Zawiera paliwo nuklearne, paliwo nuklearne i dzięki temu wytwarzane jest ciepło rozszczepienie jądrowe. Naib. Pręty paliwowe powszechnie występują w postaci cienkich prętów (o średnicy kilku mm) rozciągających się na całej wysokości rdzenia reaktora. W rdzeniu znajdują się tysiące prętów paliwowych tego samego typu, tworzących regularną siatkę. Pomiędzy nimi pompowane jest chłodziwo (ciecz lub gaz), które odbiera energię.
Parametry pręta paliwowego energetycznego.
reaktory: górna temperatura robocza (temperatura płaszcza) dla reaktorów z chłodziwem wodnym 300°C, dla reaktorów z ciekłym Na ok. 600-700°C; tzw liniowe natężenie ciepła do 500-600 W na 1 cm długości pręta; wypalenie paliwa (proporcja atomów paliwa wypalonych na koniec okresu eksploatacji) w reaktorach cieplnych wynosi 3-5%, w reaktorach prędkich 7-10% (1% wypalenia odpowiada wytworzeniu 10 4 MW doby ciepła energii na 1 tonę paliwa). 1
Pręt paliwowy reaktora szybkiego: (- sekcja podstawowa 2, 3
paliwo nuklearne);- ekrany końcowe (wyczerpane 4
uran); 5
- kolektor gazu;- skorupa (stal nierdzewna).
cięcie stali) Na ryc. pokazano schematycznie. przekrój pręta paliwowego reaktora prędkiego (patrz rys.
Reaktor hodowlany Oprócz części aktywnej zawierającej paliwo jądrowe posiada ekrany końcowe wykonane ze zubożonego uranu do recyklingu neutronów opuszczających rdzeń, a także wnękę do zbierania gazów fragmentacyjnych ulatniających się z paliwa w celu ograniczenia spalania wewnętrznego. ciśnienie podczas głębokiego wypalenia. Po osiągnięciu nominalnego wypalenia i zakończeniu kampanii (okresu pracy) pręty paliwowe są wyładowywane z reaktora i wymieniane. Czas trwania kampanii oblicza się na podstawie czasu pracy reaktora w przeliczeniu na
pełna moc i wynosi miesiące lub lata. Wzrost kampanii, a co za tym idzie wypalenia, jest ograniczony przez pogorszenie zdolności do utrzymania reakcji łańcuchowej rozszczepienia w wyniku wypalenia paliwa i gromadzenia się fragmentów pochłaniających neutrony oraz niebezpieczeństwo zniszczenia elementu paliwowego pod wpływem długotrwałego narażenie. intensywne napromieniowanie i wysoka temperatura w reaktorze. Dopuszczalne są setne (lub tysięczne) procenta prawdopodobieństwa uszkodzenia pręta paliwowego.(od „elementu paliwowego”) - główny element paliwo nuklearne reaktor jądrowy, który zawiera paliwo jądrowe, i dzięki temu wytwarzane jest ciepło rozszczepienie jądrowe. Hermetyczna osłona chroni paliwo przed kontaktem z chłodziwem i zapewnia prętowi paliwowemu niezbędną wytrzymałość mechaniczną. wytrzymałość. Materiał powłoki (stopy cyrkonu, stal nierdzewna itp.) posiada niski przekrój poprzeczny wychwytu neutronów, tzw. widmo reaktora, ma dobrą kompatybilność z paliwem i chłodziwem w zakresie temperatur roboczych, niewiele zmienia się mechanicznie. Właściwości pola neutronowego. Wszystkie materiały prętów paliwowych podlegają wysokie wymagania do czystości przede wszystkim brak zanieczyszczeń silnie pochłaniających neutrony.
Parametry elementów paliwowych reaktorów mocy: górna temperatura robocza (temperatura płaszcza) dla reaktorów z chłodzeniem wodnym 300°C, dla reaktorów z ciekłym Na ok. 600-700°C; tzw liniowe natężenie ciepła do 500-600 W na 1 cm długości pręta; wypalenie paliwa (proporcja atomów paliwa wypalonych na koniec okresu eksploatacji) w reaktorach cieplnych wynosi 3-5%, w reaktorach prędkich 7-10% (1% wypalenia odpowiada wytworzeniu 10 4 MW doby ciepła energii na 1 tonę paliwa).
