Πώς συμβαίνει μια πυρηνική αντίδραση σε έναν αντιδραστήρα; Πυρηνικά και ραδιενεργά ατυχήματα

Το κύριο και πιο επικίνδυνο στοιχείο εργοστάσια πυρηνικής ενέργειαςείναι πυρηνικός (πυρηνικός) αντιδραστήρας. Από την εκτόξευση του πρώτου πυρηνικού αντιδραστήρα Enrico Fermi στο γήπεδο τένις του πρώτου γήπεδο ποδοσφαίρουστο Σικάγο (ΗΠΑ) το 1942 πέρασε πάνω από μισός αιώνας. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, πολλές χώρες σε όλο τον κόσμο αναπτύχθηκαν και χτίστηκαν μεγάλος αριθμόςαντιδραστήρες διάφοροι τύποι, που διαφέρουν τόσο σε μέγεθος όσο και σε ισχύ (από κλάσματα ενός watt έως εκατοντάδες χιλιάδες κιλοβάτ). Στη Ρωσία, ο πρώτος πυρηνικός αντιδραστήρας ξεκίνησε το 1946. Ανεξάρτητα χαρακτηριστικά σχεδίου διάγραμμα κυκλώματοςόλων των τύπων αντιδραστήρων παραμένει ο ίδιος με αυτόν του πρώτου ατομικού «λέβητα» (αντιδραστήρας), όπως ονομαζόταν παλαιότερα.

Ανάλογα με τον σκοπό τους, οι αντιδραστήρες χωρίζονται σε διάφορους τύπους. Οι ερευνητικοί αντιδραστήρες έχουν σχεδιαστεί για τη μελέτη νέων μεθόδων σχεδιασμού αντιδραστήρων και τη δοκιμή ορισμένων τεχνολογικά σχήματακαι διαδικασίες. Οι αντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή πυρηνικών καυσίμων (για παράδειγμα, πλουτώνιο 239) ονομάζονται αντιδραστήρες παραγωγής. Οι αντιδραστήρες που έχουν σχεδιαστεί για την παραγωγή ενέργειας ονομάζονται αντιδραστήρες ισχύος. Τα τελευταία είναι εγκατεστημένα σε πυρηνικούς θερμικούς σταθμούς και σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.

Ένας πυρηνικός (ατομικός) αντιδραστήρας δεν είναι μόνο πηγή ενέργειας, αλλά και «εργοστάσιο» ισοτόπων. Κατά τη διάσπαση των πυρήνων ραδιενεργών ουσιών, συσσωρεύονται στον αντιδραστήρα ραδιενεργά ισότοπα (προϊόντα σχάσης), πολλά από τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας. Επιπλέον, όταν σταθερά στοιχεία τοποθετούνται σε έναν αντιδραστήρα υπό την επίδραση ισχυρών ροών νετρονίων που δημιουργούνται εκεί (ως αποτέλεσμα της λεγόμενης επαγόμενης δραστηριότητας), μετατρέπονται σε τεχνητά ραδιενεργά ισότοπα. Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται ευρέως τεχνητά ραδιενεργά ισότοπα πρακτική χρήση. Χρησιμοποιούνται για έλεγχο διαδικασίες παραγωγήςκαι διαφωτισμός μετάλλων, για ιατρικές διαγνωστικές διαδικασίες, μελέτη ορμονικής κατάστασης στην ενδοκρινολογία, διάγνωση ογκολογικών ασθενειών, για αποστείρωση με ακτινοβολία επιδέσμων, φάρμακα, ακτινοβόληση προ σποράς καλλιεργειών σιτηρών κ.λπ.

Έτσι, οι πυρηνικοί αντιδραστήρες είναι συσκευές στις οποίες συμβαίνουν πυρηνικές αντιδράσεις - η μετατροπή ενός χημικού στοιχείου σε ένα άλλο. Αυτές οι αντιδράσεις απαιτούν την παρουσία μιας σχάσιμης ουσίας στον αντιδραστήρα, η οποία, κατά τη διάσπασή της, απελευθερώνει στοιχειώδη σωματίδια που μπορούν να προκαλέσουν τη διάσπαση άλλων πυρήνων. Επί του παρόντος, τα ισότοπα ουρανίου -ουράνιο-235 και ουράνιο-238, καθώς και το πλουτώνιο-239- μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως σχάσιμες ουσίες. Μια αλυσιδωτή αντίδραση συμβαίνει σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα. Οι πυρήνες του ουρανίου ή του πλουτωνίου διασπώνται και σχηματίζονται 2-3 πυρήνες στοιχείων στη μέση του περιοδικού πίνακα, απελευθερώνεται ενέργεια, εκπέμπονται ακτίνες γάμμα και σχηματίζονται 2-3 νετρόνια, τα οποία, με τη σειρά τους, μπορούν να αντιδράσουν με άλλα άτομα και, προκαλώντας τη σχάση τους, συνεχίζουν την αλυσιδωτή αντίδραση. Υψηλότερη τιμήΣτην πυρηνική ενέργεια, τα νετρόνια είναι οι εμπνευστές της πυρηνικής σχάσης. Ανάλογα με την ταχύτητα ενός στοιχειώδους σωματιδίου, υπάρχουν 2 τύποι νετρονίων: γρήγορα και αργά. ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙχρησιμοποιούνται αντιδραστήρες ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙνετρόνια.

Υπάρχουν πυρηνικοί αντιδραστήρες αργά (θερμικά) νετρόνια και γρήγοροι αντιδραστήρες νετρονίων. Το πρώτο χρησιμοποιεί ουράνιο-235 ως πυρηνικό καύσιμο, το δεύτερο χρησιμοποιεί ουράνιο-238 (φυσικό) και πλουτώνιο-239.

Οι περισσότεροι πυρηνικοί σταθμοί είναι εξοπλισμένοι με θερμικούς αντιδραστήρες νετρονίων. Τα τρία απαραίτητα στοιχεία για τους θερμικούς αντιδραστήρες νετρονίων είναι μια γεννήτρια θερμότητας, ένας συντονιστής και ένα ψυκτικό. Οπως και γεννήτρια θερμότητας (πυρηνικά καύσιμα) χρησιμοποιούνται συνήθως ισότοπα ουρανίου. Το καύσιμο τοποθετείται σε στοιχεία καυσίμου - ράβδους καυσίμου. Στον πυρήνα του αντιδραστήρα, όπου βρίσκονται τα στοιχεία καυσίμου, εμφανίζεται η αντίδραση σχάσης των πυρήνων ουρανίου-235. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, ραδιενεργά προϊόντα σχάσης συσσωρεύονται σε ράβδους καυσίμου. Μεσολαβητής απαιτούνται για τον μετριασμό των νετρονίων που είναι απαραίτητα για μια πιο αποτελεσματική αλυσιδωτή αντίδραση στο ουράνιο 235. Οι συντονιστές μπορεί να είναι το νερό ή ο γραφίτης. Ψυκτικό απαραίτητη για τη μεταφορά της θερμικής ενέργειας της πυρηνικής σχάσης στον στρόβιλο για τη μετατροπή της σε ηλεκτρική ενέργεια. Έτσι, οι περισσότεροι πυρηνικοί σταθμοί είναι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί. Ως ψυκτικό μέσο χρησιμοποιείται συνήθως το θερμαινόμενο και το νερό υψηλής πίεσης.

Οι αντιδραστήρες ταχέων νετρονίων δεν απαιτούν συντονιστή και υγρά μέταλλα, όπως το υγρό νάτριο, χρησιμοποιούνται ως ψυκτικό. Επί του παρόντος, οι αντιδραστήρες ταχέων νετρονίων δεν χρησιμοποιούνται ευρέως, κυρίως λόγω της πολυπλοκότητας του σχεδιασμού και του προβλήματος της απόκτησης επαρκώς σταθερών υλικών για δομικά μέρη. Υπάρχει μόνο ένας αντιδραστήρας αυτού του τύπου στη Ρωσία. Ωστόσο, πιστεύεται ότι οι γρήγοροι αντιδραστήρες νετρονίων έχουν μεγάλο μέλλον.

Έτσι, αυτή τη στιγμή υπάρχουν 5 τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων στον κόσμο (4 τύποι με θερμικά νετρόνια και 1 με γρήγορα νετρόνια):

ü VVER – αντιδραστήρας ενέργειας υπό πίεση νερού,

ü RMBK – αντιδραστήρας καναλιού υψηλής ισχύος,

ü Αντιδραστήρας βαρέος νερού,

ü Αντιδραστήρας με σφαιρικό κρεβάτι και κύκλωμα αερίου,

ü Ταχύς αντιδραστήρας νετρονίων. ( ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β τραπέζι 2-Β"Τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων")

Οι περισσότεροι πυρηνικοί σταθμοί στη χώρα μας είναι εξοπλισμένοι με αντιδραστήρες VVER. Επί Πυρηνικός σταθμός του ΤσερνομπίλΟ αντιδραστήρας RMBK λειτουργούσε. Λόγω της διαφορετικής δομής των ενεργών ζωνών, οι παράμετροι λειτουργίας αυτών των αντιδραστήρων είναι διαφορετικές. Το VVER είναι ένας αντιδραστήρας δοχείου πίεσης (η πίεση διατηρείται από το δοχείο του αντιδραστήρα), ο RMBC είναι ένας αντιδραστήρας καναλιού (η πίεση διατηρείται ανεξάρτητα σε κάθε κανάλι). Για την ασφάλεια ενός αντιδραστήρα, μια παράμετρος όπως ο συντελεστής αντιδραστικότητας είναι σημαντική - μια τιμή που δείχνει πώς οι αλλαγές σε μία ή την άλλη παράμετρο του αντιδραστήρα θα επηρεάσουν την ένταση της αλυσιδωτής αντίδρασης σε αυτόν. Εάν αυτός ο συντελεστής είναι θετικός, τότε με αύξηση της παραμέτρου με την οποία δίνεται ο συντελεστής, η αλυσιδωτή αντίδραση στον αντιδραστήρα θα αυξηθεί και θα γίνει ανεξέλεγκτη - ο αντιδραστήρας θα επιταχυνθεί. Όταν ο αντιδραστήρας επιταχύνει, εμφανίζεται έντονη απελευθέρωση θερμότητας, που οδηγεί στην τήξη των πυρήνων του καυσίμου και στην καταστροφή του δοχείου του αντιδραστήρα με την απελευθέρωση ραδιενεργών ουσιών στο περιβάλλον.

