Réacteur nucléaire : historique de création et principe de fonctionnement. Salut étudiant Reactor est

L'importance de l'énergie nucléaire dans le monde moderne

L'énergie nucléaire a fait un grand pas en avant au cours des dernières décennies, devenant l'une des sources d'électricité les plus importantes pour de nombreux pays. Dans le même temps, il convient de rappeler que derrière le développement de ce secteur de l'économie nationale se cachent les énormes efforts de dizaines de milliers de scientifiques, d'ingénieurs et de simples travailleurs qui font tout pour que "l'atome pacifique" ne tourne pas en une véritable menace pour des millions de personnes. Le véritable cœur de toute centrale nucléaire est un réacteur nucléaire.

L'histoire de la création d'un réacteur nucléaire

Le premier appareil de ce type a été construit au plus fort de la Seconde Guerre mondiale aux États-Unis par le célèbre scientifique et ingénieur E. Fermi. En raison de son apparence inhabituelle, ressemblant à un empilement de blocs de graphite empilés les uns sur les autres, ce réacteur nucléaire s'appelait le Chicago Stack. Il convient de noter que cet appareil fonctionnait à l'uranium, qui était placé juste entre les blocs.

Création d'un réacteur nucléaire en Union soviétique

Dans notre pays, les questions nucléaires ont également fait l'objet d'une attention accrue. Bien que les principaux efforts des scientifiques se soient concentrés sur l'application militaire de l'atome, ils ont également activement utilisé les résultats obtenus à des fins pacifiques. Le premier réacteur nucléaire, nommé F-1, a été construit par un groupe de scientifiques dirigé par le célèbre physicien I. Kurchatov fin décembre 1946. Son inconvénient majeur était l'absence de tout type de système de refroidissement, de sorte que la puissance de l'énergie libérée par celui-ci était extrêmement insignifiante. Dans le même temps, les chercheurs soviétiques ont achevé les travaux qu'ils avaient commencés, ce qui a abouti à l'ouverture de la première centrale nucléaire au monde dans la ville d'Obninsk à peine huit ans plus tard.

Le principe de fonctionnement du réacteur

Un réacteur nucléaire est un dispositif technique extrêmement complexe et dangereux. Son principe de fonctionnement repose sur le fait que lors de la désintégration de l'uranium, plusieurs neutrons sont libérés, qui, à leur tour, assomment les particules élémentaires des atomes d'uranium voisins. Cette réaction en chaîne libère une quantité importante d'énergie sous forme de chaleur et de rayons gamma. Dans le même temps, il convient de prendre en compte le fait que si cette réaction n'est contrôlée d'aucune manière, la fission des atomes d'uranium dans les plus brefs délais peut entraîner une explosion puissante aux conséquences indésirables.

Pour que la réaction se déroule dans un cadre strictement défini, la conception d'un réacteur nucléaire revêt une grande importance. Actuellement, chacune de ces structures est une sorte de chaudière à travers laquelle circule le liquide de refroidissement. L'eau est généralement utilisée à ce titre, mais il existe des centrales nucléaires qui utilisent du graphite liquide ou de l'eau lourde. Un réacteur nucléaire moderne ne peut être imaginé sans des centaines de cassettes hexagonales spéciales. Ils contiennent des éléments combustibles, à travers les canaux desquels circulent les liquides de refroidissement. Cette cassette est recouverte d'une couche spéciale capable de réfléchir les neutrons et de ralentir ainsi la réaction en chaîne.

Réacteur nucléaire et sa protection

Il a plusieurs niveaux de protection. En plus du corps lui-même, il est recouvert d'une isolation thermique spéciale et d'une protection biologique. D'un point de vue technique, cette structure est un puissant bunker en béton armé, dont les portes sont fermées aussi hermétiquement que possible.

Les réacteurs servent à limiter les courants de court-circuit dans les installations électriques puissantes, et permettent également de maintenir un certain niveau de tension sur les bus en cas d'avarie derrière les réacteurs.

Le périmètre principal des réacteurs est celui des réseaux électriques avec une tension de 6¾10 kV. Parfois, des réacteurs limiteurs de courant sont utilisés dans des installations de 35 kV et plus, ainsi qu'à des tensions inférieures à 1000 V.