Pręt paliwowy reaktora szybkiego: 1 - sekcja podstawowa (paliwo nuklearne); 2, 3 - ekrany końcowe (wyczerpaneuran); 4 - kolektor gazu; 5 - kolektor gazu;cięcie stali).
Na ryc. pokazano schematycznie. przekrój pręta paliwowego reaktora prędkiego (patrz rys. Reaktor hodowlany). Oprócz części aktywnej zawierającej paliwo jądrowe posiada ekrany końcowe wykonane ze zubożonego uranu do recyklingu neutronów opuszczających rdzeń, a także wnękę do gromadzenia gazów fragmentacyjnych ulatniających się z paliwa w celu ograniczenia spalania wewnętrznego. ciśnienie podczas głębokiego wypalenia.
Po osiągnięciu nominalnego wypalenia i zakończeniu kampanii (okresu pracy) pręty paliwowe są wyładowywane z reaktora i wymieniane. Czas trwania kampanii liczony jest na podstawie czasu pracy reaktora w przeliczeniu na pełną moc i wynosi miesiące lub lata. Wzrost kampanii, a tym samym wypalania, jest ograniczony przez pogorszenie zdolności do utrzymania reakcji łańcuchowej rozszczepienia w wyniku wypalenia paliwa i gromadzenia się fragmentów pochłaniających neutrony oraz niebezpieczeństwa zniszczenia elementu paliwowego pod wpływem czasu trwania . intensywne napromieniowanie i wysoka temperatura w reaktorze. Dopuszczalne są setne (lub tysięczne) procenta prawdopodobieństwa uszkodzenia pręta paliwowego.
: ...dość banalne, ale mimo to nadal nie znalazłem informacji w przystępnej formie - jak reaktor jądrowy ZACZYNA działać. Wszystko o zasadzie i strukturze pracy zostało już przerobione ponad 300 razy i jest jasne, ale oto jak i z czego i dlaczego uzyskuje się paliwo, które nie jest tak niebezpieczne, dopóki nie trafi do reaktora i dlaczego nie reaguje przed zanurzony w reaktorze! - wszak nagrzewa się tylko w środku, niemniej jednak przed załadunkiem paliwo jest zimne i wszystko jest w porządku, więc nie do końca wiadomo co powoduje nagrzewanie się elementów, jak na nie wpływają itd., najlepiej nie naukowo).
Trudno oczywiście ująć taki temat w sposób nienaukowy, ale spróbuję. Najpierw dowiedzmy się, czym są te pręty paliwowe.
Paliwo jądrowe to czarna tabletka o średnicy około 1 cm i wysokości około 1,5 cm. Zawiera ona 2% dwutlenku uranu 235 i 98% uranu 238, 236, 239. We wszystkich przypadkach w dowolnej ilości. paliwo nuklearne eksplozja jądrowa nie może się rozwinąć, ponieważ dla lawinowej szybkiej reakcji rozszczepienia charakterystycznej dla eksplozji jądrowej wymagane jest stężenie uranu 235 większe niż 60%.
Dwieście granulek paliwa jądrowego ładuje się do rurki wykonanej z metalu cyrkonowego. Długość tej rury wynosi 3,5 m. średnica 1,35 cm Rurka ta nazywa się elementem paliwowym - elementem paliwowym. W kasecie składa się 36 prętów paliwowych (inna nazwa to „montaż”).
Konstrukcja elementu paliwowego reaktora RBMK: 1 - wtyczka; 2 - tabletki dwutlenku uranu; 3 - skorupa cyrkonowa; 4 - wiosna; 5 - tuleja; 6 - wskazówka.
