Regulasyon ng rate ng nuclear fission. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor. Kahulugan ng nuclear reactor

Ang neutron nuclear fission reaction ng heavy nuclei, gaya ng nabanggit na, ay ang pangunahing at sentral na reaksyon sa mga nuclear reactor. Samakatuwid, makatuwiran sa simula pa lamang na makilala ang mga pisikal na konsepto ng reaksyon ng fission at ang mga tampok nito na sa isang paraan o iba pa ay nag-iiwan ng kanilang marka sa lahat ng aspeto ng buhay at buhay ng pinaka kumplikadong teknikal na kumplikado, na kung saan ay tinatawag na Nuclear Power Plant.

Ang Fig. 2.6 ay nagbibigay ng ideya ng fission ng uranium-235 nucleus sa mga visual na imahe.

Neutron Nucleus ng masa A Excited compound nucleus Fission fragment

mga fission neutron

Fig.2.6. Schematic na representasyon ng nuclear fission 235 U.

Batay sa diagram na ito, ang pangkalahatang "equation" para sa fission reaction (na mas lohikal kaysa sa mahigpit na matematika) ay maaaring isulat bilang:

235 U + 1 n  (236 U) *  (F 1)* + (F 2)* +  5. 1 n + a + b + c + E

- (F 1)* at (F 2)* - mga simbolo nasasabik fission fragment (pagkatapos nito, ang index (*) ay tumutukoy sa hindi matatag, nasasabik, o radioactive na mga elemento); isang fragment (F 1)* ay may mass A 1 at isang charge Z 1 , isang fragment (F 2)* ay may mass A 2 at isang charge Z 2 ;

-  5 . Ang 1 n ay nagsasaad ng  5 fission neutron na inilabas sa karaniwan sa bawat pagkilos ng fission ng uranium-235 nucleus;

- ,  at  - -particle, -particle at -quanta, ang average na mga numero kung saan sa bawat pagkilos ng fission ng uranium-235 nucleus ay ayon sa pagkakabanggit a, b at c;

Ang E ay ang karaniwang dami ng enerhiya na inilabas sa pagkilos ng fission.

Muli naming binibigyang-diin: ang ekspresyong nakasulat sa itaas ay hindi isang equation sa mahigpit na kahulugan ng salita; ito ay isang anyo lamang ng notasyon na madaling matandaan at sumasalamin sa mga pangunahing tampok ng neutron fission reaction:

a) ang pagbuo ng mga fragment ng fission;

b) ang pagbuo ng mga bagong libreng neutron sa panahon ng fission, na tatawagin natin mula ngayon fission neutrons;

c) ang radyaktibidad ng mga fragment ng fission, na nagiging sanhi ng kanilang karagdagang pagbabago sa mas matatag na mga pormasyon, dahil sa kung saan ang isang serye ng side effects- parehong positibo, kapaki-pakinabang, at negatibo, na dapat isaalang-alang kapag nagdidisenyo, nagtatayo at nagpapatakbo ng mga nuclear reactor;

d) ang pagpapalabas ng enerhiya sa panahon ng fission - ang pangunahing pag-aari ng reaksyon ng fission, na nagpapahintulot sa iyo na lumikha enerhiya nuclear reactor.

Ang bawat isa sa mga pisikal na proseso na nakalista sa itaas, na kasama ng reaksyon ng fission, ay gumaganap ng isang tiyak na papel sa reaktor at may sariling praktikal. ibig sabihin. Kaya kilalanin natin sila nang mas detalyado.

2.2.1. Ang pagbuo ng mga fragment ng fission. Ang isang tao ay maaaring magsalita ng isang solong pagkilos ng nuclear fission bilang isang kababalaghan sa isang tiyak na lawak random, na isinasaisip na ang mabigat na nucleus ng uranium, na binubuo ng 92 proton at 143 neutron, ay pangunahing may kakayahang hatiin sa ibang bilang ng mga fragment na may iba't ibang masa ng atom. Sa kasong ito, ang pagtatasa ng posibilidad ng nuclear fission sa 2, 3, o higit pang mga fragment ay maaaring lapitan gamit ang mga probabilistikong hakbang. Ayon sa data na ibinigay sa, ang posibilidad ng nuclear fission sa dalawang fragment ay higit sa 98%, samakatuwid, ang karamihan ng fission ay nagtatapos sa pagbuo ng eksaktong dalawang fragment.

Ang mga spectroscopic na pag-aaral ng mga produkto ng fission ay nakapagtatag ng higit sa 600 qualitatively different fission fragment na may iba't ibang atomic mass. At dito, sa tila isang aksidente, malalaking numero ang mga dibisyon ay agad na nagsiwalat ng isa pangkalahatang tuntunin, na maaaring maipahayag nang maikli tulad ng sumusunod:

Ang posibilidad ng paglitaw ng isang fragment ng isang tiyak na atomic mass sa panahon ng mass fission ng isang partikular na nuclide ay isang mahigpit na tinukoy na halaga, na katangian ng fissile nuclide na ito.

Ang dami na ito ay tinatawag ani ng fragment , na tinutukoy ng isang maliit na titik ng Griyego  i(gamma) na may isang subscript - ang simbolo ng elemento ng kemikal, ang nucleus kung saan ang fragment na ito, o ang simbolo ng isotope.

Halimbawa, sa mga pisikal na eksperimento, naitala na ang isang fragment ng xenon-135 (135 Xe) sa bawat libong fission ng 235 U nuclei ay lumilitaw sa average sa tatlong kaso. Nangangahulugan ito na ang tiyak na ani ng 135 Xe fragment ay

 Xe= 3/1000 = 0.003 ng lahat ng dibisyon,

at may kaugnayan sa isang solong pagkilos ng nuclear fission 235 U, ang halaga  Xe = 0.003 = 0.3% - ay ang posibilidad na ang fission ay magtatapos sa pagbuo ng isang fragment 135 Heh.

Isang visual na pagtatasa ng mga pattern ng pagbuo ng mga fission fragment ng iba't ibang atomic mass magbigay ng mga kurba para sa tiyak na ani ng mga fragment (Larawan 2.7).

70 80 90 100 110 120 130 140 150 A, amu

kanin. 2.7. Mga Tukoy na Pagbubunga ng Mga Fragment ng Fission ng Iba't ibang Masa ng Atomic

sa fission ng 235 U (solid line) at 239 Pu (dashed line).

Ang likas na katangian ng mga kurba na ito ay nagpapahintulot sa amin na tapusin ang mga sumusunod:

a) Ang atomic na masa ng mga fragment na nabuo sa panahon ng fission, sa karamihan ng mga kaso, ay nasa loob ng 70  165 a.m.u. Ang tiyak na ani ng mas magaan at mas mabibigat na mga fragment ay napakaliit (hindi hihigit sa 10 -4%).

b) Ang simetriko nuclear fission (iyon ay, fission sa dalawang fragment ng pantay na masa) ay napakabihirang: ang kanilang tiyak na ani ay hindi lalampas sa 0.01% para sa uranium-235 nuclei at 0.04% para sa plutonium-239 nuclei.

c) Kadalasang nabuo baga mga fragment mula sa mga numero ng masa sa loob ng 83 104 a.m.u. At mabigat mga fragment na may A = 128  149 a.m.u. (ang kanilang tiyak na ani ay 1% o higit pa).

d) Ang fission ng 239 Pu sa ilalim ng pagkilos ng mga thermal neutron ay humahantong sa pagbuo ng ilang mas mabigat fragment kumpara sa 235 U fission fragment.

