Kernreaktor: Funktionsprinzipien und die Einheitsschaltung

Design und Betrieb eines Kernreaktors auf der Basis der Initialisierung und Steuerung selbst erhaltende Kernreaktion. Es ist, als ein Forschungswerkzeug zur Herstellung von radioaktiven Isotopen und als Energiequelle für Kernkraftwerke verwendet.

Kernreaktor: das Prinzip der Arbeits (kurz)

Hier verwendet wird, Spaltverfahren, bei dem eine schwere Kern spaltet sich in zwei kleinere Fragmente. Diese Fragmente werden in einem sehr angeregten Zustand emittieren und Neutronen und andere subatomare Teilchen und Photonen. Neutronen können neue Spaltungen hervorrufen als Folge von denen sie emittiert werden, noch mehr, und so weiter. Diese kontinuierliche selbsterhaltende Anzahl der Zerfälle Kettenreaktion genannt. Zur gleichen Zeit, eine große Menge an Energie, deren Herstellung ist das Ziel der Nutzung der Kernenergie.

Das Prinzip des Betriebes eines Kernreaktor und ein Kernkraftwerk ist so, dass 85% der Kolonien Aufspaltungsenergie innerhalb kürzester Zeit nach dem Beginn der Reaktion freigesetzt wird. Der verbleibende Teil wird durch den radioaktiven Zerfall der Spaltprodukte produziert, nachdem sie Neutronen abgelehnt. Radioaktive Zerfall ist der Prozess, in dem das Atom einen stabilen Zustand erreicht hat. Er fuhr fort, und nach der Teilung.

Die Atombombe-Kettenreaktion in der Intensität erhöht, bis der größte Teil des Materials aufgespalten wird. Dies geschieht sehr schnell, hat eine extrem starke Explosionen Merkmal solcher Bomben produzieren. Mechanismus und Betrieb eines Kernreaktors, die auf dem Prinzip der Kettenreaktion auf einem geregelten nahezu konstanten Niveau gehalten wird. Es ist so konzipiert, dass als Atombombe explodiert nicht.

Chain Reaction und Kritik

Physics Spaltungsreaktor bestimmt ist, dass eine Kettenreaktion Wahrscheinlichkeit nach der Kernspaltung Neutronen-Emission. Wenn die jüngere Bevölkerung abnimmt, wird die Teilungsrate am Ende auf Null fallen. In diesem Fall wird der Reaktor in einem unterkritischen Zustand sein. Wenn die Neutronenpopulation auf einem konstanten Niveau gehalten wird, wird die Teilungsrate stabil bleiben. Der Reaktor wird in einem kritischen Zustand sein. Und schließlich, wenn im Laufe der Zeit die Neutronenpopulation wächst, wird die Geschwindigkeit und die Leistung Dividieren erhöhen. Kern Zustand wird überkritisches.

Das Prinzip des Betriebs eines Kernreaktors nächsten. Bevor die Neutronenpopulation beginnt, ist nahe Null. Dann entfernen Betreiber der Steuerstäbe aus dem Kern, die Teilungs Kerne erhöht wird, die zeitweise in den Reaktor in einem überkritischen Zustand umsetzt. die Nennleistung Betreiber zurückteilweise Steuerstäbe Nach Erreichen Einstellen der Menge an Neutronen. Anschließend wird der Reaktor in einem kritischen Zustand gehalten. Wenn es notwendig ist, zu stoppen, führt die Bedienungsstangen vollständig. Dies unterdrückt die Teilung und stellt den Kern in unterkritischem Zustand.

Typen von Reaktoren

Der größte Teil der vorhandenen Energie erzeugt die notwendige Wärme Turbinen anzutreiben, die Stromerzeuger von Kernanlagen in der Welt fahren. Auch gibt es viele Forschungsreaktoren, und einige Länder haben U-Boote oder Oberflächenschiffen, durch die Energie des Atoms angetrieben.