Transformacji substancji towarzyszy wyzwolenie darmowej energii tylko wtedy, gdy substancja posiada zapas energii. To ostatnie oznacza, że mikrocząstki substancji znajdują się w stanie o energii spoczynkowej większej niż w innym możliwym stanie, do którego następuje przejście. Spontanicznemu przejściu zawsze zapobiega bariera energetyczna, do pokonania której mikrocząstka musi otrzymać pewną ilość energii z zewnątrz – energię wzbudzenia. Reakcja egzoenergetyczna polega na tym, że w przemianie po wzbudzeniu uwalnia się więcej energii niż potrzeba do wzbudzenia procesu. Barierę energetyczną można pokonać na dwa sposoby: albo dzięki energii kinetycznej zderzających się cząstek, albo dzięki energii wiązania łączącej się cząstki.
Jeśli mamy na uwadze makroskopową skalę uwalniania energii, to wszystkie lub początkowo przynajmniej część cząstek substancji musi posiadać energię kinetyczną niezbędną do wzbudzenia reakcji. Można to osiągnąć jedynie poprzez podniesienie temperatury ośrodka do wartości, przy której energia ruchu cieplnego zbliża się do progu energetycznego ograniczającego przebieg procesu. W przypadku przemian molekularnych, czyli reakcji chemicznych, taki wzrost wynosi zwykle kilkaset stopni Kelvina, natomiast w przypadku reakcji jądrowych jest to co najmniej 107 K ze względu na bardzo duża wysokość Bariery kulombowskie zderzających się jąder. Wzbudzanie termiczne reakcji jądrowych przeprowadza się w praktyce tylko podczas syntezy najlżejszych jąder, w których bariery kulombowskie są minimalne (fuzja termojądrowa).
Wzbudzenie przez połączenie cząstek nie wymaga dużej energii kinetycznej, a zatem nie zależy od temperatury ośrodka, ponieważ zachodzi z powodu niewykorzystanych wiązań właściwych siłom przyciągania cząstek. Ale aby wzbudzić reakcje, potrzebne są same cząstki. A jeśli znowu nie mamy na myśli indywidualnego aktu reakcji, ale produkcję energii w skali makroskopowej, to jest to możliwe tylko wtedy, gdy zachodzi reakcja łańcuchowa. To drugie ma miejsce, gdy cząstki wzbudzające reakcję pojawiają się ponownie jako produkty reakcji egzoenergetycznej.
Do sterowania i ochrony reaktora jądrowego stosuje się pręty sterujące, które można przesuwać na całej wysokości rdzenia. Pręty wykonane są z substancji silnie pochłaniających neutrony - na przykład boru lub kadmu. Gdy pręty zostaną włożone głęboko, reakcja łańcuchowa staje się niemożliwa, ponieważ neutrony są silnie absorbowane i usuwane ze strefy reakcji.
Pręty przesuwane są zdalnie z panelu sterowania. Przy niewielkim ruchu prętów proces łańcuchowy albo się rozwinie, albo zaniknie. W ten sposób reguluje się moc reaktora.
Elektrownia jądrowa w Leningradzie, reaktor RBMK
Rozpoczęcie pracy reaktora:
W początkowej chwili po pierwszym załadunku paliwa w reaktorze nie zachodzi reakcja łańcuchowa rozszczepienia, reaktor znajduje się w stanie podkrytycznym. Temperatura płynu chłodzącego jest znacznie niższa niż temperatura robocza.
Jak już tutaj wspominaliśmy, aby mogła rozpocząć się reakcja łańcuchowa, materiał rozszczepialny musi wytworzyć masę krytyczną – wystarczającą ilość materiału samorzutnie rozszczepialnego na wystarczająco małej przestrzeni, warunek, w którym liczba neutronów uwalnianych podczas rozszczepienia jądrowego musi być równa większa niż liczba pochłoniętych neutronów. Można tego dokonać zwiększając zawartość uranu-235 (ilość załadowanych prętów paliwowych) lub spowalniając prędkość neutronów, tak aby nie przelatywały obok jąder uranu-235.
Reaktor jest doprowadzany do mocy w kilku etapach. Za pomocą regulatorów reaktywności reaktor zostaje wprowadzony w stan nadkrytyczny Kef>1 i moc reaktora wzrasta do poziomu 1-2% mocy nominalnej. Na tym etapie reaktor zostaje nagrzany do parametrów roboczych chłodziwa, a szybkość nagrzewania jest ograniczona. Podczas procesu nagrzewania sterowanie utrzymuje moc na stałym poziomie. Następnie uruchamiane są pompy obiegowe i uruchamiany jest system odprowadzania ciepła. Następnie moc reaktora można zwiększyć do dowolnego poziomu w zakresie od 2 do 100% mocy znamionowej.
