Conține combustibil nuclear, combustibil nuclear iar căldura este generată datorită Fisiune nucleara. Naib. Barele de combustibil sunt obișnuite sub formă de bare subțiri (de câțiva mm în diametru) care se extind pe toată înălțimea miezului reactorului. Miezul conține mii de bare de combustibil de același tip, formând o rețea obișnuită. Între ele este pompat un lichid de răcire (lichid sau gaz) care elimină energia. Barele de combustibil folosesc U metalic (aliat pentru a crește stabilitatea) sau oxizi de U sub formă de ceramică, uneori cu adaos de Pu. Asa numitul combustibil dispersiv, în care boabele de combustibil sunt incluse într-o matrice de material nefisionabil cu conductivitate termică ridicată și rezistență la radiații (vezi. Rezistența la radiații a materialelor). Carcasa ermetică protejează combustibilul de contactul cu lichidul de răcire și conferă barei de combustibil rezistența mecanică necesară. putere. Materialul carcasei (aliaje de zirconiu, oțel inoxidabil etc.) are o secțiune transversală mică de captare a neutronilor, așa-numita. spectrul reactorului, are compatibilitate bună cu combustibilul și lichidul de răcire în intervalul de temperatură de funcționare, se modifică puțin mecanic. proprietăți într-un câmp de neutroni. Toate materialele barei de combustibil sunt supuse unor cerințe de puritate ridicată, în primul rând absența impurităților care absorb puternic neutronii.
Parametrii barei de combustibil energetic. reactoare: temperatura superioară de funcționare (temperatura învelișului) pentru reactoare cu lichid de răcire cu apă 300 °C, pentru reactoare cu Na lichid cca. 600-700 °C; așa-zisul intensitate termică liniară până la 500-600 W la 1 cm lungime tijă; arderea combustibilului (proporția atomilor de combustibil arși până la sfârșitul perioadei de funcționare) în reactoarele termice este de 3-5%, în reactoarele rapide 7-10% (1% arderea corespunde producției de 10 4 MW. zi termică). energie la 1 tonă de combustibil).
Bara de combustibil pentru reactor rapid: 1
- secțiunea de bază (combustibil nuclear); 2, 3
- ecrane de capăt (epuizateuraniu); 4
- colector de gaz; 5
- carcasa (otel inoxidabil)tăierea oțelului).
În fig. prezentate schematic. secțiunea transversală a barei de combustibil pentru reactor rapid (vezi. Reactor reproductor). Pe lângă partea activă care conține combustibil nuclear, are ecrane de capăt din uraniu sărăcit pentru reciclarea neutronilor care părăsesc miezul, precum și o cavitate pentru colectarea gazelor de fragmentare care ies din combustibil pentru a reduce arderea internă. presiunea în timpul epuizării profunde.
După atingerea arderii nominale și la sfârșitul campaniei (perioada de lucru), barele de combustibil sunt descărcate din reactor și înlocuite. Durata campaniei se calculează prin timpul de funcționare al reactorului în termeni de toata putereași se ridică la luni sau ani. Creșterea campaniei și, prin urmare, arderea este limitată de deteriorarea capacității de a menține o reacție în lanț de fisiune din cauza consumului de combustibil și a acumulării de fragmente care absorb neutroni și a pericolului de distrugere a elementului combustibil sub influența duratei. . iradiere intensă și temperatură ridicată în reactor. Sunt permise sutimi (sau miimi) dintr-un procent din probabilitatea defecțiunii tijei de combustibil.