*) Sa hinaharap, kapag pinag-aaralan ang mga kinetics ng reaktor at ang mga proseso ng pagkalason at slagging nito, higit sa isang beses kailangan nating bumaling sa mga halaga ng mga tiyak na ani ng maraming mga fragment ng fission kapag nag-compile ng mga differential equation na naglalarawan ng pisikal mga proseso sa reactor core.

Ang kaginhawahan ng halagang ito ay, na alam ang rate ng reaksyon ng fission (ang bilang ng mga fission bawat yunit ng dami ng komposisyon ng gasolina bawat yunit ng oras), madaling kalkulahin ang rate ng pagbuo ng anumang mga fragment ng fission, ang akumulasyon kung saan sa ang reactor sa paanuman ay nakakaapekto sa operasyon nito:

Rate ng pagbuo ng i-th shard =  i  (fission reaction rate)

At isa pang komento na may kaugnayan sa pagbuo ng mga fragment ng fission. Ang mga fragment ng fission na nabuo sa panahon ng fission ay mayroon mataas na kinetic energies. Sa pamamagitan ng paglilipat ng kanilang kinetic energy sa panahon ng mga banggaan sa mga atomo ng medium ng komposisyon ng gasolina, ang fission fragment sa gayon dagdagan ang average na antas ng kinetic energy ng mga atom at molekula, na, alinsunod sa mga ideya ng kinetic theory, ay nakikita natin bilang pagtaas ng temperatura komposisyon ng gasolina o pareho pagwawaldas ng init sa loob nito.

Karamihan sa init sa reactor ay nabuo sa ganitong paraan.

Ito ay isang tiyak na positibong papel ng pagbuo ng mga fragment sa proseso ng pagtatrabaho ng enerhiya nuclear reactor.

2.2.2. Ang pagbuo ng mga fission neutron. Ang pangunahing pisikal na kababalaghan na kasama ng proseso ng fission ng mabigat na nuclei ay paglabas ng pangalawang mabilis na mga neutron sa pamamagitan ng nasasabik na mga fragment ng fission, kung hindi tinawag agarang mga neutron o mga fission neutron.

Ang kahalagahan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito (natuklasan ni F. Joliot-Curie kasama ang mga collaborator - Albano at Kovarsky - noong 1939) ay hindi mapag-aalinlanganan: ito ay salamat sa kanya na sa panahon ng fission ng mabibigat na nuclei, ang mga bagong libreng neutron ay lilitaw upang palitan ang mga naging sanhi ng fission; ang mga bagong neutron na ito ay maaaring makipag-ugnayan sa iba pang mga fissile nuclei sa gasolina at maging sanhi ng mga ito sa fission, na sinamahan ng paglabas ng mga bagong fission neutron, at iba pa. Iyon ay, dahil sa pagbuo ng mga fission neutron, nagiging posible ito ayusin ang proseso ng mga fission na pantay na sumusunod sa isa't isa sa oras nang hindi nagbibigay ng mga libreng neutron sa medium na naglalaman ng gasolina mula sa isang panlabas na mapagkukunan. Sa ganitong paghahatid, sa madaling salita, hindi kinakailangan, sa sandaling matagpuan ang "mga kasangkapan" kung saan isinasagawa ang nuclear fission dito, sa mismong kapaligirang ito, V estadong nakatali sa fissile nuclei; upang "gamitin" ang mga nakagapos na neutron, kailangan lamang nilang palayain, iyon ay, ang nucleus ay nahahati sa mga fragment, at pagkatapos ay ang mga fragment mismo ang magtatapos sa lahat: dahil sa kanilang nasasabik na estado, sila ay naglalabas ng "dagdag" na mga neutron mula sa kanilang komposisyon, nakakasagabal sa kanilang katatagan, bukod dito, ito ay mangyayari sa isang oras ng pagkakasunud-sunod ng 10 -15 - 10 -13 s, coinciding sa pagkakasunud-sunod ng magnitude sa oras na ginugol ng compound nucleus sa isang nasasabik na estado. Ang pagkakataong ito ay nagbunga ng paniwala na lumilitaw ang mga fission neutron hindi mula sa nasasabik na mga fragment ng fission na supersaturated sa mga neutron pagkatapos ng pagtatapos ng fission, ngunit direkta sa maikling yugto ng panahon kung saan nangyayari ang nuclear fission. Hindi iyon pagkatapos ang gawa ng dibisyon, at habang ang pagkilos na ito, na parang kasabay ng pagkasira ng nucleus. Para sa parehong dahilan, ang mga neutron na ito ay madalas na tinutukoy bilang agarang mga neutron.

Ang pagsusuri ng mga posibleng kumbinasyon ng mga proton at neutron sa stable nuclei ng iba't ibang atomic mass (tandaan ang diagram ng stable nuclei) at ang kanilang paghahambing sa qualitative composition ng fission products ay nagpakita na posibilidad ng pagbuonapapanatiling Ang mga fragment sa panahon ng fission ay napakaliit. At nangangahulugan ito na ang karamihan sa mga fragment ay ipinanganak hindi matatag at maaaring maglabas ng isa, dalawa, tatlo o higit pang mga fission neutron na "labis" para sa kanilang katatagan, bukod dito, malinaw na ang bawat tiyak na nasasabik na fragment ay dapat na naglalabas sariling, mahigpit na tinukoy ang bilang ng mga fission neutron na "labis" para sa katatagan nito.

Ngunit dahil ang bawat fragment na may malaking bilang ng mga fission ay may mahigpit na tinukoy na tiyak na ani, kung gayon sa isang tiyak na malaking bilang ng mga fission, ang bilang ng mga nabuong fission fragment ng bawat uri ay magiging tiyak din, at, dahil dito, ang bilang ng mga fission neutron na ibinubuga. sa pamamagitan ng mga fragment ng bawat uri ay magiging tiyak din, ngunit, Nangangahulugan ito na ang kanilang kabuuang bilang ay tiyak din. Sa pamamagitan ng paghahati sa kabuuang bilang ng mga neutron na natanggap sa mga fission sa bilang ng mga fission kung saan sila natanggap, dapat nating makuha average na bilang ng mga fission neutron na ibinubuga sa isang fission event, na, batay sa pangangatwiran sa itaas, ay dapat ding mahigpit na tinukoy at pare-pareho para sa bawat uri ng fissile nuclides. Ang pisikal na pare-pareho ng fissile nuclide ay tinutukoy  .

Ayon sa 1998 data (ang halaga ng pare-parehong ito ay pana-panahong ina-update batay sa mga resulta ng pagsusuri ng mga pisikal na eksperimento sa buong mundo) sa fission sa ilalim ng pagkilos ng mga thermal neutron

Para sa uranium-235  5 = 2.416,

Para sa plutonium-239  9 = 2.862,

Para sa plutonium-241  1 = 2.938 atbp.