Gdy reaktor się nagrzewa, reaktywność zmienia się ze względu na zmiany temperatury i gęstości materiałów rdzenia. Czasami podczas nagrzewania względne położenie rdzenia i elementów sterujących wchodzących lub wychodzących z rdzenia zmienia się, powodując efekt reaktywności w przypadku braku aktywnego ruchu elementów sterujących.
Regulacja za pomocą stałych, ruchomych elementów chłonnych
Aby szybko zmienić reaktywność, w zdecydowanej większości przypadków stosuje się absorbery stałe, ruchome. W reaktorze RBMK pręty sterujące zawierają tuleje z węglika boru zamknięte w rurze stop aluminium o średnicy 50 lub 70 mm. Każdy drążek sterujący umieszczony jest w osobnym kanale i jest chłodzony wodą z obwodu układu sterowania i zabezpieczeń (układu sterowania i zabezpieczeń) o średniej temperaturze 50 ° C. Ze względu na przeznaczenie pręty dzielą się na AZ (zabezpieczenie awaryjne ) wędki; w RBMK znajdują się 24 takie wędki. Pręty automatyczna regulacja- 12 szt., drążki sterowania miejscowego automatycznego - 12 szt., drążki sterowania ręcznego -131 i 32 drążki absorbera skróconego (USP). W sumie jest 211 prętów. Ponadto skrócone pręty wkłada się do rdzenia od dołu, resztę od góry.
Reaktor WWER 1000 1 - napęd układu sterowania; 2 - pokrywa reaktora; 3 - korpus reaktora; 4 - blok rur ochronnych (BZT); 5 - wał; 6 - obudowa rdzeniowa; 7 - zespoły paliwowe (FA) i drążki sterujące;
Palne elementy pochłaniające.
Aby skompensować nadmierną reaktywność po załadunku świeżego paliwa, często stosuje się absorbery palne. Zasada działania polega na tym, że podobnie jak paliwo po wychwyceniu neutronu przestają następnie absorbować neutrony (wypalają się). Ponadto szybkość spadku na skutek absorpcji neutronów przez jądra absorbera jest mniejsza lub równa szybkości spadku na skutek rozszczepienia jąder paliwa. Jeśli załadujemy rdzeń reaktora paliwem przeznaczonym na rok pracy, to oczywiste jest, że liczba jąder paliwa rozszczepialnego na początku pracy będzie większa niż na końcu i nadmierną reaktywność będziemy musieli kompensować umieszczając absorbery w rdzeniu. Jeśli do tego celu wykorzystuje się pręty sterujące, należy je stale przesuwać w miarę zmniejszania się liczby jąder paliwa. Zastosowanie spalalnych absorberów ogranicza użycie ruchomych prętów. Obecnie palne absorbenty często dodawane są bezpośrednio do peletów paliwowych podczas ich wytwarzania.
Kontrola reaktywności płynów.
Taką regulację stosuje się w szczególności podczas pracy reaktora typu WWER, do chłodziwa wprowadza się kwas borowy H3BO3 zawierający 10B jądra pochłaniające neutrony. Zmieniając stężenie kwasu borowego w ścieżce chłodziwa, zmieniamy w ten sposób reaktywność w rdzeniu. W początkowym okresie pracy reaktora, kiedy jest dużo zarodków paliwa, stężenie kwasu jest maksymalne. W miarę spalania paliwa stężenie kwasu maleje.