(din „element de combustibil”) - elementul principal reactor nuclear, care conține combustibil nuclear, combustibil nuclear iar căldura este generată datorită Fisiune nucleara. Naib. Barele de combustibil sunt obișnuite sub formă de bare subțiri (de câțiva mm în diametru) care se extind pe toată înălțimea miezului reactorului. Miezul conține mii de bare de combustibil de același tip, formând o rețea obișnuită. Între ele este pompat un lichid de răcire (lichid sau gaz) care elimină energia. Barele de combustibil folosesc U metalic (aliat pentru a crește stabilitatea) sau oxizi de U sub formă de ceramică, uneori cu adaos de Pu. Asa numitul combustibil dispersiv, în care boabele de combustibil sunt incluse într-o matrice de material nefisionabil cu conductivitate termică ridicată și rezistență la radiații (vezi. Rezistența la radiații a materialelor). Carcasa ermetică protejează combustibilul de contactul cu lichidul de răcire și conferă barei de combustibil rezistența mecanică necesară. putere. Materialul carcasei (aliaje de zirconiu, oțel inoxidabil etc.) are o secțiune transversală mică de captare a neutronilor, așa-numita. spectrul reactorului, are compatibilitate bună cu combustibilul și lichidul de răcire în intervalul de temperatură de funcționare, se modifică puțin mecanic. proprietăți într-un câmp de neutroni. Toate materialele tijei de combustibil sunt supuse cerințe ridicate la puritate, în primul rând, absența impurităților care absorb puternic neutronii.
Parametrii elementului de combustibil ai reactoarelor de putere: temperatura superioară de funcționare (temperatura de placare) pentru reactoare cu lichid de răcire cu apă 300 °C, pentru reactoare cu Na lichid cca. 600-700 °C; așa-zisul intensitate termică liniară până la 500-600 W la 1 cm lungime tijă; arderea combustibilului (proporția atomilor de combustibil arși până la sfârșitul perioadei de funcționare) în reactoarele termice este de 3-5%, în reactoarele rapide 7-10% (1% arderea corespunde producției de 10 4 MW. zi termică). energie la 1 tonă de combustibil).
Bara de combustibil pentru reactor rapid: 1 - secțiunea de bază (combustibil nuclear); 2, 3 - ecrane finale (epuizateuraniu); 4 - colector de gaze; 5 - carcasa (otel inoxidabil)tăierea oțelului).
În fig. prezentate schematic. secțiunea transversală a barei de combustibil pentru reactor rapid (vezi. reactor reproductor). Pe lângă partea activă care conține combustibil nuclear, are ecrane de capăt din uraniu sărăcit pentru reciclarea neutronilor care părăsesc miezul, precum și o cavitate pentru colectarea gazelor de fragmentare care ies din combustibil pentru a reduce arderea internă. presiunea în timpul epuizării profunde.
După atingerea arderii nominale și la sfârșitul campaniei (perioada de lucru), barele de combustibil sunt descărcate din reactor și înlocuite. Durata campaniei este calculată de timpul de funcționare al reactorului în termeni de putere maximă și se ridică la luni sau ani. Creșterea campaniei și, prin urmare, arderea este limitată de deteriorarea capacității de a menține o reacție în lanț de fisiune din cauza consumului de combustibil și a acumulării de fragmente care absorb neutroni și a pericolului de distrugere a elementului combustibil sub influența duratei. . iradiere intensă și temperatură ridicată în reactor. Sunt permise sutimi (sau miimi) dintr-un procent din probabilitatea defecțiunii tijei de combustibil.
: ... destul de banal, dar cu toate acestea încă nu am găsit informațiile într-o formă digerabilă - cum ÎNCEPE să funcționeze un reactor nuclear. Totul despre principiul și structura muncii a fost deja mestecat de peste 300 de ori și este clar, dar iată cum se obține combustibilul și din ce și de ce nu este atât de periculos până nu este în reactor și de ce nu reacționează înainte de a fi scufundat în reactor! - la urma urmei, se încălzește doar în interior, cu toate acestea, înainte de încărcare, combustibilul este rece și totul este în regulă, deci nu este în totalitate clar ce cauzează încălzirea elementelor, cum sunt afectate și așa mai departe, de preferință nu științific).
Este dificil, desigur, să încadrezi un astfel de subiect într-un mod non-științific, dar voi încerca. Să ne dăm seama mai întâi care sunt aceste bare de combustibil.
