның электр энергиясына айналуы жүреді.

Атом реакторының бір секундтық жұмысы - атом ядросының миллиардтаған миллиард бөлінуі, оның артында атом энергиясын электр энергиясына айналдыру үшін ғылыми жаңалықтар мен инженерлік шешімдер жатыр.