Ang huling pangungusap ay kapaki-pakinabang: ang halaga ng pare-pareho  mahalagang nakasalalay sa halaga ng kinetic energy ng mga neutron na nagdudulot ng fission, at sa paglaki ng huli ito ay tumataas nang humigit-kumulang sa direktang proporsyon sa E.

Para sa dalawang pinakamahalagang fissile nuclides, ang tinatayang mga dependence (E) ay inilalarawan ng mga empirical expression:

Para sa uranium-235  5 (E) = 2.416 + 0.1337 E;

Para sa plutonium-239  9 (E) = 2.862 + 0.1357 E.

*) Ang neutron energy E ay pinapalitan sa [MeV].

Kaya, ang halaga ng pare-pareho , na kinakalkula ng mga empirical na formula, sa iba't ibang neutron energies ay maaaring umabot sa mga sumusunod na halaga:

Kaya, ang unang katangian ng fission neutrons na ibinubuga sa panahon ng fission ng mga tiyak na fissile nuclides ay ang katangian ng mga nuclides na ito. average na bilang ng mga fission neutron na ginawa sa isang fission event .

Ang katotohanan ay para sa lahat ng fissile nuclides  > 1, lumilikha ng paunang kinakailangan para sa pagiging posible kadena reaksyon ng fission ng neutron. Ito ay malinaw na upang ipatupad nakapagpapatibay sa sarili chain reaction dibisyon ito ay kinakailangan upang lumikha ng mga kondisyon para sa isa mula sa  neutron na nakuha sa akto ng fission siguradong tinawag ang susunod na dibisyon ng isa pang nucleus, at magpahinga ( - 1) mga neutron kahit papaano hindi kasama sa nuclear fission. Kung hindi, ang tindi ng mga dibisyon sa oras ay lalago tulad ng isang avalanche (na kung ano ang nangyayari sa bomba atomika).

Dahil ito ay kilala ngayon na ang halaga ng pare-pareho  tumataas sa pagtaas ng enerhiya ng mga neutron na nagdudulot ng fission, isang lohikal na tanong ang lumitaw: kung anong kinetic energy ipinanganak fission neutrons?

Ang sagot sa tanong na ito ay ibinibigay ng pangalawang katangian ng fission neutrons, na tinatawag fission neutron energy spectrum at kumakatawan sa distribution function ng fission neutrons sa kanilang kinetic energies.

Kung sa isang yunit (1 cm 3) dami ng daluyan sa ilang oras, n fission neutrons ng lahat ng posibleng enerhiya, kung gayon normalized na spectrum ng enerhiya ay isang function ng halaga ng enerhiya E, ang halaga nito, para sa anumang partikular na halaga ng E, ay nagpapakita anong bahagi (fraction) ng lahat ng neutron na ito ang mga neutron na may mga energies ng elementary interval dE malapit sa enerhiya E. Sa madaling salita, nag-uusap kami tungkol sa pagpapahayag

Ang pamamahagi ng enerhiya ng mga fission neutron ay inilarawan nang tumpak Ang spectral function ng Watt(watt):

n(E) = 0.4839
, (2.2.2)

graphic na paglalarawan kung saan ay fig.2.8. sa susunod na pahina.

Ang Watt spectrum ay nagpapakita na, bagama't ang mga fission neutron ay ginawa na may iba't ibang uri ng enerhiya, na nasa napakalawak na hanay, karamihan sa mga neutron ay may paunang enerhiya,katumbas ng E nv = 0.7104 MeV, naaayon sa maximum ng Watt spectral function. Ang kahulugan ng halagang ito ay ang pinaka-malamang na fission neutron energy.

Ang isa pang dami na nagpapakilala sa spectrum ng enerhiya ng mga fission neutron ay average na fission neutron energy , iyon ay, ang dami ng enerhiya na magkakaroon ng bawat fission neutron kung ang kabuuang tunay na enerhiya ng lahat ng fission neutron ay pantay na hinati sa pagitan nila:

E av =  E n(E) dE /  n(E) dE (2.2.3)

Ang pagpapalit sa (2.2.3) ng expression (2.2.2) ay nagbibigay ng halaga ng average na enerhiya ng fission neutrons

E ikasal = 2.0 MeV

At ito ay nangangahulugan na Halos lahat ng ang mga fission neutron ay ginawa mabilis(iyon ay, may mga enerhiya E > 0.1 MeV). Ngunit mayroong ilang mga mabilis na neutron na may medyo mataas na kinetic energies (mas mababa sa 1%), bagaman ang isang kapansin-pansing dami ng fission neutron ay lumilitaw na may mga enerhiya hanggang 18 - 20 MeV.

0 1 2 3 4 5 Е, MeV

Fig.2.8. Ang spectrum ng enerhiya ng mga fission neutron ay ang Watt spectrum.

Ang fission neutron spectra para sa iba't ibang fissile nuclides ay naiiba sa bawat isa bahagya. Sabihin nating, para sa mga nuclides 235U at 239Pu na pangunahing interesado sa atin, ang average na enerhiya ng fission neutrons (naitama ayon sa mga resulta ng mga pisikal na eksperimento):

E av = 1.935 MeV - para sa 235 U at E av = 2.00 MeV - para sa 239 Pu

Ang halaga ng average na enerhiya ng fission neutron spectrum tumataas sa enerhiya ng mga neutron na nagdudulot ng fission, ngunit ang pagtaas na ito ay bale-wala(hindi bababa sa nasa hanay na 10 - 12 MeV). Ginagawa nitong posible na huwag isaalang-alang at humigit-kumulang na kalkulahin ang spectrum ng enerhiya ng mga fission neutron karaniwan para sa iba't ibang nuclear fuel at para sa iba't ibang spectrum (mabilis, intermediate at thermal) reactor.

Para sa uranium-238, sa kabila ng threshold na katangian ng fission nito, ang fission neutron spectrum ay praktikal ding tumutugma sa expression(2.2.2), at ang pag-asa ng average na bilang ng mga fission neutron  8 mula sa enerhiya ng mga neutron na nagdudulot ng fission - halos linear din sa mga enerhiya sa itaas ng threshold ( E P = 1.1 MeV):

 8 (E) = 2.409 + 0.1389E. (2.2.4)

2.2.3. Radioactivity ng mga fragment ng fission. Nasabi na na humigit-kumulang 600 uri ng fission fragment ang naitatag, na naiiba sa masa at proton charge, at halos Lahat sila ay ipinanganakNasasabik .

Ang bagay ay mas kumplikado sa pamamagitan ng katotohanan na nagdadala sila ng malaking kaguluhan at pagkatapos paglabas ng fission neutron. Samakatuwid, sa kanilang likas na pagsisikap para sa katatagan, patuloy silang "naglalabas" ng labis na enerhiya sa itaas ng antas ng ground state hanggang sa maabot ang antas na ito.

