Reactorul nuclear: istoricul creării și principiul de funcționare. Salut student Reactor este

Importanța energiei nucleare în lumea modernă

Energia nucleară a făcut un pas uriaș înainte în ultimele decenii, devenind una dintre cele mai importante surse de energie electrică pentru multe țări. În același timp, trebuie amintit că în spatele dezvoltării acestui sector al economiei naționale se află eforturile enorme ale zeci de mii de oameni de știință, ingineri și muncitori obișnuiți care fac totul pentru ca „atomul pașnic” să nu se întoarcă. într-o amenințare reală pentru milioane de oameni. Adevăratul nucleu al oricărei centrale nucleare este un reactor nuclear.

Istoria creării unui reactor nuclear

Primul astfel de dispozitiv a fost construit în apogeul celui de-al Doilea Război Mondial în SUA de celebrul om de știință și inginer E. Fermi. Datorită aspectului său neobișnuit, asemănător cu un teanc de blocuri de grafit stivuite unul peste altul, acest reactor nuclear a fost numit Chicago Stack. Este demn de remarcat faptul că acest dispozitiv a funcționat pe uraniu, care a fost plasat chiar între blocuri.

Crearea unui reactor nuclear în Uniunea Sovietică

În țara noastră, problemelor nucleare li sa acordat o atenție sporită. În ciuda faptului că principalele eforturi ale oamenilor de știință s-au concentrat pe aplicarea militară a atomului, aceștia au folosit în mod activ rezultatele obținute și în scopuri pașnice. Primul reactor nuclear, cu numele de cod F-1, a fost construit de un grup de oameni de știință condus de celebrul fizician I. Kurchatov la sfârșitul lunii decembrie 1946. Dezavantajul său semnificativ a fost absența oricărui tip de sistem de răcire, astfel încât puterea energiei eliberate de acesta a fost extrem de nesemnificativă. În același timp, cercetătorii sovietici au finalizat lucrările pe care le-au început, care au dus la deschiderea primei centrale nucleare din lume în orașul Obninsk doar opt ani mai târziu.

Principiul de funcționare al reactorului

Un reactor nuclear este un dispozitiv tehnic extrem de complex și periculos. Principiul său de funcționare se bazează pe faptul că în timpul dezintegrarii uraniului sunt eliberați mai mulți neutroni, care, la rândul lor, elimină particulele elementare din atomii de uraniu învecinați. Această reacție în lanț eliberează o cantitate semnificativă de energie sub formă de căldură și raze gamma. În același timp, ar trebui să țineți cont de faptul că, dacă această reacție nu este controlată în niciun fel, atunci fisiunea atomilor de uraniu în cel mai scurt timp posibil poate duce la o explozie puternică cu consecințe nedorite.

Pentru ca reacția să se desfășoare într-un cadru strict definit, proiectarea unui reactor nuclear este de mare importanță. În prezent, fiecare astfel de structură este un fel de cazan prin care curge lichidul de răcire. Apa este folosita de obicei in aceasta calitate, dar exista centrale nucleare care folosesc grafit lichid sau apa grea. Un reactor nuclear modern nu poate fi imaginat fără sute de casete hexagonale speciale. Acestea conțin elemente de combustibil, prin canalele cărora curg lichidele de răcire. Această casetă este acoperită cu un strat special care este capabil să reflecte neutronii și, prin urmare, să încetinească reacția în lanț.

Reactorul nuclear și protecția acestuia

Are mai multe niveluri de protecție. Pe lângă corpul în sine, acesta este acoperit deasupra cu izolație termică specială și protecție biologică. Din punct de vedere ingineresc, această structură este un buncăr puternic din beton armat, ale cărui uși sunt închise cât mai etanș.

Reactoarele servesc la limitarea curenților de scurtcircuit în instalațiile electrice puternice și, de asemenea, permit menținerea unui anumit nivel de tensiune pe magistrale în cazul deteriorării în spatele reactoarelor.

Scopul principal al reactoarelor sunt rețelele electrice cu o tensiune de 6¾10 kV. Uneori, reactoarele de limitare a curentului sunt utilizate în instalații de 35 kV și mai sus, precum și la tensiuni sub 1000 V.

