כור גרעיני: עקרונות הפעלה, ואת המעגל היחיד

עיצוב ותפעול של כור גרעיני המבוסס על התגובה הגרעינית העצמית לקיום האתחול ובקרה. הוא משמש ככלי מחקר לייצור איזוטופים רדיואקטיביים ו כמקור אנרגיה עבור תחנות כוח גרעיניות.

כור גרעיני: עיקרון הפעולה (קצר)

בשימוש במסמך תהליך ביקוע שבו גרעין האטום מתפצל לשני שברים קטנים יותר. שברים אלה נמצאים במצב מאוד נרגש פולטים ניטרונים, וחלקיקים תת-אטומיים אחרים ופוטונים. נייטרונים יכול לגרום חטיבות חדשות כתוצאה אשר הם נפלטים עוד יותר, וכן הלאה. עצמי לקיום מתמשך זה מספר התפרקות נקראת תגובת שרשרת. במקביל, כמות גדולה של אנרגיה, הייצור המהווה את מטרת השימוש בכוח גרעיני.

עיקרון הפעולה של כור גרעיני תחנת כוח גרעינית הוא כזה 85% מאנרגית פיצול מושבות משתחררים תוך זמן קצר מאוד לאחר תחילת התגובה. החלק הנותר הוא מיוצר על ידי התפרקות רדיואקטיבית של תוצרי הביקוע, לאחר שהם דחו נויטרונים. התפרקות רדיואקטיבית היא התהליך שבו האטום מגיע למצב יציב. הוא המשיך ואחרי החלוקה.

תגובת שרשרת פצצת האטום מגבירה בעצמה, עד שרוב החומר יפוצל. זה קורה מהר מאוד, לייצר פיצוצים חזקים מאוד אופייני פצצות כאלה. מנגנון והפעלה של כור גרעיני המבוסס על העיקרון של שמירה על תגובת השרשרת ברמה מוסדרת כמעט קבועה. זה נועד כדי להתפוצץ כמו פצצת אטום לא יכולה.

תגובת שרשרת וביקורת

כור ביקוע פיסיקה נקבע כי הסתברות תגובת שרשרת אחרי פליטת ניטרוני ביקוע גרעיני. אם האוכלוסייה האחרונה יורדת, קצב החלוקה של הדבר ייפול לאפס. במקרה זה הכור יהיה במצב תת קריטי. אם אוכלוסיית הנויטרונים נשמרה ברמה קבועה, קצב הביקוע יישאר יציב. הכור יהיה במצב קריטי. ולבסוף, אם לאורך זמן באוכלוסיית הנויטרונים גדל, חלוקת המהירות והכח תגדל. מצב ליבה הופך קריטי.

עיקרון הפעולה של כור גרעיני הבא. לפני שמתחיל את אוכלוסיית הנויטרונים הוא קרוב לאפס. ואז, מפעילים להסיר את מוטות בקרה מן הליבה, הגדלת ליבות החטיבה כי זמנים ממירה את הכור במצב קריטי. לאחר שהגיע מפעילי כוח נומינלי חזר חלקית מוטות הבקרה, התאמת כמות נויטרונים. לאחר מכן הכור נשמר במצב קריטי. כאשר יש צורך לעצור, המפעיל מכניס מוטה לחלוטין. זה מדכא את החלוקה ומכניס את הליבה במצב תת קריטי.

סוגים של כורים

רוב האנרגיה הקיימת הוא יצירת החום הדרוש כדי לנהוג טורבינות, אשר כונן גנרטורים חשמל של מתקני גרעין בעולם. כמו כן, ישנם כורים מחקר רב, וכמה מדינות יש צוללות או ספינות שטח, מונעות על ידי האנרגיה של האטום.

תחנות כוח

ישנם מספר מינים של סוג זה של כור, אך נרחב אמצו עיצוב של מים קלים. בתורו, זה יכול לשמש מים בלחץ או מים רותחים. במקרה הראשון הנוזל בלחץ גבוה מחומם על ידי החום של הליבה נכנס מחולל אדים. יש, החום מן הראשית אל המעגל משני מועבר, המהוות מים. הקיטור שנוצר בסופו של דבר משמש הזורם עובר במחזור טורבינת קיטור.

הכור הוא סוג רתיחה עובד על העיקרון של מחזור אנרגיה ישיר. מים עוברים דרך הליבה, הביאו לרתיחה מעל רמת לחץ בינונית. קיטור רווי עובר דרך סדרה של מפרידים ומייבשים הם נפטרים בתוך מכל הכור, וכתוצאה מכך מדינת sverhperegretoe שלה. הקיטור שחון אז משמש נוזל עובד, הטורבינה מסתובבת.

