Πώς λειτουργεί και λειτουργεί ένας πυρηνικός αντιδραστήρας. Ταξινόμηση πυρηνικών αντιδραστήρων ανά σκοπό

Σήμερα θα κάνουμε ένα σύντομο ταξίδι στον κόσμο της πυρηνικής φυσικής. Το θέμα της εκδρομής μας θα είναι ένας πυρηνικός αντιδραστήρας. Θα μάθετε πώς λειτουργεί, ποιες φυσικές αρχές διέπουν τη λειτουργία του και πού χρησιμοποιείται αυτή η συσκευή.

Η Γέννηση της Πυρηνικής Ενέργειας

Ο πρώτος πυρηνικός αντιδραστήρας στον κόσμο δημιουργήθηκε το 1942 στις ΗΠΑπειραματική ομάδα φυσικών με επικεφαλής τον βραβευμένο βραβείο ΝόμπελΕνρίκο Φέρμι. Ταυτόχρονα, πραγματοποίησαν μια αυτοσυντηρούμενη αντίδραση σχάσης ουρανίου. Το ατομικό τζίνι απελευθερώθηκε.

Ο πρώτος σοβιετικός πυρηνικός αντιδραστήρας ξεκίνησε το 1946.και 8 χρόνια αργότερα, ο πρώτος πυρηνικός σταθμός στον κόσμο στην πόλη Obninsk παρήγαγε ρεύμα. Ο επικεφαλής επιστημονικός διευθυντής της εργασίας στη βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας της ΕΣΣΔ ήταν ένας εξαιρετικός φυσικός Ιγκόρ Βασίλιεβιτς Κουρτσάτοφ.

Από τότε, αρκετές γενιές πυρηνικών αντιδραστήρων έχουν αλλάξει, αλλά τα κύρια στοιχεία του σχεδιασμού του έχουν παραμείνει αμετάβλητα.

Ανατομία πυρηνικού αντιδραστήρα

Αυτή η πυρηνική εγκατάσταση είναι μια χαλύβδινη δεξαμενή με παχύ τοίχωμα με κυλινδρική χωρητικότητα που κυμαίνεται από αρκετά κυβικά εκατοστά έως πολλά κυβικά μέτρα.

Μέσα σε αυτόν τον κύλινδρο είναι το ιερό των αγίων - πυρήνα αντιδραστήρα.Εδώ συμβαίνει η αλυσιδωτή αντίδραση πυρηνικής σχάσης.

Ας δούμε πώς συμβαίνει αυτή η διαδικασία.

Πυρήνες βαρέων στοιχείων, ιδίως Uranium-235 (U-235),υπό την επίδραση ενός μικρού ενεργειακού σοκ είναι ικανά να διαλυθούν σε 2 θραύσματα περίπου ίσης μάζας. Ο αιτιολογικός παράγοντας αυτής της διαδικασίας είναι το νετρόνιο.

Τα θραύσματα είναι πιο συχνά πυρήνες βαρίου και κρυπτών. Κάθε ένα από αυτά φέρει ένα θετικό φορτίο, έτσι οι δυνάμεις απώθησης του Κουλόμπ τους αναγκάζουν να πετάξουν μακριά προς διαφορετικές κατευθύνσεις με ταχύτητα περίπου 1/30 της ταχύτητας του φωτός. Αυτά τα θραύσματα είναι φορείς κολοσσιαίας κινητικής ενέργειας.

Για την πρακτική χρήση της ενέργειας, είναι απαραίτητο η απελευθέρωσή της να είναι αυτοσυντηρούμενη. Αλυσιδωτή αντίδραση,Η εν λόγω σχάση είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα γιατί κάθε γεγονός σχάσης συνοδεύεται από την εκπομπή νέων νετρονίων. Κατά μέσο όρο, παράγονται 2-3 νέα νετρόνια ανά αρχικό νετρόνιο. Ο αριθμός των σχάσιμων πυρήνων ουρανίου αυξάνεται σαν χιονοστιβάδα,προκαλώντας την απελευθέρωση τεράστιας ενέργειας. Εάν αυτή η διαδικασία δεν ελεγχθεί, θα συμβεί πυρηνική έκρηξη. Πραγματοποιείται σε .

Για τη ρύθμιση του αριθμού των νετρονίων υλικά που απορροφούν νετρόνια εισάγονται στο σύστημα,εξασφαλίζοντας ομαλή απελευθέρωση ενέργειας. Το κάδμιο ή το βόριο χρησιμοποιούνται ως απορροφητές νετρονίων.

Πώς να περιορίσετε και να χρησιμοποιήσετε την τεράστια κινητική ενέργεια των θραυσμάτων; Το ψυκτικό μέσο χρησιμοποιείται για αυτούς τους σκοπούς, δηλ. ένα ειδικό περιβάλλον, που κινείται στο οποίο τα θραύσματα επιβραδύνονται και το θερμαίνουν σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. Ένα τέτοιο μέσο μπορεί να είναι συνηθισμένο ή βαρύ νερό, υγρά μέταλλα (νάτριο), καθώς και μερικά αέρια. Για να μην προκληθεί η μετάβαση του ψυκτικού σε κατάσταση ατμού, διατηρείται υψηλή πίεση στον πυρήνα (έως 160 atm).Για το λόγο αυτό, τα τοιχώματα του αντιδραστήρα είναι κατασκευασμένα από χάλυβα δέκα εκατοστών ειδικών ποιοτήτων.

Εάν τα νετρόνια διαφύγουν πέρα ​​από το πυρηνικό καύσιμο, η αλυσιδωτή αντίδραση μπορεί να διακοπεί. Επομένως, υπάρχει μια κρίσιμη μάζα σχάσιμου υλικού, δηλ. την ελάχιστη μάζα του στην οποία θα διατηρηθεί μια αλυσιδωτή αντίδραση. Εξαρτάται από διάφορες παραμέτρους, συμπεριλαμβανομένης της παρουσίας ενός ανακλαστήρα που περιβάλλει τον πυρήνα του αντιδραστήρα. Χρησιμεύει για την πρόληψη της διαρροής νετρονίων περιβάλλον. Το πιο κοινό υλικό για αυτό δομικό στοιχείοείναι γραφίτης.

Οι διεργασίες που συμβαίνουν στον αντιδραστήρα συνοδεύονται από την απελευθέρωση του πιο επικίνδυνου τύπου ακτινοβολίας - ακτινοβολίας γάμμα. Για να ελαχιστοποιηθεί αυτός ο κίνδυνος, είναι εξοπλισμένος με αντι-ακτινοβολία.

Πώς λειτουργεί ένας πυρηνικός αντιδραστήρας;

Το πυρηνικό καύσιμο, που ονομάζεται ράβδος καυσίμου, τοποθετείται στον πυρήνα του αντιδραστήρα. Είναι ταμπλέτες που σχηματίζονται από θρυμματιζόμενο υλικό και τοποθετούνται σε λεπτούς σωλήνες μήκους περίπου 3,5 m και διαμέτρου 10 mm.

Εκατοντάδες παρόμοια συγκροτήματα καυσίμου τοποθετούνται στον πυρήνα και γίνονται πηγές θερμικής ενέργειας που απελευθερώνεται κατά την αλυσιδωτή αντίδραση. Το ψυκτικό που ρέει γύρω από τις ράβδους καυσίμου σχηματίζει το πρώτο κύκλωμα του αντιδραστήρα.

Θερμαίνεται σε υψηλές παραμέτρους, αντλείται σε μια γεννήτρια ατμού, όπου μεταφέρει την ενέργειά του στο νερό του δευτερεύοντος κυκλώματος, μετατρέποντάς το σε ατμό. Ο ατμός που προκύπτει περιστρέφει τη στροβιλογεννήτρια. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από αυτή τη μονάδα μεταδίδεται στον καταναλωτή. Και ο ατμός εξαγωγής, που ψύχεται από το νερό από τη λίμνη ψύξης, με τη μορφή συμπυκνώματος, επιστρέφει στη γεννήτρια ατμού. Ο κύκλος έχει ολοκληρωθεί.

Αυτή η λειτουργία διπλού κυκλώματος μιας πυρηνικής εγκατάστασης εξαλείφει τη διείσδυση της ακτινοβολίας που συνοδεύει τις διεργασίες που συμβαίνουν στον πυρήνα πέρα ​​από τα όριά του.

Έτσι, στον αντιδραστήρα υπάρχει μια αλυσίδα μετασχηματισμών ενέργειας: πυρηνική ενέργεια του σχάσιμου υλικού → σε κινητική ενέργεια θραυσμάτων → θερμική ενέργειαψυκτικό → κινητική ενέργεια του στροβίλου → και σε ηλεκτρική ενέργεια στη γεννήτρια.

Αναπόφευκτες απώλειες ενέργειας οδηγούν σε Αποδοτικότητα εργοστάσια πυρηνικής ενέργειαςσχετικά μικρό 33-34%.

Εκτός από την παραγωγή ηλεκτρική ενέργειαΣτα πυρηνικά εργοστάσια, οι πυρηνικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούνται για την παραγωγή διαφόρων ραδιενεργών ισοτόπων, για έρευνα σε πολλούς τομείς της βιομηχανίας και για τη μελέτη των επιτρεπόμενων παραμέτρων των βιομηχανικών αντιδραστήρων. Οι αντιδραστήρες μεταφορών, οι οποίοι παρέχουν ενέργεια για τους κινητήρες των οχημάτων, γίνονται ολοένα και πιο διαδεδομένοι.

Τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων

Συνήθως, οι πυρηνικοί αντιδραστήρες λειτουργούν με ουράνιο U-235. Ωστόσο, το περιεχόμενό του είναι φυσικό υλικόεξαιρετικά μικρό, μόνο 0,7%. Ο κύριος όγκος του φυσικού ουρανίου είναι το ισότοπο U-238. Μόνο τα αργά νετρόνια μπορούν να προκαλέσουν αλυσιδωτή αντίδραση στο U-235 και το ισότοπο U-238 διασπάται μόνο από γρήγορα νετρόνια. Ως αποτέλεσμα της διάσπασης του πυρήνα, γεννιούνται τόσο αργά όσο και γρήγορα νετρόνια. Τα γρήγορα νετρόνια, που αντιμετωπίζουν αναστολή στο ψυκτικό υγρό (νερό), γίνονται αργά. Όμως η ποσότητα του ισοτόπου U-235 στο φυσικό ουράνιο είναι τόσο μικρή που είναι απαραίτητο να καταφύγουμε στον εμπλουτισμό του, ανεβάζοντας τη συγκέντρωσή του στο 3-5%. Αυτή η διαδικασία είναι πολύ δαπανηρή και οικονομικά ασύμφορη. Επιπλέον, ο χρόνος εξάντλησης των φυσικών πόρων αυτού του ισοτόπου υπολογίζεται σε μόλις 100-120 χρόνια.

Επομένως, στην πυρηνική βιομηχανία Υπάρχει μια σταδιακή μετάβαση σε αντιδραστήρες που λειτουργούν με γρήγορα νετρόνια.

Η κύρια διαφορά τους είναι ότι τα υγρά μέταλλα χρησιμοποιούνται ως ψυκτικό, τα οποία δεν επιβραδύνουν τα νετρόνια και το U-238 χρησιμοποιείται ως πυρηνικό καύσιμο. Οι πυρήνες αυτού του ισοτόπου περνούν μέσα από μια αλυσίδα πυρηνικών μετασχηματισμών σε Πλουτώνιο-239, το οποίο υπόκειται σε αλυσιδωτή αντίδραση με τον ίδιο τρόπο όπως το U-235. Δηλαδή, το πυρηνικό καύσιμο αναπαράγεται και σε ποσότητες που υπερβαίνουν την κατανάλωσή του.

Σύμφωνα με τους ειδικούς Τα αποθέματα του ισοτόπου Ουράνιο-238 θα είναι αρκετά για 3000 χρόνια.Αυτός ο χρόνος είναι αρκετός ώστε η ανθρωπότητα να έχει αρκετό χρόνο για να αναπτύξει άλλες τεχνολογίες.

Προβλήματα χρήσης πυρηνικής ενέργειας

Μαζί με τα προφανή πλεονεκτήματα της πυρηνικής ενέργειας, δεν μπορεί να υποτιμηθεί η κλίμακα των προβλημάτων που σχετίζονται με τη λειτουργία των πυρηνικών εγκαταστάσεων.

Το πρώτο είναι διάθεση ραδιενεργών αποβλήτων και αποσυναρμολογημένος εξοπλισμός πυρηνική ενέργεια. Αυτά τα στοιχεία έχουν ενεργή ακτινοβολία υποβάθρου που παραμένει για μεγάλο χρονικό διάστημα. Για τη διάθεση αυτών των απορριμμάτων, χρησιμοποιούνται ειδικά δοχεία μολύβδου. Υποτίθεται ότι θα ταφούν σε περιοχές μόνιμος παγετόςσε βάθος έως και 600 μέτρα. Ως εκ τούτου, συνεχίζονται οι εργασίες για να βρεθεί ένας τρόπος για την ανακύκλωση των ραδιενεργών αποβλήτων, που θα πρέπει να λύσει το πρόβλημα της διάθεσης και να συμβάλει στη διατήρηση της οικολογίας του πλανήτη μας.

Το δεύτερο όχι λιγότερο σοβαρό πρόβλημα είναι διασφαλίζοντας την ασφάλεια κατά τη λειτουργία του NPP.Μεγάλα ατυχήματα όπως το Τσερνομπίλ μπορούν να στοιχίσουν πολλές ζωές και να καταστήσουν άχρηστες τεράστιες περιοχές.

Το ατύχημα στον ιαπωνικό πυρηνικό σταθμό Fukushima-1 επιβεβαίωσε μόνο τον πιθανό κίνδυνο που εκδηλώνεται όταν εμφανίζεται μια κατάσταση έκτακτης ανάγκης σε πυρηνικές εγκαταστάσεις.

Ωστόσο, οι δυνατότητες της πυρηνικής ενέργειας είναι τόσο μεγάλες που τα περιβαλλοντικά προβλήματα σβήνουν στο παρασκήνιο.

Σήμερα, η ανθρωπότητα δεν έχει άλλο τρόπο να ικανοποιήσει την ολοένα αυξανόμενη ενεργειακή της πείνα. Η βάση της πυρηνικής ενέργειας του μέλλοντος θα είναι πιθανώς οι «γρήγοροι» αντιδραστήρες με λειτουργία αναπαραγωγής πυρηνικών καυσίμων.

Εάν αυτό το μήνυμα σας ήταν χρήσιμο, θα χαρώ να σας δω

Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες έχουν μια δουλειά: να διαχωρίζουν τα άτομα σε μια ελεγχόμενη αντίδραση και να χρησιμοποιούν την απελευθερωμένη ενέργεια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Για πολλά χρόνια, οι αντιδραστήρες θεωρούνταν ταυτόχρονα ως θαύμα και ως απειλή.

Όταν ο πρώτος εμπορικός αντιδραστήρας των ΗΠΑ κυκλοφόρησε στο Shippingport της Πενσυλβάνια το 1956, η τεχνολογία χαιρετίστηκε ως η πηγή ενέργειας του μέλλοντος και ορισμένοι πίστευαν ότι οι αντιδραστήρες θα έκαναν την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας πολύ φθηνή. Υπάρχουν τώρα 442 πυρηνικοί αντιδραστήρες κατασκευασμένοι σε όλο τον κόσμο, περίπου το ένα τέταρτο αυτών των αντιδραστήρων βρίσκονται στις Ηνωμένες Πολιτείες. Ο κόσμος έχει γίνει εξαρτημένος από πυρηνικούς αντιδραστήρες, οι οποίοι παράγουν το 14 τοις εκατό της ηλεκτρικής του ενέργειας. Οι φουτουριστές φαντασιώνονταν ακόμη και τα πυρηνικά αυτοκίνητα.

Όταν ο αντιδραστήρας Μονάδας 2 στο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας Three Mile Island στην Πενσυλβάνια παρουσίασε βλάβη στο σύστημα ψύξης και μερική κατάρρευση του ραδιενεργού καυσίμου του το 1979, τα θερμά συναισθήματα για τους αντιδραστήρες άλλαξαν ριζικά. Παρόλο που ο κατεστραμμένος αντιδραστήρας περιορίστηκε και δεν εκπέμπεται σοβαρή ακτινοβολία, πολλοί άνθρωποι άρχισαν να θεωρούν τους αντιδραστήρες ως πολύ περίπλοκους και ευάλωτους, με δυνητικά καταστροφικές συνέπειες. Οι άνθρωποι ανησυχούσαν επίσης για τα ραδιενεργά απόβλητα από τους αντιδραστήρες. Ως αποτέλεσμα, η κατασκευή νέων πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής στις Ηνωμένες Πολιτείες έχει σταματήσει. Όταν συνέβη ένα σοβαρότερο ατύχημα στις Πυρηνικός σταθμός του Τσερνομπίλστη Σοβιετική Ένωση το 1986, η πυρηνική ενέργεια φαινόταν καταδικασμένη.

Όμως, στις αρχές της δεκαετίας του 2000, οι πυρηνικοί αντιδραστήρες άρχισαν να επιστρέφουν, χάρη στις αυξανόμενες ενεργειακές απαιτήσεις και τη μείωση των αποθεμάτων ορυκτών καυσίμων, καθώς και στις αυξανόμενες ανησυχίες για την κλιματική αλλαγή που προκύπτει από τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα.

Αλλά τον Μάρτιο του 2011, συνέβη μια άλλη κρίση - αυτή τη φορά ο πυρηνικός σταθμός Fukushima 1 στην Ιαπωνία υπέστη σοβαρές ζημιές από σεισμό.

Χρήση πυρηνικής αντίδρασης

Με απλά λόγια, ένας πυρηνικός αντιδραστήρας διασπά τα άτομα και απελευθερώνει την ενέργεια που συγκρατεί τα μέρη τους ενωμένα.

Αν έχετε ξεχάσει τη φυσική Λύκειο, θα σας υπενθυμίσουμε πώς πυρηνική διάσπασηέργα. Τα άτομα είναι σαν μικροσκοπικά ηλιακά συστήματα, με πυρήνα σαν τον Ήλιο και ηλεκτρόνια σαν πλανήτες σε τροχιά γύρω του. Ο πυρήνας αποτελείται από σωματίδια που ονομάζονται πρωτόνια και νετρόνια, τα οποία είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους. Η δύναμη που δεσμεύει τα στοιχεία του πυρήνα είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς. Είναι πολλές δισεκατομμύρια φορές ισχυρότερο από τη δύναμη της βαρύτητας. Παρά αυτή την τεράστια δύναμη, είναι δυνατό να διαιρεθεί ένας πυρήνας—πυροβολώντας νετρόνια σε αυτόν. Όταν γίνει αυτό, θα απελευθερωθεί πολλή ενέργεια. Όταν τα άτομα διασπώνται, τα σωματίδια τους συντρίβονται σε κοντινά άτομα, χωρίζοντάς τα, και αυτά, με τη σειρά τους, είναι τα επόμενα, τα επόμενα και τα επόμενα. Υπάρχει ένα λεγόμενο αλυσιδωτή αντίδραση.