Kraftwerke

Es gibt mehrere Arten dieser Reaktortyp, aber weit Design von Leichtwasser angenommen. Im Gegenzug kann sich in unter Druck stehenden Wasser oder kochendem Wasser verwendet werden. Im ersten Fall wird die Hochdruckflüssigkeit durch die Wärme des Kerns erwärmt und gelangt in den Dampferzeuger. Dort wird die Wärme von der primären auf den sekundären Kreislauf geführt, das ferner Wasser umfaßt. Der erzeugte Dampf dient letztlich als das Arbeitsfluid in dem Dampfturbinenkreislauf.

Der Reaktor ist ein Siedetyp auf dem Prinzip der direkten Energiekreislauf arbeitet. Wasser durch den Kern verläuft, zum Sieden gebracht über die mittlere Druckniveau. Gesättigter Dampf durchläuft eine Reihe von Separatoren und Trockner werden in dem Reaktorbehälter angeordnet ist, in seinem sverhperegretoe Zustand führt. Überhitzter Dampf wird dann als das Arbeitsfluid, die sich drehende Turbine verwendet wird.

Hochtemperatur gasgekühlten

Hochtemperatur gasgekühlten Reaktor (HTGR) – ein Kernreaktor, das Betriebsprinzip wird als Kraftstoff-Gemisch aus Kraftstoff und Mikrokugeln auf die Verwendung von Graphit basiert. Es gibt zwei konkurrierende Entwürfe:

• Deutsch „Schüttungs“ -System, das einem sphärischen Brennelemente von 60 mm Durchmessern verwendet, die aus einer Mischung aus Brennstoff und Graphit in einer Graphit-Schale;
• die amerikanische Version eines Graphit hexagonalen Prismen, die den Kern zu schaffen ineinander greifen.

In beiden Fällen besteht das Kühlfluid von Helium unter einem Druck von etwa 100 Atmosphären. Das deutsche System Helium strömt durch die Lücken in der Schicht aus kugelförmigen Brennelementen, und in US – durch die Öffnungen in dem Graphit Prismen entlang der Mittelachse des Reaktorkernes angeordnet ist . Beiden Optionen können bei sehr hohen Temperaturen betrieben werden, da der Graphit eine extrem hohe Sublimationstemperatur aufweist und chemisch inertes Helium vollständig. Hot Helium kann bei einer hohen Temperatur in einer Gasturbine direkt als Arbeitsfluid verwendet werden, oder Wärme kann zur Erzeugung von Dampf-Kreislauf Wasser verwendet werden.

Flüssigmetall-Kernreaktor: Schaltung und Arbeitsweise

Schnelle Reaktoren mit Kühlmittel Natrium hat erhebliche Aufmerksamkeit in den 1960-1970 des empfangen. Dann schien es , dass ihre Fähigkeit zur Fortpflanzung Kernbrennstoff in naher Zukunft benötigt Treibstoff für eine sich schnell entwickelnde Atomindustrie zu produzieren. Als klar wurde, dass diese Erwartung unrealistisch ist, schwand die Begeisterung in den 1980er Jahren. Doch in den Vereinigten Staaten, Russland, Frankreich, Großbritannien, Japan und Deutschland bauten eine Reihe von Reaktoren dieses Typs. Die meisten von ihnen arbeiten auf Urandioxid oder eine Mischung von Plutoniumoxid. In den Vereinigten Staaten war jedoch der größte Erfolg mit Metallbrennstoff erreicht.

CANDU-

Kanada hat seine Bemühungen auf die Reaktoren konzentriert, die natürliches Uran verwenden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit für die Bereicherung, die Dienste anderer Länder zu nutzen. Das Ergebnis dieser Politik war der Deuterium-Uran-Reaktor (CANDU). Kontrolle und Abkühlen erzeugt schweres Wasser. Design und Betrieb eines Kernreaktors ist einen Tank mit kaltem D ₂ O bei Atmosphärendruck zu verwenden. Aktiver Bereich durchdrungen Rohre aus Zirkoniumlegierung Brennstoff Natururan, durch denen die schweren Kühlwasser zirkuliert. Strom wird durch Dividieren der Wärmeübertragung in schwerem Wasser Kühlmittel erzeugt, die durch den Dampferzeuger zirkuliert. Der Dampf in der Sekundärschleife geht dann durch einen herkömmlichen Turbinenzyklus.