Orez. 3.43. Funcționarea normală a circuitului cu reactorul:

a - schema circuitului; b - diagrama tensiunii: c - diagrama vectoriala

Schemele liniei reacţionate şi diagramele care caracterizează distribuţia tensiunilor în modul normal de funcţionare sunt prezentate în fig. 3.43.

Diagrama vectorială arată: U 1 - tensiune de fază în fața reactorului, U p - tensiunea de fază după reactor și eu este curentul care circulă prin circuit. Unghiul j corespunde defazajului dintre tensiunea de după reactor și curent. Unghiul y între vectori U 1 și U 2 reprezintă defazajul suplimentar cauzat de reactanța inductivă a reactorului. Dacă nu ținem cont de rezistența activă a reactorului, segmentul AC reprezintă căderea de tensiune în reactanța inductivă a reactorului.

Reactorul (Fig. 3.44) este o bobină inductivă care nu are un miez de material magnetic. Din acest motiv, are o rezistență inductivă constantă, independentă de curentul care curge.

Orez. 3.44. Faza reactorului din seria RB:

1 - înfășurare reactor, 2 - coloane de beton,

3 - izolatori suport

Pentru linii puternice și responsabile, poate fi folosită reacția individuală.

În instalațiile electrice sunt utilizate pe scară largă reactoarele duble din beton cu înfășurări de aluminiu pentru instalații interioare și exterioare de tip RBS.

Dezavantajul reactoarelor este prezența în ele a pierderilor de putere de 0,15-0,4% din puterea care trece prin reactor și tensiune.

, (4.30)

Unde x p %, I n - datele pașaportului reactorului; eu, sinj - parametrii regimului centralei alimentate prin reactor.

Orez. 3.8. Locuri de instalare a reactoarelor: a - între secțiunile de bare ale centralelor electrice; b - pe linii separate de ieșire; c - pe secțiunea de comutație a substației (reactor de grup)

Pentru a reduce pierderile de tensiune în modurile normale, de regulă, reactoarele duble sunt utilizate ca reactoare de grup. Reactorul dublu (Fig. 4.9) se deosebește de cel obișnuit prin prezența unui plumb din mijlocul înfășurării. Ambele ramuri ale reactorului dublu sunt situate una deasupra celeilalte, cu aceeași direcție de înfășurare.

Orez. 4.9. Diagrama reactorului dublu

Reactanța inductivă a fiecărei ramuri a reactorului în absența curentului în cealaltă ramură

Să determinăm rezistența inductivă a unei ramuri a unui reactor dublu atunci când prin ramurile sale curg curenți de sarcină identici.

Căderea de tensiune în ramura reactorului va fi:

Astfel, atunci când curenții curg în ambele ramuri

. (4.33)

De obicei k Sf.= 0,4¸0,5.

În caz de scurtcircuit în spatele unei ramificații și deconectarea altei ramificații

. (4.34)

Când scurtcircuitul este alimentat din partea celei de-a doua ramificații, curentul din aceasta din urmă își schimbă direcția, semnul inducției reciproce între înfășurări se va schimba și, în consecință, rezistența reactorului va crește:

Reactoarele sunt selectate în funcție de tensiunea nominală, curent și reactanța inductivă.

Tensiunea nominală este selectată în funcție de tensiunea nominală a instalației. În acest caz, se presupune că reactoarele trebuie să reziste mult timp la solicitările maxime de funcționare care pot apărea în timpul funcționării. Este permisă utilizarea reactoarelor în instalațiile electrice cu o tensiune nominală mai mică decât tensiunea nominală a reactoarelor.

Curentul nominal al reactorului (ramificații duble ale reactorului) nu trebuie să fie mai mic decât curentul maxim de sarcină continuă al circuitului în care este conectat:

eu nom ³ eu max

Pentru reactoarele cu bare colectoare (secționale), curentul nominal este selectat în funcție de schema de includere a acestora.

Reactanța inductivă a reactorului este determinată pe baza condițiilor de limitare a curentului de scurtcircuit la un nivel dat. În cele mai multe cazuri, nivelul de limitare a curentului de scurtcircuit este determinat de capacitatea de comutare a întrerupătoarelor planificate pentru instalare sau instalate într-un anumit punct al rețelei.