Το ουράνιο, ένα στοιχείο με μεγάλα άτομα, είναι ιδανικό για τη διαδικασία σχάσης επειδή η δύναμη που δεσμεύει τα σωματίδια του πυρήνα του είναι σχετικά ασθενής σε σύγκριση με άλλα στοιχεία. Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούν ένα συγκεκριμένο ισότοπο που ονομάζεται Uέτρεξα-235 . Το ουράνιο-235 είναι σπάνιο στη φύση, με το μετάλλευμα από ορυχεία ουρανίου να περιέχει μόνο περίπου 0,7% Ουράνιο-235. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιούνται αντιδραστήρες εμπλουτισμένοςUπληγές, το οποίο δημιουργείται με το διαχωρισμό και τη συμπύκνωση του ουρανίου-235 μέσω μιας διαδικασίας διάχυσης αερίου.

Μια διαδικασία αλυσιδωτής αντίδρασης μπορεί να δημιουργηθεί σε μια ατομική βόμβα, παρόμοια με αυτές που έπεσαν στις ιαπωνικές πόλεις Χιροσίμα και Ναγκασάκι κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου. Αλλά σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, η αλυσιδωτή αντίδραση ελέγχεται με την εισαγωγή ράβδων ελέγχου κατασκευασμένων από υλικά όπως το κάδμιο, το άφνιο ή το βόριο που απορροφούν μερικά από τα νετρόνια. Αυτό εξακολουθεί να επιτρέπει στη διαδικασία σχάσης να απελευθερώσει αρκετή ενέργεια για να θερμάνει το νερό σε περίπου 270 βαθμούς Κελσίου και να το μετατρέψει σε ατμό, ο οποίος χρησιμοποιείται για την περιστροφή των στροβίλων του σταθμού παραγωγής ενέργειας και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Βασικά, σε αυτήν την περίπτωση, μια ελεγχόμενη πυρηνική βόμβα λειτουργεί αντί για άνθρακα για τη δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας, με τη διαφορά ότι η ενέργεια για να βράσει το νερό προέρχεται από τη διάσπαση των ατόμων αντί της καύσης άνθρακα.

Εξαρτήματα πυρηνικών αντιδραστήρων

Υπάρχουν λίγα διάφοροι τύποιπυρηνικούς αντιδραστήρες, αλλά όλοι έχουν κάποιους Γενικά χαρακτηριστικά. Όλα διαθέτουν σφαιρίδια ραδιενεργού καυσίμου - συνήθως οξείδιο ουρανίου - τα οποία είναι διατεταγμένα σε σωλήνες για να σχηματίσουν ράβδους καυσίμου στο ενεργές ζώνεςμιαντιδραστήρας.

Ο αντιδραστήρας έχει επίσης τα προαναφερθέντα διαχειριστέςμιράβδοςΚαι- κατασκευασμένο από υλικό απορρόφησης νετρονίων όπως κάδμιο, άφνιο ή βόριο, το οποίο εισάγεται για να ελέγξει ή να σταματήσει μια αντίδραση.

Ο αντιδραστήρας έχει επίσης μεσολαβητής, μια ουσία που επιβραδύνει τα νετρόνια και βοηθά στον έλεγχο της διαδικασίας σχάσης. Οι περισσότεροι αντιδραστήρες στις Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποιούν συνηθισμένο νερό, αλλά οι αντιδραστήρες σε άλλες χώρες χρησιμοποιούν μερικές φορές γραφίτη ή βαρύςΟυάουνερόστο, στο οποίο το υδρογόνο αντικαθίσταται από δευτέριο, ένα ισότοπο υδρογόνου με ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο. Ένα άλλο σημαντικό μέρος του συστήματος είναι ψύξηκαι εγώυγρόσι, συνήθως συνηθισμένο νερό, το οποίο απορροφά και μεταφέρει θερμότητα από τον αντιδραστήρα για να δημιουργήσει ατμό για την περιστροφή της τουρμπίνας και ψύχει την περιοχή του αντιδραστήρα έτσι ώστε να μην φτάσει στη θερμοκρασία στην οποία θα λιώσει το ουράνιο (περίπου 3815 βαθμούς Κελσίου).

Τέλος, ο αντιδραστήρας περικλείεται μέσα κοχύλιαστο, μια μεγάλη, βαριά κατασκευή, συνήθως πάχους πολλών μέτρων, κατασκευασμένη από χάλυβα και σκυρόδεμα που κρατά ραδιενεργά αέρια και υγρά μέσα όπου δεν μπορούν να βλάψουν κανέναν.

Υπάρχουν ένας αριθμός διάφορα σχέδιααντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται, αλλά ένας από τους πιο συνηθισμένους είναι αντιδραστήρας ενέργειας υπό πίεση νερού (VVER). Σε έναν τέτοιο αντιδραστήρα, το νερό ωθείται σε επαφή με τον πυρήνα και στη συνέχεια παραμένει εκεί υπό τέτοια πίεση που δεν μπορεί να μετατραπεί σε ατμό. Αυτό το νερό στη συνέχεια έρχεται σε επαφή με νερό χωρίς πίεση στη γεννήτρια ατμού, η οποία μετατρέπεται σε ατμό, ο οποίος περιστρέφει τους στρόβιλους. Υπάρχει και σχέδιο αντιδραστήρας τύπου καναλιού υψηλής ισχύος (RBMK)με ένα κύκλωμα νερού και γρήγορος αντιδραστήρας νετρονίωνμε δύο κυκλώματα νατρίου και ένα νερό.

Πόσο ασφαλής είναι ένας πυρηνικός αντιδραστήρας;

Η απάντηση σε αυτήν την ερώτηση είναι αρκετά δύσκολη και εξαρτάται από το ποιον ρωτάτε και πώς ορίζετε το "ασφαλές". Ανησυχείτε για την ακτινοβολία ή τα ραδιενεργά απόβλητα που παράγονται στους αντιδραστήρες; Ή σας ανησυχεί περισσότερο η πιθανότητα ενός καταστροφικού ατυχήματος; Τι βαθμό κινδύνου θεωρείτε αποδεκτό συμβιβασμό για τα οφέλη της πυρηνικής ενέργειας; Και κατά πόσο εμπιστεύεστε την κυβέρνηση και την πυρηνική ενέργεια;

Η «ακτινοβολία» είναι ένα ισχυρό επιχείρημα, κυρίως επειδή όλοι γνωρίζουμε ότι μεγάλες δόσεις ακτινοβολίας, όπως από μια πυρηνική βόμβα, μπορούν να σκοτώσουν πολλές χιλιάδες ανθρώπους.

Οι υποστηρικτές της πυρηνικής ενέργειας, ωστόσο, επισημαίνουν ότι όλοι είμαστε τακτικά εκτεθειμένοι σε ακτινοβολία από διάφορες πηγές, συμπεριλαμβανομένων των κοσμικών ακτίνων και της φυσικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τη Γη. Η μέση ετήσια δόση ακτινοβολίας είναι περίπου 6,2 millisieverts (mSv), το μισό από φυσικές πηγές και το μισό από ανθρωπογενείς πηγές που κυμαίνονται από ακτινογραφίες θώρακα, ανιχνευτές καπνού και φωτεινά ρολόγια. Πόση ακτινοβολία λαμβάνουμε από τους πυρηνικούς αντιδραστήρες; Μόνο ένα μικρό κλάσμα του ποσοστού της τυπικής ετήσιας έκθεσής μας είναι 0,0001 mSv.

Ενώ όλοι οι πυρηνικοί σταθμοί αναπόφευκτα διαρρέουν μικρές ποσότητες ακτινοβολίας, οι ρυθμιστικές επιτροπές υποχρεώνουν τους χειριστές των εγκαταστάσεων να τηρούν αυστηρές απαιτήσεις. Δεν μπορούν να εκθέσουν τους ανθρώπους που ζουν γύρω από το εργοστάσιο σε περισσότερο από 1 mSv ακτινοβολίας ετησίως και οι εργαζόμενοι στο εργοστάσιο έχουν όριο 50 mSv ετησίως. Αυτό μπορεί να φαίνεται πολύ, αλλά σύμφωνα με τη Ρυθμιστική Επιτροπή Πυρηνικών, δεν υπάρχουν ιατρικές αποδείξεις ότι οι ετήσιες δόσεις ακτινοβολίας κάτω των 100 mSv ενέχουν κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία.

Αλλά είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι δεν συμφωνούν όλοι με αυτήν την αυτάρεσκη εκτίμηση των κινδύνων ραδιενέργειας. Για παράδειγμα, οι Γιατροί για την Κοινωνική Ευθύνη, μακροχρόνιος επικριτής της πυρηνικής βιομηχανίας, μελέτησαν παιδιά που ζούσαν γύρω από γερμανικούς πυρηνικούς σταθμούς. Η μελέτη διαπίστωσε ότι οι άνθρωποι που ζούσαν σε απόσταση 5 χιλιομέτρων από εγκαταστάσεις είχαν διπλάσιο κίνδυνο να προσβληθούν από λευχαιμία σε σύγκριση με όσους ζούσαν μακριά από πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.