בטמפרטורה גבוהה מקורר גז

כור בטמפרטורה גבוהה מקורר גז (HTGR) - כור גרעיני, עיקרון הפעולה מבוסס על השימוש גרפיט כתערובת דלק של דלק מיקרוספרות. ישנם שני עיצובים מתחרים:

• "Loose-מילוי" גרמנית מערכת, אשר משתמשת אלמנטים דלק כדורי 60 מ"מ קוטר, המורכב מתערובת של דלק גרפיט במעטפת גרפיט;
• הגרסה האמריקאית של מנסרות משושה גרפיט כי משתלבים כדי ליצור את הליבה.

בשני המקרים, נוזל הקירור מורכב הליום בלחץ של כ 100 אטמוספרות. ההליום המערכת הגרמני עובר את פערי השכבה של כדורי אלמנטי דלק, והן בארה"ב - דרך פתחים המנסרות גרפיט סודר לאורך הציר המרכזי של ליבת הכור. שתי האפשרויות יכול לפעול בטמפרטורות גבוהות מאוד, מאז גרפיט בעל טמפרטורת סובלימציה גבוהה מאוד, והליום אינרטי מבחינה כימית לחלוטין. הליום חם יכול לשמש ישירות בתור נוזל עובד טורבינת גז בטמפרטורה גבוהה או חום יכול להיות מנוצל ליצירת מי מחזור הקיטור.

Liquid-מתכת כור גרעיני: מעגל עיקרון עבודה

כורים מהירים עם נוזל קירור נתרן זכו לתשומת לב ניכר 1960-1970 של. ואז היה נדמה כי היכולת שלהם להתרבות דלק גרעיני בעתיד הקרוב נדרשים לייצר דלק עבור תעשיית הגרעין המתפתחת במהירות. כאשר התברר כי ציפייה זו אינה ריאלית, ההתלהבות דעכה בשנת 1980. עם זאת, בארצות הברית, רוסיה, צרפת, בריטניה, יפן וגרמניה בנויה מסדרה של כורים מסוג זה. רובם עובדים על דו אורניום או תערובת של פחמן דו פלוטוניום. בארצות הברית, לעומת זאת, ההצלחה הגדולה ביותר הושגה עם דלק מתכת.

CANDU

קנדה התמקדה מאמציה על הכורים, אשר להשתמש אורניום טבעי. זו מבטלת את הצורך להעשרה שלה כדי להשתמש בשירותים של מדינות אחרות. התוצאה של מדיניות זו הייתה כור דאוטריום אורניום (CANDU). שליטה וקירור אותו פיק מים כבדים. עיצוב ותפעול של כור גרעיני הוא להשתמש במכל עם D הקר ₂ O בלחץ אטמוספרי. אזור פעילות חדור צינורות דלק סגסוגת זירקוניום של אורניום טבעי, שדרכו זורם קירור המים הכבדים שלה. חשמל מיוצר על ידי חלוקת העברת חום נוזל קירור מים כבד, אשר מופץ באמצעות מחולל האדים. הקיטור בלולאה המשנית אז עובר מחזור טורבינה קונבנציונלי.

מתקני מחקר

עבור כור מחקר גרעיני משמש לרוב, העיקרון אשר מורכב שימוש באלמנטי דלק אורניום צלחת וקירור מי מכלולי הטופס. מסוגל לפעול במגוון רחב של רמות כוח בין כמה מאות קילוואט עד מגוואט. מאז ייצור החשמל הוא לא המטרה העיקרית של כורי מחקר, הם מאופיינים אנרגית תרמית שנוצרה, ואת הצפיפות של ניטרוני אנרגיה הנומינליים ליבה. זהו פרמטרים אלה יסייעו לכמת את היכולת של כור מחקר לביצוע מחקרים ספציפיים. מערכות בהספק נמוך נוטות לפעול באוניברסיטות משמשות לאימונים, וכוח גבוה נדרש במעבדות מחקר לבדיקת חומרים מאפיינים, כמו גם למחקר בכלל.

הכור הגרעיני המחקר הנפוץ ביותר, מבנה עיקרון הפעולה הוא כדלקמן. האזור הפעיל שלה ממוקם בתחתית ברכה עמוקה גדולה של מים. זה מקל על הקצאת תצפית ערוץ שבאמצעותו קורות הנויטרונים יכולים להיות מופנים. ברמות צריכת החשמל הנמוכות ואין צורך לשאוב את נוזל הקירור, על מנת לשמור על מצב הפעלה בטוח של ההסעה הטבעית של נוזל קירור מבטיח פיזור חום מספיק. מחליף החום בדרך כלל נמצא על פני השטח או בחלק העליון של הבריכה שם מים חמים נצבר.

תקנת ספינה

שימוש מקורי והראשוני של כורים גרעיניים הוא השימוש שלהם צוללים. היתרון העיקרי שלהם הוא כי, בניגוד למערכות שריפת דלקים פוסיליים לייצור חשמל הם אינם דורשים אוויר. כתוצאה מכך, צוללת גרעינית יכולה להישאר מתחת לפני הרבה זמן, ואת צוללת דיזל-חשמלי קונבנציונלית תקופתית חייבת לעלות אל פני השטח, כדי להפעיל מנועים באוויר שלהם. אנרגיה גרעינית מספקת ספינות צי יתרון אסטרטגיות. הודות לה, אין צורך לתדלק בנמלים זרים או ממכליות פגיעים בקלות.