De regulă, valoarea inițială a curentului periodic de scurtcircuit este inițial cunoscută eu pe. , care cu ajutorul reactorului trebuie redus la nivelul cerut.

Luați în considerare procedura de determinare a rezistenței unui reactor individual. Este necesar să se limiteze curentul de scurtcircuit, astfel încât să fie posibilă instalarea unui întrerupător cu un curent nominal de rupere în acest circuit. eu nom. (valoarea efectivă a componentei periodice a curentului de declanșare).

După valoare eu nom.otk este determinată de valoarea inițială a componentei periodice a curentului de scurtcircuit, la care este asigurată capacitatea de comutare a întreruptorului. Pentru simplitate, de obicei luăm eu p.o.required = eu nom.

Rezistența rezultată, Ohm, a circuitului de scurtcircuit înainte de instalarea reactorului poate fi determinată prin expresia

Rezistența la scurtcircuit necesară pentru a asigura eu p.o.req.

Diferența dintre valorile rezistenței obținute va da rezistența necesară a reactorului

.

Rezistența reactorului secțional este selectată dintre condițiile celor mai multe
limitarea efectivă a curenților de scurtcircuit în cazul unui scurtcircuit pe o secțiune. De obicei, se consideră că scăderea de tensiune prin reactor atunci când curentul nominal trece prin el atinge 0,08¾0,12 din tensiunea nominală, adică

.

În condiții normale de funcționare pe termen lung, pierderile de curent și tensiune în reactoarele secționale sunt mult mai mici.

Valoarea reală a curentului în cazul unui scurtcircuit după reactor se determină după cum urmează. Valoarea rezistenței rezultate a scurtcircuitului se calculează ținând cont de reactor

,

și apoi se determină valoarea inițială a componentei periodice a curentului de scurtcircuit:

În mod similar, este selectată rezistența reactoarelor de grup și duble. În acest din urmă caz, se determină rezistența ramificației reactorului dual X p = Xîn.

Reactorul selectat trebuie verificat pentru rezistența electrodinamică și termică atunci când trece un curent de scurtcircuit prin el.

Rezistența electrodinamică a reactorului este garantată în următoarea condiție:

Stabilitatea termică a reactorului este garantată în următoarele condiții:

Pentru instalarea în neutru a transformatoarelor de putere și conexiunile liniilor de ieșire pentru o tensiune de 6¾35 kV, se recomandă instalarea reactoarelor uscate de limitare a curentului cu izolație polimerică.

scurt circuit . Este conectat în serie la circuit, al cărui curent trebuie limitat, și funcționează ca o rezistență suplimentară inductivă (reactivă), care reduce curentul și menține tensiunea în rețea în timpul unui scurtcircuit, ceea ce crește stabilitatea generatoarele și sistemul în ansamblu.

Aplicație

În cazul unui scurtcircuit, curentul din circuit crește semnificativ în comparație cu curentul în modul normal. În rețelele de înaltă tensiune, curenții de scurtcircuit pot atinge astfel de valori încât nu este posibilă selectarea instalațiilor care ar putea rezista forțelor electrodinamice rezultate din fluxul acestor curenți. Pentru a limita curentul de scurtcircuit, se folosesc reactoare de limitare a curentului care, atunci când sunt scurtcircuitate. menține, de asemenea, o tensiune suficient de mare pe barele de putere (datorită unei căderi mai mari asupra reactorului în sine), care este necesară pentru funcționarea normală a altor sarcini.