Απόβλητα πυρηνικών αντιδραστήρων

Η πυρηνική ενέργεια διαφημίζεται από τους υποστηρικτές της ως «καθαρή» ενέργεια επειδή ο αντιδραστήρας δεν εκπέμπει μεγάλες ποσότητες αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα σε σύγκριση με τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα. Οι κριτικοί όμως επισημαίνουν κάτι άλλο ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟ πρόβλημα— διάθεση πυρηνικών αποβλήτων. Ορισμένα από τα αναλωμένα καύσιμα από τους αντιδραστήρες εξακολουθούν να απελευθερώνουν ραδιενέργεια. Άλλο περιττό υλικό που πρέπει να σωθεί είναι ραδιενεργά απόβλητα υψηλό επίπεδο , ένα υγρό υπόλειμμα από την επανεπεξεργασία αναλωμένου καυσίμου, στο οποίο παραμένει μέρος του ουρανίου. Αυτήν τη στιγμή, τα περισσότερα από αυτά τα απόβλητα αποθηκεύονται τοπικά σε πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής σε λίμνες νερού, οι οποίες απορροφούν μέρος της υπολειπόμενης θερμότητας που παράγεται από τα αναλωμένα καύσιμα και βοηθούν στην προστασία των εργαζομένων από την έκθεση στην ακτινοβολία.

Ένα από τα προβλήματα με το αναλωθέν πυρηνικό καύσιμο είναι ότι έχει αλλοιωθεί από τη διαδικασία σχάσης Όταν τα μεγάλα άτομα ουρανίου χωρίζονται, δημιουργούν υποπροϊόντα - ραδιενεργά ισότοπα πολλών ελαφρών στοιχείων όπως το καίσιο-137 και το στρόντιο-90. προϊόντα σχάσης. Είναι θερμά και εξαιρετικά ραδιενεργά, αλλά τελικά, σε μια περίοδο 30 ετών, διασπώνται σε λιγότερο επικίνδυνες μορφές. Αυτή η περίοδος καλείται για αυτούς Ππερίοδοςωμημιζωή. Άλλα ραδιενεργά στοιχεία θα έχουν διαφορετικούς χρόνους ημιζωής. Επιπλέον, ορισμένα άτομα ουρανίου δεσμεύουν επίσης νετρόνια, σχηματίζοντας βαρύτερα στοιχεία όπως το πλουτώνιο. Αυτά τα στοιχεία υπερουρανίου δεν δημιουργούν τόση θερμότητα ή διεισδυτική ακτινοβολία όπως τα προϊόντα σχάσης, αλλά χρειάζονται πολύ περισσότερο χρόνο για να διασπαστούν. Το πλουτώνιο-239, για παράδειγμα, έχει χρόνο ημιζωής 24.000 χρόνια.

Αυτά τα ραδιενεργόςμιαπόβληταμικρό υψηλό επίπεδοτων αντιδραστήρων είναι επικίνδυνοι για τον άνθρωπο και άλλες μορφές ζωής, επειδή μπορούν να απελευθερώσουν τεράστιες, θανατηφόρες δόσεις ακτινοβολίας ακόμη και από μια σύντομη έκθεση. Δέκα χρόνια μετά την αφαίρεση του εναπομείναντος καυσίμου από έναν αντιδραστήρα, για παράδειγμα, εκπέμπουν 200 φορές περισσότερη ραδιενέργεια την ώρα από ό,τι θα χρειαζόταν για να σκοτώσει έναν άνθρωπο. Και αν τα απόβλητα καταλήξουν σε υπόγεια ύδαταή ποτάμια, μπορούν να εισέλθουν στην τροφική αλυσίδα και να θέσουν σε κίνδυνο μεγάλο αριθμό ανθρώπων.

Επειδή τα απόβλητα είναι τόσο επικίνδυνα, πολλοί άνθρωποι βρίσκονται σε δύσκολη κατάσταση. 60.000 τόνοι απορριμμάτων βρίσκονται σε πυρηνικούς σταθμούς που βρίσκονται κοντά μεγάλες πόλεις. Αλλά η εύρεση ενός ασφαλούς μέρους για την αποθήκευση των απορριμμάτων δεν είναι εύκολη.

Τι μπορεί να πάει στραβά με έναν πυρηνικό αντιδραστήρα;

Με τις κυβερνητικές ρυθμιστικές αρχές να ανατρέχουν στην εμπειρία τους, οι μηχανικοί έχουν αφιερώσει πολύ χρόνο όλα αυτά τα χρόνια σχεδιάζοντας αντιδραστήρες για βέλτιστη ασφάλεια. Απλώς δεν χαλάνε, δεν λειτουργούν σωστά και έχουν εφεδρικά μέτρα ασφαλείας αν κάτι δεν πάει σύμφωνα με το σχέδιο. Ως αποτέλεσμα, χρόνο με το χρόνο, οι πυρηνικοί σταθμοί φαίνονται αρκετά ασφαλείς σε σύγκριση, ας πούμε, με τα αεροπορικά ταξίδια, τα οποία σκοτώνουν τακτικά μεταξύ 500 και 1.100 ανθρώπων ετησίως σε όλο τον κόσμο.

Ωστόσο, οι πυρηνικοί αντιδραστήρες υφίστανται μεγάλες βλάβες. Στη διεθνή κλίμακα πυρηνικών γεγονότων, η οποία βαθμολογεί τα ατυχήματα σε αντιδραστήρες από 1 έως 7, έχουν σημειωθεί πέντε ατυχήματα από το 1957 με ποσοστό από 5 έως 7.

Ο χειρότερος εφιάλτης είναι η βλάβη του συστήματος ψύξης, η οποία οδηγεί σε υπερθέρμανση του καυσίμου. Το καύσιμο μετατρέπεται σε υγρό και στη συνέχεια καίγεται μέσω του περιβλήματος, απελευθερώνοντας ραδιενεργή ακτινοβολία. Το 1979, η Μονάδα 2 στον πυρηνικό σταθμό Three Mile Island (ΗΠΑ) ήταν στα πρόθυρα αυτού του σεναρίου. Ευτυχώς, ένα καλά σχεδιασμένο σύστημα περιορισμού ήταν αρκετά ισχυρό για να σταματήσει τη διαφυγή της ακτινοβολίας.

Η ΕΣΣΔ ήταν λιγότερο τυχερή. Ένα σοβαρό πυρηνικό ατύχημα συνέβη τον Απρίλιο του 1986 στην 4η μονάδα ισχύος στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ. Αυτό προκλήθηκε από έναν συνδυασμό αστοχιών συστήματος, ελαττωμάτων σχεδιασμού και ανεπαρκώς εκπαιδευμένου προσωπικού. Κατά τη διάρκεια ενός ελέγχου ρουτίνας, η αντίδραση εντάθηκε ξαφνικά και οι ράβδοι ελέγχου μπλοκαρίστηκαν, αποτρέποντας έκτακτη διακοπή λειτουργίας. Η ξαφνική συσσώρευση ατμού προκάλεσε δύο θερμικές εκρήξεις, εκτοξεύοντας τον γραφίτη του αντιδραστήρα στον αέρα. Ελλείψει τίποτα που να ψύχει τις ράβδους καυσίμου του αντιδραστήρα, άρχισαν να υπερθερμαίνονται και να καταρρέουν εντελώς, με αποτέλεσμα το καύσιμο να πάρει υγρή μορφή. Πολλοί εργάτες σταθμών και εκκαθαριστές ατυχημάτων πέθαναν. Μεγάλη ποσότητα ακτινοβολίας εξαπλώθηκε σε μια περιοχή 323.749 τετραγωνικών χιλιομέτρων. Ο αριθμός των θανάτων που προκαλούνται από την ακτινοβολία είναι ακόμα ασαφής, αλλά ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας λέει ότι μπορεί να προκάλεσε 9.000 θανάτους από καρκίνο.

Οι κατασκευαστές πυρηνικών αντιδραστήρων παρέχουν εγγυήσεις με βάση πιθανολογική εκτίμησημι, στο οποίο προσπαθούν να εξισορροπήσουν την πιθανή βλάβη ενός γεγονότος με την πιθανότητα να συμβεί στην πραγματικότητα. Ωστόσο, ορισμένοι κριτικοί λένε ότι θα πρέπει να προετοιμαστούν για σπάνια, απροσδόκητα αλλά άκρως επικίνδυνα γεγονότα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το ατύχημα τον Μάρτιο του 2011 στις πυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής Fukushima 1 στην Ιαπωνία. Ο σταθμός φέρεται να σχεδιάστηκε για να αντέχει σε έναν ισχυρό σεισμό, αλλά όχι τόσο καταστροφικό όσο ο σεισμός 9,0 Ρίχτερ που έστειλε ένα κύμα τσουνάμι 14 μέτρων πάνω από αναχώματα σχεδιασμένα να αντέχουν ένα κύμα 5,4 μέτρων. Η επίθεση του τσουνάμι κατέστρεψε τις εφεδρικές γεννήτριες ντίζελ που προορίζονταν να τροφοδοτήσουν το σύστημα ψύξης των έξι αντιδραστήρων του εργοστασίου σε περίπτωση διακοπής ρεύματος. Έτσι, ακόμη και μετά τη διακοπή της σχάσης των αντιδραστήρων της Φουκουσίμα, το καύσιμο που ήταν ακόμα ζεστό επέτρεψε τις θερμοκρασίες. να υψωθούν επικίνδυνα μέσα στους κατεστραμμένους αντιδραστήρες.