Ang pag-reset na ito ay isinasagawa sa pamamagitan ng sunud-sunod na paglabas ng mga fragment ng lahat ng uri ng radioactive radiation (alpha, beta at gamma radiation), at para sa iba't ibang mga fragment iba't ibang uri Ang radioactive decay ay nagpapatuloy sa ibang pagkakasunud-sunod at (dahil sa pagkakaiba sa mga halaga ng mga constant ng pagkabulok ) sa iba't ibang antas nakaunat sa oras.

Kaya, sa isang gumaganang nuclear reactor, hindi lamang ang proseso akumulasyon radioactive fragment, ngunit din ang proseso ng kanilang tuluy-tuloy pagbabagong-anyo: isang malaking bilang ay kilala mga tanikala sunud-sunod na mga pagbabagong-anyo, sa huli ay humahantong sa pagbuo ng matatag na nuclei, ngunit ang lahat ng mga prosesong ito ay nangangailangan ng iba't ibang oras, para sa ilang mga kadena - napakaliit, at para sa iba - medyo mahaba.

Samakatuwid, hindi lamang sinasamahan ng radioactive radiation ang fission reaction sa nagtatrabaho reaktor, ngunit sa mahabang panahon ibinubuga ng gasolina matapos itong huminto.

Ang kadahilanan na ito, una, espesyal na uri pisikal na panganib - panganib pagkakalantad ng tauhan, servicing ang reactor plant, dinaglat bilang panganib sa radiation. Pinipilit nito ang mga taga-disenyo ng planta ng reactor na magbigay para sa kapaligiran nito. biyolohikal na pagtatanggol, ilagay ito sa mga silid na nakahiwalay sa kapaligiran at gumawa ng ilang iba pang mga hakbang upang maalis ang posibilidad ng mapanganib na pagkakalantad ng mga tao at radioactive contamination kapaligiran.

Pangalawa, pagkatapos ng pagsara ng reaktor, lahat ng uri ng radioactive radiation, bagaman bumababa sa intensity, ay patuloy na nakikipag-ugnayan sa mga materyales ng core at, tulad ng mga fission fragment mismo sa unang panahon ng kanilang libreng pag-iral, inililipat ang kanilang kinetic energy sa ang mga atomo ng pangunahing daluyan, pagtaas ng kanilang average na kinetic energy. Yan ay sa reactor pagkatapos maganap ang pagsasara nito pagkabulok ng init .

Madaling maunawaan na ang kapangyarihan ng natitirang paglabas ng init sa reaktor sa sandali ng pagsara ay direktang proporsyonal sa bilang ng mga fragment na naipon sa panahon ng pagpapatakbo ng reaktor sa sandaling ito, at ang rate ng pagbaba nito sa hinaharap ay tinutukoy. sa pamamagitan ng kalahating buhay ng mga fragment na ito. Mula sa sinabi ay sumunod ang isa pa negatibo kadahilanan dahil sa radyaktibidad ng mga fragment ng fission - pangangailanganmahabadampening reactor core pagkatapos ng shutdown upang maalis ang natitirang init, at ito ay nauugnay sa isang makabuluhang pagkonsumo ng kuryente at mga mapagkukunan ng motor ng mga kagamitan sa sirkulasyon.

Kaya, ang pagbuo ng mga radioactive fragment sa panahon ng fission sa isang reactor ay isang phenomenon pangunahin negatibo, ngunit ... walang silver lining!

Sa radioactive transformations ng fission fragment, makikita rin ng isa positibo aspeto kung saan literal ang mga nuclear reactor utang ang kanilang pag-iral . Ang katotohanan ay na mula sa isang malaking bilang ng mga fragment ng fission, mayroong humigit-kumulang 60 uri ng tulad na, pagkatapos ng unang -pagkabulok, ay nagiging aktibo ang neutron may kakayahang magpalabas ng tinatawag nahuhuli mga neutron. Medyo kakaunting mga naantalang neutron ang ibinubuga sa reaktor (humigit-kumulang 0.6% ng kabuuang bilang ng mga nabuong neutron), ngunit ito ay dahil sa kanilang pag-iral na posible ligtas na pamamahala nuclear reactor; Ive-verify namin ito kapag pinag-aaralan ang kinetics ng isang nuclear reactor.

2.2.4. Ang pagpapalabas ng enerhiya sa panahon ng fission. Ang reaksyon ng nuclear fission sa physics ay isa sa mga malinaw na kumpirmasyon ng hypothesis ni A. Einstein tungkol sa ugnayan sa pagitan ng masa at enerhiya, na, na may kaugnayan sa nuclear fission, ay nabuo bilang mga sumusunod:

Ang dami ng enerhiya na inilabas sa panahon ng nuclear fission ay direktang proporsyonal sa mass defect, at ang proportionality factor sa relasyong ito ay ang parisukat ng bilis ng liwanag:

E=  mc 2

Sa panahon ng nuclear fission, ang labis (depekto) ng masa ay tinukoy bilang ang pagkakaiba sa pagitan ng mga kabuuan ng natitirang masa ng mga unang produkto ng reaksyon ng fission (i.e., ang nucleus at ang neutron) at ang mga resultang nuclear fission na produkto (fission fragment, fission neutrons , at iba pang microparticle na ibinubuga kapwa sa proseso ng fission at pagkatapos niya).

Ang spectroscopic analysis ay naging posible upang maitatag ang karamihan sa mga produkto ng fission at ang kanilang mga tiyak na ani. Sa batayan na ito, hindi napakahirap kalkulahin pribado ang laki ng mga depekto sa masa para sa iba't ibang mga resulta ng fission ng uranium-235 nuclei, at mula sa kanila - kalkulahin ang average na halaga ng enerhiya na inilabas sa isang solong fission, na naging malapit sa

mc 2 = 200 MeV

Ito ay sapat na upang ihambing ang halaga na ito sa enerhiya na inilabas sa pagkilos ng isa sa mga pinaka-endothermic kemikal mga reaksyon - mga reaksyon ng oksihenasyon ng rocket fuel (mas mababa sa 10 eV) - upang maunawaan na sa antas ng mga bagay ng microworld (atoms, nuclei) 200 MeV - napakalaking enerhiya: ito ay hindi bababa sa walong order ng magnitude (100 milyong beses) na mas malaki kaysa sa enerhiya na ginawa ng mga kemikal na reaksyon.

Ang enerhiya ng fission ay nawala mula sa dami kung saan naganap ang fission ng nucleus, sa pamamagitan ng iba't ibang materyal. mga carrier: fission fragment, fission neutrons, - at -particle, -quanta at kahit neutrino at antineutrino.

Ang pamamahagi ng enerhiya ng fission sa pagitan ng mga carrier ng materyal sa panahon ng fission ng 235 U at 239 Pu nuclei ay ibinibigay sa Talahanayan 2.1.

Talahanayan 2.1. Pamamahagi ng enerhiya ng fission ng uranium-235 at plutonium-239 nuclei sa pagitan ng mga produkto ng fission.

Mga Tagapagdala ng Enerhiya ng Fission		Plutonium-239
1. Kinetic energy ng fission fragment
2. Kinetic energy ng fission neutrons
3. Enerhiya ng agarang gamma quanta
4. Enerhiya ng -quanta mula sa mga produktong fission
5. Kinetic energy ng -radiation ng mga fragment
6. Enerhiya ng antineutrino

Ang iba't ibang bahagi ng enerhiya ng fission ay nababago sa init hindi kasabay.

