"dinc" atom. Nüvə reaktorunun iş prinsipi Yeni materialın izahı

Geri irəli

Diqqət! Slayd önizləmələri yalnız məlumat məqsədi daşıyır və təqdimatın bütün xüsusiyyətlərini əks etdirməyə bilər. Bu işlə maraqlanırsınızsa, tam versiyanı yükləyin.

Dərsin məqsədləri:

• Təhsil: mövcud biliklərin yenilənməsi; anlayışların formalaşmasını davam etdirmək: uran nüvələrinin parçalanması, nüvə zəncirvari reaksiyası, onun baş vermə şərtləri, kritik kütlə; yeni anlayışlar təqdim edir: nüvə reaktoru, nüvə reaktorunun əsas elementləri, nüvə reaktorunun quruluşu və onun iş prinsipi, nüvə reaksiyasına nəzarət, nüvə reaktorlarının təsnifatı və onlardan istifadə;
• Təhsil: müşahidə və nəticə çıxarmaq bacarıqlarını inkişaf etdirməyə davam etmək, həmçinin tələbələrin intellektual qabiliyyətlərini və maraqlarını inkişaf etdirmək;
• Təhsil: təcrübi elm kimi fizikaya münasibəti inkişaf etdirməyə davam etmək; əməyə vicdanlı münasibət, nizam-intizam, biliyə müsbət münasibət tərbiyə etmək.

Dərsin növü: yeni material öyrənmək.

Avadanlıq: multimedia quraşdırılması.

Dərslər zamanı

1. Təşkilati məqam.

Uşaqlar! Bu gün dərsimizdə uran nüvələrinin parçalanmasını, nüvə zəncirvari reaksiyasını, onun baş vermə şərtlərini, kritik kütləni təkrarlayacağıq, nüvə reaktorunun nə olduğunu, nüvə reaktorunun əsas elementlərini, nüvə reaktorunun quruluşunu öyrənəcəyik. və onun iş prinsipi, nüvə reaksiyasına nəzarət, nüvə reaktorlarının təsnifatı və onlardan istifadə.

2. Öyrənilmiş materialın yoxlanılması.

1. Uran nüvələrinin parçalanma mexanizmi.
2. Nüvə zəncirvari reaksiyasının mexanizmi haqqında danışın.
3. Uran nüvəsinin nüvə parçalanması reaksiyasına misal göstərin.
4. Kritik kütləyə nə deyilir?
5. Kütləsi kritikdən az və ya kritikdən böyükdürsə, uranda zəncirvari reaksiya necə baş verir?
6. Uran 295-in kritik kütləsi nə qədərdir?Kritik kütləni azaltmaq mümkündürmü?
7. Nüvə zəncirvari reaksiyasının gedişatını hansı üsullarla dəyişə bilərsiniz?
8. Sürətli neytronları yavaşlatmaqda məqsəd nədir?
9. Moderator kimi hansı maddələr istifadə olunur?
10. Hansı amillər hesabına bir uranın tərkibindəki sərbəst neytronların sayını artırmaq və bununla da onda reaksiyanın baş vermə ehtimalını təmin etmək olar?

3. Yeni materialın izahı.

Uşaqlar, bu suala cavab verin: Hər hansı bir atom elektrik stansiyasının əsas hissəsi nədir? ( nüvə reaktoru)

Əla. Beləliklə, uşaqlar, indi bu məsələyə daha ətraflı baxaq.

Tarixi istinad.

İqor Vasilyeviç Kurçatov görkəmli sovet fiziki, akademik, 1943-1960-cı illərdə Atom Enerjisi İnstitutunun yaradıcısı və ilk direktoru, SSRİ-də atom probleminin baş elmi direktoru, nüvə enerjisindən dinc məqsədlər üçün istifadənin banilərindən biridir. . SSRİ Elmlər Akademiyasının akademiki (1943). İlk sovet atom bombası 1949-cu ildə sınaqdan keçirildi. Dörd il sonra dünyada ilk hidrogen bombası uğurla sınaqdan keçirildi. Və 1949-cu ildə İqor Vasilyeviç Kurçatov atom elektrik stansiyası layihəsi üzərində işə başladı. Atom elektrik stansiyası atom enerjisindən dinc məqsədlərlə istifadənin müjdəçisidir. Layihə uğurla başa çatdı: 1954-cü il iyulun 27-də bizim atom elektrik stansiyası dünyada birinci oldu! Kurçatov uşaq kimi sevindi və əyləndi!