עיקרון הפעולה של כור גרעיני על צוללת מסווגת. עם זאת, ידוע כי בארצות הברית הוא משתמש אורניום מועשר, וההאטה וקירור מי אור. העיצוב של הצוללת הגרעינית הכור הראשון USS Nautilus הושפע מאוד התקנות מחקר רב עצמה. התכונה ייחודית היא מרווח תגובתיות גבוה מאוד, מתן תקופה ארוכה של מבצע ללא תדלוק ואת היכולת להפעיל מחדש לאחר ההפסקה. תחנת הכח ב צוללות חייבת להיות שקטה מאוד, כדי למנוע זיהוי. כדי לענות על הצרכים הספציפיים של סוגים שונים של צוללות דגמים שונים של תחנות כוח הוקמו.

צי אמריקאי על נושאות מטוסים המשמש כור גרעיני, העיקרון שהוא האמין להיות מושאל מן הצוללות הגדולות. פרטי הבנייה שלהם לא פורסמו.

מלבד ארצות הברית, צוללות גרעיניות הן בבריטניה, צרפת, רוסיה, סין והודו. בכל מקרה, העיצוב לא נמסר, אך הוא מאמין כי הם כולם דומים מאוד - זו היא תוצאה של אותן הדרישות עבור המאפיינים הטכניים שלהם. לרוסיה יש גם צי קטן של מבקעות גרעיניות, אשר הוקם באותו הכור כמו צוללות סובייטיות.

מתקנים תעשייתיים

לצורך הייצור של 239 פלוטוניום כיתת נשק משתמש כור גרעיני, העיקרון אשר מורכב בפרודוקטיביות גבוהה עם אנרגיה נמוכה. זאת בשל העובדה כי שהייה ארוכת טווח של פלוטוניום הליבה מובילה להצטברות של ²⁴⁰ פו הרצויות.

ייצור של טריטיום

נכון לעכשיו, החומר העיקרי השגה על ידי מערכות כאלה הוא טריטיום ⁽³ H או T) - התשלום עבור פצצות מימן. יש פלוטוניום- 239 זמן מחצית חיים ארוכים של 24,100 שנים, כך מדינה עם נשק גרעיני המשתמש ברכיב זה, ככלל, יש בו יותר ממה שנחוץ. בניגוד ²³⁹ פו, זמן מחצית החיים של טריטיום הוא כ 12 שנים. לכן, כדי לשמור על המלאי ההכרחי, איזוטופ רדיואקטיבי זו של מימן חייב להתבצע באופן רציף. בארצות הברית, נהר סוואנה (דרום קרוליינה), למשל, יש מספר כורי מים כבדים, אשר מייצרים טריטיום.

כוח צף

נוצר על ידי כורים גרעיניים, המסוגלים לספק חימום חשמל וקיטור נמחקו באזורים מבודדים. ברוסיה, למשל, מצאנו את השימוש במערכות כוח קטן, שתוכנן במיוחד כדי לשרת את ההתנחלויות הארקטי. בסין, אספקת 10 מגוואט צמח HTR-10 לחמם ומכון מחקר החשמל, בה היא ממוקמת. פיתוח הכורים קטנים נשלטו באופן אוטומטי עם יכולות דומות מתבצע שוודיה וקנדה. בין 1960 ו 1972, צבא ארה"ב בשימוש כורי מים קומפקטיים לספק בסיסים מרוחקים ב גרינלנד ואנטארקטיקה. הם הוחלפו תחנות כוח דלק-שמן.

חקר החלל

בנוסף, הכורים תוכננו עבור כוח ותנועה במרחב. בתקופה שבין 1967 ל -1988, ברית מועצות קימת מתקני גרעין קטן על הלוויינים "הקוסמוס" כדי לספק ציוד טלמטריה, אך מדיניות זו הפכה מטרה לביקורת. לפחות אחד לוויינים אלה שנכנס לאטמוספירה של כדור הארץ, גרימת באזורים מרוחקים זיהום רדיואקטיבי של קנדה. ארצות הברית השיקה רק לווין אחד עם כור גרעיני ב 1965. עם זאת, פרויקטים על השימוש בם במשימות חלל עמוקות, כוכבי לכת אחרים מחקר מאויש או על בסיס ירחי קבע להמשיך להתפתח. זה בטוח יהיה כור גרעיני גז מקורר או נוזלית-מתכת, את העקרונות הפיסיקליים של המספק את הטמפרטורה הגבוהה ביותר האפשרית ההכרחית כדי למזער את גודל הרדיאטור. כמו כן, מרחב הכור לציוד להיות קומפקטי ככל האפשר כדי למזער את כמות החומר המשמש את המיגון, וכדי להפחית את המשקל במהלך טיסת שיגור לחלל. קיבולת דלק תבטיח הפעלת הכור למשך הטיסה לחלל.