Simbol pentru reactoare simple și duble

Dispozitiv și principiu de funcționare

Tipuri de reactoare

Reactoarele de limitare a curentului sunt împărțite în:

• la locul de instalare: exterior si interior;
• tensiune: medie (3 -35 kV) și mare (110 -500 kV);
• prin proiectare pentru: beton, uscat, ulei și blindat;
• prin dispunerea fazelor: vertical, orizontal si treptat;
• prin design de înfășurare: simplu și dublu;
• după scop funcțional: alimentator, grup de alimentare și intersecție.

reactoare de beton

Sunt utilizate pe scară largă în instalațiile interioare pentru tensiuni de rețea de până la 35 kV inclusiv. Reactorul de beton este o bobină de sârmă toronată, situată concentric, turnată în coloane de beton dispuse radial. În cazul scurtcircuitelor, înfășurările și piesele suferă solicitări mecanice semnificative din cauza forțelor electrodinamice, prin urmare, la fabricarea lor se folosește beton de înaltă rezistență. Toate piesele metalice ale reactorului sunt realizate din materiale nemagnetice. În cazul curenților mari se folosește răcirea artificială.

Bobinele de fază ale reactorului sunt aranjate astfel încât atunci când reactorul este asamblat, câmpurile bobinelor sunt opuse, ceea ce este necesar pentru a depăși forțele dinamice longitudinale în cazul unui scurtcircuit. Reactoarele din beton pot fi acționate atât cu răcire cu aer natural, cât și cu aer forțat (pentru puteri nominale mari), așa-numitele. „explozie” (în marcaj se adaugă litera „D”).

Din 2014, reactoarele de beton sunt considerate învechite și sunt înlocuite cu reactoare uscate.

Reactoare cu petrol

Sunt utilizate în rețele cu tensiuni peste 35 kV. Reactorul cu ulei este format din înfășurări din conductori de cupru izolați cu hârtie de cablu, care sunt așezate pe cilindri izolatori și umpluți cu ulei sau alt dielectric electric. Lichidul servește atât ca mediu izolator, cât și ca mediu de răcire. Pentru a reduce încălzirea pereților rezervorului din câmpul alternativ al bobinelor reactorului, ecrane electromagneticeși șunturi magnetice.

Scutul electromagnetic este format din bobine de cupru sau aluminiu scurtcircuitate situate concentric în raport cu înfășurarea reactorului în jurul pereților rezervorului. Ecranarea se produce datorită faptului că în aceste viraj este indus un câmp electromagnetic, îndreptat invers și compensând câmpul principal.

Șunt magnetic - acestea sunt pachete din tablă de oțel situate în interiorul rezervorului în apropierea pereților, care creează un circuit magnetic artificial cu o rezistență magnetică mai mică decât cea a pereților rezervorului, ceea ce face ca fluxul magnetic principal al reactorului să se închidă de-a lungul acestuia și nu prin pereții rezervorului.

Pentru a preveni exploziile asociate cu supraîncălzirea uleiului din rezervor, conform PUE, toate reactoarele cu o tensiune de 500 kV și mai mult trebuie să fie echipate cu protecție împotriva gazelor.

Reactoare uscate

Reactoarele uscate reprezintă o nouă direcție în proiectarea reactoarelor de limitare a curentului și sunt utilizate în rețele cu o tensiune nominală de până la 220 kV. Într-una dintre variantele de proiectare a unui reactor uscat, înfășurările sunt realizate sub formă de cabluri (de obicei de secțiune dreptunghiulară pentru a reduce dimensiunile, a crește rezistența mecanică și durata de viață) cu izolație organosilicioasă, înfășurate pe un cadru dielectric. Într-un alt design de reactoare, firul de înfășurare este izolat cu o peliculă de poliamidă, apoi cu două straturi de fire de sticlă cu lipire și impregnare cu lac siliconic și coacere ulterioară, care corespunde clasei de rezistență la căldură H (temperatura de funcționare până la 180 ° C); presarea si saparea infasurarilor cu bandaje le face rezistente la solicitarea mecanica in timpul curentului de soc.

reactoare blindate

În ciuda tendinței de a produce reactoare de limitare a curentului fără circuit magnetic feromagnetic (datorită pericolului de saturare a sistemului magnetic la curent de scurtcircuit și, ca urmare, o scădere bruscă a proprietăților de limitare a curentului), întreprinderile produc reactoare cu miezuri blindate din oțel electric. Avantajul acestui tip de reactoare de limitare a curentului este greutatea și parametrii de dimensiune mai mici și costul (datorită scăderii proporției de metale neferoase în proiectare). Dezavantaj: posibilitatea pierderii proprietăților de limitare a curentului la curenți de supratensiune mai mari decât nominalul pentru un reactor dat, care, la rândul său, necesită un calcul atent al curenților de scurtcircuit. în rețea și alegerea unui reactor blindat astfel încât, în orice mod al rețelei, curentul de scurtcircuit de șoc nu a depășit valoarea nominală.