Οποτεδήποτε καταστάσεις έκτακτης ανάγκηςη λειτουργία του αντιδραστήρα, συνοδευόμενη από την επιτάχυνσή του, ο αντιδραστήρας VVER θα σταματήσει και ο αντιδραστήρας RMBK θα συνεχίσει να επιταχύνει με αυξανόμενη ένταση, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε ατύχημα με την απελευθέρωση ραδιενεργών προϊόντων. Σε αυτό το μονοπάτι αναπτύχθηκαν τα γεγονότα κατά το ατύχημα στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ. Ως εκ τούτου, στον αντιδραστήρα RMBK, ο ρόλος του προστατευτικά συστήματα, που είτε θα αποτρέψει την επιτάχυνση του αντιδραστήρα είτε θα τον ψύξει επειγόντως. Οι σύγχρονοι αντιδραστήρες τύπου RMBK είναι εξοπλισμένοι με αρκετά αποτελεσματικά παρόμοια συστήματα που πρακτικά εξαλείφουν τον κίνδυνο ατυχήματος (στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ τη νύχτα του ατυχήματος εγκληματική αμέλειακατά παράβαση όλων των οδηγιών και απαγορεύσεων, όλα τα συστήματα προστασίας έκτακτης ανάγκης απενεργοποιήθηκαν πλήρως), αλλά αυτή η δυνατότητα πρέπει να θυμόμαστε.

Έχοντας συγκεντρωμένες πληροφορίες για τους τύπους των πυρηνικών αντιδραστήρων, μπορούμε να πούμε τα εξής. Οι αντιδραστήρες VVER είναι αρκετά ασφαλείς στη λειτουργία τους, αλλά απαιτούν πολύ εμπλουτισμένο ουράνιο. Οι αντιδραστήρες RMBK είναι ασφαλείς μόνο εάν λειτουργούν σωστά και διαθέτουν καλά ανεπτυγμένα συστήματα προστασίας, αλλά είναι ικανοί να χρησιμοποιούν καύσιμο χαμηλού εμπλουτισμού ή ακόμα και αναλωμένο καύσιμο από αντιδραστήρες VVER. Οι αντιδραστήρες βαρέος νερού είναι καλοί για όλους, αλλά η διαδικασία παραγωγής βαρέος νερού είναι πολύ δαπανηρή. Η τεχνολογία για την παραγωγή αντιδραστήρων γεμισμένων με σφαίρα δεν έχει ακόμη αναπτυχθεί καλά, αν και αυτός ο τύπος αντιδραστήρα θα πρέπει να αναγνωριστεί ως ο πιο αποδεκτός για ευρεία χρήση, ιδίως λόγω της απουσίας καταστροφικών συνεπειών σε περίπτωση λειτουργίας αντιδραστήρα- ατύχημα. Οι αντιδραστήρες ταχέων νετρονίων αποτελούν το μέλλον για την παραγωγή καυσίμου για πυρηνική ενέργεια, αλλά ο σχεδιασμός τους είναι πολύ περίπλοκος και εξακολουθεί να είναι αναξιόπιστος.

Σχεδιασμός και αρχή λειτουργίας

Μηχανισμός απελευθέρωσης ενέργειας

Ο μετασχηματισμός μιας ουσίας συνοδεύεται από απελευθέρωση ελεύθερης ενέργειας μόνο εάν η ουσία έχει απόθεμα ενέργειας. Το τελευταίο σημαίνει ότι τα μικροσωματίδια μιας ουσίας βρίσκονται σε κατάσταση με ενέργεια ηρεμίας μεγαλύτερη από ό,τι σε μια άλλη πιθανή κατάσταση στην οποία υπάρχει μετάβαση. Μια αυθόρμητη μετάβαση αποτρέπεται πάντα από ένα ενεργειακό φράγμα, για να ξεπεραστεί το οποίο το μικροσωματίδιο πρέπει να λάβει μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας από το εξωτερικό - ενέργεια διέγερσης. Η εξωενεργειακή αντίδραση συνίσταται στο γεγονός ότι στον μετασχηματισμό που ακολουθεί τη διέγερση, απελευθερώνεται περισσότερη ενέργεια από αυτή που απαιτείται για τη διέγερση της διαδικασίας. Υπάρχουν δύο τρόποι για να ξεπεραστεί το ενεργειακό φράγμα: είτε λόγω της κινητικής ενέργειας των συγκρουόμενων σωματιδίων, είτε λόγω της ενέργειας δέσμευσης του σωματιδίου που ενώνει.

Εάν έχουμε κατά νου τη μακροσκοπική κλίμακα απελευθέρωσης ενέργειας, τότε όλα ή αρχικά τουλάχιστον ένα μέρος των σωματιδίων της ουσίας πρέπει να έχουν την κινητική ενέργεια που απαιτείται για να διεγείρουν αντιδράσεις. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μόνο με την αύξηση της θερμοκρασίας του μέσου σε μια τιμή στην οποία η ενέργεια της θερμικής κίνησης πλησιάζει το ενεργειακό κατώφλι περιορίζοντας την πορεία της διαδικασίας. Στην περίπτωση των μοριακών μετασχηματισμών, δηλαδή των χημικών αντιδράσεων, μια τέτοια αύξηση είναι συνήθως εκατοντάδες Κέλβιν, αλλά στην περίπτωση πυρηνικών αντιδράσεων είναι τουλάχιστον 10 7 λόγω του πολύ υψηλού ύψους των φραγμάτων Coulomb των συγκρουόμενων πυρήνων. Η θερμική διέγερση των πυρηνικών αντιδράσεων πραγματοποιείται στην πράξη μόνο κατά τη σύνθεση των ελαφρύτερων πυρήνων, στους οποίους τα φράγματα Coulomb είναι ελάχιστα (θερμοπυρηνική σύντηξη).

Η διέγερση με την ένωση σωματιδίων δεν απαιτεί μεγάλη κινητική ενέργεια και, επομένως, δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία του μέσου, καθώς συμβαίνει λόγω των αχρησιμοποίητων δεσμών που είναι εγγενείς στις ελκτικές δυνάμεις των σωματιδίων. Αλλά για να διεγείρονται οι αντιδράσεις, τα ίδια τα σωματίδια είναι απαραίτητα. Και αν πάλι δεν εννοούμε μια ξεχωριστή πράξη αντίδρασης, αλλά την παραγωγή ενέργειας σε μακροσκοπική κλίμακα, τότε αυτό είναι δυνατό μόνο όταν συμβεί μια αλυσιδωτή αντίδραση. Το τελευταίο συμβαίνει όταν τα σωματίδια που διεγείρουν την αντίδραση επανεμφανίζονται ως προϊόντα μιας εξωενεργητικής αντίδρασης.

Σχέδιο

Κάθε πυρηνικός αντιδραστήρας αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη:

• Πυρήνας με πυρηνικό καύσιμο και συντονιστής.
• Ανακλαστήρας νετρονίων που περιβάλλει τον πυρήνα.
• Σύστημα ελέγχου αλυσιδωτής αντίδρασης, συμπεριλαμβανομένης της προστασίας έκτακτης ανάγκης.
• Ακτινοπροστασία;
• Σύστημα τηλεχειρισμού.

Φυσικές αρχές λειτουργίας

Δείτε επίσης τα κύρια άρθρα:

Η τρέχουσα κατάσταση ενός πυρηνικού αντιδραστήρα μπορεί να χαρακτηριστεί από τον αποτελεσματικό παράγοντα πολλαπλασιασμού νετρονίων κή αντιδραστικότητα ρ , τα οποία σχετίζονται με την ακόλουθη σχέση:

Οι ακόλουθες τιμές είναι χαρακτηριστικές για αυτές τις ποσότητες:

• κ> 1 - η αλυσιδωτή αντίδραση αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου, ο αντιδραστήρας είναι μέσα υπερκρίσιμοςκατάσταση, την αντιδραστικότητα του ρ > 0;
• κ < 1 - реакция затухает, реактор - υποκριτικό, ρ < 0;
• κ = 1, ρ = 0 - ο αριθμός των πυρηνικών σχάσεων είναι σταθερός, ο αντιδραστήρας βρίσκεται σε στάβλο κρίσιμοςκατάσταση.

Συνθήκη κρίσιμης σημασίας για έναν πυρηνικό αντιδραστήρα:

Η αντιστροφή του συντελεστή πολλαπλασιασμού σε μονάδα επιτυγχάνεται εξισορροπώντας τον πολλαπλασιασμό των νετρονίων με τις απώλειές τους. Στην πραγματικότητα υπάρχουν δύο λόγοι για τις απώλειες: σύλληψη χωρίς σχάση και διαρροή νετρονίων εκτός του μέσου αναπαραγωγής.

Είναι προφανές ότι ο κ< k 0 , поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k 0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k 0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны.