Combustibilul nuclear este o tabletă neagră cu un diametru de aproximativ 1 cm și o înălțime de aproximativ 1,5 cm Conțin 2% dioxid de uraniu 235 și 98% uraniu 238, 236, 239. În toate cazurile, cu orice cantitate. combustibil nuclear o explozie nucleară nu se poate dezvolta, deoarece pentru reacția de fisiune rapidă ca avalanșă, caracteristică unei explozii nucleare, este necesară o concentrație de uraniu 235 mai mare de 60%.
Două sute de pelete de combustibil nuclear sunt încărcate într-un tub din zirconiu metalic. Lungimea acestui tub este de 3,5 m. diametru 1,35 cm Acest tub se numește element de combustibil - element de combustibil. 36 de tije de combustibil sunt asamblate într-o casetă (un alt nume este „asamblare”).
Structura elementului combustibil al reactorului RBMK: 1 - dop; 2 - tablete de dioxid de uraniu; 3 - carcasa de zirconiu; 4 - primăvară; 5 - bucșă; 6 - pont.
Transformarea unei substanțe este însoțită de eliberarea de energie liberă numai dacă substanța are o rezervă de energie. Aceasta din urmă înseamnă că microparticulele unei substanțe se află într-o stare cu o energie de repaus mai mare decât într-o altă stare posibilă la care există o tranziție. O tranziție spontană este întotdeauna împiedicată de o barieră energetică, pentru a o depăși microparticula trebuie să primească o anumită cantitate de energie din exterior - energie de excitație. Reacția exoenergetică constă în faptul că în transformarea care urmează excitării se eliberează mai multă energie decât este necesară pentru excitarea procesului. Există două moduri de a depăși bariera energetică: fie datorită energiei cinetice a particulelor care se ciocnesc, fie datorită energiei de legare a particulei care se unește.
Dacă ținem cont de scara macroscopică a eliberării de energie, atunci toate sau inițial cel puțin o parte din particulele substanței trebuie să aibă energia cinetică necesară pentru a excita reacțiile. Acest lucru este realizabil doar prin creșterea temperaturii mediului până la o valoare la care energia mișcării termice se apropie de pragul de energie care limitează cursul procesului. În cazul transformărilor moleculare, adică al reacțiilor chimice, o astfel de creștere este de obicei de sute de grade Kelvin, dar în cazul reacțiilor nucleare este de cel puțin 107 K datorită chiar altitudine inalta Bariere Coulomb ale nucleelor care se ciocnesc. Excitarea termică a reacțiilor nucleare se realizează în practică numai în timpul sintezei celor mai ușoare nuclee, în care barierele Coulomb sunt minime (fuziune termonucleară).
Excitarea prin unirea particulelor nu necesită energie cinetică mare și, prin urmare, nu depinde de temperatura mediului, deoarece apare din cauza legăturilor neutilizate inerente forțelor atractive ale particulelor. Dar pentru a excita reacțiile, particulele în sine sunt necesare. Și dacă ne referim din nou nu la un act separat de reacție, ci la producerea de energie la scară macroscopică, atunci acest lucru este posibil numai atunci când are loc o reacție în lanț. Acesta din urmă apare atunci când particulele care excită reacția reapar ca produse ale unei reacții exoenergetice.
Pentru a controla și proteja un reactor nuclear, se folosesc tije de control care pot fi deplasate de-a lungul întregii înălțimi a miezului. Tijele sunt făcute din substanțe care absorb puternic neutronii - de exemplu, bor sau cadmiu. Când tijele sunt introduse adânc, o reacție în lanț devine imposibilă, deoarece neutronii sunt puternic absorbiți și îndepărtați din zona de reacție.
Tijele sunt mutate de la distanță de la panoul de control. Cu o mișcare ușoară a tijelor, procesul de lanț fie se va dezvolta, fie se va estompa. În acest fel este reglată puterea reactorului.
CNE Leningrad, reactor RBMK
Începerea funcționării reactorului:
În momentul inițial de timp după prima încărcare a combustibilului, nu există o reacție în lanț de fisiune în reactor, reactorul este într-o stare subcritică. Temperatura lichidului de răcire este semnificativ mai mică decât temperatura de funcționare.