Ιάπωνες αξιωματούχοι κατέφυγαν τουλάχιστον- πλημμυρίζοντας αντιδραστήρες με τεράστιες ποσότητες θαλασσινό νερόμε την προσθήκη βορικού οξέος, το οποίο μπόρεσε να αποτρέψει μια καταστροφή, αλλά κατέστρεψε τον εξοπλισμό του αντιδραστήρα. Τελικά, με τη βοήθεια πυροσβεστικών οχημάτων και φορτηγίδων, οι Ιάπωνες μπόρεσαν να αντλήσουν γλυκό νερόσε αντιδραστήρες. Αλλά μέχρι τότε, η παρακολούθηση είχε ήδη δείξει ανησυχητικά επίπεδα ακτινοβολίας στη γύρω γη και το νερό. Σε ένα χωριό 40 χλμ. από το εργοστάσιο, το ραδιενεργό στοιχείο Καισίου-137 βρέθηκε σε επίπεδα πολύ υψηλότερα από ό,τι μετά την καταστροφή του Τσερνομπίλ, εγείροντας αμφιβολίες για την πιθανότητα ανθρώπινης κατοίκησης στην περιοχή.

Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας βασίζονται στην εκκίνηση και τον έλεγχο μιας αυτοσυντηρούμενης πυρηνικής αντίδρασης. Χρησιμοποιείται ως εργαλείο έρευνας, για την παραγωγή ραδιενεργών ισοτόπων και ως πηγή ενέργειας για πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.

αρχή λειτουργίας (συνοπτικά)

Αυτό χρησιμοποιεί μια διαδικασία κατά την οποία ένας βαρύς πυρήνας διασπάται σε δύο μικρότερα θραύσματα. Αυτά τα θραύσματα βρίσκονται σε πολύ διεγερμένη κατάσταση και εκπέμπουν νετρόνια, άλλα υποατομικά σωματίδια και φωτόνια. Τα νετρόνια μπορούν να προκαλέσουν νέες σχάσεις, με αποτέλεσμα να εκπέμπονται περισσότερες από αυτές κ.ο.κ. Μια τέτοια συνεχής αυτοσυντηρούμενη σειρά σχισμών ονομάζεται αλυσιδωτή αντίδραση. Έτσι απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας, η παραγωγή της οποίας είναι ο σκοπός της χρήσης πυρηνικών σταθμών.

Η αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα είναι τέτοια ώστε περίπου το 85% της ενέργειας σχάσης απελευθερώνεται μέσα σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα μετά την έναρξη της αντίδρασης. Το υπόλοιπο παράγεται από τη ραδιενεργή διάσπαση των προϊόντων σχάσης αφού έχουν εκπέμψει νετρόνια. Η ραδιενεργή διάσπαση είναι μια διαδικασία κατά την οποία ένα άτομο φτάνει σε μια πιο σταθερή κατάσταση. Συνεχίζεται μετά την ολοκλήρωση της διαίρεσης.

Σε μια ατομική βόμβα, η αλυσιδωτή αντίδραση αυξάνεται σε ένταση έως ότου το μεγαλύτερο μέρος του υλικού διασπαστεί. Αυτό συμβαίνει πολύ γρήγορα, προκαλώντας τις εξαιρετικά ισχυρές εκρήξεις που χαρακτηρίζουν τέτοιες βόμβες. Ο σχεδιασμός και η αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα βασίζονται στη διατήρηση μιας αλυσιδωτής αντίδρασης σε ελεγχόμενο, σχεδόν σταθερό επίπεδο. Είναι σχεδιασμένο με τέτοιο τρόπο που θα εκραγεί όπως ατομική βόμβα, δεν μπορώ.

Αλυσιδωτή αντίδραση και κρισιμότητα

Η φυσική ενός αντιδραστήρα πυρηνικής σχάσης είναι ότι η αλυσιδωτή αντίδραση καθορίζεται από την πιθανότητα διάσπασης του πυρήνα μετά την εκπομπή νετρονίων. Εάν ο πληθυσμός του τελευταίου μειωθεί, τότε ο ρυθμός διαίρεσης θα πέσει τελικά στο μηδέν. Σε αυτή την περίπτωση, ο αντιδραστήρας θα βρίσκεται σε υποκρίσιμη κατάσταση. Εάν ο πληθυσμός νετρονίων διατηρηθεί σε σταθερό επίπεδο, τότε ο ρυθμός σχάσης θα παραμείνει σταθερός. Ο αντιδραστήρας θα είναι σε κρίσιμη κατάσταση. Τέλος, εάν ο πληθυσμός των νετρονίων αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου, ο ρυθμός σχάσης και η ισχύς θα αυξηθούν. Η κατάσταση του πυρήνα θα γίνει υπερκρίσιμη.

Η αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα είναι η εξής. Πριν από την εκτόξευσή του, ο πληθυσμός νετρονίων είναι κοντά στο μηδέν. Στη συνέχεια, οι χειριστές αφαιρούν τις ράβδους ελέγχου από τον πυρήνα, αυξάνοντας την πυρηνική σχάση, η οποία ωθεί προσωρινά τον αντιδραστήρα σε υπερκρίσιμη κατάσταση. Αφού φτάσουν την ονομαστική ισχύ, οι χειριστές επιστρέφουν εν μέρει τις ράβδους ελέγχου, προσαρμόζοντας τον αριθμό των νετρονίων. Στη συνέχεια, ο αντιδραστήρας διατηρείται σε κρίσιμη κατάσταση. Όταν χρειάζεται να σταματήσει, οι χειριστές εισάγουν τις ράβδους μέχρι τέρμα. Αυτό καταστέλλει τη σχάση και μεταφέρει τον πυρήνα σε μια υποκρίσιμη κατάσταση.

Τύποι αντιδραστήρων

Οι περισσότεροι από τους πυρηνικούς σταθμούς στον κόσμο είναι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, οι οποίοι παράγουν τη θερμότητα που απαιτείται για την περιστροφή στροβίλων που κινούν γεννήτριες ηλεκτρικής ενέργειας. Υπάρχουν επίσης πολλοί ερευνητικοί αντιδραστήρες και ορισμένες χώρες διαθέτουν υποβρύχια ή πλοία επιφανείας που κινούνται με ατομική ενέργεια.

Ενεργειακές εγκαταστάσεις

Υπάρχουν διάφοροι τύποι αντιδραστήρων αυτού του τύπου, αλλά ο σχεδιασμός του ελαφρού νερού χρησιμοποιείται ευρέως. Με τη σειρά του, μπορεί να χρησιμοποιήσει νερό υπό πίεση ή βραστό νερό. Στην πρώτη περίπτωση, το υγρό υψηλής πίεσης θερμαίνεται από τη θερμότητα του πυρήνα και εισέρχεται στη γεννήτρια ατμού. Εκεί, η θερμότητα από το πρωτεύον κύκλωμα μεταφέρεται στο δευτερεύον κύκλωμα, το οποίο περιέχει και νερό. Ο τελικώς παραγόμενος ατμός χρησιμεύει ως το λειτουργικό ρευστό στον κύκλο του ατμοστροβίλου.

Ο αντιδραστήρας βραστό νερό λειτουργεί με βάση την αρχή του άμεσου ενεργειακού κύκλου. Το νερό που διέρχεται από τον πυρήνα φέρεται σε βρασμό σε μέτρια πίεση. Ο κορεσμένος ατμός διέρχεται μέσω μιας σειράς διαχωριστών και ξηραντηρίων που βρίσκονται στο δοχείο του αντιδραστήρα, γεγονός που προκαλεί την υπερθέρμανση του. Ο υπερθερμασμένος υδρατμός χρησιμοποιείται στη συνέχεια ως το ρευστό εργασίας για την περιστροφή του στροβίλου.

Ψύξη αερίου υψηλής θερμοκρασίας

Ένας αερόψυκτος αντιδραστήρας υψηλής θερμοκρασίας (HTGR) είναι ένας πυρηνικός αντιδραστήρας του οποίου η αρχή λειτουργίας βασίζεται στη χρήση ενός μείγματος γραφίτη και μικροσφαιρών καυσίμου ως καυσίμου. Υπάρχουν δύο ανταγωνιστικά σχέδια:

• ένα γερμανικό σύστημα «γεμίσματος» που χρησιμοποιεί σφαιρικά στοιχεία καυσίμου με διάμετρο 60 mm, τα οποία είναι ένα μείγμα γραφίτη και καυσίμου σε ένα κέλυφος γραφίτη.
• η αμερικανική έκδοση με τη μορφή εξαγωνικών πρισμάτων γραφίτη που αλληλοσυνδέονται για να δημιουργήσουν έναν πυρήνα.

Και στις δύο περιπτώσεις, το ψυκτικό αποτελείται από ήλιο υπό πίεση περίπου 100 ατμοσφαιρών. Στο γερμανικό σύστημα, το ήλιο διέρχεται από κενά σε ένα στρώμα σφαιρικό κυψέλες καυσίμου, και στην αμερικανική - διαμπερείς οπές σε πρίσματα γραφίτη που βρίσκονται κατά μήκος του άξονα της κεντρικής ζώνης του αντιδραστήρα. Και οι δύο επιλογές μπορούν να λειτουργήσουν σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, καθώς ο γραφίτης έχει εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία εξάχνωσης και το ήλιο είναι εντελώς χημικά αδρανές. Το ζεστό ήλιο μπορεί να εφαρμοστεί απευθείας ως λειτουργικό ρευστό σε έναν αεριοστρόβιλο σε υψηλή θερμοκρασία ή η θερμότητά του μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία ατμού του κύκλου του νερού.