Reactoare gemene

Reactoarele duble sunt utilizate pentru a reduce căderea de tensiune în modul normal, pentru care fiecare fază constă din două înfășurări cu o conexiune magnetică puternică, pornite în direcții opuse, fiecare dintre acestea fiind conectată la aproximativ aceeași sarcină, drept urmare inductanța scade (depinde de câmpul de diferență magnetic rezidual). La scurtcircuit în circuitul uneia dintre înfășurări, câmpul crește brusc, crește inductanța și are loc procesul de limitare a curentului.

Reactoare intersecționale și de alimentare

Reactoarele cu secțiune transversală sunt pornite între secțiuni pentru a limita curenții și a menține tensiunea într-una dintre secțiuni, în caz de scurtcircuit. într-o altă secțiune. Alimentatoarele și alimentatoarele de grup sunt instalate pe alimentatoarele de ieșire (alimentatoarele de grup sunt comune pentru mai multe alimentatoare).

Literatură

• Rodstein L. A.„Aparate electrice: Manual pentru şcolile tehnice” - ed. a III-a, L .: Energoizdat. Leningrad. departament, 1981.
• "Echipament reactor. Un catalog de solutii in domeniul imbunatatirii calitatii energiei electrice, protejarii retelelor electrice si organizarii comunicatiilor de inalta frecventa." Grupul de firme SVEL.

Este conectat în serie la circuit, al cărui curent trebuie limitat, și funcționează ca o rezistență suplimentară inductivă (reactivă), care reduce curentul și menține tensiunea în rețea în timpul unui scurtcircuit, ceea ce crește stabilitatea generatoarele și sistemul în ansamblu.

Aplicație

În cazul unui scurtcircuit, curentul din circuit crește semnificativ în comparație cu curentul în modul normal. În rețelele de înaltă tensiune, curenții de scurtcircuit pot atinge astfel de valori încât nu este posibilă selectarea instalațiilor care ar putea rezista forțelor electrodinamice rezultate din fluxul acestor curenți. Pentru a limita curentul de scurtcircuit, se folosesc reactoare de limitare a curentului care, atunci când sunt scurtcircuitate. menține, de asemenea, o tensiune suficient de mare pe barele de putere (datorită unei căderi mai mari asupra reactorului în sine), care este necesară pentru funcționarea normală a altor sarcini.

Dispozitiv și principiu de funcționare

Tipuri de reactoare

Reactoarele de limitare a curentului sunt împărțite în:

• la locul de instalare: exterior si interior;
• tensiune: medie (3 -35 kV) și mare (110 -500 kV);
• prin proiectare pentru: beton, uscat, ulei și blindat;
• prin dispunerea fazelor: vertical, orizontal si treptat;
• prin design de înfășurare: simplu și dublu;
• după scop funcțional: alimentator, grup de alimentare și intersecție.

reactoare de beton

Sunt utilizate pe scară largă în instalațiile interioare pentru tensiuni de rețea de până la 35 kV inclusiv. Reactorul de beton este o bobină de sârmă toronată, situată concentric, turnată în coloane de beton dispuse radial. În cazul scurtcircuitelor, înfășurările și piesele suferă solicitări mecanice semnificative din cauza forțelor electrodinamice, prin urmare, la fabricarea lor se folosește beton de înaltă rezistență. Toate piesele metalice ale reactorului sunt realizate din materiale nemagnetice. În cazul curenților mari se folosește răcirea artificială.

Bobinele de fază ale reactorului sunt aranjate astfel încât atunci când reactorul este asamblat, câmpurile bobinelor sunt opuse, ceea ce este necesar pentru a depăși forțele dinamice longitudinale în cazul unui scurtcircuit. Reactoarele din beton pot fi acționate atât cu răcire cu aer natural, cât și cu aer forțat (pentru puteri nominale mari), așa-numitele. „explozie” (în marcaj se adaugă litera „D”).