După cum am menționat deja aici, pentru a începe o reacție în lanț, materialul fisionabil trebuie să formeze o masă critică - o cantitate suficientă de material fisionabil spontan într-un spațiu suficient de mic, condiție în care numărul de neutroni eliberați în timpul fisiunii nucleare trebuie să fie mai mare decât numărul de neutroni absorbiți. Acest lucru se poate face prin creșterea conținutului de uraniu-235 (cantitatea de bare de combustibil încărcate) sau prin încetinirea vitezei neutronilor, astfel încât aceștia să nu zboare pe lângă nucleele de uraniu-235.
Reactorul este adus la putere în mai multe etape. Cu ajutorul regulatorilor de reactivitate, reactorul este transferat în starea supercritică Kef>1 iar puterea reactorului crește la un nivel de 1-2% din cea nominală. În această etapă, reactorul este încălzit la parametrii de funcționare ai lichidului de răcire, iar viteza de încălzire este limitată. În timpul procesului de încălzire, comenzile mențin puterea la un nivel constant. Apoi se pornesc pompele de circulație și se pune în funcțiune sistemul de îndepărtare a căldurii. După aceasta, puterea reactorului poate fi mărită la orice nivel în intervalul de la 2 la 100% din puterea nominală.
Când reactorul se încălzește, reactivitatea se modifică din cauza schimbărilor de temperatură și densitate a materialelor miezului. Uneori, în timpul încălzirii, poziția relativă a miezului și a elementelor de control care intră sau ies din miez se modifică, provocând un efect de reactivitate în absența mișcării active a elementelor de control.
Reglare prin elemente absorbante solide, mobile
Pentru a schimba rapid reactivitatea, în marea majoritate a cazurilor se folosesc absorbante solide mobile. În reactorul RBMK, tijele de control conțin bucșe de carbură de bor închise într-un tub de aliaj de aluminiu cu diametrul de 50 sau 70 mm. Fiecare tijă de control este plasată într-un canal separat și este răcită cu apă din circuitul sistemului de control și protecție (sistem de control și protecție) la o temperatură medie de 50 ° C. În funcție de scopul lor, tijele sunt împărțite în AZ (protecție de urgență). ) tije există 24 de astfel de tije în RBMK. Tije reglare automată- 12 bucăți, tije de control automat local - 12 bucăți, tije de control manual -131 și 32 de tije absorbante scurtate (USP). Sunt 211 lansete în total. Mai mult, tijele scurtate sunt introduse în miez de jos, restul de sus.
Reactorul VVER 1000 1 - sistem de comandă; 2 - capac reactor; 3 - corpul reactorului; 4 - bloc de conducte de protectie (BZT); 5 - arbore; 6 - carcasă miez; 7 - ansambluri combustibile (FA) si tije de control;
Elemente absorbante ardebile.
Pentru a compensa excesul de reactivitate după încărcarea combustibilului proaspăt, se folosesc adesea absorbante ardabile. Principiul de funcționare al cărui principiu este că ei, ca și combustibilul, după capturarea unui neutron, ulterior încetează să absoarbă neutroni (arde). Mai mult, rata de scădere ca urmare a absorbției neutronilor de către nucleele absorbante este mai mică sau egală cu rata de scădere ca urmare a fisiunii nucleelor de combustibil. Dacă încărcăm un miez de reactor cu combustibil proiectat să funcționeze timp de un an, atunci este evident că numărul de nuclee de combustibil fisionabil la începutul funcționării va fi mai mare decât la sfârșit și trebuie să compensăm excesul de reactivitate prin plasarea de absorbante. în miez. Dacă în acest scop se folosesc tije de control, trebuie să le mișcăm continuu pe măsură ce numărul de nuclee de combustibil scade. Utilizarea absorbantelor ardabile reduce utilizarea tijelor mobile. În zilele noastre, absorbanții ardebili sunt adesea adăugați direct pe pelete de combustibil în timpul fabricării lor.
Controlul reactivității fluidelor.