Nüvə reaktorunun tərifi.

Nüvə reaktoru müəyyən ağır nüvələrin parçalanmasının idarə olunan zəncirvari reaksiyasının həyata keçirildiyi və saxlandığı bir cihazdır.

İlk nüvə reaktoru 1942-ci ildə ABŞ-da E.Ferminin rəhbərliyi ilə tikilmişdir. Ölkəmizdə ilk reaktor 1946-cı ildə İ.V.Kurçatovun rəhbərliyi ilə tikilmişdir.

Nüvə reaktorunun əsas elementləri bunlardır:

• nüvə yanacağı (uran 235, uran 238, plutonium 239);
• neytron moderatoru (ağır su, qrafit və s.);
• reaktorun istismarı zamanı yaranan enerjinin (su, maye natrium və s.) çıxarılması üçün soyuducu;
• Nəzarət çubuqları (bor, kadmium) - yüksək udma neytronları
• Radiasiyanı maneə törədən qoruyucu qabıq (dəmir doldurucu ilə beton).

Əməliyyat prinsipi nüvə reaktoru

Nüvə yanacağı nüvədə yanacaq elementləri (yanacaq elementləri) adlanan şaquli çubuqlar şəklində yerləşir. Yanacaq çubuqları reaktorun gücünü tənzimləmək üçün nəzərdə tutulmuşdur.

Hər bir yanacaq çubuğunun kütləsi kritik kütlədən əhəmiyyətli dərəcədə azdır, buna görə də bir çubuqda zəncirvari reaksiya baş verə bilməz. Bütün uran çubuqları nüvəyə batırıldıqdan sonra başlayır.

Nüvə neytronları əks etdirən maddə təbəqəsi (reflektor) və neytronları və digər hissəcikləri tutan qoruyucu beton qabığı ilə əhatə olunmuşdur.

Yanacaq hüceyrələrindən istiliyin çıxarılması. Soğutucu, su, çubuğu yuyur, yüksək təzyiqdə 300 ° C-yə qədər qızdırılır və istilik dəyişdiricilərinə daxil olur.

İstilik dəyişdiricisinin rolu ondan ibarətdir ki, 300 ° C-ə qədər qızdırılan su adi suya istilik verir və buxara çevrilir.

Nüvə Reaksiyasına Nəzarət

Reaktor kadmium və ya bor olan çubuqlar vasitəsilə idarə olunur. Çubuqlar reaktorun nüvəsindən uzadıldıqda K > 1, tam geri çəkildikdə isə K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Yavaş neytron reaktoru.

Uran-235 nüvələrinin ən səmərəli parçalanması yavaş neytronların təsiri altında baş verir. Belə reaktorlar yavaş neytron reaktorları adlanır. Parçalanma reaksiyası nəticəsində yaranan ikincil neytronlar sürətlidir. Onların zəncirvari reaksiyada uran-235 nüvələri ilə sonrakı qarşılıqlı təsirinin ən təsirli olması üçün nüvəyə bir moderator - neytronların kinetik enerjisini azaldan bir maddə daxil etməklə yavaşlayırlar.

Sürətli neytron reaktoru.

Sürətli neytron reaktorları təbii uran üzərində işləyə bilməz. Reaksiya yalnız ən azı 15% uran izotopu olan zənginləşdirilmiş qarışıqda saxlanıla bilər. Sürətli neytron reaktorlarının üstünlüyü ondan ibarətdir ki, onların işləməsi əhəmiyyətli miqdarda plutonium istehsal edir və bundan sonra nüvə yanacağı kimi istifadə edilə bilər.

