A. Ядерный реактор

Ядерный реактор

Ядерным реактором называют реактор, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция деления. В настоящее время существует очень много различных типов ядерных реакторов разной мощности, которые различаются по величине энергии используемых нейтронов, по типу используемого ядерного топлива, по структуре активной зоны реактора, по типу замедлителя, теплоносителя и т.д. Критические размеры активной зоны реактора и, соответственно, критическая масса делящегося вещества определяются видом используемого в нем ядерного топлива, типом замедлителя и конструктивными особенностями реактора.

Реакторы, работающие на тепловых нейтронах (их скорости ~ 2 • 10³ м\с), состоят из следующих основных частей:

а) делящегося вещества, в качестве которого используют изотопы урана \(~(_{92}^{233}U, _{92}^{235}U),\) тория \(~(_{90}^{232}Th)\) или плутония \(~(_{94}^{239}Pu, _{94}^{240}Pu, _{92}^{241}Pu);\)

б) замедлителя нейтронов, которым служит графит, тяжелая или обычная вода;

в) отражателя нейтронов, в качестве которого обычно используют те же вещества, что и для замедления нейтронов;

г) теплоносителя, предназначенного для отвода теплоты из активной зоны реактора. В качестве теплоносителя используют воду, жидкие металлы, некоторые органические жидкости;

д) регулирующих стержней;

е) системы дозиметрического контроля и биологической защиты окружающей среды от потоков нейтронов и \(~\gamma\)-излучения, возникающих в активной зоне реактора.

На рис. 22.9 изображена упрощенная схема устройства уран-графитового реактора, используемого на атомных электростанциях.

Рис. 22.9

В нем ядерным горючим является обогащенный уран, замедлителем нейтронов — графит, а теплоносителем — обычная вода. На рисунке приняты следующие обозначения: А — активная зона реактора, В — отражатель нейтронов, С — биологическая защита, 1 — тепловыделяющие элементы — ТВЭЛы (металлические пеналы, содержащие уран-235), 2 — блоки замедлителя из графита, 3 — управляющий стержень, 4 — аварийный стержень. (Эти стержни изготовлены из бора или кадмия, т.е. веществ, сильно поглощающих нейтроны. Их введение уменьшает количество нейтронов в активной зоне.)

Теплота, выделяемая в ядерном реакторе Р при цепной реакции деления ядер, уносится теплоносителем — водой, находящейся под давлением 10 МПа, вследствие чего вода нагревается до 270 °С не закипая. Далее вода поступает в теплообменник Т, где отдает значительную часть своей внутренней энергии воде второго контура и с помощью насосов Н вновь попадает в активную зону реактора. Вода второго контура в теплообменнике превращается в пар, который поступает в паровую турбину ПТ приводящую в действие электрогенератор ЭГ. Второй контур, как и первый, является замкнутым. После турбины пар попадает в конденсатор К, где змеевик охлаждается холодной проточной водой. Здесь пар превращается в воду и с помощью насосов Н вновь попадает в теплообменник Т. Направление движения воды в контурах таково, что в теплообменнике потоки воды в обоих контурах движутся навстречу друг другу. Раздельные контуры необходимы и потому, что в первом контуре вода, проходя через активную зону реактора, становится радиоактивной. Во втором же контуре пар и вода практически нерадиоактивны.

По своему назначению ядерные реакторы делятся на следующие типы:

а) исследовательские — с их помощью получают мощные пучки нейтронов для научных целей;

б) энергетические — предназначены для получения электрической энергии в промышленных масштабах;

в) теплофикационные — в них получают теплоту для нужд промышленности и теплофикации;

г) воспроизводящие — служат для получения из урана \(~_{92}^{238}U\) и тория \(~_{90}^{232}Th\) делящихся материалов плутония \(~_{94}^{239}Pu\) и урана \(~_{92}^{233}U\);

д) транспортные — их используют в двигательных установках кораблей и подводных лодок;

е) реакторы для промышленного получения изотопов различных химических элементов, обладающих искусственной радиоактивностью.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — С. 624-625.