Mechanizm reakcji łańcuchowej
Reaktor jądrowy może pracować z daną mocą przez długi czas tylko wtedy, gdy na początku pracy będzie miał rezerwę reaktywności. Wyjątkiem są reaktory podkrytyczne z źródło zewnętrzne neutrony termiczne. Uwalnianie związanej reaktywności w miarę jej zmniejszania się z przyczyn naturalnych zapewnia utrzymanie stanu krytycznego reaktora w każdym momencie jego pracy. Początkową rezerwę reaktywności tworzy się poprzez zbudowanie rdzenia o wymiarach znacznie przekraczających wymiary krytyczne. Aby zapobiec przekształceniu reaktora w stan nadkrytyczny, jednocześnie sztucznie zmniejsza się k0 pożywki hodowlanej. Osiąga się to poprzez wprowadzenie do rdzenia substancji pochłaniających neutrony, które można następnie usunąć z rdzenia. Podobnie jak w elementach kontroli reakcji łańcuchowej, substancje pochłaniające są zawarte w materiale prętów o takim lub innym przekroju poprzecznym, przemieszczających się przez odpowiednie kanały w rdzeniu. Ale jeśli do regulacji wystarczy jeden, dwa lub kilka prętów, wówczas aby zrekompensować początkową nadmierną reaktywność, liczba prętów może osiągnąć setki. Pręty te nazywane są prętami kompensacyjnymi. Drążki sterujące i kompensacyjne niekoniecznie reprezentują różne elementy konstrukcyjne. Prętami sterującymi może być wiele prętów kompensacyjnych, ale funkcje obu są różne. Pręty sterujące mają na celu utrzymanie w dowolnym momencie stanu krytycznego, zatrzymanie i uruchomienie reaktora oraz przejście z jednego poziomu mocy na drugi. Wszystkie te operacje wymagają niewielkich zmian w reaktywności. Z rdzenia reaktora stopniowo usuwane są pręty kompensacyjne, zapewniając stan krytyczny przez cały czas jego pracy.
Czasami pręty kontrolne nie są wykonane z materiałów pochłaniających, ale z materiału rozszczepialnego lub materiału rozpraszającego. W reaktorach termicznych są to głównie absorbery neutronów; nie ma skutecznych absorberów neutronów szybkich. Absorbery takie jak kadm, hafn i inne silnie absorbują tylko neutrony termiczne ze względu na bliskość pierwszego rezonansu do obszaru termicznego, a poza tym ostatnim nie różnią się od innych substancji swoimi właściwościami pochłaniającymi. Wyjątkiem jest bor, którego przekrój poprzeczny absorpcji neutronów zmniejsza się wraz z energią znacznie wolniej niż w przypadku wskazanych substancji, zgodnie z prawem l/v. Dlatego bor pochłania szybkie neutrony, choć słabo, ale nieco lepiej niż inne substancje. Materiałem absorbującym w reaktorze na neutrony prędkie może być wyłącznie bor, jeśli to możliwe, wzbogacony izotopem 10B. Oprócz boru materiały rozszczepialne są również wykorzystywane na pręty sterujące w reaktorach na neutrony szybkie. Pręt kompensacyjny wykonany z materiału rozszczepialnego pełni tę samą funkcję, co pręt pochłaniacza neutronów: zwiększa reaktywność reaktora, podczas gdy w naturalny sposób ją zmniejsza. Jednakże w odróżnieniu od absorbera, pręt taki na początku pracy reaktora znajduje się na zewnątrz rdzenia, a następnie jest wprowadzany do rdzenia.
Materiałami rozpraszającymi stosowanymi w reaktorach prędkich jest nikiel, którego przekrój poprzeczny rozpraszania szybkich neutronów jest nieco większy niż przekroje poprzeczne innych substancji. Pręty rozpraszające rozmieszczone są wzdłuż obwodu rdzenia, a ich zanurzenie w odpowiednim kanale powoduje zmniejszenie wycieku neutronów z rdzenia, a w konsekwencji wzrost reaktywności. W niektórych szczególnych przypadkach do kontroli reakcji łańcuchowej służą ruchome części reflektorów neutronów, które po poruszeniu zmieniają wyciek neutronów z rdzenia. Pręty kontrolne, kompensacyjne i awaryjne wraz z całym osprzętem je dostarczającym normalne funkcjonowanie tworzą system kontroli i ochrony reaktora (CPS).
Ochrona awaryjna:
Zabezpieczenie awaryjne reaktora jądrowego to zespół urządzeń mających na celu szybkie zatrzymanie jądrowej reakcji łańcuchowej w rdzeniu reaktora.