Το k 0 για θερμικούς αντιδραστήρες μπορεί να προσδιοριστεί από τον λεγόμενο «τύπο 4 παραγόντων»:

• η είναι η απόδοση νετρονίων για δύο απορροφήσεις.

Οι όγκοι των σύγχρονων αντιδραστήρων ισχύος μπορούν να φτάσουν τις εκατοντάδες m³ και καθορίζονται κυρίως όχι από τις κρίσιμες συνθήκες, αλλά από τις δυνατότητες αφαίρεσης θερμότητας.

Κρίσιμος όγκοςπυρηνικός αντιδραστήρας - ο όγκος του πυρήνα του αντιδραστήρα σε κρίσιμη κατάσταση. Κρίσιμη μάζα- τη μάζα του σχάσιμου υλικού του αντιδραστήρα, που βρίσκεται σε κρίσιμη κατάσταση.

Οι αντιδραστήρες που χρησιμοποιούν καύσιμο ως καύσιμο έχουν τη χαμηλότερη κρίσιμη μάζα. υδατικά διαλύματαάλατα καθαρών σχάσιμων ισοτόπων με ανακλαστήρα νετρονίων νερού. Για 235 U αυτή η μάζα είναι 0,8 kg, για 239 Pu - 0,5 kg. Είναι ευρέως γνωστό, ωστόσο, ότι η κρίσιμη μάζα για τον αντιδραστήρα LOPO (ο πρώτος αντιδραστήρας εμπλουτισμένου ουρανίου στον κόσμο), ο οποίος είχε ανακλαστήρα οξειδίου του βηρυλλίου, ήταν 0,565 kg, παρά το γεγονός ότι ο βαθμός εμπλουτισμού για το ισότοπο 235 ήταν μόνο ελαφρώς μεγαλύτερος από 14%. Θεωρητικά, έχει τη μικρότερη κρίσιμη μάζα, για την οποία αυτή η τιμή είναι μόνο 10 g.

Προκειμένου να μειωθεί η διαρροή νετρονίων, δίνεται στον πυρήνα ένα σφαιρικό ή σχεδόν σφαιρικό σχήμα, για παράδειγμα, ένας κοντός κύλινδρος ή κύβος, καθώς αυτά τα σχήματα έχουν τη μικρότερη αναλογία επιφάνειας προς όγκο.

Παρά το γεγονός ότι η τιμή (e - 1) είναι συνήθως μικρή, ο ρόλος της γρήγορης αναπαραγωγής νετρονίων είναι αρκετά μεγάλος, αφού για μεγάλους πυρηνικούς αντιδραστήρες (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Για να ξεκινήσει μια αλυσιδωτή αντίδραση, τα νετρόνια που παράγονται κατά την αυθόρμητη σχάση των πυρήνων ουρανίου είναι συνήθως επαρκή. Είναι επίσης δυνατό να χρησιμοποιηθεί μια εξωτερική πηγή νετρονίων για την εκκίνηση του αντιδραστήρα, για παράδειγμα, ένα μείγμα από και, ή άλλες ουσίες.

Λάκος ιωδίου

Το κοίλωμα ιωδίου είναι μια κατάσταση πυρηνικού αντιδραστήρα μετά την απενεργοποίησή του, που χαρακτηρίζεται από τη συσσώρευση του βραχύβιου ισοτόπου ξένου. Αυτή η διαδικασία οδηγεί στην προσωρινή εμφάνιση σημαντικής αρνητικής αντιδραστικότητας, η οποία, με τη σειρά της, καθιστά αδύνατο να φέρει τον αντιδραστήρα στην ικανότητα σχεδιασμού του μέσα σε μια ορισμένη περίοδο (περίπου 1-2 ημέρες).

Ταξινόμηση

Με σκοπό

Σύμφωνα με τη φύση της χρήσης τους, οι πυρηνικοί αντιδραστήρες χωρίζονται σε:

• Αντιδραστήρες ισχύοςσχεδιασμένο για την παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας που χρησιμοποιείται στον ενεργειακό τομέα, καθώς και για την αφαλάτωση του θαλασσινού νερού (οι αντιδραστήρες αφαλάτωσης ταξινομούνται επίσης ως βιομηχανικοί). Τέτοιοι αντιδραστήρες χρησιμοποιούνται κυρίως σε πυρηνικούς σταθμούς. Η θερμική ισχύς των σύγχρονων αντιδραστήρων ισχύος φτάνει τα 5 GW. Μια ξεχωριστή ομάδα περιλαμβάνει:
  • Αντιδραστήρες μεταφορών, σχεδιασμένο να παρέχει ενέργεια στους κινητήρες των οχημάτων. Οι ευρύτερες ομάδες εφαρμογών είναι αντιδραστήρες θαλάσσιων μεταφορών που χρησιμοποιούνται σε υποβρύχια και διάφορα σκάφη επιφανείας, καθώς και αντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται στη διαστημική τεχνολογία.
• Πειραματικοί αντιδραστήρες, που προορίζεται για τη μελέτη διαφόρων φυσικών μεγεθών, η αξία των οποίων είναι απαραίτητη για το σχεδιασμό και τη λειτουργία πυρηνικών αντιδραστήρων. Η ισχύς τέτοιων αντιδραστήρων δεν υπερβαίνει τα πολλά kW.
• Ερευνητικοί αντιδραστήρες, όπου ροές νετρονίων και γάμμα κβάντα που δημιουργούνται στον πυρήνα χρησιμοποιούνται για έρευνα στον τομέα της πυρηνικής φυσικής, της φυσικής στερεάς κατάστασης, της χημείας ακτινοβολίας, της βιολογίας, για τη δοκιμή υλικών που προορίζονται να λειτουργήσουν σε έντονες ροές νετρονίων (συμπεριλαμβανομένων μερών πυρηνικών αντιδραστήρων) για την παραγωγή ισοτόπων. Η ισχύς των ερευνητικών αντιδραστήρων δεν υπερβαίνει τα 100 MW. Η εκλυόμενη ενέργεια συνήθως δεν χρησιμοποιείται.
• Βιομηχανικοί (όπλα, ισότοποι) αντιδραστήρες, χρησιμοποιείται για την παραγωγή ισοτόπων που χρησιμοποιούνται σε διάφορους τομείς. Πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο για την παραγωγή πυρηνικών υλικών όπλων, όπως το 239 Pu. Επίσης ταξινομούνται ως βιομηχανικοί αντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται για την αφαλάτωση του θαλασσινού νερού.

Συχνά οι αντιδραστήρες χρησιμοποιούνται για την επίλυση δύο ή περισσότερων διαφορετικών προβλημάτων, οπότε καλούνται πολλαπλών χρήσεων. Για παράδειγμα, ορισμένοι αντιδραστήρες ενέργειας, ειδικά στις πρώτες μέρες της πυρηνικής ενέργειας, σχεδιάστηκαν κυρίως για πειραματισμούς. Οι γρήγοροι αντιδραστήρες νετρονίων μπορούν ταυτόχρονα να παράγουν ενέργεια και να παράγουν ισότοπα. Οι βιομηχανικοί αντιδραστήρες, εκτός από την κύρια αποστολή τους, συχνά παράγουν ηλεκτρική και θερμική ενέργεια.

Σύμφωνα με το φάσμα νετρονίων

• Θερμικός (αργός) αντιδραστήρας νετρονίων («θερμικός αντιδραστήρας»)
• Γρήγορος αντιδραστήρας νετρονίων ("γρήγορος αντιδραστήρας")

Με τοποθέτηση καυσίμου

• Ετερογενείς αντιδραστήρες, όπου το καύσιμο τοποθετείται διακριτά στον πυρήνα με τη μορφή μπλοκ, μεταξύ των οποίων υπάρχει ένας συντονιστής.
• Ομοιογενείς αντιδραστήρες, όπου το καύσιμο και ο συντονιστής είναι ένα ομοιογενές μείγμα (ομογενές σύστημα).

Σε έναν ετερογενή αντιδραστήρα, το καύσιμο και ο συντονιστής μπορούν να διαχωριστούν χωρικά, συγκεκριμένα, σε έναν αντιδραστήρα κοιλότητας, ο συντονιστής-ανακλαστήρας περιβάλλει μια κοιλότητα με καύσιμο που δεν περιέχει επιβραδυντή. Από πυρηνική φυσική άποψη, το κριτήριο για την ομοιογένεια/ετερογένεια δεν είναι ο σχεδιασμός, αλλά η τοποθέτηση των μπλοκ καυσίμου σε απόσταση που υπερβαίνει το μήκος μετριοπάθειας νετρονίων σε έναν δεδομένο συντονιστή. Έτσι, οι αντιδραστήρες με το λεγόμενο «στενό πλέγμα» σχεδιάζονται ως ομοιογενείς, αν και σε αυτούς το καύσιμο διαχωρίζεται συνήθως από τον συντονιστή.

Τα μπλοκ πυρηνικών καυσίμων σε έναν ετερογενή αντιδραστήρα ονομάζονται συγκροτήματα καυσίμου (FA), τα οποία βρίσκονται στον πυρήνα στους κόμβους ενός κανονικού πλέγματος, σχηματίζοντας κύτταρα.

Ανά τύπο καυσίμου

• ισότοπα ουρανίου 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
• ισότοπο πλουτωνίου 239 (239 Pu), επίσης ισότοπα 239-242 Pu σε μορφή μείγματος με 238 U (καύσιμο MOX)
• ισότοπο θορίου 232 (232 Th) (μέσω μετατροπής σε 233 U)

Ανά βαθμό εμπλουτισμού:

• φυσικό ουράνιο
• ασθενώς εμπλουτισμένο ουράνιο
• ουράνιο υψηλής εμπλουτισμού

Κατά χημική σύνθεση:

• μέταλλο U
• UC (καρβίδιο ουρανίου) κ.λπ.