Homojen və heterojen reaktorlar.

Nüvə reaktorları yanacaq və moderatorun nisbi yerləşdirilməsindən asılı olaraq homojen və heterojen bölünür. Homojen bir reaktorda nüvə bir məhlul, qarışıq və ya ərimə şəklində yanacaq, moderator və soyuducunun homojen bir kütləsidir. Bloklar və ya yanacaq birləşmələri şəklində yanacağın moderatorda yerləşdirildiyi, içərisində müntəzəm həndəsi qəfəs meydana gətirən reaktor heterojen adlanır.

Atom nüvələrinin daxili enerjisinin elektrik enerjisinə çevrilməsi.

Nüvə reaktoru istilik nüvə enerjisini elektrik enerjisinə çevirən nüvə elektrik stansiyasının (AES) əsas elementidir. Enerji çevrilməsi aşağıdakı sxemə uyğun olaraq baş verir:

• uran nüvələrinin daxili enerjisi -
• neytronların və nüvə fraqmentlərinin kinetik enerjisi -
• suyun daxili enerjisi -
• buxarın daxili enerjisi -
• buxarın kinetik enerjisi -
• turbin rotorunun və generator rotorunun kinetik enerjisi -
• Elektrik enerjisi.

Nüvə reaktorlarının istifadəsi.

Məqsədindən asılı olaraq nüvə reaktorları güc reaktorları, çeviricilər və reaktorlar, tədqiqat və çoxməqsədli, nəqliyyat və sənaye ola bilər.

Nüvə enerjisi reaktorları atom elektrik stansiyalarında, gəmi elektrik stansiyalarında, nüvə kombinə edilmiş istilik və elektrik stansiyalarında və nüvə istilik təchizatı stansiyalarında elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə olunur.

Təbii uran və toriumdan ikinci dərəcəli nüvə yanacağı istehsal etmək üçün nəzərdə tutulmuş reaktorlara çeviricilər və ya seleksiyaçılar deyilir. Konvertor reaktorunda ikincil nüvə yanacağı ilkin istehlak ediləndən daha az istehsal edir.

Bir damazlıq reaktorda nüvə yanacağının genişləndirilmiş reproduksiyası həyata keçirilir, yəni. xərcləndiyindən çox olduğu ortaya çıxır.

Tədqiqat reaktorlarından neytronların maddə ilə qarşılıqlı əlaqəsi proseslərini öyrənmək, neytron və qamma şüalarının intensiv sahələrində reaktor materiallarının davranışını öyrənmək, radiokimyəvi və bioloji tədqiqatlar, izotopların alınması, nüvə reaktorlarının fizikası üzrə eksperimental tədqiqatlar aparmaq üçün istifadə olunur.

Reaktorlar müxtəlif güclərə, stasionar və ya impulslu iş rejimlərinə malikdirlər. Çoxməqsədli reaktorlar enerji istehsalı və nüvə yanacağı istehsalı kimi bir neçə məqsədə xidmət edən reaktorlardır.

Atom elektrik stansiyalarında ekoloji fəlakətlər

• 1957 - Böyük Britaniyada qəza
• 1966 - Detroit yaxınlığında reaktorun soyudulmasında nasazlıqdan sonra nüvənin qismən əriməsi.
• 1971 - ABŞ çayına çoxlu çirkli su axdı
• 1979 - ABŞ-da ən böyük qəza
• 1982 - radioaktiv buxarın atmosferə buraxılması
• 1983 - Kanadada dəhşətli qəza (radioaktiv su 20 dəqiqə axdı - dəqiqədə bir ton)
• 1986 - Böyük Britaniyada qəza
• 1986 - Almaniyada qəza
• 1986 – Çernobıl Atom Elektrik Stansiyası
• 1988 - Yaponiyada atom elektrik stansiyasında yanğın

Müasir atom elektrik stansiyaları fərdi kompüterlərlə təchiz olunub, lakin əvvəllər qəzadan sonra belə reaktorlar işləməyə davam edirdi, çünki avtomatik söndürmə sistemi yox idi.