Din 2014, reactoarele de beton sunt considerate învechite și sunt înlocuite cu reactoare uscate.

Reactoare cu petrol

Sunt utilizate în rețele cu tensiuni peste 35 kV. Reactorul cu ulei este format din înfășurări din conductori de cupru izolați cu hârtie de cablu, care sunt așezate pe cilindri izolatori și umpluți cu ulei sau alt dielectric electric. Lichidul servește atât ca mediu izolator, cât și ca mediu de răcire. Pentru a reduce încălzirea pereților rezervorului din câmpul alternativ al bobinelor reactorului, ecrane electromagneticeși șunturi magnetice.

Scutul electromagnetic este format din bobine de cupru sau aluminiu scurtcircuitate situate concentric în raport cu înfășurarea reactorului în jurul pereților rezervorului. Ecranarea se produce datorită faptului că în aceste viraj este indus un câmp electromagnetic, îndreptat invers și compensând câmpul principal.

Șunt magnetic - acestea sunt pachete din tablă de oțel situate în interiorul rezervorului în apropierea pereților, care creează un circuit magnetic artificial cu o rezistență magnetică mai mică decât cea a pereților rezervorului, ceea ce face ca fluxul magnetic principal al reactorului să se închidă de-a lungul acestuia și nu prin pereții rezervorului.

Pentru a preveni exploziile asociate cu supraîncălzirea uleiului din rezervor, conform PUE, toate reactoarele cu o tensiune de 500 kV și mai mult trebuie să fie echipate cu protecție împotriva gazelor.

Reactoare uscate

Reactoarele uscate reprezintă o nouă direcție în proiectarea reactoarelor de limitare a curentului și sunt utilizate în rețele cu o tensiune nominală de până la 220 kV. Într-una dintre variantele de proiectare a unui reactor uscat, înfășurările sunt realizate sub formă de cabluri (de obicei de secțiune dreptunghiulară pentru a reduce dimensiunile, a crește rezistența mecanică și durata de viață) cu izolație organosilicioasă, înfășurate pe un cadru dielectric. Într-un alt design de reactoare, firul de înfășurare este izolat cu o peliculă de poliamidă, apoi cu două straturi de fire de sticlă cu lipire și impregnare cu lac siliconic și coacere ulterioară, care corespunde clasei de rezistență la căldură H (temperatura de funcționare până la 180 ° C); presarea si saparea infasurarilor cu bandaje le face rezistente la solicitarea mecanica in timpul curentului de soc.

reactoare blindate

În ciuda tendinței de a produce reactoare de limitare a curentului fără circuit magnetic feromagnetic (datorită pericolului de saturare a sistemului magnetic la curent de scurtcircuit și, ca urmare, o scădere bruscă a proprietăților de limitare a curentului), întreprinderile produc reactoare cu miezuri blindate din oțel electric. Avantajul acestui tip de reactoare de limitare a curentului este greutatea și parametrii de dimensiune mai mici și costul (datorită scăderii proporției de metale neferoase în proiectare). Dezavantaj: posibilitatea pierderii proprietăților de limitare a curentului la curenți de supratensiune mai mari decât nominalul pentru un reactor dat, care, la rândul său, necesită un calcul atent al curenților de scurtcircuit. în rețea și alegerea unui reactor blindat astfel încât, în orice mod al rețelei, curentul de scurtcircuit de șoc nu a depășit valoarea nominală.

Reactoare gemene

Reactoarele duble sunt utilizate pentru a reduce căderea de tensiune în modul normal, pentru care fiecare fază constă din două înfășurări cu o conexiune magnetică puternică, pornite în direcții opuse, fiecare dintre acestea fiind conectată la aproximativ aceeași sarcină, drept urmare inductanța scade (depinde de câmpul de diferență magnetic rezidual). La scurtcircuit în circuitul uneia dintre înfășurări, câmpul crește brusc, crește inductanța și are loc procesul de limitare a curentului.