Ανά τύπο ψυκτικού

• Αέριο, (βλέπε αντιδραστήρα γραφίτη-αερίου)
• D 2 O (βαρύ νερό, βλ. Πυρηνικός αντιδραστήρας βαρέων υδάτων, CANDU)

Ανά τύπο συντονιστή

• C (γραφίτης, βλέπε αντιδραστήρα γραφίτη-αερίου, αντιδραστήρα γραφίτη-νερού)
• H2O (νερό, βλ. αντιδραστήρα ελαφρού νερού, υδρόψυκτος αντιδραστήρας, VVER)
• D 2 O (βαρύ νερό, βλ. Πυρηνικός αντιδραστήρας βαρέων υδάτων, CANDU)
• Υδρίδια μετάλλων
• Χωρίς συντονιστή (δείτε Γρήγορος αντιδραστήρας)

Από το σχεδιασμό

Με τη μέθοδο παραγωγής ατμού

• Αντιδραστήρας με εξωτερική γεννήτρια ατμού (Δείτε αντιδραστήρα νερού-νερού, VVER)

Ταξινόμηση ΔΟΑΕ

• PWR (αντιδραστήρες νερού υπό πίεση) - αντιδραστήρας νερού-νερού (αντιδραστήρας νερού υπό πίεση).
• BWR (αντιδραστήρας βραστό νερό) - αντιδραστήρας βραστό νερό.
• FBR (fast breeder reactor) - fast Breeder reactor.
• GCR (γκαζόψυκτος αντιδραστήρας) - αερόψυκτος αντιδραστήρας.
• LWGR (αντιδραστήρας γραφίτη ελαφρού νερού) - αντιδραστήρας γραφίτη-νερού
• PHWR (αντιδραστήρας βαρέου νερού υπό πίεση) - αντιδραστήρας βαρέος νερού

Οι πιο συνηθισμένοι στον κόσμο είναι οι αντιδραστήρες με νερό υπό πίεση (περίπου 62%) και βραστό νερό (20%).

Υλικά αντιδραστήρων

Τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται οι αντιδραστήρες λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες σε ένα πεδίο νετρονίων, γ κβαντών και θραυσμάτων σχάσης. Επομένως, δεν είναι όλα τα υλικά που χρησιμοποιούνται σε άλλους κλάδους της τεχνολογίας κατάλληλα για την κατασκευή αντιδραστήρων. Κατά την επιλογή υλικών αντιδραστήρων, λαμβάνονται υπόψη η αντίσταση στην ακτινοβολία, η χημική αδράνεια, η διατομή απορρόφησης και άλλες ιδιότητες.

Η αστάθεια της ακτινοβολίας των υλικών έχει μικρότερη επίδραση σε υψηλές θερμοκρασίες. Η κινητικότητα των ατόμων γίνεται τόσο μεγάλη που η πιθανότητα επιστροφής των ατόμων που χτυπήθηκαν από το κρυσταλλικό πλέγμα στη θέση τους ή ο ανασυνδυασμός υδρογόνου και οξυγόνου σε ένα μόριο νερού αυξάνεται σημαντικά. Έτσι, η ραδιόλυση του νερού είναι ασήμαντη σε ενεργειακούς αντιδραστήρες που δεν βράζουν (για παράδειγμα, VVER), ενώ σε ισχυρούς ερευνητικούς αντιδραστήρες απελευθερώνεται σημαντική ποσότητα εκρηκτικού μείγματος. Οι αντιδραστήρες διαθέτουν ειδικά συστήματα για την καύση του.

Τα υλικά του αντιδραστήρα έρχονται σε επαφή μεταξύ τους (κέλυφος καυσίμου με ψυκτικό και πυρηνικό καύσιμο, κασέτες καυσίμου με ψυκτικό και συντονιστή κ.λπ.). Φυσικά, τα υλικά που έρχονται σε επαφή πρέπει να είναι χημικά αδρανή (συμβατά). Ένα παράδειγμα ασυμβατότητας είναι το ουράνιο και το ζεστό νερό που εισέρχονται σε μια χημική αντίδραση.

Για τα περισσότερα υλικά, οι ιδιότητες αντοχής επιδεινώνονται απότομα με την αύξηση της θερμοκρασίας. Στους αντιδραστήρες ισχύος, τα δομικά υλικά λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες. Αυτό περιορίζει την επιλογή των υλικών κατασκευής, ειδικά για εκείνα τα μέρη του αντιδραστήρα ισχύος που πρέπει να αντέχουν σε υψηλή πίεση.

Εξάντληση και αναπαραγωγή πυρηνικών καυσίμων

Κατά τη λειτουργία ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, λόγω της συσσώρευσης θραυσμάτων σχάσης στο καύσιμο, αλλάζει η ισοτοπική και χημική του σύσταση και σχηματίζονται διουρανικά στοιχεία, κυρίως ισότοπα. Η επίδραση των θραυσμάτων σχάσης στην αντιδραστικότητα ενός πυρηνικού αντιδραστήρα ονομάζεται δηλητηρίαση(για ραδιενεργά θραύσματα) και σκωρίαση(για σταθερά ισότοπα).

Ο κύριος λόγος για τη δηλητηρίαση του αντιδραστήρα είναι , ο οποίος έχει τη μεγαλύτερη διατομή απορρόφησης νετρονίων (2,6·10 6 αχυρώνα). Χρόνος ημιζωής 135 Xe Τ 1/2 = 9,2 ώρες; Η απόδοση κατά τη διαίρεση είναι 6-7%. Ο κύριος όγκος των 135 Xe σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης ( Τ 1/2 = 6,8 ώρες). Σε περίπτωση δηλητηρίασης, το Keff αλλάζει κατά 1-3%. Η μεγάλη διατομή απορρόφησης του 135 Xe και η παρουσία του ενδιάμεσου ισοτόπου 135 I οδηγούν σε δύο σημαντικά φαινόμενα:

1. Σε αύξηση της συγκέντρωσης 135 Xe και, κατά συνέπεια, σε μείωση της αντιδραστικότητας του αντιδραστήρα μετά τη διακοπή ή τη μείωση της ισχύος («κοίλωμα ιωδίου»), που καθιστά αδύνατες τις βραχυπρόθεσμες στάσεις και τις διακυμάνσεις της ισχύος εξόδου . Αυτό το αποτέλεσμα ξεπερνιέται με την εισαγωγή ενός αποθεματικού αντιδραστικότητας στους ρυθμιστικούς φορείς. Το βάθος και η διάρκεια του φρεατίου ιωδίου εξαρτώνται από τη ροή νετρονίων Ф: σε Ф = 5·10 18 νετρόνια/(cm²·sec) η διάρκεια του φρεατίου ιωδίου είναι ~ 30 ώρες και το βάθος είναι 2 φορές μεγαλύτερο από το ακίνητο αλλαγή στο Keff που προκαλείται από δηλητηρίαση 135 Xe.
2. Λόγω δηλητηρίασης, μπορεί να συμβούν χωροχρονικές διακυμάνσεις στη ροή νετρονίων F και, κατά συνέπεια, στην ισχύ του αντιδραστήρα. Αυτές οι ταλαντώσεις συμβαίνουν σε Ф > 10 18 νετρόνια/(cm²·sec) και μεγάλα μεγέθη αντιδραστήρων. Περίοδοι ταλάντωσης ~ 10 ώρες.

Η πυρηνική σχάση παράγει μεγάλο αριθμό σταθερών θραυσμάτων, τα οποία διαφέρουν ως προς τις διατομές απορρόφησης σε σύγκριση με τη διατομή απορρόφησης του σχάσιμου ισοτόπου. Συγκέντρωση θραυσμάτων με μεγάλη αξίαΗ διατομή απορρόφησης φτάνει σε κορεσμό εντός των πρώτων ημερών από τη λειτουργία του αντιδραστήρα. Πρόκειται κυρίως για ράβδους καυσίμου διαφορετικών «ηλικιών».

Σε περίπτωση πλήρους αλλαγής καυσίμου, ο αντιδραστήρας έχει πλεονάζουσα αντιδραστικότητα που πρέπει να αντισταθμιστεί, ενώ στη δεύτερη περίπτωση απαιτείται αντιστάθμιση μόνο κατά την πρώτη εκκίνηση του αντιδραστήρα. Η συνεχής υπερφόρτωση καθιστά δυνατή την αύξηση του βάθους καύσης, καθώς η αντιδραστικότητα του αντιδραστήρα καθορίζεται από τις μέσες συγκεντρώσεις των σχάσιμων ισοτόπων.

Η μάζα του φορτωμένου καυσίμου υπερβαίνει τη μάζα του μη φορτωμένου καυσίμου λόγω του «βάρους» της εκλυόμενης ενέργειας. Μετά τη διακοπή λειτουργίας του αντιδραστήρα, αρχικά κυρίως λόγω σχάσης από καθυστερημένα νετρόνια, και στη συνέχεια, μετά από 1-2 λεπτά, λόγω β- και γ-ακτινοβολίας θραυσμάτων σχάσης και στοιχείων υπερουρανίου, η απελευθέρωση ενέργειας στο καύσιμο συνεχίζεται. Εάν ο αντιδραστήρας λειτούργησε αρκετά πριν σταματήσει, τότε 2 λεπτά μετά τη διακοπή, η απελευθέρωση ενέργειας είναι περίπου 3%, μετά από 1 ώρα - 1%, μετά από μια ημέρα - 0,4%, μετά από ένα χρόνο - 0,05% της αρχικής ισχύος.