4. Materialın bərkidilməsi.

1. Nüvə reaktoru nə adlanır?
2. Reaktorda nüvə yanacağı nədir?
3. Hansı maddə nüvə reaktorunda neytron moderatoru kimi xidmət edir?
4. Neytron moderatorunun məqsədi nədir?
5. Nəzarət çubuqları nə üçün istifadə olunur? Onlar necə istifadə olunur?
6. Nüvə reaktorlarında soyuducu kimi nə istifadə olunur?
7. Hər bir uran çubuğunun kütləsinin kritik kütlədən az olması nə üçün lazımdır?

5. Testin icrası.

1. Uran nüvələrinin parçalanmasında hansı hissəciklər iştirak edir?
   A. protonlar;
   B. neytronlar;
   B. elektronlar;
   G. helium nüvələri.
2. Hansı uranın kütləsi kritikdir?
   A. zəncirvari reaksiyanın mümkün olduğu ən böyük;
   B. istənilən kütlə;
   B. zəncirvari reaksiyanın mümkün olduğu ən kiçik;
   D. reaksiyanın dayanacağı kütlə.
3. Uran 235-in təxmini kritik kütləsi nə qədərdir?
   A. 9 kq;
   B. 20 kq;
   B. 50 kq;
   G. 90 kq.
4. Aşağıdakı maddələrdən hansı nüvə reaktorlarında neytron moderatorları kimi istifadə edilə bilər?
   A. qrafit;
   B. kadmium;
   B. ağır su;
   G. bor.
5. Atom elektrik stansiyasında nüvə zəncirvari reaksiyasının baş verməsi üçün neytronların çoxalma əmsalı aşağıdakı kimi olmalıdır:
   A. 1-ə bərabərdir;
   B. 1-dən çox;
   V. 1-dən az.
6. Nüvə reaktorlarında ağır atom nüvələrinin parçalanma sürəti aşağıdakılarla idarə olunur:
   A. çubuqları absorberlə endirərkən neytronların udulmasına görə;
   B. soyuducu sürətinin artması ilə istilik çıxarılmasının artması səbəbindən;
   B. istehlakçıların elektrik enerjisi ilə təchizatını artırmaqla;
   G. çubuqları yanacaqla çıxararkən nüvədəki nüvə yanacağının kütləsini azaltmaqla.
7. Nüvə reaktorunda hansı enerji çevrilmələri baş verir?
   A. atom nüvələrinin daxili enerjisi işıq enerjisinə çevrilir;
   B. atom nüvələrinin daxili enerjisi mexaniki enerjiyə çevrilir;
   B. atom nüvələrinin daxili enerjisi elektrik enerjisinə çevrilir;
   D. cavabların heç biri düzgün deyil.
8. 1946-cı ildə Sovet İttifaqında ilk nüvə reaktoru tikildi. Bu layihənin rəhbəri kim idi?
   A. S. Korolev;
   B. I. Kurçatov;
   V. D. Saxarov;
   G. A. Proxorov.
9. Atom elektrik stansiyalarının etibarlılığını artırmaq və xarici mühitin çirklənməsinin qarşısını almaq üçün hansı yolu daha məqbul hesab edirsiniz?
   A. operatorun iradəsindən asılı olmayaraq reaktorun nüvəsini avtomatik soyutmağa qadir olan reaktorların yaradılması;
   B. AES-in istismarı üzrə savadlılığın, AES operatorlarının peşəkar hazırlıq səviyyəsinin artırılması;
   B. atom elektrik stansiyalarının sökülməsi və radioaktiv tullantıların emalı üçün yüksək səmərəli texnologiyaların işlənib hazırlanması;
   D. reaktorların yerin dərinliklərində yerləşməsi;
   D. atom elektrik stansiyasının tikintisindən və istismarından imtina.
10. Atom elektrik stansiyalarının fəaliyyəti ilə ətraf mühitin çirklənməsinin hansı mənbələri bağlıdır?
    A. uran sənayesi;
    B. müxtəlif tipli nüvə reaktorları;
    B. radiokimya sənayesi;
    D. radioaktiv tullantıların emalı və utilizasiyası üçün sahələr;
    D. radionuklidlərin xalq təsərrüfatında istifadəsi;
    E. nüvə partlayışları.

