Adweithydd niwclear: egwyddorion gweithredu, ac mae'r cylched uned

Dylunio a gweithredu adweithydd niwclear yn seiliedig ar y initialization a rheoli adwaith niwclear hunangynhaliol. Mae'n cael ei ddefnyddio fel offeryn ymchwil ar gyfer cynhyrchu isotopau ymbelydrol ac fel ffynhonnell ynni ar gyfer gorsafoedd ynni niwclear.

adweithydd niwclear: yr egwyddor o weithredu (byr)

Ddefnyddir yma proses ymholltiad lle cnewyllyn trwm yn rhannu'n ddau ddarnau llai. Mae'r darnau mewn cyflwr gyffrous iawn ac yn gollwng niwtronau, a gronynnau isatomig eraill a ffotonau. Gall niwtronau achosi rhaniadau newydd o ganlyniad maent yn cael eu hallyrru hyd yn oed mwy, ac yn y blaen. Mae hyn yn hunangynhaliol nifer parhaus o disintegrations elwir adwaith cadwyn. Ar yr un pryd, mae llawer iawn o ynni, cynhyrchu sef y nod y defnydd o ynni niwclear.

Mae'r egwyddor o weithredu o adweithydd niwclear a gwaith pŵer niwclear yn golygu bod 85% o'r ynni cytrefi hollti yn cael ei ryddhau o fewn cyfnod byr iawn ar ôl dechrau'r yr adwaith. Mae'r rhan sy'n weddill yn cael ei gynhyrchu gan ddadfeiliad ymbelydrol gynhyrchion ymholltiad, ar ôl iddynt wrthod niwtronau. dadfeiliad ymbelydrol yw'r broses lle yr atom yn cyrraedd cyflwr cyson. Parhaodd ac ar ôl rhannu.

Mae'r adwaith cadwyn bom atomig yn cynyddu mewn dwyster, hyd nes y bydd y rhan fwyaf o'r deunydd yn cael ei rhannu. Mae hyn yn digwydd yn gyflym iawn, gan gynhyrchu ffrwydradau hynod bwerus nodweddiadol o bomiau o'r fath. Mecanwaith a gweithredu adweithydd niwclear yn seiliedig ar yr egwyddor o gynnal adwaith cadwyn ar lefel bron yn gyson a reoleiddir. Mae wedi ei gynllunio fel bod yn ffrwydro bom nid fel atomig gall.

A criticality adwaith cadwyn

adweithydd ymholltiad ffiseg yn benderfynol bod tebygolrwydd adwaith cadwyn ar ôl allyriadau niwtron ymholltiad niwclear. Os diweddar yn y boblogaeth yn gostwng, bydd y gyfradd is-adran yn y pen yn disgyn i sero. Yn yr achos hwn, bydd yr adweithydd mewn cyflwr subcritical. Os bydd y boblogaeth niwtron yn cael ei gynnal ar lefel gyson, bydd y gyfradd ymholltiad aros yn sefydlog. Bydd yr adweithydd mewn cyflwr difrifol. Ac yn olaf, os dros gyfnod o amser y boblogaeth niwtron yn tyfu, gan rannu'r cyflymder a phŵer yn cynyddu. cyflwr craidd yn dod yn supercritical.

Mae'r egwyddor o weithredu o adweithydd niwclear nesaf. Cyn dechrau ar y boblogaeth niwtron yn agos i sero. Yna, gweithredwyr gwared ar y rhodenni rheoli o'r craidd, gan gynyddu'r creiddiau is-adran sy'n trosi'r yr adweithydd dros dro mewn cyflwr supercritical. Ar ôl cyrraedd y gweithredwyr pŵer graddio rhannol dychwelyd rhodenni rheoli, addasu faint o niwtronau. Wedi hynny yr adweithydd yn cael ei gynnal mewn cyflwr difrifol. Pan fydd angen i roi'r gorau, mae'r gweithredwr yn mewnosod gwiail yn gyfan gwbl. Mae hyn yn atal yr is-adran ac yn rhoi'r craidd mewn cyflwr subcritical.

mathau o adweithyddion

Mae'r rhan fwyaf o'r ynni presennol yn cynhyrchu gwres angenrheidiol i yrru tyrbinau, sy'n gyrru generaduron trydan o safleoedd niwclear yn y byd. Hefyd, mae llawer o adweithyddion ymchwil, a rhai gwledydd yn cael llongau tanfor neu longau wyneb, gyrru gan y egni yr atom.