Reactoare intersecționale și de alimentare

Reactoarele cu secțiune transversală sunt pornite între secțiuni pentru a limita curenții și a menține tensiunea într-una dintre secțiuni, în caz de scurtcircuit. într-o altă secțiune. Alimentatoarele și alimentatoarele de grup sunt instalate pe alimentatoarele de ieșire (alimentatoarele de grup sunt comune pentru mai multe alimentatoare).

Literatură

• Rodstein L. A.„Aparate electrice: Manual pentru şcolile tehnice” - ed. a III-a, L .: Energoizdat. Leningrad. departament, 1981.
• "Echipament reactor. Un catalog de solutii in domeniul imbunatatirii calitatii energiei electrice, protejarii retelelor electrice si organizarii comunicatiilor de inalta frecventa." Grupul de firme SVEL.

Reactorul nuclear, principiul de funcționare, funcționarea unui reactor nuclear.

În fiecare zi folosim electricitate și nu ne gândim la cum este produsă și cum a ajuns la noi. Cu toate acestea, este una dintre cele mai importante părți ale civilizației moderne. Fără electricitate, nu ar exista nimic - nici lumină, nici căldură, nici mișcare.

Toată lumea știe că electricitatea este generată în centralele electrice, inclusiv în cele nucleare. Inima fiecărei centrale nucleare este reactor nuclear. Acesta este ceea ce vom discuta în acest articol.

Reactor nuclear, un dispozitiv în care are loc o reacție nucleară controlată în lanț cu eliberarea de căldură. Practic, aceste dispozitive sunt folosite pentru a genera electricitate și ca motor pentru nave mari. Pentru a ne imagina puterea și eficiența reactoarelor nucleare, se poate da un exemplu. Acolo unde un reactor nuclear mediu ar avea nevoie de 30 de kilograme de uraniu, o centrală termică medie ar avea nevoie de 60 de vagoane de cărbune sau 40 de rezervoare de păcură.

prototip reactor nuclear a fost construit în decembrie 1942 în SUA sub conducerea lui E. Fermi. Era așa-numita „stiva Chicago”. Chicago Pile (ulterior, cuvântul„Pile” împreună cu alte semnificații au început să desemneze un reactor nuclear). Acest nume i-a fost dat datorită faptului că semăna cu un teanc mare de blocuri de grafit așezate unul peste altul.

Între blocuri au fost plasate „corpuri de lucru” sferice din uraniu natural și dioxidul acestuia.

În URSS, primul reactor a fost construit sub conducerea academicianului IV Kurchatov. Reactorul F-1 a fost pus în funcțiune pe 25 decembrie 1946. Reactorul era sub formă de minge și avea un diametru de aproximativ 7,5 metri. Nu avea sistem de răcire, așa că a funcționat la niveluri de putere foarte scăzute.

Cercetările au continuat și la 27 iunie 1954 a fost pusă în funcțiune în orașul Obninsk prima centrală nucleară din lume cu o capacitate de 5 MW.

Principiul de funcționare al unui reactor nuclear.

În timpul descompunerii uraniului U 235, se eliberează căldură, însoțită de eliberarea a doi sau trei neutroni. Conform statisticilor - 2,5. Acești neutroni se ciocnesc cu alți atomi de uraniu U 235 . Într-o coliziune, uraniul U 235 se transformă într-un izotop instabil U 236, care aproape imediat se descompune în Kr 92 și Ba 141 + acești 2-3 neutroni. Dezintegrarea este însoțită de eliberarea de energie sub formă de radiații gamma și căldură.

Aceasta se numește reacție în lanț. Atomii se divid, numărul dezintegrarilor crește exponențial, ceea ce duce în cele din urmă la o eliberare fulgerătoare, conform standardelor noastre, a unei cantități uriașe de energie - are loc o explozie atomică, ca urmare a unei reacții în lanț necontrolate.

Cu toate acestea, în reactor nuclear avem de-a face reacție nucleară controlată. Modul în care acest lucru devine posibil este descris în continuare.

Dispozitivul unui reactor nuclear.