Ο λόγος του αριθμού των σχάσιμων ισοτόπων Pu που σχηματίζονται σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα προς την ποσότητα των καμένων 235 U ονομάζεται συναλλαγματική ισοτιμίαΚ Κ . Η τιμή του K K αυξάνεται με τη μείωση του εμπλουτισμού και της καύσης. Για έναν αντιδραστήρα βαρέος νερού που χρησιμοποιεί φυσικό ουράνιο, με καύση 10 GW day/t K K = 0,55 και με μικρές καύσεις (στην περίπτωση αυτή το K K ονομάζεται αρχικός συντελεστής πλουτωνίου) Κ Κ = 0,8. Εάν ένας πυρηνικός αντιδραστήρας καίγεται και παράγει τα ίδια ισότοπα (αντιδραστήρας αναπαραγωγής), τότε ο λόγος του ρυθμού αναπαραγωγής προς τον ρυθμό καύσης ονομάζεται ρυθμό αναπαραγωγής K V. Σε πυρηνικούς αντιδραστήρες που χρησιμοποιούν θερμικά νετρόνια K V< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах К В может достигать 1,4-1,5. Рост К В для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов σολμεγαλώνει και ΕΝΑπτώσεις.

Έλεγχος πυρηνικού αντιδραστήρα

Ο έλεγχος ενός πυρηνικού αντιδραστήρα είναι δυνατός μόνο λόγω του γεγονότος ότι κατά τη διάρκεια της σχάσης, ορισμένα από τα νετρόνια πετούν έξω από τα θραύσματα με καθυστέρηση, η οποία μπορεί να κυμαίνεται από αρκετά χιλιοστά του δευτερολέπτου έως αρκετά λεπτά.

Για τον έλεγχο του αντιδραστήρα, χρησιμοποιούνται ράβδοι απορρόφησης, που εισάγονται στον πυρήνα, κατασκευασμένες από υλικά που απορροφούν έντονα νετρόνια (κυρίως και μερικά άλλα) ή/και διάλυμα βορικού οξέος, που προστίθεται στο ψυκτικό σε μια ορισμένη συγκέντρωση (έλεγχος βορίου) . Η κίνηση των ράβδων ελέγχεται από ειδικούς μηχανισμούς, μηχανισμούς κίνησης, που λειτουργούν σύμφωνα με σήματα από τον χειριστή ή εξοπλισμό για αυτόματο έλεγχο της ροής νετρονίων.

Σε περίπτωση διάφορων καταστάσεων έκτακτης ανάγκης, σε κάθε αντιδραστήρα παρέχεται τερματισμός έκτακτης ανάγκης της αλυσιδωτής αντίδρασης, που πραγματοποιείται ρίχνοντας όλες τις απορροφητικές ράβδους στον πυρήνα - ένα σύστημα προστασίας έκτακτης ανάγκης.

Υπολειμματική Θερμότητα

Ένα σημαντικό ζήτημα που σχετίζεται άμεσα με την πυρηνική ασφάλεια είναι η θερμότητα διάσπασης. Αυτό είναι ένα ειδικό χαρακτηριστικό του πυρηνικού καυσίμου, το οποίο συνίσταται στο γεγονός ότι, μετά τη διακοπή της αλυσιδωτής αντίδρασης σχάσης και τη συνήθη θερμική αδράνεια για οποιαδήποτε πηγή ενέργειας, η απελευθέρωση θερμότητας στον αντιδραστήρα συνεχίζεται. για πολύ καιρό, γεγονός που δημιουργεί μια σειρά από τεχνικά πολύπλοκα προβλήματα.

Η υπολειπόμενη θερμότητα είναι συνέπεια της β- και γ-διάσπασης των προϊόντων σχάσης που συσσωρεύονται στο καύσιμο κατά τη λειτουργία του αντιδραστήρα. Οι πυρήνες προϊόντων σχάσης, λόγω της αποσύνθεσης, μετατρέπονται σε πιο σταθερή ή απόλυτα σταθερή κατάσταση με την απελευθέρωση σημαντικής ενέργειας.

Αν και ο ρυθμός απελευθέρωσης θερμότητας διάσπασης μειώνεται γρήγορα σε τιμές μικρές σε σύγκριση με τις τιμές σταθερής κατάστασης, σε αντιδραστήρες υψηλής ισχύος είναι σημαντικός σε απόλυτες τιμές. Για το λόγο αυτό, η υπολειπόμενη απελευθέρωση θερμότητας συνεπάγεται την ανάγκη για μεγάλο χρονικό διάστημα για να εξασφαλιστεί η απομάκρυνση θερμότητας από τον πυρήνα του αντιδραστήρα μετά την απενεργοποίηση του. Αυτή η εργασία απαιτεί ο σχεδιασμός της εγκατάστασης του αντιδραστήρα να περιλαμβάνει συστήματα ψύξης με αξιόπιστη τροφοδοσία ρεύματος και επίσης απαιτεί μακροχρόνια (3-4 χρόνια) αποθήκευση αναλωμένου πυρηνικού καυσίμου σε εγκαταστάσεις αποθήκευσης με ειδικές συνθήκες θερμοκρασίας- πισίνες ψύξης, οι οποίες συνήθως βρίσκονται σε κοντινή απόσταση από τον αντιδραστήρα.

δείτε επίσης

• Κατάλογος πυρηνικών αντιδραστήρων που σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν στη Σοβιετική Ένωση

Βιβλιογραφία

• Levin V. E. Πυρηνική φυσική και πυρηνικοί αντιδραστήρες. 4η έκδ. - Μ.: Atomizdat, 1979.
• Shukolyukov A. Yu. Φυσικός πυρηνικός αντιδραστήρας». «Χημεία και Ζωή» Νο. 6, 1980, σελ. 20-24

Σημειώσεις

1. "ZEEP - Ο πρώτος πυρηνικός αντιδραστήρας του Καναδά", Μουσείο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Καναδά.
2. Greshilov A. A., Egupov N. D., Matushchenko A. M.Πυρηνική ασπίδα. - Μ.: Λόγος, 2008. - 438 σελ. -

Πυρηνικός (πυρηνικός) αντιδραστήρας
πυρηνικός αντιδραστήρας

Πυρηνικός (πυρηνικός) αντιδραστήρας – εγκατάσταση στην οποία υπάρχει αυτοσυντηρούμενη ελεγχόμενη αλυσίδα πυρηνική αντίδρασηδιαίρεση. Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούνται σε πυρηνική ενέργειακαι για ερευνητικούς σκοπούς. Το κύριο μέρος του αντιδραστήρα είναι η ενεργή ζώνη του, όπου συμβαίνει η πυρηνική σχάση και πυρηνική δύναμη. Η ενεργή ζώνη, που συνήθως έχει σχήμα κυλίνδρου με όγκο κλάσματος λίτρου έως πολλά κυβικά μέτρα, περιέχει σχάσιμο υλικό (πυρηνικό καύσιμο) σε ποσότητα που υπερβαίνει την κρίσιμη μάζα. Τα πυρηνικά καύσιμα (ουράνιο, πλουτώνιο) τοποθετούνται συνήθως μέσα σε στοιχεία καυσίμου (ράβδοι καυσίμου), ο αριθμός των οποίων στον πυρήνα μπορεί να φτάσει τις δεκάδες χιλιάδες. Οι ράβδοι καυσίμου ομαδοποιούνται σε συσκευασίες πολλών δεκάδων ή εκατοντάδων τεμαχίων. Ο πυρήνας στις περισσότερες περιπτώσεις είναι μια συλλογή από ράβδους καυσίμου βυθισμένες σε ένα μέτριο μέσο (moderator) - μια ουσία, λόγω ελαστικών συγκρούσεων με άτομα της οποίας η ενέργεια των νετρονίων που προκαλούν και συνοδεύουν τη σχάση μειώνεται στην ενέργεια της θερμικής ισορροπίας με το Μεσαίο. Τέτοια «θερμικά» νετρόνια έχουν αυξημένη ικανότητα να προκαλούν σχάση. Το νερό (συμπεριλαμβανομένου του βαρέος νερού, D 2 O) και ο γραφίτης χρησιμοποιούνται συνήθως ως μεσολαβητές. Ο πυρήνας του αντιδραστήρα περιβάλλεται από έναν ανακλαστήρα κατασκευασμένο από υλικά ικανά να διασκορπίζουν καλά τα νετρόνια. Αυτό το στρώμα επιστρέφει τα νετρόνια που εκπέμπονται από τον πυρήνα πίσω σε αυτή τη ζώνη, αυξάνοντας τον ρυθμό της αλυσιδωτής αντίδρασης και μειώνοντας την κρίσιμη μάζα. Βιολογική θωράκιση ακτινοβολίας από σκυρόδεμα και άλλα υλικά τοποθετείται γύρω από τον ανακλαστήρα για να μειώσει την ακτινοβολία έξω από τον αντιδραστήρα σε αποδεκτό επίπεδο.
Στον πυρήνα, η σχάση απελευθερώνει τεράστια ενέργεια με τη μορφή θερμότητας. Αφαιρείται από τον πυρήνα χρησιμοποιώντας αέριο, νερό ή άλλη ουσία (ψυκτικό), το οποίο αντλείται συνεχώς μέσω του πυρήνα, πλένοντας τις ράβδους καυσίμου. Αυτή η θερμότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία θερμού ατμού που περιστρέφει μια τουρμπίνα σταθμού παραγωγής ενέργειας.
Για τον έλεγχο του ρυθμού της αλυσιδωτής αντίδρασης σχάσης, χρησιμοποιούνται ράβδοι ελέγχου κατασκευασμένες από υλικά που απορροφούν έντονα νετρόνια. Η εισαγωγή τους στον πυρήνα μειώνει τον ρυθμό της αλυσιδωτής αντίδρασης και, εάν είναι απαραίτητο, τη σταματά εντελώς, παρά το γεγονός ότι η μάζα του πυρηνικού καυσίμου υπερβαίνει την κρίσιμη μάζα. Καθώς οι ράβδοι ελέγχου αφαιρούνται από τον πυρήνα, η απορρόφηση νετρονίων μειώνεται και η αλυσιδωτή αντίδραση μπορεί να φτάσει σε ένα αυτοσυντηρούμενο στάδιο.
Ο πρώτος αντιδραστήρας εκτοξεύτηκε στις ΗΠΑ το 1942. Στην Ευρώπη, ο πρώτος αντιδραστήρας ξεκίνησε το 1946 στην ΕΣΣΔ.