Forschungseinrichtungen

Für Kernforschungsreaktor wird am häufigsten verwendet wird, besteht das Prinzip in der Wasserkühlplatte und Uran-Brennelemente in Form von Baugruppen Verwendung. Die Lage, in einem weiten Bereich von Leistungspegeln von einigen hundert Kilowatt bis Megawatt betrieben wird. Da die Stromerzeugung nicht das primäre Ziel der Forschungsreaktoren ist, werden sie durch thermische Energie erzeugt, und die Dichte der Kernnennenergie Neutronen aus. Es ist diese Parameter werden dazu beitragen, die Fähigkeit eines Forschungsreaktors zu quantifizieren spezifische Studien durchzuführen. Low-Power-Systeme sind in der Regel an den Hochschulen arbeiten und werden zur Ausbildung, und hohe Leistung in Forschungslabors, die für Materialien und Eigenschaften zu testen, sowie für die allgemeine Forschung.

Der gebräuchlichste Forschungskernreaktor, der Aufbau und Wirkungsweise ist wie folgt. Seine aktive Fläche ist im Boden des großen Tiefwasserbecken befindet. Dies erleichtert die Beobachtung und Kanalzuordnung, durch die die Neutronenstrahlen ausgerichtet werden kann. Bei niedrigen Leistungspegeln ist es nicht erforderlich, das Kühlmittel zu pumpen, als einen sicheren Betriebszustand der natürlichen Konvektion des Kühlmittels sorgt für eine ausreichende Wärmeabfuhr zu gewährleisten. Der Wärmetauscher ist in der Regel auf der Oberfläche oder im oberen Teil des Beckens angeordnet, wo das heiße Wasser ansammelt.

Schiff Installation

Original und primäre Verwendung von Kernreaktoren ist ihre Verwendung in der U-Booten. Ihr Hauptvorteil besteht darin, dass im Gegensatz zu der Verbrennung fossiler Brennstoffe Systeme zur Erzeugung von Elektrizität, die sie nicht Luft benötigen. Atom-U kann folglich bleiben für eine lange Zeit unter Wasser und konventionelles Diesel-Elektro-U-Boot muss in regelmäßigen Abständen an die Oberfläche steigen, um ihre Luftmotoren laufen. Die Kernenergie liefert einen strategischen Vorteil Marineschiffe. Dank ihr ist es nicht erforderlich, in ausländischen Häfen oder aus leicht verwundbar Tanker zu tanken.

Das Prinzip des Betriebs eines Kernreaktors auf einem U-Boot klassifiziert. Es ist jedoch bekannt, dass es in den USA hochangereichertes Uran verwendet, und die Verzögerung und Kühlung ist leicht Wasser. Der Aufbau des ersten Reaktors Atom-U USS Nautilus wurde durch starke Forschungseinrichtungen stark beeinflusst. Seine Besonderheit ist die sehr hohe Reaktivität Marge, eine längere Betriebsdauer ohne Auftanken bieten und die Möglichkeit, nach dem Anhalt neu zu starten. Kraftwerk in U-Booten muß sehr ruhig, seine Erkennung zu vermeiden. Um die spezifischen Bedürfnisse der verschiedenen Klassen von U-Booten verschiedene Modelle von Kraftwerken zu erfüllen eingerichtet worden.

US-Marine auf Flugzeugträgern eingesetzt Kernreaktor, dessen Prinzip angenommen wird, von den größten U-Boote ausgeliehen werden. Details ihrer Konstruktion und werden nicht veröffentlicht.