Ang unang tatlong bahagi ay nagiging init sa mas mababa sa 0.1 s (nagbibilang mula sa sandali ng fission), at samakatuwid ay tinatawag mga instant na pinagmumulan ng init.

Ang - at -radiations ng mga produktong fission ay ibinubuga ng mga excited na fragment na may na may iba't ibang kalahating buhay(mula sa ilang fraction ng isang segundo hanggang ilang sampung araw, kung isasaalang-alang lamang natin ang mga fragment na may kapansin-pansing tiyak na output), at samakatuwid ang prosesong binanggit sa itaas natitirang init, na tiyak na dahil sa mga radioactive emissions ng mga produkto ng fission, ay maaaring tumagal ng sampung araw pagkatapos isara ang reactor.

*) Ayon sa masyadong magaspang na mga pagtatantya, ang lakas ng natitirang init sa reaktor pagkatapos ng pagsara nito ay bumababa sa unang minuto - ng 30-35%, pagkatapos ng unang oras ng pagsara ng reaktor ay humigit-kumulang 30% ng kapangyarihan kung saan ang ang reaktor ay pinaandar bago isara, at pagkatapos ng unang araw na paradahan - mga 25 porsiyento. Ito ay malinaw na ang pagpapahinto sa sapilitang paglamig ng reaktor sa ilalim ng naturang mga kondisyon ay wala sa tanong, dahil kahit na ang isang panandaliang pagkagambala ng sirkulasyon ng coolant sa core ay puno ng panganib ng thermal pagkasira ng mga elemento ng gasolina. Pagkatapos lamang ng ilang araw ng sapilitang paglamig ng reaktor, kapag ang natitirang rate ng paglabas ng init ay nabawasan sa antas na inalis dahil sa natural na kombeksyon ng coolant, ang mga paraan ng sirkulasyon ng pangunahing circuit ay maaaring ihinto.

Ang pangalawang praktikal na tanong para sa inhinyero: kung saan at anong bahagi ng enerhiya ng fission ang binago sa init sa reactor? - dahil ito ay dahil sa pangangailangan na ayusin ang isang balanseng pag-alis ng init mula sa iba't ibang mga panloob na bahagi nito, na idinisenyo sa iba't ibang mga teknolohikal na disenyo.

komposisyon ng gasolina, na naglalaman ng fissile nuclides, ay nakapaloob sa mga selyadong shell na pumipigil sa paglabas ng mga nabuong fragment mula sa komposisyon ng gasolina ng mga elemento ng gasolina (fuel rods) sa coolant na nagpapalamig sa kanila. At, kung ang mga fission fragment sa isang gumaganang reactor ay hindi umaalis sa mga fuel rod, malinaw na ang kinetic energies ng mga fragment at mahinang tumagos na -particle ay na-convert sa init. sa loob ng mga baras ng gasolina.

Ang mga enerhiya ng fission neutron at  radiation ay nababago sa init sa loob ng mga elemento ng gasolina lamang bahagyang: ang penetrating power ng mga neutron at  radiation na nabubuo carryover karamihan sa kanilang paunang kinetic energy mula sa kanilang mga lugar ng kapanganakan.

Ang pag-alam sa eksaktong halaga ng enerhiya ng fission at ang bahagi nito sa nagresultang init sa loob ng mga elemento ng gasolina ay mahalaga. praktikal na halaga, na nagpapahintulot sa isa na kalkulahin ang isa pang praktikal na mahalagang katangian na tinatawag tiyak na volumetric heat release sa fuel rods (q v).

Halimbawa, kung alam na sa 1 cm 3 ng komposisyon ng gasolina ng isang elemento ng gasolina, sa 1 s R f fissions ng uranium-235 nuclei, ito ay malinaw: ang dami ng thermal energy na nabuo bawat segundo sa unit volume na ito (= thermal power na 1 cm 3 ng gasolina) ay ang tiyak na volumetric heat release (o intensity ng enerhiya) gasolina, at ang halagang ito ay magiging katumbas ng:

q v = 0.9 .  E . R f (2.2.5)

Ang bahagi ng enerhiya ng fission na nakuha bilang init sa labas ng mga elemento ng gasolina sa core ng reactor ay nakasalalay sa uri at disenyo nito at nasa loob ng (6  9)% ng kabuuang enerhiya ng fission. (Halimbawa, para sa VVER-1000 ang halagang ito ay humigit-kumulang katumbas ng 8.3%, at para sa RBMK-1000 - mga 7%).

Kaya, ang bahagi ng kabuuang paglabas ng init sa core volume mula sa kabuuang fission energy ay 0.96  0.99, i.e. may teknikal na katumpakan tumutugma sa kabuuang enerhiya ng fission.

Samakatuwid - isa pang teknikal na katangian ng reactor core:

- average na lakas ng lakas ng core(q v) az - thermal power na natanggap sa bawat unit volume ng core:

(q v) az = (0.96-0.99)  E . R f   E . R f (2.2.6)

Dahil ang enerhiya sa 1 MeV sa sistema ng SI ay tumutugma sa 1.602. 10-13 J, pagkatapos ay ang halaga ng intensity ng enerhiya ng reactor core:

(q v) az  3.204 . 10-11 R f .

Samakatuwid, kung ang halaga ng density ng enerhiya na na-average sa dami ng aktibong sona ay kilala, kung gayon thermal power ng reactor ay malinaw na magiging:

Q p= (q v) az. V az 3.204. 10–11 . R f . V az [Tue] (2.2.7)

Ang thermal power ng reactor ay direktang proporsyonal sa average na bilis

mga reaksyon ng fission sa aktibong sona nito.

Praktikal na kahihinatnan : Gusto mo bang gumana ang reactorpare-pareho ang antas ng kapangyarihan? - Lumikha ng mga kondisyon dito upang ang reaksyon ng fission sa aktibong zone nito ay nagpapatuloy na may pareho average na bilis sa oras. Kailangang taasan (bawasan) ang kapangyarihan ng reaktor? - Maghanap ng mga paraan upang taasan (o bawasan) ang rate ng reaksyon nang naaayon de Leniya. Ito ang pangunahing kahulugan ng pagkontrol sa kapangyarihan ng isang nuclear reactor.

Ang itinuturing na mga ratio at konklusyon ay tila halata lamang sa pinakasimpleng kaso, kapag ang sangkap ng gasolina sa reaktor ay isang uranium-235. Gayunpaman, inuulit ang pangangatwiran para sa reaktor na may multicomponent komposisyon ng gasolina, madaling i-verify ang proporsyonalidad ng average na rate ng reaksyon ng fission at ang thermal power ng reaktor sa pinaka-pangkalahatang kaso.

Kaya, ang thermal power ng reactor at pamamahagi ng paglabas ng init sa core nito ay direktang proporsyonal sa pamamahagi ng rate ng reaksyon ng fission sa dami ng komposisyon ng gasolina ng core ng reaktor.