Cavablar: 1 B; 2 V; 3 V; 4 A, B; 5 A; 6 A; 7 V;. 8 B; 9 B.V; 10 A, B, C, D, E.

6. Dərsin xülasəsi.

Bu gün sinifdə nə yeni öyrəndiniz?

Dərsdə nə xoşunuza gəldi?

Hansı suallarınız var?

DƏRSDƏ ƏMƏYİNƏ GÖRƏ TƏŞƏKKÜR EDİRƏM!

Ağır nüvələrin parçalanmasının neytron nüvə reaksiyası, artıq qeyd edildiyi kimi, nüvə reaktorlarında əsas və mərkəzi reaksiyadır. Buna görə də, ən mürəkkəb texniki kompleksin həyatının və məişətinin bütün sahələrində bu və ya digər şəkildə iz qoyan parçalanma reaksiyasının fiziki anlayışları və onun xüsusiyyətləri ilə tanış olmaq əvvəldən məna kəsb edir. Atom Elektrik Stansiyası adlanır.

Vizual şəkillərdə uran-235 nüvəsinin parçalanması haqqında fikir Şəkil 2.6-da verilmişdir.

Kütlənin neytron nüvəsi A Həyəcanlı mürəkkəb nüvə Parçalanma parçaları

Parçalanma neytronları

Şəkil 2.6. 235 U nüvə parçalanmasının sxematik təsviri.

Bu diaqrama əsaslanaraq, ümumiləşdirilmiş parçalanma reaksiyası "tənliyi" (ciddi riyazi deyil, məntiqlidir) belə yazıla bilər:

235 U + 1 n  (236 U) *  (F 1)* + (F 2)* +  5. 1 n + a + b + c + E

- (F 1)* və (F 2)* - simvolik işarələr həyəcanlı parçalanma fraqmentləri (bundan sonra indeks (*) qeyri-sabit, həyəcanlı və ya radioaktiv elementləri bildirir); fraqmentin (F 1)* kütləsi A 1 və yükü Z 1, fraqmentin (F 2)* kütləsi A 2 və yükü Z 2;

-  5. 1 n təyin edilmişdir  Uran-235 nüvəsinin hər bir parçalanma hadisəsində orta hesabla ayrılan 5 parçalanma neytronu;

- ,  və  - -hissəciklər, -hissəciklər və -kvantlar, uran-235 nüvəsinin parçalanma aktı üzrə orta nömrələri müvafiq olaraq a, b və c-yə bərabərdir;

E parçalanma aktında ayrılan orta enerji miqdarıdır.

Bir daha vurğulayaq: yuxarıda yazılan ifadə sözün tam mənasında tənlik deyil; daha doğrusu, bu, neytron parçalanma reaksiyasının əsas xüsusiyyətlərini əks etdirən, sadəcə olaraq, yaddaqalan qeyd formasıdır:

a) parçalanma fraqmentlərinin əmələ gəlməsi;

b) bundan sonra qısaca adlandıracağımız parçalanma zamanı yeni sərbəst neytronların əmələ gəlməsi parçalanma neytronları;

c) nüvə reaktorlarının layihələndirilməsi, tikintisi və istismarı zamanı nəzərə alınmalı olan bir sıra yan təsirlərə - həm müsbət, həm faydalı, həm də mənfi təsirlərə səbəb olan parçalanma fraqmentlərinin radioaktivliyi;

d) parçalanma zamanı enerjinin ayrılması parçalanma reaksiyasının əsas xassəsidir ki, bu da yaratmağa imkan verir enerjili nüvə reaktoru.

