uzluga.ru
добавить свой файл
1


Цепная ядерная реакция


Цепная ядерная реакция - самоподдерживающаяся реакция деления тяжелых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие все новые и новые ядра.

  • Скорость нарастания цепной ядерной реакции характеризуют величиной, называемой коэффициентом размножения нейтронов.



Коэффициент к размножения нейтронов характеризует быстроту роста числа нейтронов и равен отношению числа нейтронов в одном каком-либо поколении цепной реакции к породившему их числу нейтронов предшествующего поколения.

  • где Ni - число нейтронов в i-поколении, Ni-1 - число нейтронов в предыдущем поколении. Необходимое условие протекания цепной ядерной реакции может быть выражено следующим образом: к ≥ 1.





  • При к = 1 число нейтронов, участвующих в делении ядер, остается неизменным, реакция протекает стационарно, имеет управляемый характер. При к > 1 число нейтронов увеличивается, интенсивность реакции возрастает и при к > 1,006 может принять неуправляемый характер; при к = 1,01 происходит взрыв.

  • Ядерный реактор - устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция (рис. 119). Главной частью ядерного реактора является активная зона 2 с блоками ядерного топлива 1.

  • Управление протеканием ядерной реакции осуществляется с помощью регулирующих стержней 5 (кадмий, карбид бора и др.).

  • Для увеличения коэффициента размножения нейтронов активную зону окружают отражатели нейтронов 3.

  • Так как ядерный реактор является мощным источником нейтронов и у-излучения, в нем предусмотрена радиационная защита 4. Для отвода тепла применяется вода, жидкий натрий и др.; трубки с теплоносителем 7. Для замедления нейтронов в ядерных реакторах используется специальный замедлитель 6 (тяжелая вода или графит).

  • Наименьшая масса делящегося вещества, при котором может протекать цепная реакция, называется критической массой. При этом к = 1: число нейтронов, потерянных вследствие захвата ядрами без деления и утечки, равно числу нейтронов, полученных в процессе деления.

  • Для чистого (без замедлителя) 23592U, имеющего форму шара, критическая масса равна 50 кг, а радиус шара - примерно 9 см. Применяя замедлитель нейтронов и отражающую нейтроны оболочку из бериллия, удалось снизить критическую массу до 250 г.



Конструкция

  • Конструкция

  • Любой ядерный реактор состоит из следующих частей:

  • Активная зона с ядерным топливом и замедлителем;

  • Отражатель нейтронов, окружающий активную зону;

  • Теплоноситель;

  • Система регулирования цепной реакции, в том числе аварийная защита

  • Радиационная защита

  • Система дистанционного управления

  • Основная характеристика реактора — его выходная мощность. Мощность в 1 МВт соответствует цепной реакции, при которой происходит 3·1016 делений в 1 сек.









Ядерный реактор





Классификация реакторов (по характеру использования)



Классификация реакторов

  • По характеру использования

  • Экспериментальные реакторы, предназначенные для изучения различных физических величин, значение которых необходимо для проектирования и эксплуатации ядерных реакторов; мощность таких реакторов не превышает несколько кВт;

  • Исследовательские реакторы, в которых потоки нейтронов и γ-квантов, создаваемые в активной зоне, используются для исследований в области ядерной физики, физики твёрдого тела, радиационной химии, биологии, для испытания материалов, предназначенных для работы в интенсивных нейтронных потоках (в т. ч. деталей ядерных реакторов), для производства изотопов. Мощность исследовательских реакторов не превосходит 100 Мвт; выделяющаяся энергия, как правило, не используется.

  • Изотопные (оружейные) реакторы, используемые для наработки изотопов, используемых в ядерных вооружениях, например 239Pu.

  • Энергетические реакторы, предназначенные для получения электрической и тепловой энергии, используемой в энергетике, при опреснении воды, для привода силовых установок кораблей и т. д.; Тепловая мощность современного энергетического реактора достигает 3-5 ГВт.



Классификация реакторов (по спектру нейтронов)



Классификация реакторов (по виду топлива)



Классификация реакторов

  • По виду теплоносителя

  • H2O (вода, Водо-водяной реактор)

  • Газ, ( Графито-газовый реактор)

  • D2O (тяжёлая вода, Тяжеловодный ядерный реактор, CANDU)

  • Реактор с органическим теплоносителем

  • Реактор с жидкометаллическим теплоносителем

  • Реактор на расплавах солей

  • По роду замедлителя

  • С (графит, Графито-газовый реактор, Графито-водный реактор)

  • H2O (вода, Легководный реактор, Водо-водяной реактор, ВВЭР)

  • D2O (тяжёлая вода, Тяжеловодный ядерный реактор, CANDU)

  • Be, BeO

  • Гидриды металлов

  • Без замедлителя (Реактор на быстрых нейтронах)

  • [По конструкции

  • Корпусные реакторы

  • Канальные реакторы

  • По способу генерации пара

  • Реактор с внешним парогенератором (Водо-водяной реактор, ВВЭР)

  • Кипящий реактор