Υγρό μέταλλο και αρχή λειτουργίας

Οι γρήγοροι αντιδραστήρες με νάτριο έλαβαν μεγάλη προσοχή στις δεκαετίες του 1960 και του 1970. Φαινόταν τότε ότι οι ικανότητές τους αναπαραγωγής θα χρειάζονταν σύντομα για την παραγωγή καυσίμων για την ταχέως αναπτυσσόμενη πυρηνική βιομηχανία. Όταν έγινε σαφές στη δεκαετία του 1980 ότι αυτή η προσδοκία δεν ήταν ρεαλιστική, ο ενθουσιασμός μειώθηκε. Ωστόσο, ένας αριθμός αντιδραστήρων αυτού του τύπου έχει κατασκευαστεί στις ΗΠΑ, τη Ρωσία, τη Γαλλία, τη Μεγάλη Βρετανία, την Ιαπωνία και τη Γερμανία. Τα περισσότερα από αυτά λειτουργούν με διοξείδιο ουρανίου ή το μείγμα του με διοξείδιο του πλουτωνίου. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ωστόσο, η μεγαλύτερη επιτυχία έχει επιτευχθεί με τα μεταλλικά καύσιμα.

CANDU

Ο Καναδάς επικεντρώνει τις προσπάθειές του σε αντιδραστήρες που χρησιμοποιούν φυσικό ουράνιο. Αυτό εξαλείφει την ανάγκη προσφυγής σε υπηρεσίες άλλων χωρών για τον εμπλουτισμό του. Το αποτέλεσμα αυτής της πολιτικής ήταν ο αντιδραστήρας δευτερίου-ουρανίου (CANDU). Ελέγχεται και ψύχεται με βαρύ νερό. Η αρχή σχεδιασμού και λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα συνίσταται στη χρήση μιας δεξαμενής ψυχρού D 2 O σε ατμοσφαιρική πίεση. Ο πυρήνας τρυπιέται από σωλήνες κατασκευασμένους από κράμα ζιρκονίου που περιέχει φυσικό καύσιμο ουρανίου, μέσω των οποίων κυκλοφορεί βαρύ νερό που το ψύχει. Η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται με τη μεταφορά θερμότητας σχάσης σε βαρύ νερό σε ένα ψυκτικό υγρό που κυκλοφορεί μέσω μιας γεννήτριας ατμού. Στη συνέχεια, ο ατμός στο δευτερεύον κύκλωμα διέρχεται από έναν συμβατικό κύκλο στροβίλου.

Ερευνητικές εγκαταστάσεις

Για επιστημονική έρευναΤις περισσότερες φορές, χρησιμοποιείται ένας πυρηνικός αντιδραστήρας, η αρχή λειτουργίας του οποίου είναι η χρήση υδρόψυξης και στοιχείων καυσίμου ουρανίου σε σχήμα πλάκας με τη μορφή συγκροτημάτων. Δυνατότητα λειτουργίας σε ένα ευρύ φάσμα επιπέδων ισχύος, από αρκετά κιλοβάτ έως εκατοντάδες μεγαβάτ. Δεδομένου ότι η παραγωγή ενέργειας δεν είναι ο πρωταρχικός σκοπός των ερευνητικών αντιδραστήρων, χαρακτηρίζονται από την παραγόμενη θερμική ενέργεια, την πυκνότητα και την ονομαστική ενέργεια των νετρονίων του πυρήνα. Αυτές οι παράμετροι είναι που βοηθούν στον ποσοτικό προσδιορισμό της ικανότητας ενός ερευνητικού αντιδραστήρα να διεξάγει συγκεκριμένη έρευνα. Τα συστήματα χαμηλής ισχύος βρίσκονται συνήθως στα πανεπιστήμια και χρησιμοποιούνται για διδασκαλία, ενώ τα συστήματα υψηλής ισχύος χρειάζονται σε ερευνητικά εργαστήρια για δοκιμές υλικών και απόδοσης και γενική έρευνα.

Ο πιο συνηθισμένος είναι ένας ερευνητικός πυρηνικός αντιδραστήρας, του οποίου η δομή και η αρχή λειτουργίας έχουν ως εξής. Ο πυρήνας του βρίσκεται στον πυθμένα μιας μεγάλης, βαθιάς λίμνης νερού. Αυτό απλοποιεί την παρατήρηση και την τοποθέτηση καναλιών μέσω των οποίων μπορούν να κατευθυνθούν δέσμες νετρονίων. Στο χαμηλά επίπεδαισχύος, δεν υπάρχει ανάγκη άντλησης ψυκτικού υγρού, καθώς η φυσική μεταφορά του ψυκτικού υγρού εξασφαλίζει επαρκή απομάκρυνση θερμότητας για τη διατήρηση μιας ασφαλούς κατάστασης λειτουργίας. Ο εναλλάκτης θερμότητας βρίσκεται συνήθως στην επιφάνεια ή στην κορυφή της πισίνας όπου συσσωρεύεται ζεστό νερό.

Εγκαταστάσεις πλοίων

Η αρχική και κύρια εφαρμογή των πυρηνικών αντιδραστήρων είναι η χρήση τους σε υποβρύχια. Το κύριο πλεονέκτημά τους είναι ότι, σε αντίθεση με τα συστήματα καύσης ορυκτών καυσίμων, δεν απαιτούν αέρα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ως εκ τούτου, ένα πυρηνικό υποβρύχιο μπορεί να παραμείνει βυθισμένο για μεγάλα χρονικά διαστήματα, ενώ ένα συμβατικό ντίζελ-ηλεκτρικό υποβρύχιο πρέπει περιοδικά να ανεβαίνει στην επιφάνεια για να πυροδοτήσει τις μηχανές του στον αέρα. δίνει στρατηγικό πλεονέκτημα στα ναυτικά πλοία. Χάρη σε αυτό, δεν υπάρχει ανάγκη ανεφοδιασμού σε ξένα λιμάνια ή από εύκολα ευάλωτα δεξαμενόπλοια.

Η αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα σε ένα υποβρύχιο είναι ταξινομημένη. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι στις ΗΠΑ χρησιμοποιεί πολύ εμπλουτισμένο ουράνιο, και επιβραδύνεται και ψύχεται από ελαφρύ νερό. Ο σχεδιασμός του πρώτου πυρηνικού υποβρυχίου αντιδραστήρα, USS Nautilus, επηρεάστηκε σε μεγάλο βαθμό από ισχυρές ερευνητικές εγκαταστάσεις. Του μοναδικά χαρακτηριστικάείναι ένα πολύ μεγάλο απόθεμα αντιδραστικότητας, παρέχοντας μεγάλη περίοδο λειτουργίας χωρίς ανεφοδιασμό και δυνατότητα επανεκκίνησης μετά από στάση. Η μονάδα παραγωγής ενέργειας στα υποβρύχια πρέπει να είναι πολύ αθόρυβη για να αποφευχθεί η ανίχνευση. Για την κάλυψη των ειδικών αναγκών δημιουργήθηκαν διάφορες κατηγορίες υποβρυχίων διαφορετικά μοντέλασταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Τα αεροπλανοφόρα του Πολεμικού Ναυτικού των ΗΠΑ χρησιμοποιούν πυρηνικό αντιδραστήρα, η αρχή λειτουργίας του οποίου πιστεύεται ότι είναι δανεισμένη από τα μεγαλύτερα υποβρύχια. Λεπτομέρειες του σχεδιασμού τους επίσης δεν έχουν δημοσιευθεί.

Εκτός από τις Ηνωμένες Πολιτείες, πυρηνικά υποβρύχια διαθέτουν η Μεγάλη Βρετανία, η Γαλλία, η Ρωσία, η Κίνα και η Ινδία. Σε κάθε περίπτωση το σχέδιο δεν αποκαλύφθηκε, αλλά πιστεύεται ότι όλα είναι πολύ παρόμοια - αυτό είναι συνέπεια των ίδιων απαιτήσεων για αυτούς τεχνικές προδιαγραφές. Η Ρωσία έχει επίσης έναν μικρό στόλο που χρησιμοποιεί τους ίδιους αντιδραστήρες με τα σοβιετικά υποβρύχια.

Βιομηχανικές εγκαταστάσεις

Για σκοπούς παραγωγής χρησιμοποιείται ένας πυρηνικός αντιδραστήρας, η αρχή λειτουργίας του οποίου είναι η υψηλή παραγωγικότητα με χαμηλό επίπεδο παραγωγής ενέργειας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι μια μακρά παραμονή πλουτωνίου στον πυρήνα οδηγεί στη συσσώρευση ανεπιθύμητων 240 Pu.