Parçalanma reaksiyasını müşayiət edən yuxarıda sadalanan fiziki proseslərin hər biri reaktorda müəyyən rol oynayır və öz praktiki xüsusiyyətlərinə malikdir. məna. Buna görə də gəlin onları daha ətraflı tanıyaq.

2.2.1. Parçalanma fraqmentlərinin əmələ gəlməsi. Nüvə parçalanmasının tək bir aktından müəyyən dərəcədə bir fenomen kimi danışmaq olar. təsadüfi 92 proton və 143 neytrondan ibarət ağır uran nüvəsinin əsas etibarilə müxtəlif atom kütlələrinə malik fərqli sayda fraqmentlərə parçalanmağa qadir olduğunu nəzərə alsaq. Bu halda nüvənin 2, 3 və ya daha çox fraqmentə bölünməsinin mümkünlüyünü qiymətləndirməyə ehtimal ölçüləri ilə yanaşmaq olar. Verilən məlumatlara görə, nüvənin iki parçaya bölünmə ehtimalı 98%-dən çoxdur, buna görə də parçalanmaların böyük əksəriyyəti məhz iki fraqmentin əmələ gəlməsi ilə başa çatır.

Parçalanma məhsullarının spektroskopik tədqiqatları müxtəlif atom kütlələrinə malik 600-dən çox keyfiyyətcə fərqli parçalanma fraqmentlərini müəyyən etmişdir. Və burada, aşkar bir qəzada, çoxlu sayda bölmə ilə dərhal biri ortaya çıxdı ümumi model qısaca aşağıdakı kimi ifadə edilə bilər:

Müəyyən bir nuklidin kütləvi parçalanması zamanı müəyyən bir atom kütləsinin bir parçasının görünmə ehtimalı bu parçalanan nuklidin ciddi şəkildə müəyyən edilmiş dəyəridir.

Bu miqdar adətən adlanır spesifik fraqment məhsuldarlığı , kiçik yunan hərfi ilə işarələnir  i(qamma) alt yazı ilə - bu fraqmentinin nüvəsi olduğu kimyəvi elementin simvolu və ya izotopun simvolu.

Məsələn, fiziki təcrübələrdə qeyd edilmişdir ki, ksenon-135 (135 Xe) fraqmenti orta hesabla 235 U nüvənin hər min parçalanmasında üç halda görünür. Bu o deməkdir ki, 135 Xe fraqmentinin xüsusi məhsuldarlığıdır

 Xe= 3/1000 = bütün bölmələrin 0,003-ü,

və 235 U nüvənin tək parçalanma hadisəsi ilə əlaqədar olaraq, dəyəri  Xe = 0,003 = 0,3% -dir. parçalanmanın fraqmentin əmələ gəlməsi ilə nəticələnəcəyi ehtimalı 135 heh.

Müxtəlif atom kütlələrinin parçalanma fraqmentlərinin əmələ gəlmə sxeminin aydın qiymətləndirilməsi fraqmentlərin xüsusi məhsuldarlığının əyriləri ilə verilir (şək. 2.7).

10

70 80 90 100 110 120 130 140 150 A, a.m.u.

düyü. 2.7. Müxtəlif atom kütlələrinin parçalanma fraqmentlərinin xüsusi məhsuldarlığı

235 U (bərk xətt) və 239 Pu (kesikli xətt) nüvələrinin parçalanması zamanı.

Bu əyrilərin təbiəti aşağıdakı nəticəyə gəlməyə imkan verir:

a) Parçalanma zamanı əmələ gələn fraqmentlərin atom kütlələri əksər hallarda 70  165 amu diapazonunda olur. Daha yüngül və daha ağır fraqmentlərin xüsusi məhsuldarlığı çox azdır (10 -4% -dən çox deyil).