gorsafoedd ynni

Mae sawl rhywogaeth o'r math hwn o adweithydd, ond dylunio o ddŵr golau mabwysiadu'n eang. Yn ei dro, gellir ei ddefnyddio mewn dŵr dan bwysau neu ddŵr berwedig. Yn yr achos cyntaf y gwasgedd uchel hylif gynhesu gan wres y craidd ac yn mynd i mewn i'r generadur ager. Yno, mae'r gwres o'r cynradd i'r gylched eilaidd yn cael ei basio, yn cynnwys mwy o ddŵr. Mae'r stêm a gynhyrchir yn y pen draw yn gwasanaethu fel yr hylif sy'n gweithio yn y cylch tyrbin ager.

Mae'r adweithydd yn fath berwi yn gweithio ar yr egwyddor o gylchred egni uniongyrchol. Dŵr pasio drwy'r craidd, yn dod i ferwi dros lefel pwysedd canolig. stêm dirlawn yn mynd trwy gyfres o gwahanyddion a sychwyr yn cael eu gwaredu yn y llestr adweithydd, gan arwain at ei gyflwr sverhperegretoe. Yna superheated stêm yn cael ei ddefnyddio fel yr hylif yn gweithio, y tyrbin cylchdroi.

High-tymheredd nwy-oeri

High-tymheredd adweithydd-hoeri nwy (HTGR) - adweithydd niwclear, yr egwyddor o weithredu yn seiliedig ar y defnydd o graffit fel cymysgedd tanwydd tanwydd a microspheres. Mae dau dyluniadau cystadlu:

• Almaeneg system "rhydd-lenwi", sy'n defnyddio 60 mm o ddiamedr o elfennau tanwydd spherical, sy'n cynnwys cymysgedd o danwydd a graffit mewn cragen graffit;
• y fersiwn Americanaidd o prismau chweochrog graffit sy'n cyd-gloi i greu'r craidd.

Yn y ddau achos, mae'r hylif oeri yn cynnwys heliwm dan bwysau o tua 100 atmosffer. Mae'r system heliwm yr Almaen yn mynd drwy fylchau yn yr haen o spherical elfennau tanwydd, ac yn yr Unol Daleithiau - trwy agoriadau yn y prismau graffit trefnu ar hyd yr echelin ganolog y craidd yr adweithydd. Gall y ddau opsiwn yn gweithredu ar dymheredd uchel iawn, gan fod y graffit yn cael tymheredd sychdarthiad eithriadol o uchel, a heliwm gemegol anadweithiol yn gyfan gwbl. Gellir heliwm poeth yn cael ei ddefnyddio yn uniongyrchol o hylif yn gweithio mewn tyrbin nwy ar dymheredd uchel neu gall gwres yn cael ei ddefnyddio ar gyfer cynhyrchu dŵr cylch stêm.

Hylif-metel adweithydd niwclear: cylched a egwyddor gweithio

adweithyddion cyflym gyda sodiwm oerydd wedi cael cryn sylw yn y 1960-1970 yn. Yna, roedd yn ymddangos bod eu gallu i atgynhyrchu tanwydd niwclear yn ofynnol yn y dyfodol agos i gynhyrchu tanwydd ar gyfer diwydiant niwclear datblygu'n gyflym. Pan mae wedi dod yn amlwg bod y disgwyliad hwn yn afrealistig, brwdfrydedd Pylodd yn y 1980au. Fodd bynnag, yn yr Unol Daleithiau, Rwsia, Ffrainc, Prydain, Japan a'r Almaen adeiladodd gyfres o adweithyddion o'r math hwn. Mae'r rhan fwyaf ohonynt yn gweithio ar wraniwm deuocsid neu gymysgedd o plwtoniwm deuocsid. Yn yr Unol Daleithiau, fodd bynnag, mae llwyddiant mwyaf oedd gyflawni gyda thanwydd metel.