Riz. 3.43. Fonctionnement normal du circuit avec le réacteur :

a - schéma de circuit ; b - diagramme de tension : c - diagramme vectoriel

Les schémas de la ligne réagi et les diagrammes caractérisant la répartition des contraintes dans le mode de fonctionnement normal sont illustrés à la fig. 3.43.

Le diagramme vectoriel montre : tu 1 - tension de phase devant le réacteur, tu p - tension de phase après le réacteur et je est le courant qui traverse le circuit. L'angle j correspond au déphasage entre la tension après la réactance et le courant. Angle y entre les vecteurs tu 1 et tu La figure 2 représente le déphasage supplémentaire provoqué par la réactance inductive du réacteur. Si l'on ne tient pas compte de la résistance active du réacteur, le segment CA représente la chute de tension dans la réactance inductive du réacteur.

Le réacteur (Fig. 3.44) est une bobine inductive qui n'a pas de noyau de matériau magnétique. De ce fait, il a une résistance inductive constante, indépendante du courant qui circule.

Riz. 3.44. Phase du réacteur série RB :

1 - enroulement du réacteur, 2 - colonnes en béton,

3 - isolateurs de support

Pour des lignes puissantes et responsables, une réaction individuelle peut être utilisée.

Dans les installations électriques, les réacteurs jumeaux en béton avec enroulements en aluminium pour les installations intérieures et extérieures de type RBS sont largement utilisés.

L'inconvénient des réacteurs est la présence en eux de pertes de puissance de 0,15 à 0,4% de la puissance traversant le réacteur et de la tension

, (4.30)

où x p %, je n - données d'identité du réacteur ; je, sinj - paramètres du régime de la centrale alimentée par le réacteur.

Riz. 3.8. Lieux d'installation des réacteurs : a - entre les tronçons de jeux de barres des centrales électriques ; b - sur des lignes de départ séparées ; c - sur la section appareillage de la sous-station (inductance de groupe)

Pour réduire les pertes de tension dans les modes normaux, en règle générale, des réacteurs jumelés sont utilisés comme réacteurs de groupe. La double réactance (Fig. 4.9) diffère de la réactance habituelle par la présence d'un plomb partant du milieu de l'enroulement. Les deux branches du double réacteur sont situées l'une au-dessus de l'autre avec le même sens de spires d'enroulement.

Riz. 4.9. Diagramme de double réacteur

Réactance inductive de chaque branche du réacteur en l'absence de courant dans l'autre branche

Déterminons la résistance inductive d'une branche d'un double réacteur lorsque des courants de charge identiques traversent ses branches.

La chute de tension dans la branche du réacteur sera :

Ainsi, lorsque les courants circulent dans les deux branches

. (4.33)

Généralement k St.= 0,4¸0,5.

En cas de court-circuit derrière une branche et déconnexion d'une autre branche

. (4.34)

Lorsque le court-circuit est alimenté du côté de la deuxième branche, le courant dans cette dernière change de sens, l'induction mutuelle entre les enroulements changera également de signe et, par conséquent, la résistance du réacteur augmentera :

Les réacteurs sont sélectionnés en fonction de la tension nominale, du courant et de la réactance inductive.

La tension nominale est choisie en fonction de la tension nominale de l'installation. Dans ce cas, on suppose que les réacteurs doivent supporter longtemps les contraintes maximales d'exploitation pouvant survenir en cours d'exploitation. Il est permis d'utiliser des réacteurs dans des installations électriques avec une tension nominale inférieure à la tension nominale des réacteurs.

Le courant nominal de la réactance (branches de réactance doubles) ne doit pas être inférieur au courant de charge continu maximal du circuit auquel elle est connectée :

je nom ³ je maximum

Pour les réacteurs de jeu de barres (sectionnels), le courant nominal est sélectionné en fonction du schéma de leur inclusion.

La réactance inductive du réacteur est déterminée en fonction des conditions de limitation du courant de court-circuit à un niveau donné. Dans la plupart des cas, le niveau de limitation du courant de court-circuit est déterminé par le pouvoir de coupure des disjoncteurs prévus pour l'installation ou installés en un point donné du réseau.