Παραγωγή τριτίου

Επί του παρόντος, το κύριο υλικό που παράγεται από τέτοια συστήματα είναι το τρίτιο (3Η ή Τ) - η φόρτιση για το Plutonium-239 έχει μεγάλη ημιζωή 24.100 ετών, επομένως οι χώρες με οπλοστάσια πυρηνικά όπλαΌσοι χρησιμοποιούν αυτό το στοιχείο συνήθως έχουν περισσότερο από αυτό που χρειάζεται. Σε αντίθεση με το 239 Pu, το τρίτιο έχει χρόνο ημιζωής περίπου 12 χρόνια. Έτσι, για να διατηρηθούν τα απαραίτητα εφόδια, αυτό το ραδιενεργό ισότοπο υδρογόνου πρέπει να παράγεται συνεχώς. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ο ποταμός Savannah (Νότια Καρολίνα), για παράδειγμα, λειτουργεί αρκετούς αντιδραστήρες βαρέος νερού που παράγουν τρίτιο.

Πλωτές μονάδες ισχύος

Έχουν δημιουργηθεί πυρηνικοί αντιδραστήρες που μπορούν να παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια και θέρμανση με ατμό σε απομακρυσμένες απομονωμένες περιοχές. Στη Ρωσία, για παράδειγμα, μικρό σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, ειδικά σχεδιασμένο για να εξυπηρετεί την Αρκτική οικισμοί. Στην Κίνα, το 10 MW HTR-10 παρέχει θερμότητα και ενέργεια στο ερευνητικό ινστιτούτο όπου βρίσκεται. Μικροί αυτόματα ελεγχόμενοι αντιδραστήρες με παρόμοιες δυνατότητες αναπτύσσονται στη Σουηδία και τον Καναδά. Μεταξύ 1960 και 1972, ο στρατός των ΗΠΑ χρησιμοποίησε συμπαγείς αντιδραστήρες νερού για να τροφοδοτήσει απομακρυσμένες βάσεις στη Γροιλανδία και την Ανταρκτική. Αντικαταστάθηκαν από σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με καύση πετρελαίου.

Κατάκτηση του διαστήματος

Επιπλέον, αναπτύχθηκαν αντιδραστήρες για τροφοδοσία και κίνηση στο διάστημα. Μεταξύ 1967 και 1988 Σοβιετική Ένωσηεγκατέστησε μικρές πυρηνικές μονάδες στους δορυφόρους της σειράς Cosmos για την τροφοδοσία εξοπλισμού και τηλεμετρίας, αλλά αυτή η πολιτική έχει γίνει στόχος κριτικής. Τουλάχιστον ένας από αυτούς τους δορυφόρους εισήλθε στην ατμόσφαιρα της Γης, προκαλώντας ραδιενεργή μόλυνση σε απομακρυσμένες περιοχές του Καναδά. Οι Ηνωμένες Πολιτείες έχουν εκτοξεύσει μόνο έναν πυρηνικό δορυφόρο, το 1965. Ωστόσο, συνεχίζουν να αναπτύσσονται έργα για τη χρήση τους σε διαστημικές πτήσεις μεγάλων αποστάσεων, επανδρωμένη εξερεύνηση άλλων πλανητών ή σε μόνιμη σεληνιακή βάση. Αυτός θα είναι αναγκαστικά ένας πυρηνικός αντιδραστήρας αερίου ή υγρού μετάλλου, οι φυσικές αρχές του οποίου θα παρέχουν την υψηλότερη δυνατή θερμοκρασία που απαιτείται για την ελαχιστοποίηση του μεγέθους του ψυγείου. Επιπλέον, ένας αντιδραστήρας για διαστημική τεχνολογία πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο συμπαγής ώστε να ελαχιστοποιείται η ποσότητα του υλικού που χρησιμοποιείται για θωράκιση και να μειώνεται το βάρος κατά την εκτόξευση και τη διαστημική πτήση. Η παροχή καυσίμου θα εξασφαλίσει τη λειτουργία του αντιδραστήρα για όλη την περίοδο της διαστημικής πτήσης.

Ι. Σχεδιασμός πυρηνικού αντιδραστήρα

Πυρηνικός αντιδραστήραςαποτελείται από τα ακόλουθα πέντε βασικά στοιχεία:

1) πυρηνικά καύσιμα.

2) συντονιστής νετρονίων.

3) ρυθμιστικά συστήματα.

4) συστήματα ψύξης?

5) προστατευτική οθόνη.

1. Πυρηνικά καύσιμα.

Τα πυρηνικά καύσιμα είναι πηγή ενέργειας. Υπάρχουν σήμερα τρεις γνωστοί τύποι σχάσιμων υλικών:

α) ουράνιο 235, που αποτελεί το 0,7% ή το 1/140 του φυσικού ουρανίου·

6) το πλουτώνιο 239, το οποίο σχηματίζεται σε ορισμένους αντιδραστήρες με βάση το ουράνιο 238, το οποίο αποτελεί σχεδόν ολόκληρη τη μάζα του φυσικού ουρανίου (99,3%, ή 139/140 μέρη).

Αιχμαλωτίζοντας νετρόνια, οι πυρήνες ουρανίου 238 μετατρέπονται σε πυρήνες ποσειδώνιου - το 93ο στοιχείο του περιοδικού συστήματος Mendeleev. οι τελευταίοι, με τη σειρά τους, μετατρέπονται σε πυρήνες πλουτωνίου - το 94ο στοιχείο του περιοδικού πίνακα. Το πλουτώνιο εξάγεται εύκολα από το ακτινοβολημένο ουράνιο με χημικά μέσα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πυρηνικό καύσιμο.

γ) ουράνιο 233, το οποίο είναι τεχνητό ισότοπο ουρανίου που λαμβάνεται από θόριο.

Σε αντίθεση με το ουράνιο 235, το οποίο βρίσκεται στο φυσικό ουράνιο, το πλουτώνιο 239 και το ουράνιο 233 λαμβάνονται μόνο τεχνητά. Γι' αυτό ονομάζονται δευτερογενή πυρηνικά καύσιμα. Η πηγή αυτού του καυσίμου είναι το ουράνιο 238 και το θόριο 232.

Έτσι, μεταξύ όλων των τύπων πυρηνικών καυσίμων που αναφέρονται παραπάνω, το ουράνιο είναι το κύριο. Αυτό εξηγεί το τεράστιο εύρος που έχουν οι έρευνες και οι έρευνες κοιτασμάτων ουρανίου σε όλες τις χώρες.

Η ενέργεια που απελευθερώνεται σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα συγκρίνεται μερικές φορές με εκείνη που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια χημική αντίδρασηκαύση. Ωστόσο, υπάρχει μια θεμελιώδης διαφορά μεταξύ τους.

Η ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται κατά τη διάσπαση του ουρανίου είναι αμέτρητα μεγαλύτερη από την ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται κατά την καύση, για παράδειγμα, άνθρακα: 1 kg ουρανίου 235, ίσο σε όγκο με ένα πακέτο τσιγάρα, θα μπορούσε θεωρητικά να παρέχει τόση ενέργεια όση 2600 τόνοι άνθρακα.

Ωστόσο, αυτές οι ενεργειακές ευκαιρίες δεν αξιοποιούνται πλήρως, καθώς δεν μπορεί να διαχωριστεί όλο το ουράνιο 235 από το φυσικό ουράνιο. Ως αποτέλεσμα, 1 κιλό ουρανίου, ανάλογα με τον βαθμό εμπλουτισμού του με ουράνιο 235, ισοδυναμεί σήμερα με περίπου 10 τόνους άνθρακα. Θα πρέπει όμως να ληφθεί υπόψη ότι η χρήση πυρηνικών καυσίμων διευκολύνει τη μεταφορά και, ως εκ τούτου, μειώνει σημαντικά το κόστος των καυσίμων. Βρετανοί ειδικοί υπολόγισαν ότι με τον εμπλουτισμό ουρανίου θα μπορέσουν να αυξήσουν τη θερμότητα που παράγεται στους αντιδραστήρες κατά 10 φορές, κάτι που θα ισοδυναμούσε με 1 τόνο ουρανίου με 100 χιλιάδες τόνους άνθρακα.

Η δεύτερη διαφορά μεταξύ της διαδικασίας της πυρηνικής σχάσης, που συμβαίνει με την απελευθέρωση θερμότητας, και της χημικής καύσης είναι ότι η αντίδραση καύσης απαιτεί οξυγόνο, ενώ για την έναρξη μιας αλυσιδωτής αντίδρασης απαιτούνται μόνο λίγα νετρόνια και μια ορισμένη μάζα πυρηνικού καυσίμου, ίση στην κρίσιμη μάζα, την οποία ορίζουμε ήδη στην ενότητα για την ατομική βόμβα.

Και τέλος, η αόρατη διαδικασία της πυρηνικής σχάσης συνοδεύεται από την εκπομπή εξαιρετικά επιβλαβούς ακτινοβολίας, από την οποία πρέπει να παρέχεται προστασία.

2. Συντονιστής νετρονίων.

Προκειμένου να αποφευχθεί η εξάπλωση προϊόντων σχάσης στον αντιδραστήρα, το πυρηνικό καύσιμο πρέπει να τοποθετηθεί σε ειδικά κελύφη. Για να φτιάξετε τέτοια κελύφη, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αλουμίνιο (η θερμοκρασία του ψυκτικού δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 200 °), ή ακόμα καλύτερα, βηρύλλιο ή ζιρκόνιο - νέα μέταλλα, η παραγωγή των οποίων στην καθαρή μορφή τους είναι γεμάτη με μεγάλες δυσκολίες.