Ngunit mula sa kung ano ang sinabi ay malinaw din na ang rate ng reaksyon ng fission ay dapat na nauugnay sa bilang ng mga libreng neutron sa core medium, dahil sila (mga libreng neutron) ang nagdudulot ng mga reaksyon ng fission, radiative capture, scattering, at iba pang reaksyon ng neutron. Sa madaling salita, ang rate ng reaksyon ng fission, ang paglabas ng enerhiya sa core, at ang thermal power ng reactor ay dapat na malinaw na nauugnay sa mga katangian ng field ng neutron sa saklaw nito.

circuit diagram Ang nuclear reactor sa thermal (mabagal) neutrons ay ipinapakita sa Fig.5.1, dito 1 - control rods, 2 - biological protection, 3 - thermal protection, 4 - moderator, 5 - nuclear fuel (TVELs).

Kapag ang isang neutron ay tumama sa nucleus ng uranium 235 isotope, nahahati ito sa dalawang bahagi at ilang (2.5-3) bagong pangalawang neutron ang lumilipad palabas.. Upang mapanatili ang isang chain reaction sa isang nuclear reactor, kinakailangan na ang masa ng nuclear fuel sa reactor core ay hindi gaanong kritikal. Ang reactor ay dapat maglaman ng ganoong halaga 235 U upang, sa karaniwan, kahit isa sa bilang ng mga neutron na ginawa sa bawat kaganapan ng fission ay maaaring maging sanhi ng susunod na kaganapan ng fission bago ito umalis sa core ng reactor.

Larawan 5.1. Schematic diagram ng isang thermal neutron nuclear reactor

Kung ang bilang ng mga neutron ay pinananatiling pare-pareho, ang reaksyon ng fission ay magiging nakatigil.. Ang mas mataas nakatigil na antas ang bilang ng mga umiiral na neutron, mas malaki ang kapangyarihan ng reaktor. Ang kapangyarihan ng 1 MW ay tumutugma sa isang chain reaction kung saan 3 10 16 dibisyon ang nagaganap sa 1 segundo.

Kung ang bilang ng mga neutron ay tumaas, pagkatapos ay isang thermal pagsabog ang magaganap, kung ito ay bumababa, kung gayon ang reaksyon ay titigil. Ang rate ng reaksyon ay kinokontrol na may mga control rod 1.

Kasalukuyang estado ang nuclear reactor ay maaaring mailalarawan bilang mahusay salik ng pagpaparami ng neutron o reaktibiti , na nauugnay sa kaugnayan:

Ang mga halagang ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na halaga:

· - ang chain reaction ay tumataas sa oras, ang reactor ay nasa supercritical na estado, ang reaktibiti nito;

· , - ang bilang ng mga nuclear fission ay pare-pareho, ang reactor ay nasa isang matatag na kritikal na estado.

Ang isang nuclear reactor ay maaaring gumana sa isang ibinigay na kapangyarihan sa mahabang panahon lamang kung ito ay may reactivity margin sa simula ng operasyon. Sa panahon ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor, dahil sa akumulasyon ng mga fragment ng fission sa gasolina, ang isotopic at komposisyong kemikal, ang pagbuo ng mga elemento ng transuranium, pangunahin ang Pu. Ang mga prosesong nagaganap sa reactor ay nagbabawas sa posibilidad ng isang chain reaction ng fission ng atomic nuclei.

Upang mapanatili at ipatupad ang isang chain reaction, kinakailangan upang limitahan ang pagsipsip ng mga neutron ng mga materyales na nakapalibot sa reactor core. Ito ay nakamit sa pamamagitan ng paggamit ng mga naturang materyales (para sa biological 2 at thermal 3 na proteksyon), na hindi bababa sa bahagyang (perpektong 50%) ay sumasalamin sa mga neutron, i.e. hindi sila kinain. Ang partikular na kahalagahan ay ang pagpili ng coolant na nagsisilbing maglipat ng init mula sa core patungo sa turbine.

Ang mga neutron na ginawa bilang resulta ng fission ay maaaring mabilis (may mataas na bilis) at mabagal (thermal). Ang posibilidad ng pagkuha ng isang mabagal na neutron ng isang nucleus 235 U at ang kasunod na paghahati nito ay mas malaki kaysa sa isang mabilis na neutron. Samakatuwid, ang mga fuel rod 5 ay napapalibutan ng mga espesyal na moderator 4, na nagpapabagal sa mga neutron, na mahina ang pagsipsip sa kanila. Upang mabawasan ang pagtagas ng mga neutron mula sa reaktor, binibigyan ito ng reflector. Graphite, mabigat ( D2O), ordinaryong tubig, atbp.

Ang bilang ng mga nakatigil na neutron ay tumutukoy sa bilang ng mga nuclear fission fragment na nabuo, na nakakalat sa magkaibang panig sa sobrang bilis. Ang pagbabawas ng bilis ng mga fragment ay humahantong sa pag-init ng gasolina at mga dingding ng mga rod ng gasolina. Upang alisin ang init na ito, ang reaktor ay pinakain pampalamig, pag-init kung saan ang layunin ng operasyon ng reaktor. Kadalasan ang parehong sangkap, tulad ng ordinaryong tubig, ay gumaganap ng mga function coolant, moderator at reflector. Ang tubig ay ibinibigay sa reactor gamit pangunahing circulation pump(MCP).

Bumalik pasulong

Pansin! Ang slide preview ay para sa mga layuning pang-impormasyon lamang at maaaring hindi kumakatawan sa buong lawak ng pagtatanghal. Kung ikaw ay interesado gawaing ito mangyaring i-download ang buong bersyon.

Layunin ng Aralin:

Pang-edukasyon: pag-update ng umiiral na kaalaman; ipagpatuloy ang pagbuo ng mga konsepto: fission ng uranium nuclei, nuclear chain reaction, mga kondisyon para sa paglitaw nito, kritikal na masa; ipakilala ang mga bagong konsepto: isang nuclear reactor, ang mga pangunahing elemento ng isang nuclear reactor, ang disenyo ng isang nuclear reactor at ang prinsipyo ng operasyon nito, ang kontrol ng isang nuclear reaction, ang pag-uuri ng mga nuclear reactor at ang kanilang paggamit;
Pagbuo: upang ipagpatuloy ang pagbuo ng mga kasanayan sa pagmamasid at pagbubuo ng mga konklusyon, pati na rin ang pagbuo kakayahan sa intelektwal at kuryusidad ng mga mag-aaral;
Pang-edukasyon: upang ipagpatuloy ang edukasyon ng saloobin patungo sa pisika bilang isang pang-eksperimentong agham; upang linangin ang isang matapat na saloobin sa trabaho, disiplina, isang positibong saloobin sa kaalaman.

Uri ng aralin: pag-aaral ng bagong materyal.

Kagamitan: pag-install ng multimedia.

Sa panahon ng mga klase

1. Organisasyon sandali.

Guys! Ngayon sa aralin ay uulitin natin ang fission ng uranium nuclei, isang nuclear chain reaction, ang mga kondisyon para sa paglitaw nito, ang kritikal na masa, malalaman natin kung ano ang isang nuclear reactor, ang mga pangunahing elemento ng isang nuclear reactor, ang disenyo ng isang nuclear reaktor at ang prinsipyo ng pagpapatakbo nito, kontrol ng isang nuclear reaction, ang pag-uuri ng mga nuclear reactor at ang kanilang paggamit.