En règle générale, la valeur initiale du courant de court-circuit périodique est initialement connue je sur. , qui, avec l'aide du réacteur, doit être réduit au niveau requis.

Considérez la procédure de détermination de la résistance d'un réacteur individuel. Il est nécessaire de limiter le courant de court-circuit afin qu'il soit possible d'installer un disjoncteur avec un courant de coupure nominal dans ce circuit je nom. (valeur efficace de la composante périodique du courant de déclenchement).

Par valeur je nom.otk est déterminé par la valeur initiale de la composante périodique du courant de court-circuit, à laquelle la capacité de commutation du disjoncteur est assurée. Pour simplifier, on prend généralement je p.o.required = je nom.

La résistance résultante, Ohm, du circuit de court-circuit avant l'installation du réacteur peut être déterminée par l'expression

Résistance aux courts-circuits requise pour assurer je p.o.req.

La différence entre les valeurs de résistance obtenues donnera la résistance requise du réacteur

.

La résistance du réacteur sectionnel est choisie parmi les conditions les plus
limitation efficace des courants de court-circuit en cas de court-circuit sur une section. Habituellement, il est pris de telle sorte que la chute de tension aux bornes du réacteur lorsque le courant nominal le traverse atteint 0,08 ¾ 0,12 de la tension nominale, c'est-à-dire

.

Dans des conditions normales de fonctionnement à long terme, les pertes de courant et de tension dans les réacteurs sectionnels sont beaucoup plus faibles.

La valeur réelle du courant en cas de court-circuit après le réacteur est déterminée comme suit. La valeur de la résistance résultante du court-circuit est calculée en tenant compte du réacteur

,

puis on détermine la valeur initiale de la composante périodique du courant de court-circuit :

De même, la résistance des réacteurs groupés et doubles est sélectionnée. Dans ce dernier cas, la résistance de la branche du double réacteur est déterminée X p = X dans.

Le réacteur sélectionné doit être vérifié pour la résistance électrodynamique et thermique lorsqu'un courant de court-circuit le traverse.

La résistance électrodynamique du réacteur est garantie sous la condition suivante :

La stabilité thermique du réacteur est garantie sous la condition suivante :

Pour l'installation dans le neutre des transformateurs de puissance et les raccordements des lignes de départ pour une tension de 6¾35 kV, il est recommandé d'installer des réactances de limitation de courant sèches avec isolation polymère.

court-circuit . Il est connecté en série au circuit, dont le courant doit être limité, et fonctionne comme une résistance supplémentaire inductive (réactive), ce qui réduit le courant et maintient la tension dans le réseau pendant un court-circuit, ce qui augmente la stabilité de les générateurs et le système dans son ensemble.

Application

En cas de court-circuit, le courant dans le circuit augmente significativement par rapport au courant de mode normal. Dans les réseaux à haute tension, les courants de court-circuit peuvent atteindre des valeurs telles qu'il n'est pas possible de sélectionner des installations capables de supporter les efforts électrodynamiques résultant de la circulation de ces courants. Pour limiter le courant de court-circuit, des réacteurs limiteurs de courant sont utilisés, qui, lorsqu'ils sont court-circuités. maintenir également une tension suffisamment élevée sur les barres de puissance (en raison d'une chute plus importante sur le réacteur lui-même), ce qui est nécessaire au fonctionnement normal des autres charges.

Symbole pour réacteurs simples et doubles

Appareil et principe de fonctionnement

Types de réacteurs

Les réacteurs limiteurs de courant sont divisés en :

• sur le lieu d'installation : extérieur et intérieur ;
• tension : moyenne (3 -35 kV) et haute (110 -500 kV) ;
• par conception pour : béton, sec, huile et blindé ;
• par disposition des phases : verticale, horizontale et étagée ;
• par conception d'enroulement : simple et double ;
• par destination fonctionnelle : feeder, feeder group et carrefour.

réacteurs en béton

Ils sont largement utilisés dans les installations intérieures pour des tensions de réseau jusqu'à 35 kV inclus. Le réacteur en béton est constitué de bobines concentriques de fil toronné isolé, coulées dans des colonnes en béton disposées radialement. En cas de courts-circuits, les enroulements et les pièces subissent des contraintes mécaniques importantes dues aux forces électrodynamiques, par conséquent, du béton à haute résistance est utilisé dans leur fabrication. Toutes les parties métalliques du réacteur sont constituées de matériaux non magnétiques. Dans le cas de courants élevés, un refroidissement artificiel est utilisé.