Τα νετρόνια που παράγονται κατά τη διάρκεια της πυρηνικής σχάσης (κατά μέσο όρο 2-3 νετρόνια κατά τη διάσπαση ενός πυρήνα ενός βαρέως στοιχείου) έχουν μια ορισμένη ενέργεια. Προκειμένου η πιθανότητα τα νετρόνια να διασπάσουν άλλους πυρήνες να είναι μεγαλύτερη, χωρίς την οποία η αντίδραση δεν θα είναι αυτοσυντηρούμενη, είναι απαραίτητο αυτά τα νετρόνια να χάσουν μέρος της ταχύτητάς τους. Αυτό επιτυγχάνεται με την τοποθέτηση ενός συντονιστή στον αντιδραστήρα, στον οποίο τα γρήγορα νετρόνια μετατρέπονται σε αργά ως αποτέλεσμα πολλών διαδοχικών συγκρούσεων. Δεδομένου ότι η ουσία που χρησιμοποιείται ως μετριαστής πρέπει να έχει πυρήνες με μάζα περίπου ίση με τη μάζα των νετρονίων, δηλαδή τους πυρήνες των ελαφρών στοιχείων, το βαρύ νερό χρησιμοποιήθηκε από την αρχή ως συντονιστής (D 2 0, όπου το D είναι δευτέριο , το οποίο αντικατέστησε το ελαφρύ υδρογόνο στο συνηθισμένο νερό N 2 0). Ωστόσο, τώρα προσπαθούν να χρησιμοποιούν γραφίτη όλο και περισσότερο - είναι φθηνότερο και δίνει σχεδόν το ίδιο αποτέλεσμα.

Ένας τόνος βαρέος νερού που αγοράζεται στη Σουηδία κοστίζει 70–80 εκατομμύρια φράγκα. Στη Διάσκεψη της Γενεύης για τις ειρηνικές χρήσεις ατομική ενέργειαΟι Αμερικανοί είπαν ότι σύντομα θα μπορούσαν να πουλήσουν βαρύ νερό στην τιμή των 22 εκατομμυρίων φράγκων ανά τόνο.

Ένας τόνος γραφίτη κοστίζει 400 χιλιάδες φράγκα και ένας τόνος οξειδίου του βηρυλλίου κοστίζει 20 εκατομμύρια φράγκα.

Η ουσία που χρησιμοποιείται ως μεσολαβητής πρέπει να είναι καθαρή για να αποφευχθεί η απώλεια νετρονίων καθώς περνούν μέσα από τον συντονιστή. Στο τέλος της διαδρομής τους, τα νετρόνια έχουν μέση ταχύτηταπερίπου 2200 m/sec, ενώ η αρχική τους ταχύτητα ήταν περίπου 20 χιλιάδες km/sec. Στους αντιδραστήρες, η απελευθέρωση θερμότητας γίνεται σταδιακά και μπορεί να ελεγχθεί, σε αντίθεση με μια ατομική βόμβα, όπου εμφανίζεται ακαριαία και παίρνει τον χαρακτήρα έκρηξης.

Ορισμένοι τύποι ταχέων αντιδραστήρων δεν απαιτούν συντονιστή.

3. Ρυθμιστικό σύστημα.

Ένα άτομο θα πρέπει να είναι σε θέση να προκαλέσει, να ρυθμίσει και να σταματήσει μια πυρηνική αντίδραση κατά βούληση. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση ράβδων ελέγχου από βόριο χάλυβα ή κάδμιο - υλικά που έχουν την ικανότητα να απορροφούν νετρόνια. Ανάλογα με το βάθος στο οποίο κατεβαίνουν οι ράβδοι ελέγχου στον αντιδραστήρα, ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα αυξάνεται ή μειώνεται, γεγονός που καθιστά τελικά δυνατή τη ρύθμιση της διαδικασίας. Οι ράβδοι ελέγχου ελέγχονται αυτόματα με χρήση σερβομηχανισμών. Μερικές από αυτές τις ράβδους μπορούν να πέσουν αμέσως στον πυρήνα σε περίπτωση κινδύνου.

Στην αρχή υπήρχαν ανησυχίες ότι μια έκρηξη αντιδραστήρα θα προκαλούσε την ίδια ζημιά με μια ατομική βόμβα. Για να αποδείξουν ότι μια έκρηξη αντιδραστήρα συμβαίνει μόνο υπό συνθήκες διαφορετικές από τις κανονικές και δεν αποτελεί σοβαρό κίνδυνο για τον πληθυσμό που ζει κοντά στο πυρηνικό εργοστάσιο, οι Αμερικανοί ανατίναξαν σκόπιμα έναν αποκαλούμενο αντιδραστήρα «βρασμού». Πράγματι, υπήρξε μια έκρηξη που μπορούμε να χαρακτηρίσουμε ως «κλασική», δηλαδή μη πυρηνική. Αυτό αποδεικνύει για άλλη μια φορά ότι πυρηνικοί αντιδραστήρες μπορούν να κατασκευαστούν κοντά σε κατοικημένες περιοχές χωρίς ιδιαίτερο κίνδυνο για τις τελευταίες.

4. Σύστημα ψύξης.

Κατά τη διάρκεια της πυρηνικής σχάσης, απελευθερώνεται μια ορισμένη ενέργεια, η οποία μεταφέρεται στα προϊόντα διάσπασης και στα νετρόνια που προκύπτουν. Αυτή η ενέργεια, ως αποτέλεσμα πολυάριθμων συγκρούσεων νετρονίων, μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια, επομένως, για να αποφευχθεί η γρήγορη αστοχία του αντιδραστήρα, πρέπει να αφαιρεθεί θερμότητα. Σε αντιδραστήρες που έχουν σχεδιαστεί για την παραγωγή ραδιενεργών ισοτόπων, αυτή η θερμότητα δεν χρησιμοποιείται, αλλά σε αντιδραστήρες που έχουν σχεδιαστεί για την παραγωγή ενέργειας, γίνεται, αντίθετα, το κύριο προϊόν. Η ψύξη μπορεί να πραγματοποιηθεί με χρήση αερίου ή νερού, το οποίο κυκλοφορεί στον αντιδραστήρα υπό πίεση μέσω ειδικών σωλήνων και στη συνέχεια ψύχεται σε εναλλάκτη θερμότητας. Η θερμότητα που απελευθερώνεται μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θέρμανση του ατμού που περιστρέφει έναν στρόβιλο συνδεδεμένο στη γεννήτρια. παρόμοια συσκευήθα είναι πυρηνικός σταθμός.

5. Προστατευτική οθόνη.

Για να αποφύγετε τις βλαβερές συνέπειες των νετρονίων που μπορούν να πετάξουν έξω από τον αντιδραστήρα και για να προστατευθείτε από την ακτινοβολία γάμμα που εκπέμπεται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, είναι απαραίτητο αξιόπιστη προστασία. Οι επιστήμονες υπολόγισαν ότι ένας αντιδραστήρας ισχύος 100 χιλιάδων kW εκπέμπει τέτοια ποσότητα ραδιενεργής ακτινοβολίας που ένα άτομο που βρίσκεται σε απόσταση 100 μέτρων από αυτόν θα την δεχόταν σε 2 λεπτά. θανατηφόρα δόση. Για να εξασφαλιστεί η προστασία του προσωπικού που εξυπηρετεί τον αντιδραστήρα, οι τοίχοι δύο μέτρων κατασκευάζονται από ειδικό σκυρόδεμα με πλάκες μολύβδου.

Ο πρώτος αντιδραστήρας κατασκευάστηκε τον Δεκέμβριο του 1942 από τον Ιταλό Fermi. Μέχρι το τέλος του 1955, υπήρχαν περίπου 50 πυρηνικοί αντιδραστήρες στον κόσμο (ΗΠΑ - 2 1, Αγγλία - 4, Καναδάς - 2, Γαλλία - 2). Πρέπει να προστεθεί ότι στις αρχές του 1956, περίπου 50 ακόμη αντιδραστήρες σχεδιάστηκαν για ερευνητικούς και βιομηχανικούς σκοπούς (ΗΠΑ - 23, Γαλλία - 4, Αγγλία - 3, Καναδάς - 1).

Οι τύποι αυτών των αντιδραστήρων είναι πολύ διαφορετικοί, που κυμαίνονται από αντιδραστήρες αργών νετρονίων με συντονιστές γραφίτη και φυσικό ουράνιο ως καύσιμο έως ταχείς αντιδραστήρες νετρονίων που χρησιμοποιούν ουράνιο εμπλουτισμένο με πλουτώνιο ή ουράνιο 233, που παράγεται τεχνητά από θόριο, ως καύσιμο.

Εκτός από αυτούς τους δύο αντιτιθέμενους τύπους, υπάρχει μια ολόκληρη σειρά αντιδραστήρων που διαφέρουν μεταξύ τους είτε ως προς τη σύνθεση του πυρηνικού καυσίμου, είτε στον τύπο του συντονιστή είτε στο ψυκτικό υγρό.

Είναι πολύ σημαντικό να σημειωθεί ότι, αν και η θεωρητική πλευρά του ζητήματος έχει μελετηθεί επί του παρόντος καλά από ειδικούς σε όλες τις χώρες, στον πρακτικό τομέα οι διάφορες χώρες δεν έχουν φτάσει ακόμη στο ίδιο επίπεδο. Οι ΗΠΑ και η Ρωσία είναι μπροστά από άλλες χώρες. Μπορεί να υποστηριχθεί ότι το μέλλον της πυρηνικής ενέργειας θα εξαρτηθεί κυρίως από την πρόοδο της τεχνολογίας.