2. Pagsusuri sa pinag-aralan na materyal.

Mekanismo ng fission ng uranium nuclei.
Ilarawan ang mekanismo ng isang nuclear chain reaction.
Magbigay ng halimbawa ng nuclear fission reaction ng uranium nucleus.
Ano ang tinatawag na critical mass?
Paano nagpapatuloy ang isang chain reaction sa uranium kung ang masa nito ay mas mababa sa kritikal, higit sa kritikal?
Ano ang kritikal na masa ng uranium 295, posible bang bawasan ang kritikal na masa?
Paano mo mababago ang kurso ng isang nuclear chain reaction?
Ano ang layunin ng pagbagal ng mabilis na mga neutron?
Anong mga sangkap ang ginagamit bilang mga moderator?
Dahil sa anong mga salik ang maaaring tumaas ang bilang ng mga libreng neutron sa isang piraso ng uranium, sa gayo'y tinitiyak ang posibilidad ng isang reaksyon na nagaganap dito?

3. Pagpapaliwanag ng bagong materyal.

Guys, sagutin ang tanong na ito: Ano ang pangunahing bahagi ng anumang nuclear power plant? ( nuclear reactor)

Magaling. Kaya, guys, ngayon ay talakayin natin ang isyung ito nang mas detalyado.

Makasaysayang sanggunian.

Igor Vasilyevich Kurchatov - isang natatanging pisiko ng Sobyet, akademiko, tagapagtatag at unang direktor ng Institute atomic energy mula 1943 hanggang 1960, hepe siyentipikong tagapayo atomic problema sa USSR, isa sa mga tagapagtatag ng paggamit ng nuclear energy para sa mapayapang layunin. Academician ng Academy of Sciences ng USSR (1943). Ang unang bomba ng atom ng Sobyet ay nasubok noong 1949. Makalipas ang apat na taon, una sa mundo bomba ng hydrogen. At noong 1949, nagsimulang magtrabaho si Igor Vasilievich Kurchatov sa proyekto ng isang nuclear power plant. Ang nuclear power plant ay isang mensahero ng mapayapang paggamit ng atomic energy. Ang proyekto ay matagumpay na natapos: noong Hulyo 27, 1954, ang aming nuclear power plant ang naging una sa mundo! Si Kurchatov ay nagalak at nagsaya na parang bata!

Kahulugan ng isang nuclear reactor.

Ang nuclear reactor ay isang aparato kung saan ang isang kinokontrol na chain reaction ng fission ng ilang mabigat na nuclei ay isinasagawa at pinapanatili.

Ang unang nuclear reactor ay itinayo noong 1942 sa USA sa ilalim ng pamumuno ni E. Fermi. Sa ating bansa, ang unang reaktor ay itinayo noong 1946 sa ilalim ng pamumuno ni IV Kurchatov.

Ang mga pangunahing elemento ng isang nuclear reactor ay:

nuclear fuel (uranium 235, uranium 238, plutonium 239);
moderator ng neutron (mabigat na tubig, grapayt, atbp.);
coolant para sa output ng enerhiya na nabuo sa panahon ng pagpapatakbo ng reaktor (tubig, likidong sodium, atbp.);
Control rods (boron, cadmium) - malakas na sumisipsip ng mga neutron
Proteksiyon na shell na nagpapaantala ng radiation (kongkreto na may tagapuno ng bakal).

Prinsipyo ng pagpapatakbo nuclear reactor

Ang nuclear fuel ay matatagpuan sa active zone sa anyo ng mga vertical rod na tinatawag na fuel elements (TVEL). Ang mga fuel rod ay idinisenyo upang kontrolin ang kapangyarihan ng reaktor.

Ang mass ng bawat fuel rod ay mas mababa kaysa sa critical mass, kaya ang chain reaction ay hindi maaaring mangyari sa isang rod. Nagsisimula ito pagkatapos ng paglulubog sa aktibong sona ng lahat ng mga uranium rod.

Ang aktibong zone ay napapalibutan ng isang layer ng matter na sumasalamin sa mga neutron (reflector) at isang protective shell ng kongkreto na kumukuha ng mga neutron at iba pang mga particle.

Pag-alis ng init mula sa mga fuel cell. Ang coolant - ang tubig ay naghuhugas ng baras, pinainit hanggang 300 ° C sa mataas na presyon pumapasok sa mga heat exchanger.

Ang papel na ginagampanan ng heat exchanger - tubig na pinainit hanggang 300 ° C, nagbibigay ng init sa ordinaryong tubig, nagiging singaw.

Kontrol ng reaksyong nukleyar

Ang reactor ay kinokontrol ng mga rod na naglalaman ng cadmium o boron. Sa pag-extend ng mga rod mula sa core ng reactor, K > 1, at kapag ang mga rod ay ganap na binawi, K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Reactor sa mabagal na neutron.

Ang pinaka-epektibong fission ng uranium-235 nuclei ay nangyayari sa ilalim ng pagkilos ng mga mabagal na neutron. Ang ganitong mga reactor ay tinatawag na slow neutron reactors. Ang mga pangalawang neutron na ginawa sa reaksyon ng fission ay mabilis. Upang ang kanilang kasunod na pakikipag-ugnayan sa uranium-235 nuclei sa isang chain reaction ay maging pinaka-epektibo, sila ay pinabagal sa pamamagitan ng pagpapasok ng isang moderator sa core - isang sangkap na nagpapababa sa kinetic energy ng mga neutron.

Naka-on ang reactor mabilis na mga neutron.

Ang mga mabilis na neutron reactor ay hindi maaaring gumana sa natural na uranium. Ang reaksyon ay maaari lamang mapanatili sa isang pinaghalong pinayaman na naglalaman ng hindi bababa sa 15% ng uranium isotope. Ang bentahe ng mabilis na neutron reactor ay ang kanilang operasyon ay gumagawa ng isang malaking halaga ng plutonium, na maaaring magamit bilang nuclear fuel.

Mga homogenous at heterogenous na mga reaktor.

Ang mga nuclear reactor, depende sa mutual arrangement ng fuel at moderator, ay nahahati sa homogenous at heterogenous. Sa isang homogenous na reactor, ang core ay isang homogenous na masa ng gasolina, moderator at coolant sa anyo ng isang solusyon, halo o matunaw. Ang isang reactor ay tinatawag na heterogenous, kung saan ang gasolina sa anyo ng mga bloke o fuel assemblies ay inilalagay sa moderator, na bumubuo ng isang regular na geometric na sala-sala sa loob nito.

Pagbabago ng panloob na enerhiya atomic nuclei sa elektrikal na enerhiya.

Ang nuclear reactor ay ang pangunahing elemento ng isang nuclear power plant (NPP), na nagpapalit ng thermal nuclear energy sa electrical energy. Ang conversion ng enerhiya ay nangyayari ayon sa sumusunod na pamamaraan:

panloob na enerhiya uranium nuclei -
kinetic energy ng mga neutron at mga fragment ng nuclei -
panloob na enerhiya ng tubig -
singaw panloob na enerhiya -
steam kinetic energy -
kinetic energy ng turbine rotor at generator rotor -
Enerhiya ng kuryente.