Les bobines de phase du réacteur sont agencées de manière à ce que lorsque le réacteur est assemblé, les champs des bobines soient opposés, ce qui est nécessaire pour vaincre les efforts dynamiques longitudinaux lors d'un court-circuit. Les réacteurs en béton peuvent fonctionner à la fois avec un refroidissement à air naturel et à air forcé (pour de grandes puissances nominales), le soi-disant. "blast" (la lettre "D" est ajoutée dans le marquage).

Depuis 2014, les réacteurs en béton sont considérés comme obsolètes et sont remplacés par des réacteurs secs.

Réacteurs pétroliers

Ils sont utilisés dans les réseaux avec des tensions supérieures à 35 kV. Le réacteur à huile est constitué d'enroulements de conducteurs en cuivre isolés avec du papier de câble, qui sont placés sur des cylindres isolants et remplis d'huile ou d'un autre diélectrique électrique. Le liquide sert à la fois de milieu isolant et de refroidissement. Pour réduire l'échauffement des parois du réservoir par le champ alternatif des bobines du réacteur, écrans électromagnétiques et shunts magnétiques.

Le blindage électromagnétique est constitué de bobines de cuivre ou d'aluminium court-circuitées disposées concentriquement par rapport au réacteur s'enroulant autour des parois de la cuve. Le blindage se produit du fait que dans ces spires un champ électromagnétique est induit, dirigé de manière opposée et compensant le champ principal.

Shunt magnétique - ce sont des emballages en tôle d'acier situés à l'intérieur du réservoir près des parois, qui créent un circuit magnétique artificiel avec une résistance magnétique inférieure à celle des parois du réservoir, ce qui provoque la fermeture du flux magnétique principal du réacteur le long de celui-ci, et non à travers les parois du réservoir.

Pour éviter les explosions liées à la surchauffe de l'huile dans le réservoir, selon le PUE, tous les réacteurs d'une tension de 500 kV et plus doivent être équipés d'une protection contre les gaz.

Réacteurs secs

Les réacteurs secs constituent une nouvelle direction dans la conception des réacteurs limiteurs de courant et sont utilisés dans les réseaux avec une tension nominale allant jusqu'à 220 kV. Dans l'une des variantes de conception d'un réacteur sec, les enroulements sont réalisés sous forme de câbles (généralement de section rectangulaire pour réduire les dimensions, augmenter la résistance mécanique et la durée de vie) à isolation organosiliciée, enroulés sur une armature diélectrique. Dans une autre conception de réacteurs, le fil de bobinage est isolé avec un film de polyamide, puis avec deux couches de fils de verre avec collage et imprégnation de vernis silicone et cuisson ultérieure, ce qui correspond à la classe de résistance à la chaleur H (température de fonctionnement jusqu'à 180 ° C); le pressage et le lissage des enroulements avec des bandages les rend résistants aux contraintes mécaniques lors du courant de choc.

réacteurs blindés

Malgré la tendance à fabriquer des réacteurs limiteurs de courant sans circuit magnétique ferromagnétique (en raison du danger de saturation du système magnétique au courant de court-circuit et, par conséquent, d'une forte baisse des propriétés de limitation de courant), les entreprises fabriquent des réacteurs avec noyaux blindés en acier électrique. L'avantage de ce type de réacteurs limiteurs de courant est des paramètres de poids et d'encombrement et de coût inférieurs (en raison d'une diminution de la proportion de métaux non ferreux dans la conception). Inconvénient: la possibilité de perte des propriétés de limitation de courant à des courants de surtension supérieurs à la valeur nominale pour un réacteur donné, ce qui nécessite à son tour un calcul minutieux des courants de court-circuit. dans le réseau et en choisissant une réactance blindée de manière à ce que dans n'importe quel mode du réseau, le courant de court-circuit de choc n'a pas dépassé la valeur nominale.