O astfel de reglare este utilizată, în special, în timpul funcționării unui reactor de tip VVER, acid boric H3BO3 care conține nuclee de absorbție de neutroni 10B este introdus în lichidul de răcire. Schimbând concentrația de acid boric în calea lichidului de răcire, modificăm astfel reactivitatea în miez. În perioada inițială de funcționare a reactorului, când există multe nuclee de combustibil, concentrația de acid este maximă. Pe măsură ce combustibilul se arde, concentrația de acid scade.
Mecanism de reacție în lanț
Un reactor nuclear poate funcționa mult timp la o putere dată numai dacă are o rezervă de reactivitate la începutul funcționării. Excepție fac reactoarele subcritice cu sursă externă neutroni termici. Eliberarea reactivității legate pe măsură ce aceasta scade din motive naturale asigură menținerea stării critice a reactorului în fiecare moment al funcționării acestuia. Rezerva inițială de reactivitate este creată prin construirea unui miez cu dimensiuni care le depășesc semnificativ pe cele critice. Pentru a preveni ca reactorul să devină supercritic, k0 al mediului de reproducere este simultan redus artificial. Acest lucru se realizează prin introducerea de substanțe absorbante de neutroni în miez, care pot fi ulterior îndepărtate din miez. Ca și în elementele de control al reacției în lanț, substanțele absorbante sunt incluse în materialul tijelor cu una sau alta secțiune transversală care se deplasează prin canalele corespunzătoare din miez. Dar dacă una sau două sau mai multe tije sunt suficiente pentru reglare, atunci pentru a compensa excesul de reactivitate inițial, numărul de tije poate ajunge la sute. Aceste tije se numesc tije compensatoare. Tijele de control și compensare nu reprezintă neapărat elemente de proiectare diferite. Un număr de tije compensatoare pot fi tije de control, dar funcțiile ambelor sunt diferite. Tijele de control sunt concepute pentru a menține o stare critică în orice moment, pentru a opri și a porni reactorul și pentru a trece de la un nivel de putere la altul. Toate aceste operațiuni necesită mici modificări ale reactivității. Tijele de compensare sunt îndepărtate treptat din miezul reactorului, asigurând o stare critică pe toată durata funcționării acestuia.
Uneori, tijele de control nu sunt fabricate din materiale absorbante, ci din material fisionabil sau material de împrăștiere. În reactoarele termice, acestea sunt în principal absorbanți de neutroni, nu există absorbitori rapidi de neutroni. Absorbanții precum cadmiul, hafniul și altele absorb puternic doar neutronii termici datorită apropierii primei rezonanțe de regiunea termică, iar în afara acesteia din urmă nu se deosebesc de alte substanțe în proprietățile lor absorbante. Excepție este borul, a cărui secțiune transversală de absorbție a neutronilor scade cu energia mult mai lent decât cea a substanțelor indicate, conform legii l/v. Prin urmare, borul absoarbe neutronii rapid, deși slab, dar oarecum mai bine decât alte substanțe. Materialul absorbant dintr-un reactor cu neutroni rapidi poate fi doar bor, dacă este posibil îmbogățit cu izotopul 10B. Pe lângă bor, materialele fisionabile sunt folosite și pentru tijele de control în reactoarele cu neutroni rapidi. O tijă compensatoare din material fisionabil îndeplinește aceeași funcție ca o tijă absorbantă de neutroni: crește reactivitatea reactorului în timp ce aceasta scade în mod natural. Totuși, spre deosebire de un absorbant, o astfel de tijă este situată în afara miezului la începutul funcționării reactorului și apoi este introdusă în miez.
Materialele de împrăștiere utilizate în reactoarele rapide sunt nichelul, care are o secțiune transversală de împrăștiere pentru neutronii rapizi care este puțin mai mare decât secțiunile transversale ale altor substanțe. Tijele de împrăștiere sunt situate de-a lungul periferiei miezului și scufundarea lor în canalul corespunzător determină o scădere a scurgerii de neutroni din miez și, în consecință, o creștere a reactivității. În unele cazuri speciale, scopurile controlului reacției în lanț sunt părțile mobile ale reflectoarelor de neutroni, care, atunci când sunt mutate, schimbă scurgerea neutronilor din miez. Tijele de control, compensare și de urgență împreună cu toate echipamentele care le asigură functionare normala, formează sistemul de control și protecție a reactorului (CPS).