Aktywna ochrona awaryjna uruchamia się automatycznie, gdy jeden z parametrów reaktora jądrowego osiągnie wartość mogącą spowodować awarię. Takimi parametrami mogą być: temperatura, ciśnienie i przepływ chłodziwa, poziom i prędkość przyrostu mocy.
Elementami wykonawczymi zabezpieczeń awaryjnych są najczęściej pręty z substancją dobrze pochłaniającą neutrony (bor lub kadm). Czasami, aby wyłączyć reaktor, do pętli chłodziwa wtryskuje się absorber cieczy.
Oprócz aktywnej ochrony wiele nowoczesne projekty zawierać także elementy ochrony biernej. Na przykład, nowoczesne opcje Reaktory WWER obejmują „Awaryjny System Chłodzenia Rdzenia” (ECCS) – specjalne zbiorniki z kwasem borowym umieszczone nad reaktorem. W przypadku wystąpienia maksymalnie awarii projektowej (pęknięcie pierwotnego obwodu chłodzącego reaktora) zawartość tych zbiorników pod wpływem grawitacji przedostaje się do rdzenia reaktora, a jądrowa reakcja łańcuchowa wygasa duża liczba substancja zawierająca bor, która dobrze pochłania neutrony.
Zgodnie z „Regulaminem bezpieczeństwo nuklearne elektrownie reaktorowe elektrownie jądrowe„, co najmniej jeden z przewidzianych systemów wyłączenia reaktora musi pełnić funkcję zabezpieczenia awaryjnego (EP). Zabezpieczenie awaryjne musi posiadać co najmniej dwie niezależne grupy elementów roboczych. Na sygnał AZ części robocze AZ muszą zostać aktywowane z dowolnej pozycji roboczej lub pośredniej.
Wyposażenie AZ musi składać się z co najmniej dwóch niezależnych zestawów.
Każdy zestaw urządzeń AZ musi być zaprojektowany w taki sposób, aby zapewnić ochronę w zakresie zmian gęstości strumienia neutronów od 7% do 120% wartości nominalnej:
1. Według gęstości strumienia neutronów - nie mniej niż trzy niezależne kanały;
2. Zgodnie z tempem wzrostu gęstości strumienia neutronów - nie mniej niż trzy niezależne kanały.
Każdy zestaw urządzeń ochrony awaryjnej musi być zaprojektowany w taki sposób, aby w całym zakresie zmian parametrów technologicznych ustalonych w projekcie reaktora (RP) zabezpieczenie awaryjne było zapewnione przez co najmniej trzy niezależne kanały dla każdego parametru technologicznego dla których wymagana jest ochrona.
Rozkazy sterujące każdego zestawu dla siłowników AZ muszą być przesyłane co najmniej dwoma kanałami. W przypadku wyłączenia jednego kanału w jednym z zestawów urządzeń AZ bez wyłączenia tego zestawu, dla tego kanału powinien zostać automatycznie wygenerowany sygnał alarmowy.
Zabezpieczenie awaryjne musi zostać uruchomione przynajmniej w następujących przypadkach:
1. Po osiągnięciu ustawienia AZ dla gęstości strumienia neutronów.
2. Po osiągnięciu ustawienia AZ dla szybkości wzrostu gęstości strumienia neutronów.
3. W przypadku zaniku napięcia w jakimkolwiek zestawie urządzeń ochrony awaryjnej i szynach zasilających CPS, które nie zostały wyłączone z eksploatacji.
4. W przypadku awarii dowolnych dwóch z trzech kanałów zabezpieczających gęstość strumienia neutronów lub szybkość narastania strumienia neutronów w dowolnym zestawie urządzeń AZ, który nie został wycofany z eksploatacji.
5. Po osiągnięciu ustawień AZ parametry technologiczne, które należy chronić.
6. Podczas wyzwalania AZ kluczem z punktu kontroli bloku (BCP) lub punktu kontroli rezerwy (RCP).
Może ktoś potrafi pokrótce, w jeszcze mniej naukowy sposób wytłumaczyć, jak rozpoczyna pracę blok elektrowni jądrowej? :-)
Zapamiętaj temat np Oryginał artykułu znajduje się na stronie internetowej InfoGlaz.rf Link do artykułu, z którego powstała ta kopia -
Załadunek...