Réacteurs jumeaux

Les réacteurs doubles sont utilisés pour réduire la chute de tension en mode normal, pour lequel chaque phase se compose de deux enroulements avec une forte connexion magnétique, allumés dans des directions opposées, chacun étant connecté à peu près à la même charge, à la suite de quoi le l'inductance diminue (dépend du champ différentiel magnétique résiduel). En court-circuit dans le circuit de l'un des enroulements, le champ augmente fortement, l'inductance augmente et le processus de limitation du courant se produit.

Réacteurs intersectionnels et d'alimentation

Des réacteurs transversaux sont activés entre les sections pour limiter les courants et maintenir la tension dans l'une des sections, en cas de court-circuit. dans une autre rubrique. Les départs et les départs de groupe sont installés sur les départs (les départs de groupe sont communs à plusieurs départs).

Littérature

• Rodstein L. A."Appareils électriques: manuel pour les écoles techniques" - 3e éd., L.: Energoizdat. Léningrad. département, 1981.
• "Equipements des réacteurs. Un catalogue de solutions dans le domaine de l'amélioration de la qualité de l'électricité, de la protection des réseaux électriques et de l'organisation des communications haute fréquence." Groupe d'entreprises SVEL.

Il est connecté en série au circuit, dont le courant doit être limité, et fonctionne comme une résistance supplémentaire inductive (réactive), ce qui réduit le courant et maintient la tension dans le réseau pendant un court-circuit, ce qui augmente la stabilité de les générateurs et le système dans son ensemble.

Application

En cas de court-circuit, le courant dans le circuit augmente significativement par rapport au courant de mode normal. Dans les réseaux à haute tension, les courants de court-circuit peuvent atteindre des valeurs telles qu'il n'est pas possible de sélectionner des installations capables de supporter les efforts électrodynamiques résultant de la circulation de ces courants. Pour limiter le courant de court-circuit, des réacteurs limiteurs de courant sont utilisés, qui, lorsqu'ils sont court-circuités. maintenir également une tension suffisamment élevée sur les barres de puissance (en raison d'une chute plus importante sur le réacteur lui-même), ce qui est nécessaire au fonctionnement normal des autres charges.

Appareil et principe de fonctionnement

Types de réacteurs

Les réacteurs limiteurs de courant sont divisés en :

• sur le lieu d'installation : extérieur et intérieur ;
• tension : moyenne (3 -35 kV) et haute (110 -500 kV) ;
• par conception pour : béton, sec, huile et blindé ;
• par disposition des phases : verticale, horizontale et étagée ;
• par conception d'enroulement : simple et double ;
• par destination fonctionnelle : feeder, feeder group et carrefour.

réacteurs en béton

Ils sont largement utilisés dans les installations intérieures pour des tensions de réseau jusqu'à 35 kV inclus. Le réacteur en béton est constitué de bobines concentriques de fil toronné isolé, coulées dans des colonnes en béton disposées radialement. En cas de courts-circuits, les enroulements et les pièces subissent des contraintes mécaniques importantes dues aux forces électrodynamiques, par conséquent, du béton à haute résistance est utilisé dans leur fabrication. Toutes les parties métalliques du réacteur sont constituées de matériaux non magnétiques. Dans le cas de courants élevés, un refroidissement artificiel est utilisé.

Les bobines de phase du réacteur sont agencées de manière à ce que lorsque le réacteur est assemblé, les champs des bobines soient opposés, ce qui est nécessaire pour vaincre les efforts dynamiques longitudinaux lors d'un court-circuit. Les réacteurs en béton peuvent fonctionner à la fois avec un refroidissement à air naturel et à air forcé (pour de grandes puissances nominales), le soi-disant. "blast" (la lettre "D" est ajoutée dans le marquage).

Depuis 2014, les réacteurs en béton sont considérés comme obsolètes et sont remplacés par des réacteurs secs.