CANDU

Canada wedi canolbwyntio ei ymdrechion ar yr adweithyddion, sy'n defnyddio wraniwm naturiol. Mae hyn yn dileu'r angen am ei cyfoethogi i ddefnyddio gwasanaethau gwledydd eraill. Canlyniad y polisi hwn oedd y adweithydd dewteriwm-wraniwm (CANDU). Rheoli ac oeri ei gynhyrchu dŵr trwm. Dylunio a gweithredu adweithydd niwclear yw defnyddio tanc gyda D oer ₂ O ar wasgedd atmosfferig. ardal Active treiddio tiwbiau o zirconium tanwydd aloi o wraniwm naturiol, lle cylchredeg oeri ei dwr trwm. Mae trydan yn cael ei gynhyrchu drwy rannu'r trosglwyddo gwres mewn oerydd dŵr trwm, sy'n cael ei ddosbarthu drwy'r generadur ager. Mae'r stêm yn y ddolen uwchradd wedyn yn mynd drwy gylch dyrbin confensiynol.

cyfleusterau ymchwil

Ar gyfer ymchwil adweithydd niwclear yn fwyaf aml, mae'r egwyddor o sy'n cynnwys yn y defnydd o plât oeri dŵr a thanwydd wraniwm elfennau yn y gwasanaethau dosbarth. Gallu gweithredu mewn ystod eang o lefelau pŵer o ychydig gannoedd cilowat i megawat. Gan nad yw cynhyrchu ynni yw'r prif amcan o adweithyddion ymchwil, maent yn cael eu nodweddu gan ynni thermol a gynhyrchir, a dwysedd y niwtronau ynni nominal craidd. Mae'n Bydd y paramedrau hyn yn helpu i fesur gallu adweithydd ymchwil i gynnal astudiaethau penodol. systemau pŵer isel yn tueddu i weithredu mewn prifysgolion ac yn cael eu defnyddio ar gyfer hyfforddiant, ac mae angen pwer uchel mewn labordai ymchwil ar gyfer deunyddiau a nodweddion phrofi, yn ogystal ag ar gyfer ymchwil cyffredinol.

Mae'r adweithydd mwyaf cyffredin ymchwil niwclear, strwythur a egwyddor o weithredu fel a ganlyn. Mae ei arwynebedd yn weithgar wedi ei leoli ar waelod y pwll dwfn mawr o ddŵr. Mae hyn yn hwyluso arsylwi a sianel dyrannu y gall y trawstiau niwtron yn cael ei gyfeirio. Ar lefelau ynni isel, nid oes angen i bwmpio oerydd, fel i gynnal cyflwr gweithredu diogel o'r darfudiad naturiol oerydd yn sicrhau digon o dissipation gwres. Cyfnewidydd gwres wedi ei lleoli fel arfer ar yr wyneb neu yn y rhan uchaf y pwll lle y dŵr poeth yn cronni.

gosod llong

defnydd gwreiddiol a chynradd o adweithyddion niwclear yw eu defnyddio mewn llongau tanfor. Eu prif fantais yw bod, ar gyfer cynhyrchu trydan nad oes angen aer yn wahanol i systemau hylosgi tanwydd ffosil. O ganlyniad, gall llong danfor niwclear yn parhau i fod o dan y dŵr am amser hir, a rhaid i llong danfor diesel-electrig confensiynol o dro i dro yn codi i'r wyneb, i redeg eu moduron awyr. Mae ynni niwclear yn darparu mantais strategol llongau Llynges. Diolch iddi, nid oes angen i ail-lenwi'r teclyn mewn porthladdoedd tramor neu o danceri yn hawdd agored i niwed.

Mae'r egwyddor o weithredu o adweithydd niwclear ar llong danfor ddosbarthu. Fodd bynnag, mae'n hysbys bod yn yr Unol Daleithiau ei fod yn defnyddio wraniwm cyfoethogi iawn, ac mae'r arafu ac oeri dŵr ysgafn. Mae dyluniad yr adweithydd cyntaf llong danfor niwclear USS Nautilus ei ddylanwadu'n gryf gan gosodiadau ymchwil pwerus. Ei nodwedd unigryw yw'r ffin adweithedd uchel iawn, gan roi cyfnod estynedig o weithredu heb ail-lenwi a'r gallu i ailgychwyn ar ôl rhoi'r gorau. Mae'n rhaid i orsaf bŵer mewn llongau tanfor fod yn dawel iawn, er mwyn osgoi cael eu dal. Er mwyn diwallu anghenion penodol gwahanol ddosbarthiadau o llongau tanfor gwahanol fodelau o blanhigion pŵer wedi cael eu sefydlu.

Llynges yr Unol Daleithiau ar cludwyr awyrennau a ddefnyddiwyd adweithydd niwclear, yr egwyddor o y credir iddo gael ei fenthyg gan y llongau tanfor mwyaf. Nid yw manylion eu hadeiladu ac wedi cael eu cyhoeddi.