Ο πυρηνικός αντιδραστήρας λειτουργεί ομαλά και αποτελεσματικά. Διαφορετικά, όπως γνωρίζετε, θα υπάρξει πρόβλημα. Τι συμβαίνει όμως μέσα; Ας προσπαθήσουμε να διατυπώσουμε την αρχή της λειτουργίας ενός πυρηνικού (πυρηνικού) αντιδραστήρα συνοπτικά, ξεκάθαρα, με στάσεις.

Ουσιαστικά, εκεί συμβαίνει η ίδια διαδικασία όπως κατά τη διάρκεια μιας πυρηνικής έκρηξης. Μόνο που η έκρηξη συμβαίνει πολύ γρήγορα, αλλά στον αντιδραστήρα όλα αυτά εκτείνονται για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ως αποτέλεσμα, όλα παραμένουν ασφαλή και υγιή και λαμβάνουμε ενέργεια. Όχι τόσο που όλα γύρω θα καταστράφηκαν αμέσως, αλλά αρκετά για να παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια στην πόλη.

Πριν καταλάβετε πώς συμβαίνει μια ελεγχόμενη πυρηνική αντίδραση, πρέπει να μάθετε τι είναι πυρηνική αντίδραση καθόλου.

πυρηνική αντίδραση είναι η διαδικασία μετασχηματισμού (σχάσης) των ατομικών πυρήνων όταν αλληλεπιδρούν με στοιχειώδη σωματίδια και γάμμα κβάντα.

Οι πυρηνικές αντιδράσεις μπορούν να συμβούν τόσο με την απορρόφηση όσο και με την απελευθέρωση ενέργειας. Ο αντιδραστήρας χρησιμοποιεί τις δεύτερες αντιδράσεις.

Πυρηνικός αντιδραστήρας είναι μια συσκευή που σκοπός της είναι να διατηρεί μια ελεγχόμενη πυρηνική αντίδραση με την απελευθέρωση ενέργειας.

Συχνά ένας πυρηνικός αντιδραστήρας ονομάζεται επίσης ατομικός αντιδραστήρας. Ας σημειώσουμε ότι εδώ δεν υπάρχει θεμελιώδης διαφορά, αλλά από την άποψη της επιστήμης είναι πιο σωστό να χρησιμοποιείται η λέξη «πυρηνική». Σήμερα υπάρχουν πολλοί τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων. Πρόκειται για τεράστιους βιομηχανικούς αντιδραστήρες σχεδιασμένους να παράγουν ενέργεια σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας, πυρηνικούς αντιδραστήρες υποβρυχίων, μικρούς πειραματικούς αντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται σε επιστημονικά πειράματα. Υπάρχουν ακόμη και αντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται για την αφαλάτωση του θαλασσινού νερού.

Η ιστορία της δημιουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα

Ο πρώτος πυρηνικός αντιδραστήρας εκτοξεύτηκε το όχι και τόσο μακρινό 1942. Αυτό συνέβη στις ΗΠΑ υπό την ηγεσία του Fermi. Αυτός ο αντιδραστήρας ονομαζόταν «Chicago Woodpile».

Το 1946, ο πρώτος σοβιετικός αντιδραστήρας, που ξεκίνησε υπό την ηγεσία του Kurchatov, άρχισε να λειτουργεί. Το σώμα αυτού του αντιδραστήρα ήταν μια μπάλα διαμέτρου επτά μέτρων. Οι πρώτοι αντιδραστήρες δεν είχαν σύστημα ψύξης και η ισχύς τους ήταν ελάχιστη. Παρεμπιπτόντως, ο σοβιετικός αντιδραστήρας είχε μέση ισχύ 20 Watt και ο αμερικανικός - μόνο 1 Watt. Για σύγκριση: η μέση ισχύς των σύγχρονων αντιδραστήρων ισχύος είναι 5 Gigawatts. Λιγότερο από δέκα χρόνια μετά την εκτόξευση του πρώτου αντιδραστήρα, του πρώτου βιομηχανικού στον κόσμο πυρηνικό εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγήςστην πόλη Όμπνινσκ.

Η αρχή της λειτουργίας ενός πυρηνικού (πυρηνικού) αντιδραστήρα

Κάθε πυρηνικός αντιδραστήρας έχει πολλά μέρη: πυρήνας Με καύσιμα Και μεσολαβητής , ανακλαστήρας νετρονίων , ψυκτικό , σύστημα ελέγχου και προστασίας . Τα ισότοπα χρησιμοποιούνται συχνότερα ως καύσιμο στους αντιδραστήρες. ουράνιο (235, 238, 233), πλουτώνιο (239) και θόριο (232). Ο πυρήνας είναι ένας λέβητας μέσω του οποίου ρέει συνηθισμένο νερό (ψυκτικό). Μεταξύ άλλων ψυκτικών, το "βαρύ νερό" και ο υγρός γραφίτης χρησιμοποιούνται λιγότερο συχνά. Αν μιλάμε για τη λειτουργία πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, τότε ένας πυρηνικός αντιδραστήρας χρησιμοποιείται για την παραγωγή θερμότητας. Η ίδια η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται χρησιμοποιώντας την ίδια μέθοδο όπως σε άλλους τύπους σταθμών παραγωγής ενέργειας - ο ατμός περιστρέφει έναν στρόβιλο και η ενέργεια της κίνησης μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.

Παρακάτω είναι ένα διάγραμμα της λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα.

Όπως έχουμε ήδη πει, η διάσπαση ενός βαρέως πυρήνα ουρανίου παράγει ελαφρύτερα στοιχεία και αρκετά νετρόνια. Τα νετρόνια που προκύπτουν συγκρούονται με άλλους πυρήνες, προκαλώντας επίσης τη σχάση τους. Ταυτόχρονα, ο αριθμός των νετρονίων αυξάνεται σαν χιονοστιβάδα.

Πρέπει να αναφερθεί εδώ συντελεστής πολλαπλασιασμού νετρονίων . Έτσι, εάν αυτός ο συντελεστής υπερβαίνει μια τιμή ίση με ένα, συμβαίνει μια πυρηνική έκρηξη. Εάν η τιμή είναι μικρότερη από ένα, υπάρχουν πολύ λίγα νετρόνια και η αντίδραση πεθαίνει. Αλλά αν διατηρήσετε την τιμή του συντελεστή ίση με ένα, η αντίδραση θα προχωρήσει πολύ και σταθερά.

Το ερώτημα είναι πώς γίνεται αυτό; Στον αντιδραστήρα, το καύσιμο βρίσκεται στο λεγόμενο στοιχεία καυσίμου (TELakh). Πρόκειται για ράβδους που περιέχουν, με τη μορφή μικρών δισκίων, πυρηνικό καύσιμο . Οι ράβδοι καυσίμου συνδέονται σε κασέτες εξαγωνικού σχήματος, από τις οποίες μπορεί να υπάρχουν εκατοντάδες σε έναν αντιδραστήρα. Οι κασέτες με ράβδους καυσίμου είναι διατεταγμένες κάθετα και κάθε ράβδος καυσίμου έχει ένα σύστημα που σας επιτρέπει να ρυθμίζετε το βάθος της βύθισής της στον πυρήνα. Εκτός από τις ίδιες τις κασέτες, περιλαμβάνουν ράβδοι ελέγχου Και προστατευτικές ράβδοι έκτακτης ανάγκης . Οι ράβδοι είναι κατασκευασμένες από υλικό που απορροφά καλά τα νετρόνια. Έτσι, οι ράβδοι ελέγχου μπορούν να χαμηλώσουν σε διαφορετικά βάθη στον πυρήνα, ρυθμίζοντας έτσι τον παράγοντα πολλαπλασιασμού νετρονίων. Οι ράβδοι έκτακτης ανάγκης έχουν σχεδιαστεί για να κλείνουν τον αντιδραστήρα σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης.

Πώς ξεκινά ένας πυρηνικός αντιδραστήρας;

Έχουμε καταλάβει την ίδια την αρχή λειτουργίας, αλλά πώς να ξεκινήσουμε και να κάνουμε τον αντιδραστήρα να λειτουργεί; Σε γενικές γραμμές, εδώ είναι - ένα κομμάτι ουρανίου, αλλά η αλυσιδωτή αντίδραση δεν ξεκινά σε αυτό από μόνη της. Το θέμα είναι ότι στο πυρηνική φυσικήυπάρχει μια έννοια κρίσιμη μάζα .

Κρίσιμη μάζα είναι η μάζα του σχάσιμου υλικού που απαιτείται για την έναρξη μιας πυρηνικής αλυσιδωτής αντίδρασης.

Με τη βοήθεια ράβδων καυσίμου και ράβδων ελέγχου, δημιουργείται πρώτα μια κρίσιμη μάζα πυρηνικού καυσίμου στον αντιδραστήρα και στη συνέχεια ο αντιδραστήρας φέρεται στο βέλτιστο επίπεδο ισχύος σε διάφορα στάδια.