Neben den Vereinigten Staaten, sind nukleare U-Boote in Großbritannien, Frankreich, Russland, China und Indien. In jedem Fall wurde das Design ist nicht bekannt, aber es wird angenommen, dass sie alle sehr ähnlich sind – dies ist eine Folge der gleichen Anforderungen an ihre technischen Merkmale. Russland hat auch eine kleine Flotte von Kern Eisbrechern, die den gleichen Reaktor wie in sowjetischen U – Boote hergestellt.

Industrieanlagen

Für die Zwecke der Herstellung von waffenfähigem Plutonium-239 verwendet einen Kernreaktor, dessen Prinzip mit geringer Energie in hohen Produktivität besteht. Dies ist aufgrund der Tatsache , dass die langfristigen Aufenthalt von Plutonium im Kern auf die Ansammlung unerwünschten ²⁴⁰ Pu führt.

Produktion von Tritium

Derzeit ist das Hauptmaterial , das durch solche Systeme Tritium ⁽³ H oder T) – die Gebühr für Wasserstoffbomben. Plutonium-239 hat eine lange Halbwertszeit von 24.100 Jahren, also ein Land mit Atomwaffen, die dieses Element verwenden, in der Regel haben sie mehr als nötig. Im Gegensatz zu dem ²³⁹ Pu, die Halbwertszeit von Tritium beträgt etwa 12 Jahre. Damit das erforderliche Inventar dieses radioaktive Isotop des Wasserstoffs erhalten muß kontinuierlich durchgeführt werden. In den USA hat die Savannah River (South Carolina), beispielsweise mehrere Schwerwasserreaktoren, das Tritium erzeugen.

schwimmende Kraft

Erstellt von Kernreaktoren, in der Lage Strom- und Dampfheizung Bereitstellung gelöscht isolierte Gebiete. In Russland zum Beispiel, fanden wir die Verwendung von kleinen Energiesystemen, die speziell auf die arktischen Siedlungen gerecht zu werden. In China, die 10-Megawatt-Anlage HTR-10 liefert Wärme und elektrische Energie Forschungsinstitut, in dem sie sich befindet. Entwicklung von kleinen Reaktoren automatisch mit ähnlichen Fähigkeiten gesteuert wird in Schweden und Kanada durchgeführt. Zwischen 1960 und 1972 verwendete die US-Armee kompakte Wasserreaktoren entfernte Basen in Grönland und die Antarktis zur Verfügung zu stellen. Sie wurden von Kraftstoff-Öl-Kraftwerke ersetzt.

Weltraumforschung

Darüber hinaus wurden die Reaktoren für Strom und Bewegung im Raum ausgelegt. Im Zeitraum von 1967 bis 1988 stellte die Sowjetunion eine kleine Kernanlagen auf den „Kosmos“ Satelliten Geräte und Telemetrie zu liefern, aber diese Politik ein Ziel für Kritik worden ist. Mindestens einer dieser Satelliten eingegeben die Erdatmosphäre, wodurch radioaktive Kontamination entlegene Gebiete Kanadas. Die Vereinigten Staaten ins Leben gerufen nur einen Satelliten mit einem Kernreaktor im Jahr 1965. Jedoch werden die Projekte auf ihre Verwendung im Weltraum-Missionen, bemannte Forschungs anderen Planeten oder auf einem permanenten Mondbasis weiterentwickelt werden. Dies ist sicher ein gasgekühlte oder Flüssigmetallkernreaktor, die physikalischen Prinzipien, von denen bieten die höchstmögliche Temperatur notwendig zu minimieren, um die Größe des Kühlers zu sein. Auch an dem Reaktorraum für Geräte so kompakt wie möglich, die Menge des Materials für die Abschirmung verwendet zu minimieren und das Gewicht während des Starts und Raumfahrt zu reduzieren. Kraftstoffkapazität wird für die Dauer des Raumflugbetrieb des Reaktors gewährleisten.