Paggamit ng mga nuclear reactor.

Depende sa layunin, ang mga nuclear reactor ay power, converters at breeders, research at multi-purpose, transport at industrial.

Ang mga nuclear power reactor ay ginagamit upang makabuo ng kuryente sa mga nuclear power plant, barko mga planta ng kuryente, nuclear combined heat at power plants, gayundin ang nuclear power plants supply ng init.

Ang mga reactor na idinisenyo upang makagawa ng pangalawang nuclear fuel mula sa natural na uranium at thorium ay tinatawag na mga converter o breeder. Sa reactor-converter pangalawang nuclear fuel ay nabuo mas mababa kaysa sa orihinal na natupok.

Sa breeder reactor, ang pinalawak na pagpaparami ng nuclear fuel ay isinasagawa, i.e. ito ay lumalabas na higit pa sa ginastos.

Ang mga reaktor ng pananaliksik ay ginagamit upang pag-aralan ang mga proseso ng pakikipag-ugnayan ng mga neutron sa bagay, pag-aralan ang pag-uugali ng mga materyales ng reaktor sa matinding larangan ng neutron at gamma radiation, radiochemical sa biological na pananaliksik, paggawa ng mga isotopes, pilot study physics ng nuclear reactors.

Ang mga reactor ay may iba't ibang kapangyarihan, nakatigil o pulsed mode ng operasyon. Ang mga multi-purpose reactor ay mga reactor na nagsisilbi sa maraming layunin, tulad ng pagbuo ng kuryente at produksyon ng nuclear fuel.

Mga sakuna sa kapaligiran sa mga nuclear power plant

1957 - aksidente sa UK
1966 - Bahagyang core meltdown matapos ang reactor cooling failure malapit sa Detroit.
1971 - Maraming maruming tubig ang napunta sa ilog ng US
1979 - pinakamalaking aksidente sa USA
1982 - paglabas ng radioactive steam sa atmospera
1983 - isang kakila-kilabot na aksidente sa Canada (ang radioactive na tubig ay umagos sa loob ng 20 minuto - isang tonelada bawat minuto)
1986 - aksidente sa UK
1986 - aksidente sa Germany
1986 - Chernobyl nuclear power plant
1988 - sunog sa isang nuclear power plant sa Japan

Ang mga modernong nuclear power plant ay nilagyan ng PC, at mas maaga, kahit na matapos ang isang aksidente, ang mga reactor ay patuloy na gumana, dahil walang awtomatikong shutdown system.

4. Pag-aayos ng materyal.

Ano ang isang nuclear reactor?
Ano ang nuclear fuel sa isang reactor?
Anong substance ang nagsisilbing neutron moderator sa isang nuclear reactor?
Ano ang layunin ng isang neutron moderator?
Para saan ang control rods? Paano ginagamit ang mga ito?
Ano ang ginagamit bilang isang coolant sa mga nuclear reactor?
Bakit kinakailangan na ang masa ng bawat uranium rod ay mas mababa kaysa sa kritikal na masa?

5. Pagpapatupad ng pagsusulit.

Anong mga particle ang kasangkot sa fission ng uranium nuclei?
A. proton;
B. neutron;
B. mga electron;
G. helium nuclei.
Anong masa ng uranium ang kritikal?
A. ang pinakamalaking kung saan posible ang isang chain reaction;
B. anumang masa;
V. ang pinakamaliit kung saan posible ang isang chain reaction;
D. ang masa kung saan titigil ang reaksyon.
Ano ang tinatayang kritikal na masa ng uranium 235?
A. 9 kg;
B. 20 kg;
B. 50 kg;
G. 90 kg.
Alin sa mga sumusunod na sangkap ang maaaring gamitin sa mga nuclear reactor bilang mga moderator ng neutron?
A. grapayt;
B. kadmyum;
B. mabigat na tubig;
G. bor.
Para magkaroon ng nuclear chain reaction sa isang nuclear power plant, kinakailangan na ang neutron multiplication factor ay:
A. ay katumbas ng 1;
B. higit sa 1;
V. mas mababa sa 1.
Ang regulasyon ng fission rate ng nuclei ng mabibigat na atom sa mga nuclear reactor ay isinasagawa:
A. dahil sa pagsipsip ng mga neutron kapag ibinababa ang mga rod na may absorber;
B. dahil sa pagtaas ng pag-alis ng init na may pagtaas sa bilis ng coolant;
B. sa pamamagitan ng pagtaas ng suplay ng kuryente sa mga mamimili;
G. sa pamamagitan ng pagbabawas ng masa ng nuclear fuel sa core kapag inaalis ang fuel rods.
Anong mga pagbabago sa enerhiya ang nagaganap sa isang nuclear reactor?
A. ang panloob na enerhiya ng atomic nuclei ay na-convert sa liwanag na enerhiya;
B. ang panloob na enerhiya ng atomic nuclei ay na-convert sa mekanikal na enerhiya;
B. ang panloob na enerhiya ng atomic nuclei ay na-convert sa elektrikal na enerhiya;
G. walang tamang sagot sa mga sagot.
Noong 1946, ang unang nuclear reactor ay itinayo sa Unyong Sobyet. Sino ang pinuno ng proyektong ito?
A. S. Korolev;
B. I. Kurchatov;
V. D. Sakharov;
G. A. Prokhorov.
Aling paraan ang itinuturing mong pinakaangkop para sa pagtaas ng pagiging maaasahan ng mga nuclear power plant at pag-iwas sa kontaminasyon panlabas na kapaligiran?
A. pagbuo ng mga reactor na may kakayahang awtomatikong palamig ang reactor core, anuman ang kalooban ng operator;
B. pagtaas ng literacy ng operasyon ng NPP, ang antas ng propesyonal na pagsasanay ng mga operator ng NPP;
B. pagpapaunlad ng napakahusay na teknolohiya para sa pagtatanggal-tanggal ng mga nuclear power plant at pagproseso ng radioactive waste;
D. ang lokasyon ng mga reactor sa ilalim ng lupa;
E. pagtanggi na magtayo at magpatakbo ng mga nuclear power plant.
Anong mga pinagmumulan ng polusyon sa kapaligiran ang nauugnay sa pagpapatakbo ng mga nuclear power plant?
A. industriya ng uranium;
B. nuclear reactors iba't ibang uri;
B. industriya ng radiochemical;
D. mga lugar ng pagproseso at pagtatapon ng radioactive na basura;
E. paggamit ng radionuclides sa pambansang ekonomiya;
E. pagsabog ng nukleyar.

Mga sagot: 1 B; 2 V; 3 V; 4 A, B; 5 A; 6 A; 7 V;. 8 B; 9 B. V; 10 A, B, C, D, F.

6. Ang mga resulta ng aralin.

Ano ang bagong natutunan mo sa aralin ngayon?

Ano ang nagustuhan mo sa aralin?

Ano ang mga tanong?

SALAMAT SA IYONG GAWAIN SA ARALIN!