Σε αυτό το άρθρο, προσπαθήσαμε να σας δώσουμε μια γενική ιδέα για τη δομή και την αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού (πυρηνικού) αντιδραστήρα. Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις σχετικά με το θέμα ή σας έχουν ρωτήσει κάποιο πρόβλημα στην πυρηνική φυσική στο πανεπιστήμιο, επικοινωνήστε στους ειδικούς της εταιρείας μας. Ως συνήθως, είμαστε έτοιμοι να σας βοηθήσουμε να επιλύσετε οποιοδήποτε πιεστικό ζήτημα σχετικά με τις σπουδές σας. Και ενώ βρισκόμαστε σε αυτό, ιδού άλλο ένα εκπαιδευτικό βίντεο για την προσοχή σας!

Στα μέσα του εικοστού αιώνα, η προσοχή της ανθρωπότητας επικεντρώθηκε γύρω από το άτομο και την εξήγηση των επιστημόνων για την πυρηνική αντίδραση, την οποία αποφάσισαν αρχικά να χρησιμοποιήσουν για στρατιωτικούς σκοπούς, εφευρίσκοντας τις πρώτες πυρηνικές βόμβες σύμφωνα με το Manhattan Project. Αλλά στη δεκαετία του '50 του 20ου αιώνα, ο πυρηνικός αντιδραστήρας στην ΕΣΣΔ χρησιμοποιήθηκε για ειρηνικούς σκοπούς. Είναι γνωστό ότι στις 27 Ιουνίου 1954 μπήκε στην υπηρεσία της ανθρωπότητας ο πρώτος πυρηνικός σταθμός στον κόσμο ισχύος 5000 kW. Σήμερα, ένας πυρηνικός αντιδραστήρας καθιστά δυνατή την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας 4000 MW ή περισσότερο, δηλαδή 800 φορές περισσότερο από ό,τι πριν από μισό αιώνα.

Τι είναι ένας πυρηνικός αντιδραστήρας: βασικός ορισμός και κύρια συστατικά της μονάδας

Ένας πυρηνικός αντιδραστήρας είναι μια ειδική μονάδα που παράγει ενέργεια ως αποτέλεσμα της σωστής διατήρησης μιας ελεγχόμενης πυρηνικής αντίδρασης. Επιτρέπεται η χρήση της λέξης «ατομικός» σε συνδυασμό με τη λέξη «αντιδραστήρας». Πολλοί θεωρούν γενικά τις έννοιες «πυρηνικό» και «ατομικό» ως συνώνυμες, αφού δεν βρίσκουν θεμελιώδη διαφορά μεταξύ τους. Αλλά οι εκπρόσωποι της επιστήμης τείνουν σε έναν πιο σωστό συνδυασμό - "πυρηνικό αντιδραστήρα".

Ενδιαφέρων γεγονός!Πυρηνικές αντιδράσεις μπορεί να συμβούν με την απελευθέρωση ή την απορρόφηση ενέργειας.

Τα κύρια συστατικά στο σχεδιασμό ενός πυρηνικού αντιδραστήρα είναι τα ακόλουθα στοιχεία:

• Μεσολαβητής;
• Ράβδοι ελέγχου;
• Ράβδοι που περιέχουν εμπλουτισμένο μείγμα ισοτόπων ουρανίου.
• Ειδικά προστατευτικά στοιχεία έναντι της ακτινοβολίας.
• Ψυκτικό;
• Γεννήτρια ατμού;
• Τουρμπίνα;
• Γεννήτρια;
• Πυκνωτής;
• Πυρηνικό καύσιμο.

Ποιες θεμελιώδεις αρχές της λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα καθορίζονται από τους φυσικούς και γιατί είναι ακλόνητες

Η θεμελιώδης αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα βασίζεται στις ιδιαιτερότητες της εκδήλωσης μιας πυρηνικής αντίδρασης. Τη στιγμή μιας τυπικής πυρηνικής διαδικασίας φυσικής αλυσίδας, ένα σωματίδιο αλληλεπιδρά με έναν ατομικό πυρήνα, ως αποτέλεσμα, ο πυρήνας μετατρέπεται σε νέο με την απελευθέρωση δευτερογενών σωματιδίων, τα οποία οι επιστήμονες ονομάζουν γάμμα κβάντα. Κατά τη διάρκεια μιας πυρηνικής αλυσιδωτής αντίδρασης, απελευθερώνονται τεράστιες ποσότητες θερμικής ενέργειας. Ο χώρος στον οποίο συμβαίνει η αλυσιδωτή αντίδραση ονομάζεται πυρήνας του αντιδραστήρα.

Ενδιαφέρων γεγονός!Η ενεργή ζώνη εξωτερικά μοιάζει με λέβητα μέσω του οποίου ρέει συνηθισμένο νερό, ενεργώντας ως ψυκτικό.

Για να αποφευχθεί η απώλεια νετρονίων, η περιοχή του πυρήνα του αντιδραστήρα περιβάλλεται από έναν ειδικό ανακλαστήρα νετρονίων. Το πρωταρχικό του καθήκον είναι να απορρίψει τα περισσότερα από τα εκπεμπόμενα νετρόνια στον πυρήνα. Η ίδια ουσία που χρησιμεύει ως συντονιστής χρησιμοποιείται συνήθως ως ανακλαστήρας.

Ο κύριος έλεγχος ενός πυρηνικού αντιδραστήρα γίνεται με τη χρήση ειδικών ράβδων ελέγχου. Είναι γνωστό ότι αυτές οι ράβδοι εισάγονται στον πυρήνα του αντιδραστήρα και δημιουργούν όλες τις προϋποθέσεις για τη λειτουργία της μονάδας. Συνήθως οι ράβδοι ελέγχου κατασκευάζονται από τις χημικές ενώσεις βόριο και κάδμιο. Γιατί χρησιμοποιούνται αυτά τα συγκεκριμένα στοιχεία; Ναι, όλα αυτά επειδή το βόριο ή το κάδμιο είναι σε θέση να απορροφούν αποτελεσματικά τα θερμικά νετρόνια. Και μόλις προγραμματιστεί η εκτόξευση, σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, οι ράβδοι ελέγχου εισάγονται στον πυρήνα. Το πρωταρχικό τους καθήκον είναι να απορροφούν ένα σημαντικό μέρος νετρονίων, προκαλώντας έτσι την ανάπτυξη μιας αλυσιδωτής αντίδρασης. Το αποτέλεσμα πρέπει να φτάσει στο επιθυμητό επίπεδο. Όταν η ισχύς αυξάνεται πάνω από το καθορισμένο επίπεδο, ενεργοποιούνται αυτόματα μηχανήματα, βυθίζοντας απαραίτητα τις ράβδους ελέγχου βαθιά στον πυρήνα του αντιδραστήρα.

Έτσι, γίνεται σαφές ότι οι ράβδοι ελέγχου ή ελέγχου παίζουν σημαντικό ρόλο στη λειτουργία ενός θερμικού πυρηνικού αντιδραστήρα.

Και για να μειωθεί η διαρροή νετρονίων, ο πυρήνας του αντιδραστήρα περιβάλλεται από έναν ανακλαστήρα νετρονίων, ο οποίος ρίχνει μια σημαντική μάζα νετρονίων που ελεύθερα διαφεύγουν στον πυρήνα. Ο ανακλαστήρας χρησιμοποιεί συνήθως την ίδια ουσία με τον συντονιστή.

Σύμφωνα με το πρότυπο, ο πυρήνας των ατόμων της ουσίας συντονισμού έχει σχετικά μικρή μάζα, έτσι ώστε όταν συγκρούεται με έναν ελαφρύ πυρήνα, το νετρόνιο που υπάρχει στην αλυσίδα χάνει περισσότερη ενέργεια από ό, τι όταν συγκρούεται με ένα βαρύ. Οι πιο συνηθισμένοι συντονιστές είναι το συνηθισμένο νερό ή ο γραφίτης.

Ενδιαφέρων γεγονός!Τα νετρόνια στη διαδικασία μιας πυρηνικής αντίδρασης χαρακτηρίζονται από μια εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα κίνησης, γι' αυτό απαιτείται ένας συντονιστής για να ενθαρρύνει τα νετρόνια να χάσουν μέρος της ενέργειάς τους.

Κανένας αντιδραστήρας στον κόσμο δεν μπορεί να λειτουργήσει κανονικά χωρίς τη βοήθεια ψυκτικού, αφού σκοπός του είναι να αφαιρέσει την ενέργεια που παράγεται στην καρδιά του αντιδραστήρα. Υγρό ή αέρια πρέπει να χρησιμοποιούνται ως ψυκτικό, καθώς δεν είναι ικανά να απορροφούν νετρόνια. Ας δώσουμε ένα παράδειγμα ψυκτικού για έναν συμπαγή πυρηνικό αντιδραστήρα - νερό, διοξείδιο του άνθρακα και μερικές φορές ακόμη και υγρό μέταλλο νατρίου.

Έτσι, οι αρχές λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα βασίζονται εξ ολοκλήρου στους νόμους της αλυσιδωτής αντίδρασης και της πορείας της. Όλα τα εξαρτήματα του αντιδραστήρα - συντονιστής, ράβδοι, ψυκτικό υγρό, πυρηνικό καύσιμο - εκτελούν τις εργασίες που τους έχουν ανατεθεί, διασφαλίζοντας την κανονική λειτουργία του αντιδραστήρα.

Τι καύσιμο χρησιμοποιείται για πυρηνικούς αντιδραστήρες και γιατί επιλέγονται αυτά τα χημικά στοιχεία

Το κύριο καύσιμο στους αντιδραστήρες μπορεί να είναι ισότοπα ουρανίου, πλουτωνίου ή θορίου.