Heblaw yr Unol Daleithiau, llongau tanfor niwclear yn y DU, Ffrainc, Rwsia, Tsieina ac India. Ym mhob achos, nid oedd y cynllun ei datgelu, ond credir eu bod i gyd yn debyg iawn - mae hyn yn ganlyniad o'r un gofynion ar gyfer eu nodweddion technegol. Mae gan Rwsia fflyd fechan o torri'r garw atomig, a sefydlodd yr un adweithydd ag yn llongau tanfor Sofietaidd.

gosodiadau diwydiannol

At ddibenion cynhyrchu arfau gradd plwtoniwm-239 yn defnyddio adweithydd niwclear, yr egwyddor o sy'n cynnwys mewn cynhyrchiant uchel gydag ynni lefel isel. Mae hyn oherwydd y ffaith bod yn y tymor hir arhosiad o plwtoniwm yn y craidd yn arwain at y casgliad o diangen ²⁴⁰ Pu.

cynhyrchu tritiwm

Ar hyn o bryd, y prif ddeunydd gael gan systemau o'r fath yn tritiwm ⁽³ H neu T) - y tâl am bomiau hydrogen. Mae gan plwtoniwm-239 hir hanner oes o 24,100 o flynyddoedd, felly yn wlad ag arfau niwclear sy'n defnyddio'r elfen hon, fel rheol, yn cael yn fwy nag sydd raid. Yn wahanol i'r ²³⁹ pu, hanner oes o tritiwm yw tua 12 mlynedd. Felly, i gynnal y rhestr angenrheidiol, mae hyn yn isotop ymbelydrol o hydrogen, rhaid cael ei wneud yn barhaus. Yn yr Unol Daleithiau, yr Afon Savannah (South Carolina), er enghraifft, mae gan nifer o adweithyddion dŵr trwm, sy'n cynhyrchu tritiwm.

pŵer fel y bo'r angen

Crëwyd gan adweithyddion niwclear, sy'n gallu darparu gwres trydan a stêm dileu ardaloedd anghysbell. Yn Rwsia, er enghraifft, rydym yn dod o hyd i'r defnydd o systemau pwer bach, a gynlluniwyd yn arbennig i ddarparu ar i aneddiadau Arctig. Yn Tsieina, y ffatri 10-megawat HTR-10 gyflenwadau cynhesu ac yn sefydliad ymchwil pŵer trydan, lle mae wedi'i leoli. Datblygu adweithyddion bach a reolir yn awtomatig gyda galluoedd tebyg yn cael eu cynnal yn Sweden a Chanada. Yn y cyfnod o 1960 i 1972, defnyddiodd y Byddin yr Unol Daleithiau adweithyddion dŵr compact i ddarparu canolfannau anghysbell yng Greenland ac Antarctica. Cawsant eu disodli gan gorsafoedd ynni tanwydd-olew.

archwilio'r gofod

Yn ogystal, mae'r adweithyddion yn cael eu cynllunio ar gyfer pŵer a symud yn y gofod. Yn y cyfnod o 1967 i 1988, sefydlodd yr Undeb Sofietaidd a gosodiadau niwclear bach ar y lloerennau "Kosmos" i gyflenwi cyfarpar a thelemetreg, ond mae polisi hwn wedi dod yn darged ar gyfer beirniadaeth. Mae o leiaf un o loerennau hyn aeth atmosffer y Ddaear, gan achosi halogiad ymbelydrol ardaloedd anghysbell Canada. Lansiodd y Unol Daleithiau yn unig un lloeren gyda adweithydd niwclear yn 1965. Fodd bynnag, mae prosiectau ar eu defnydd mewn teithiau gofod dwfn, ymchwil chriw planedau eraill neu ar sylfaen lleuad parhaol yn parhau i gael eu datblygu. Mae hyn yn sicr o fod yn adweithydd niwclear nwy-oeri neu hylif-metel, yr egwyddorion ffisegol sy'n darparu'r tymheredd uchaf posibl sy'n angenrheidiol er mwyn lleihau maint y rheiddiadur. Hefyd, mae'r gofod adweithydd ar gyfer offer i fod mor gryno ag y bo modd er mwyn lleihau faint o ddeunydd a ddefnyddir ar gyfer y cysgodi, ac i leihau'r pwysau yn ystod lansiad a gofod hedfan. Bydd capasiti tanwydd yn sicrhau gweithrediad y adweithydd drwy gydol y daith gofod.