Réacteurs pétroliers

Ils sont utilisés dans les réseaux avec des tensions supérieures à 35 kV. Le réacteur à huile est constitué d'enroulements de conducteurs en cuivre isolés avec du papier de câble, qui sont placés sur des cylindres isolants et remplis d'huile ou d'un autre diélectrique électrique. Le liquide sert à la fois de milieu isolant et de refroidissement. Pour réduire l'échauffement des parois du réservoir par le champ alternatif des bobines du réacteur, écrans électromagnétiques et shunts magnétiques.

Le blindage électromagnétique est constitué de bobines de cuivre ou d'aluminium court-circuitées disposées concentriquement par rapport au réacteur s'enroulant autour des parois de la cuve. Le blindage se produit du fait que dans ces spires un champ électromagnétique est induit, dirigé de manière opposée et compensant le champ principal.

Shunt magnétique - ce sont des emballages en tôle d'acier situés à l'intérieur du réservoir près des parois, qui créent un circuit magnétique artificiel avec une résistance magnétique inférieure à celle des parois du réservoir, ce qui provoque la fermeture du flux magnétique principal du réacteur le long de celui-ci, et non à travers les parois du réservoir.

Pour éviter les explosions liées à la surchauffe de l'huile dans le réservoir, selon le PUE, tous les réacteurs d'une tension de 500 kV et plus doivent être équipés d'une protection contre les gaz.

Réacteurs secs

Les réacteurs secs constituent une nouvelle direction dans la conception des réacteurs limiteurs de courant et sont utilisés dans les réseaux avec une tension nominale allant jusqu'à 220 kV. Dans l'une des variantes de conception d'un réacteur sec, les enroulements sont réalisés sous forme de câbles (généralement de section rectangulaire pour réduire les dimensions, augmenter la résistance mécanique et la durée de vie) à isolation organosiliciée, enroulés sur une armature diélectrique. Dans une autre conception de réacteurs, le fil de bobinage est isolé avec un film de polyamide, puis avec deux couches de fils de verre avec collage et imprégnation de vernis silicone et cuisson ultérieure, ce qui correspond à la classe de résistance à la chaleur H (température de fonctionnement jusqu'à 180 ° C); le pressage et le lissage des enroulements avec des bandages les rend résistants aux contraintes mécaniques lors du courant de choc.

réacteurs blindés

Malgré la tendance à fabriquer des réacteurs limiteurs de courant sans circuit magnétique ferromagnétique (en raison du danger de saturation du système magnétique au courant de court-circuit et, par conséquent, d'une forte baisse des propriétés de limitation de courant), les entreprises fabriquent des réacteurs avec noyaux blindés en acier électrique. L'avantage de ce type de réacteurs limiteurs de courant est des paramètres de poids et d'encombrement et de coût inférieurs (en raison d'une diminution de la proportion de métaux non ferreux dans la conception). Inconvénient: la possibilité de perte des propriétés de limitation de courant à des courants de surtension supérieurs à la valeur nominale pour un réacteur donné, ce qui nécessite à son tour un calcul minutieux des courants de court-circuit. dans le réseau et en choisissant une réactance blindée de manière à ce que dans n'importe quel mode du réseau, le courant de court-circuit de choc n'a pas dépassé la valeur nominale.

Réacteurs jumeaux

Les réacteurs doubles sont utilisés pour réduire la chute de tension en mode normal, pour lequel chaque phase se compose de deux enroulements avec une forte connexion magnétique, allumés dans des directions opposées, chacun étant connecté à peu près à la même charge, à la suite de quoi le l'inductance diminue (dépend du champ différentiel magnétique résiduel). En court-circuit dans le circuit de l'un des enroulements, le champ augmente fortement, l'inductance augmente et le processus de limitation du courant se produit.

Réacteurs intersectionnels et d'alimentation

Des réacteurs transversaux sont activés entre les sections pour limiter les courants et maintenir la tension dans l'une des sections, en cas de court-circuit. dans une autre rubrique. Les départs et les départs de groupe sont installés sur les départs (les départs de groupe sont communs à plusieurs départs).