Το 1934, ο F. Joliot-Curie, έχοντας παρατηρήσει τη διαδικασία σχάσης του πυρήνα του ουρανίου, παρατήρησε ότι ως αποτέλεσμα χημική αντίδρασηο πυρήνας του ουρανίου χωρίζεται σε θραύσματα-πυρήνες και δύο ή τρία ελεύθερα νετρόνια. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει πιθανότητα τα ελεύθερα νετρόνια να ενωθούν με άλλους πυρήνες ουρανίου και να πυροδοτήσουν μια άλλη σχάση. Και έτσι, όπως προβλέπει η αλυσιδωτή αντίδραση: έξι έως εννέα νετρόνια θα απελευθερωθούν από τρεις πυρήνες ουρανίου και θα ενωθούν ξανά με τους νεοσχηματισμένους πυρήνες. Και ούτω καθεξής επί άπειρον.

Σημαντικό να θυμάστε!Τα νετρόνια που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια της πυρηνικής σχάσης είναι ικανά να προκαλέσουν τη σχάση των πυρήνων του ισοτόπου ουρανίου με αριθμό μάζας 235 και για να καταστρέψουν τους πυρήνες ενός ισοτόπου ουρανίου με αριθμό μάζας 238, η ενέργεια που παράγεται κατά τη διαδικασία διάσπασης μπορεί να είναι ανεπαρκής .

Το ουράνιο με αριθμό 235 βρίσκεται σπάνια στη φύση. Το μερίδιό της αντιστοιχεί μόνο στο 0,7%, αλλά το φυσικό ουράνιο-238 καταλαμβάνει μια πιο ευρύχωρη θέση και αποτελεί το 99,3%.

Παρά το τόσο μικρό ποσοστό ουρανίου-235 στη φύση, οι φυσικοί και οι χημικοί εξακολουθούν να μην μπορούν να το αρνηθούν, επειδή είναι πιο αποτελεσματικό για τη λειτουργία ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, μειώνοντας το κόστος παραγωγής ενέργειας για την ανθρωπότητα.

Πότε εμφανίστηκαν οι πρώτοι πυρηνικοί αντιδραστήρες και πού χρησιμοποιούνται συνήθως σήμερα;

Πίσω στο 1919, οι φυσικοί είχαν ήδη θριαμβεύσει όταν ο Ράδερφορντ ανακάλυψε και περιέγραψε τη διαδικασία σχηματισμού κινούμενων πρωτονίων ως αποτέλεσμα της σύγκρουσης των σωματιδίων άλφα με τους πυρήνες των ατόμων αζώτου. Αυτή η ανακάλυψη σήμαινε ότι ένας πυρήνας ισοτόπου αζώτου, ως αποτέλεσμα μιας σύγκρουσης με ένα σωματίδιο άλφα, μετατράπηκε σε πυρήνα ισοτόπου οξυγόνου.

Πριν εμφανιστούν οι πρώτοι πυρηνικοί αντιδραστήρες, ο κόσμος έμαθε αρκετούς νέους νόμους της φυσικής που ασχολούνται με όλες τις σημαντικές πτυχές των πυρηνικών αντιδράσεων. Έτσι, το 1934, οι F. Joliot-Curie, H. Halban, L. Kowarski πρότειναν για πρώτη φορά στην κοινωνία και στον κύκλο των παγκόσμιων επιστημόνων μια θεωρητική υπόθεση και βάση αποδείξεων σχετικά με τη δυνατότητα πραγματοποίησης πυρηνικών αντιδράσεων. Όλα τα πειράματα σχετίζονταν με την παρατήρηση της σχάσης ενός πυρήνα ουρανίου.

Το 1939, οι E. Fermi, I. Joliot-Curie, O. Gan, O. Frisch παρακολούθησαν την αντίδραση σχάσης των πυρήνων ουρανίου όταν βομβαρδίστηκαν με νετρόνια. Κατά τη διάρκεια της έρευνας, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι όταν ένα επιταχυνόμενο νετρόνιο χτυπά έναν πυρήνα ουρανίου, ο υπάρχων πυρήνας χωρίζεται σε δύο ή τρία μέρη.

Η αλυσιδωτή αντίδραση αποδείχθηκε πρακτικά στα μέσα του 20ού αιώνα. Οι επιστήμονες κατάφεραν να αποδείξουν το 1939 ότι η σχάση ενός πυρήνα ουρανίου απελευθερώνει περίπου 200 MeV ενέργειας. Αλλά περίπου 165 MeV κατανέμονται στην κινητική ενέργεια των πυρήνων θραυσμάτων, και το υπόλοιπο μεταφέρεται από τα κβάντα γάμμα. Αυτή η ανακάλυψη έκανε μια σημαντική ανακάλυψη στην κβαντική φυσική.

Ο Ε. Φέρμι συνέχισε το έργο και την έρευνά του για αρκετά ακόμη χρόνια και ξεκίνησε τον πρώτο πυρηνικό αντιδραστήρα το 1942 στις ΗΠΑ. Το έργο που υλοποιήθηκε ονομάστηκε «Chicago Woodpile» και τέθηκε στις ράγες. Στις 5 Σεπτεμβρίου 1945, ο Καναδάς εκτόξευσε τον πυρηνικό του αντιδραστήρα ZEEP. Η ευρωπαϊκή ήπειρος δεν έμεινε πολύ πίσω και ταυτόχρονα κατασκευαζόταν η εγκατάσταση F-1. Και για τους Ρώσους υπάρχει μια άλλη αξέχαστη ημερομηνία - 25 Δεκεμβρίου 1946 στη Μόσχα, υπό την ηγεσία του I. Kurchatov, ο αντιδραστήρας ξεκίνησε. Αυτοί δεν ήταν οι πιο ισχυροί πυρηνικοί αντιδραστήρες, αλλά ήταν η αρχή της κυριαρχίας του ατόμου από τον άνθρωπο.

Για ειρηνικούς σκοπούς, ένας επιστημονικός πυρηνικός αντιδραστήρας δημιουργήθηκε το 1954 στην ΕΣΣΔ. Το πρώτο ειρηνικό πυρηνοκίνητο πλοίο στον κόσμο εργοστάσιο ηλεκτρισμού- πυρηνικό παγοθραυστικό "Λένιν" - κατασκευάστηκε στη Σοβιετική Ένωση το 1959. Και ένα άλλο επίτευγμα του κράτους μας είναι το πυρηνικό παγοθραυστικό «Αρκτικά». Αυτό το πλοίο επιφανείας ήταν το πρώτο στον κόσμο που έφτασε στον Βόρειο Πόλο. Αυτό συνέβη το 1975.

Οι πρώτοι φορητοί πυρηνικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούσαν αργά νετρόνια.

Πού χρησιμοποιούνται οι πυρηνικοί αντιδραστήρες και ποιους τύπους χρησιμοποιεί η ανθρωπότητα;

• Βιομηχανικοί αντιδραστήρες. Χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας σε πυρηνικούς σταθμούς.
• Πυρηνικοί αντιδραστήρες που λειτουργούν ως μονάδες πρόωσης για πυρηνικά υποβρύχια.
• Πειραματικοί (φορητοί, μικροί) αντιδραστήρες. Χωρίς αυτά δεν πραγματοποιείται ούτε ένα σύγχρονο επιστημονικό πείραμα ή έρευνα.

Σήμερα, ο επιστημονικός κόσμος έχει μάθει να αφαλατώνει με τη βοήθεια ειδικών αντιδραστήρων. θαλασσινό νερό, παρέχουν στον πληθυσμό ποιότητα πόσιμο νερό. Υπάρχουν πολλοί πυρηνικοί αντιδραστήρες που λειτουργούν στη Ρωσία. Έτσι, σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, από το 2018 λειτουργούν περίπου 37 μονάδες στην πολιτεία.

Και σύμφωνα με την ταξινόμηση μπορούν να είναι οι εξής:

• Έρευνα (ιστορική). Αυτά περιλαμβάνουν τον σταθμό F-1, ο οποίος δημιουργήθηκε ως πειραματικός χώρος για την παραγωγή πλουτωνίου. Ο I.V. Kurchatov εργάστηκε στο F-1 και οδήγησε τον πρώτο φυσικό αντιδραστήρα.
• Έρευνα (ενεργό).
• Οπλοστάσιο. Ως παράδειγμα αντιδραστήρα - A-1, που έμεινε στην ιστορία ως ο πρώτος αντιδραστήρας με ψύξη. Η προηγούμενη ισχύς του πυρηνικού αντιδραστήρα είναι μικρή αλλά λειτουργική.
• Ενέργεια.
• Πλοία. Είναι γνωστό ότι σε πλοία και υποβρύχια, όταν χρειάζεται και τεχνική σκοπιμότηταχρησιμοποιούνται αντιδραστήρες νερού-νερού ή υγρού μετάλλου.
• Χώρος. Για παράδειγμα, ας ονομάσουμε την εγκατάσταση Yenisei σε διαστημόπλοια, η οποία τίθεται σε λειτουργία εάν είναι απαραίτητο να ληφθεί πρόσθετη ενέργεια και θα πρέπει να ληφθεί χρησιμοποιώντας ηλιακούς συλλέκτεςκαι πηγές ισοτόπων.

Έτσι, το θέμα των πυρηνικών αντιδραστήρων είναι αρκετά εκτεταμένο και ως εκ τούτου απαιτεί εις βάθος μελέτη και κατανόηση των νόμων κβαντική φυσική. Όμως, η σημασία των πυρηνικών αντιδραστήρων για την ενέργεια και την οικονομία του κράτους περιβάλλεται ήδη, αναμφίβολα, από μια αύρα χρησιμότητας και οφέλους.