În prezent, există două tipuri de reactoare nucleare VVER (reactor de putere cu apă sub presiune) și RBMK (reactor cu canal de mare putere). Diferența este că RBMK este un reactor cu apă clocotită, în timp ce VVER folosește apă sub presiune de 120 de atmosfere.

reactor VVER 1000. 1 - actionare CPS; 2 - capac reactor; 3 - vas reactor; 4 - bloc de conducte de protectie (BZT); 5 - al meu; 6 - miez deflector; 7 - ansambluri combustibile (FA) si tije de control;

Fiecare reactor nuclear de tip industrial este un cazan prin care curge un lichid de răcire. De regulă, aceasta este apă obișnuită (aproximativ 75% în lume), grafit lichid (20%) și apă grea (5%). În scopuri experimentale, s-a folosit beriliu și s-a presupus o hidrocarbură.

TVEL- (element de combustibil). Acestea sunt tije într-o carcasă de zirconiu cu aliaj de niobiu, în interiorul cărora există tablete de dioxid de uraniu.

TVEL raktor RBMK. Dispozitivul elementului de combustibil al reactorului RBMK: 1 - dop; 2 - tablete de dioxid de uraniu; 3 - carcasa de zirconiu; 4 - primăvară; 5 - bucșă; 6 - pont.

TVEL include, de asemenea, un sistem cu arc pentru menținerea peleților de combustibil la același nivel, ceea ce vă permite să controlați cu mai multă precizie adâncimea de scufundare/scoatere a combustibilului în miez. Ele sunt asamblate în casete hexagonale, fiecare dintre acestea incluzând câteva zeci de bare de combustibil. Lichidul de răcire curge prin canalele din fiecare casetă.

Elementele de combustibil din casetă sunt evidențiate cu verde.

Ansamblu casetă de combustibil.

Miezul reactorului este format din sute de casete așezate vertical și unite între ele printr-o carcasă metalică - un corp, care joacă și rolul unui reflector de neutroni. Printre casete se introduc la intervale regulate tije de control și tije de protecție în caz de urgență ale reactorului, care, în caz de supraîncălzire, sunt concepute pentru a opri reactorul.

Să dăm ca exemplu datele de pe reactorul VVER-440:

Comenzile se pot deplasa în sus și în jos prin scufundare, sau invers, lăsând miezul, acolo unde reacția este cea mai intensă. Aceasta este asigurata de motoare electrice puternice, impreuna cu sistemul de control.Tijele de protectie in caz de urgenta sunt concepute pentru a opri reactorul in caz de urgenta, cazand in miez si absorbind mai multi neutroni liberi.

Fiecare reactor are un capac prin care se incarca si se descarca casetele folosite si noi.

Izolația termică este de obicei instalată deasupra vasului reactorului. Următoarea barieră este protecția biologică. Acesta este de obicei un buncăr din beton armat, a cărui intrare este închisă printr-un sas cu uși sigilate. Protecția biologică este concepută pentru a nu elibera abur radioactiv și bucăți din reactor în atmosferă, dacă are loc o explozie.

O explozie nucleară în reactoarele moderne este extrem de puțin probabilă. Deoarece combustibilul nu este suficient de îmbogățit și este împărțit în TVEL-uri. Chiar dacă miezul se topește, combustibilul nu va putea reacționa atât de activ. Maximul care se poate întâmpla este o explozie termică, ca la Cernobîl, când presiunea din reactor a atins astfel de valori încât carcasa metalică a fost pur și simplu ruptă, iar capacul reactorului, cântărind 5000 de tone, a făcut un salt, spărgând. acoperișul compartimentului reactorului și eliberând abur. Dacă centrala nucleară de la Cernobîl ar fi fost dotată cu protecția biologică corectă, precum sarcofagul de astăzi, atunci catastrofa ar fi costat umanitatea mult mai puțin.

Munca unei centrale nucleare.

Pe scurt, raboboa arată așa.

Centrală nucleară. (se poate da clic)

După ce intră în miezul reactorului cu ajutorul pompelor, apa este încălzită de la 250 la 300 de grade și iese din „cealaltă parte” a reactorului. Acesta se numește primul circuit. Apoi merge la schimbătorul de căldură, unde se întâlnește cu al doilea circuit. După aceea, aburul sub presiune intră în paletele turbinei. Turbinele generează energie electrică.