Littérature

• Rodstein L. A."Appareils électriques: manuel pour les écoles techniques" - 3e éd., L.: Energoizdat. Léningrad. département, 1981.
• "Equipements des réacteurs. Un catalogue de solutions dans le domaine de l'amélioration de la qualité de l'électricité, de la protection des réseaux électriques et de l'organisation des communications haute fréquence." Groupe d'entreprises SVEL.

Réacteur nucléaire, principe de fonctionnement, fonctionnement d'un réacteur nucléaire.

Chaque jour, nous utilisons de l'électricité et ne pensons pas à la façon dont elle est produite et comment elle nous est parvenue. Et pourtant, c'est l'une des parties les plus importantes de la civilisation moderne. Sans électricité, il n'y aurait rien - pas de lumière, pas de chaleur, pas de mouvement.

Tout le monde sait que l'électricité est produite dans les centrales électriques, y compris les centrales nucléaires. Le cœur de chaque centrale nucléaire est réacteur nucléaire. C'est ce dont nous allons discuter dans cet article.

Réacteur nucléaire, un dispositif dans lequel se produit une réaction nucléaire en chaîne contrôlée avec dégagement de chaleur. Fondamentalement, ces appareils sont utilisés pour générer de l'électricité et comme moteur pour les grands navires. Pour imaginer la puissance et l'efficacité des réacteurs nucléaires, on peut donner un exemple. Là où un réacteur nucléaire moyen aurait besoin de 30 kilogrammes d'uranium, une centrale thermique moyenne aurait besoin de 60 wagons de charbon ou de 40 réservoirs de mazout.

prototype réacteur nucléaire a été construit en décembre 1942 aux USA sous la direction de E. Fermi. C'était la soi-disant "pile de Chicago". Chicago Pile (par la suite le mot"Pile" avec d'autres significations a commencé à désigner un réacteur nucléaire). Ce nom lui a été donné en raison du fait qu'il ressemblait à un gros empilement de blocs de graphite posés les uns sur les autres.

Entre les blocs étaient placés des "corps de travail" sphériques constitués d'uranium naturel et de son dioxyde.

En URSS, le premier réacteur a été construit sous la direction de l'académicien IV Kurchatov. Le réacteur F-1 a été mis en service le 25 décembre 1946. Le réacteur se présentait sous la forme d'une boule et avait un diamètre d'environ 7,5 mètres. Il n'avait pas de système de refroidissement, il fonctionnait donc à des niveaux de puissance très faibles.

Les recherches se sont poursuivies et le 27 juin 1954, la première centrale nucléaire au monde d'une capacité de 5 MW a été mise en service dans la ville d'Obninsk.

Le principe de fonctionnement d'un réacteur nucléaire.

Lors de la désintégration de l'uranium U 235, de la chaleur est dégagée, accompagnée du dégagement de deux ou trois neutrons. Selon les statistiques - 2.5. Ces neutrons entrent en collision avec d'autres atomes d'uranium U 235 . Lors d'une collision, l'uranium U 235 se transforme en un isotope instable U 236, qui se désintègre presque immédiatement en Kr 92 et Ba 141 + ces mêmes 2-3 neutrons. La désintégration s'accompagne d'un dégagement d'énergie sous forme de rayonnement gamma et de chaleur.

C'est ce qu'on appelle une réaction en chaîne. Les atomes se divisent, le nombre de désintégrations augmente de façon exponentielle, ce qui conduit finalement à une libération ultra-rapide, selon nos normes, d'une énorme quantité d'énergie - une explosion atomique se produit, à la suite d'une réaction en chaîne incontrôlée.

Cependant, dans réacteur nucléaire nous négocions avec réaction nucléaire contrôlée. Comment cela devient possible est décrit plus loin.

L'appareil d'un réacteur nucléaire.

A l'heure actuelle, il existe deux types de réacteurs nucléaires VVER (réacteur de puissance à eau sous pression) et RBMK (réacteur à canaux de grande puissance). La différence est que RBMK est un réacteur à eau bouillante, tandis que VVER utilise de l'eau sous pression de 120 atmosphères.