Protecție în caz de urgență:
Protecția de urgență a unui reactor nuclear este un set de dispozitive concepute pentru a opri rapid o reacție nucleară în lanț în miezul reactorului.
Protecția activă de urgență este declanșată automat atunci când unul dintre parametrii unui reactor nuclear atinge o valoare care ar putea duce la un accident. Astfel de parametri pot include: temperatura, presiunea și debitul lichidului de răcire, nivelul și viteza de creștere a puterii.
Elementele executive ale protecției în caz de urgență sunt, în cele mai multe cazuri, tije cu o substanță care absoarbe bine neutronii (bor sau cadmiu). Uneori, pentru a opri reactorul, un absorbant de lichid este injectat în bucla de răcire.
Pe lângă protecția activă, multe proiecte moderne includ și elemente de protecție pasivă. De exemplu, opțiuni moderne Reactoarele VVER includ „Emergency Core Cooling System” (ECCS) - rezervoare speciale cu acid boric situat deasupra reactorului. În cazul unui accident de bază de proiectare maximă (ruperea circuitului primar de răcire al reactorului), conținutul acestor rezervoare prin gravitație ajunge în interiorul miezului reactorului și reacția nucleară în lanț se stinge. o cantitate mare substanță care conține bor care absoarbe bine neutronii.
Conform regulilor securitate nucleară centrale de reactoare centrale nucleare„, cel puțin unul dintre sistemele de oprire a reactorului prevăzute trebuie să îndeplinească funcția de protecție în caz de urgență (EP). Protecția în caz de urgență trebuie să aibă cel puțin două grupuri independente de elemente de lucru. La semnalul AZ, părțile de lucru AZ trebuie activate din orice poziție de lucru sau intermediară.
Echipamentul AZ trebuie să fie format din cel puțin două seturi independente.
Fiecare set de echipamente AZ trebuie proiectat astfel încât să fie asigurată protecție în intervalul de modificări ale densității fluxului de neutroni de la 7% la 120% din valoarea nominală:
1. După densitatea fluxului de neutroni - nu mai puțin de trei canale independente;
2. În funcție de rata de creștere a densității fluxului de neutroni - nu mai puțin de trei canale independente.
Fiecare set de echipamente de protecție în caz de urgență trebuie proiectat astfel încât, pe întreaga gamă de modificări ale parametrilor tehnologici stabilite în proiectarea centralei reactoare (RP), protecția în caz de urgență să fie asigurată prin cel puțin trei canale independente pentru fiecare parametru tehnologic. pentru care este necesară protecția.
Comenzile de control ale fiecărui set pentru actuatoarele AZ trebuie transmise prin cel puțin două canale. Când un canal dintr-unul dintre seturile de echipamente AZ este scos din funcțiune fără a scoate acest set din funcțiune, un semnal de alarmă ar trebui să fie generat automat pentru acest canal.
Protecția de urgență trebuie declanșată cel puțin în următoarele cazuri:
1. La atingerea setării AZ pentru densitatea fluxului de neutroni.
2. La atingerea setării AZ pentru rata de creștere a densității fluxului de neutroni.
3. Dacă tensiunea dispare în orice set de echipamente de protecție în caz de urgență și magistralele de alimentare CPS care nu au fost scoase din funcțiune.
4. În cazul defectării a două dintre cele trei canale de protecție pentru densitatea fluxului de neutroni sau pentru rata de creștere a fluxului de neutroni în orice set de echipamente AZ care nu a fost scos din funcțiune.
5. Când sunt atinse setările AZ parametrii tehnologici, care trebuie protejate.
6. La declanșarea AZ de la o cheie dintr-un punct de control al blocului (BCP) sau dintr-un punct de control al rezervă (RCP).
Poate cineva poate explica pe scurt, într-un mod și mai puțin științific, cum începe să funcționeze o centrală nucleară? :-)
Amintește-ți un subiect ca Articolul original este pe site InfoGlaz.rf Link către articolul din care a fost făcută această copie -
Se încarcă...
