Ядерный реактор

Происхождение электричества связано с понятиями света, тепла, движения. Оно вырабатывается на электростанциях.

Данное изобретение используется для вырабатывания электроэнергии. Оно считается достаточно экономичным и мощным.

Попытки построения такого реактора были предприняты Э. Ферми в $1942$ году в США. Происхождение названия относится к виду формы сложенных графитовых блоков, которые накладывались один на другой. Между ними располагались тела шарообразной формы, состоящие из природного урана и его диоксида.

Под руководством И.В. Курчатова был построен первый атомный реактор, который в $1946$ году начал свою работу. Он отдаленно напоминал форму шара с диаметром $7,5$ метров. Отличие от современных было в том, что отсутствовала система охлаждения, поэтому его работа была зафиксирована только на минимальной мощности. После продолжения исследований в $1954$ заработала первая АЭС в Обнинске с мощностью $5 МВт$.

Принцип работы ядерного реактора

Деление атомов и увеличение распадов растут в геометрической прогрессии, поэтому говорят об освобождении большого количества энергии, то есть образования атомного взрыва, если реакция является неуправляемой. Ядерный реактор же позволяет управлять ею.

Устройство ядерного реактора

На данный момент имеется два типа:

• ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор);
• РБМК (реактор большой мощности канальный).

Их отличие состоит в том, что второй считается кипящим, а первый использует воду с давлением в $120$ атмосфер.

Схема ядерного реактора ВВЭР $1000$. $1$ — привод СУЗ; $2$ — крышка реактора; $3$ — корпус реактора; $4$ — блок защитных труб (БЗТ); $5$ — шахта; $6$ — выгородка активной зоны; $7$ — топливные сборки (ТВС) и регулирующие стержни.

Каждый реактор отдаленно напоминает котел, через который проходит тепло в виде жидкости $75\%$, жидкого графита $20\%$, тяжелой воды $5\%$. В целях эксперимента к смеси добавляли бериллий и углеводород.

ТВЭЛ реактора РБМК. Устройство твэла реактора РБМК: $1$ — заглушка; $2$ — таблетки диоксида урана; $3$ — оболочка из циркония; $4$ — пружина; $5$ — втулка; $6$ — наконечник.

Как работает ядерный реактор

ТВЭЛ имеет в своем составе пружинную систему удержания топливных таблеток на одном уровне. Это и позволяет регулировать глубину погружения или выведения топлива на активную зону. Их собирают в кассеты формы шестигранника, каждая из которых содержит несколько десятков таких ТВЭЛов. Теплоноситель должен проходить по каналам каждой кассеты.

ТВЭлы, располагаемые в кассетах, выделяются зеленым цветом.​​​​​​​

В состав активной зоны входят кассеты, которые находятся в вертикальном положении и объединены при помощи металлической оболочки – корпусом, предназначенный для отражения нейтронов. Между кассетами имеются управляющие стрежни, которые вставлены с определенной частотой, и стержни аварийной защиты, включаемые при перегреве реактора для его заглушки.

Перемещение управляющих производится по вертикали. Это осуществимо с помощью мощных электромоторов под управлением всей системы. Аварийные стержни заглушают реактор при возникновении внештатной ситуации. Это происходит при падении в активную зону, поглощая большое количество свободных нейтронов.

Имеющаяся крышка реактора предназначена для погрузки и выгрузки отработанных и новых кассет. Сверху корпуса имеется теплоизоляция с биологической защитой, так называемым железобетонным бункером. При входе в него есть шлюзовые камеры с герметичными дверьми. Биозащита нужна для препятствия выброса радиоактивного пара в атмосферу при взрыве.

Современные реакторы мало предрасположены к взрывам, так как топливо практически не обогащено и разделено на ТВЭЛы. При плавлении активной зоны топливо не будет активно реагировать, возможен только тепловой взрыв как на Чернобыле.

В то время давление на АЭС было таким сильным, что произошел разрыв металлического корпуса, а крышка вылетела и пробила реакторный отсек, тем самым выпустила пар наружу. Если бы имелась качественная биозащита, тогда взрыв не понес бы такие разрушения и последствия.

Работа атомной электростанции

Атомная электростанция и принцип работы атомного реактора.

Устройство атомного реактора состоит в том, что вода, нагретая с $250$ до $300$ градусов, поступает в активную зону реактора при помощи насосов, а выходит из «другой» его стороны, то это получило название первого контура. Далее идет направление к теплообменникам для встречи со вторым контуром. Возникший пар под давлением идет на лопатки турбин. Так турбины вырабатывают электроэнергию.