Réacteur VVER 1000. 1 - Variateur CPS ; 2 - couvercle du réacteur ; 3 - cuve du réacteur ; 4 - bloc de tuyaux de protection (BZT); 5 - le mien ; 6 - déflecteur central ; 7 - assemblages combustibles (FA) et barres de commande ;

Chaque réacteur nucléaire de type industriel est une chaudière traversée par un fluide caloporteur. En règle générale, il s'agit d'eau ordinaire (environ 75 % dans le monde), de graphite liquide (20 %) et d'eau lourde (5 %). À des fins expérimentales, le béryllium a été utilisé et un hydrocarbure a été supposé.

TVEL- (élément combustible). Ce sont des tiges dans une coquille de zirconium avec un alliage de niobium, à l'intérieur desquelles se trouvent des pastilles de dioxyde d'uranium.

TVEL acteur RBMK. Le dispositif de l'élément combustible du réacteur RBMK: 1 - bouchon; 2 - comprimés de dioxyde d'uranium; 3 - coque en zirconium; 4 - printemps; 5 - douille; 6 - pourboire.

TVEL comprend également un système de ressort pour maintenir les pastilles de combustible au même niveau, ce qui vous permet de contrôler plus précisément la profondeur d'immersion/retrait du combustible dans le noyau. Ils sont assemblés en cassettes hexagonales comprenant chacune plusieurs dizaines de crayons combustibles. Le liquide de refroidissement circule dans les canaux de chaque cassette.

Les éléments combustibles de la cassette sont surlignés en vert.

Assemblage de cassette de carburant.

Le cœur du réacteur est constitué de centaines de cassettes, placées verticalement et réunies par une enveloppe métallique - le corps, qui joue également le rôle de réflecteur de neutrons. Parmi les cassettes, des barres de commande et des barres de protection d'urgence du réacteur sont insérées à intervalles réguliers, qui, en cas de surchauffe, sont destinées à arrêter le réacteur.

Donnons à titre d'exemple les données sur le réacteur VVER-440 :

Les contrôleurs peuvent monter et descendre en s'enfonçant, ou vice versa, en quittant le noyau, là où la réaction est la plus intense. Ceci est assuré par de puissants moteurs électriques, ainsi que par le système de contrôle.Des barres de protection d'urgence sont conçues pour arrêter le réacteur en cas d'urgence, en tombant dans le cœur et en absorbant davantage de neutrons libres.

Chaque réacteur a un couvercle à travers lequel les cassettes usagées et neuves sont chargées et déchargées.

L'isolation thermique est généralement installée au-dessus de la cuve du réacteur. La prochaine barrière est la protection biologique. Il s'agit généralement d'un bunker en béton armé dont l'entrée est fermée par un sas aux portes étanches. La protection biologique est conçue pour ne pas libérer de la vapeur radioactive et des morceaux du réacteur dans l'atmosphère, en cas d'explosion.

Une explosion nucléaire dans les réacteurs modernes est extrêmement improbable. Parce que le carburant n'est pas suffisamment enrichi, et est divisé en TVEL. Même si le noyau fond, le combustible ne pourra pas réagir aussi activement. Le maximum qui peut arriver est une explosion thermique, comme à Tchernobyl, lorsque la pression dans le réacteur a atteint des valeurs telles que le boîtier métallique a simplement été déchiré et que le couvercle du réacteur, pesant 5000 tonnes, a fait un saut périlleux, perçant le toit du compartiment du réacteur et libérant de la vapeur. Si la centrale nucléaire de Tchernobyl avait été équipée d'une protection biologique adéquate, comme le sarcophage d'aujourd'hui, alors la catastrophe aurait coûté beaucoup moins cher à l'humanité.

Le travail d'une centrale nucléaire.

En un mot, le raboboa ressemble à ça.

Centrale nucléaire. (cliquable)

Après être entrée dans le cœur du réacteur à l'aide de pompes, l'eau est chauffée de 250 à 300 degrés et sort de «l'autre côté» du réacteur. C'est ce qu'on appelle le premier circuit. Ensuite, il va à l'échangeur de chaleur, où il rencontre le deuxième circuit. Après cela, la vapeur sous pression pénètre dans les aubes de turbine. Les turbines produisent de l'électricité.