b) Nüvələrin simmetrik parçalanması (yəni bərabər kütləli iki fraqmentə parçalanması) olduqca nadirdir: onların xüsusi məhsuldarlığı uran-235 nüvələri üçün 0,01% və plutonium-239 nüvələri üçün 0,04% -dən çox deyil.

c) Ən çox formalaşır ağciyərlər 83  104 amu daxilində kütlə nömrələri olan fraqmentlər. Və ağır A = 128  149 a.m.u olan fraqmentlər. (onların xüsusi gəliri 1% və ya daha çoxdur).

d) Termal neytronların təsiri altında 239 Pu parçalanması bir neçə elementin əmələ gəlməsinə səbəb olur. daha ağır fraqmentləri 235 U parçalanma fraqmentləri ilə müqayisədə.

*) Gələcəkdə, reaktorun kinetikasını və onun zəhərlənməsi və şlaklanması proseslərini öyrənərkən, təsvir edən diferensial tənliklər tərtib edərkən bir çox parçalanma fraqmentlərinin xüsusi məhsullarının qiymətlərinə dəfələrlə müraciət etməli olacağıq. reaktorun nüvəsindəki fiziki proseslər.

Bu dəyərin rahatlığı ondan ibarətdir ki, parçalanma reaksiyasının sürətini (vahid vaxtda yanacaq tərkibinin vahid həcminə bölünmə sayı) bilməklə, yığılması hər hansı parçalanma fraqmentlərinin əmələ gəlmə sürətini hesablamaq asandır. reaktorda bu və ya digər şəkildə onun işinə təsir göstərir:

i-ci fraqmentin yaranma sürəti =  i  (parçalanma reaksiyasının sürəti)

Və parçalanma parçalarının əmələ gəlməsi ilə bağlı daha bir qeyd. Parçalanma zamanı yaranan parçalanma parçaları var yüksək kinetik enerjilər. Yanacaq tərkibi mühitinin atomları ilə toqquşma zamanı onların kinetik enerjisini ötürərək parçalanma parçaları atomların və molekulların kinetik enerjisinin orta səviyyəsini artırmaq; kinetik nəzəriyyənin ideyalarına uyğun olaraq bizim tərəfimizdən qavranılan temperaturun artması yanacaq tərkibi və ya necə içərisində istilik əmələ gəlməsi.

Reaktorda istiliyin çox hissəsi bu şəkildə əmələ gəlir.

Bu, nüvə reaktorunun işləmə prosesində fraqmentlərin əmələ gəlməsinin müəyyən müsbət roludur.

2.2.2. Parçalanma neytronlarının istehsalı. Ağır nüvələrin parçalanması prosesini müşayiət edən əsas fiziki hadisədir həyəcanlanmış parçalanma parçaları tərəfindən ikincil sürətli neytronların emissiyası,əks halda çağırdı operativ neytronlar və ya parçalanma neytronları.

Bu fenomenin əhəmiyyəti (F. Joliot-Küri və onun həmkarları tərəfindən kəşf edilmişdir - Albano və Kowarski - 1939-cu ildə) danılmazdır: onun sayəsində ağır nüvələrin parçalanması zamanı parçalanmaya səbəb olanları əvəz edən yeni sərbəst neytronlar meydana çıxır; bu yeni neytronlar yanacaqdakı digər parçalanan nüvələrlə qarşılıqlı əlaqədə ola bilər və onların parçalanmasına səbəb olur, ardınca yeni parçalanma neytronlarının emissiyası və s. Yəni parçalanma neytronlarının əmələ gəlməsi sayəsində mümkün olur təşkil etmək xarici mənbədən yanacaq tərkibli mühitə sərbəst neytronlar verilmədən vaxtında bir-birini bərabər şəkildə izləyən parçalanma prosesi. Belə bir çatdırılmada, sadəcə olaraq, lazım deyil, nə qədər ki, nüvə parçalanmasının həyata keçirildiyi “alətlər” tapılsın burada, bu mühitdə, parçalanan nüvələrdə bağlı vəziyyətdə; Bağlanmış neytronları "hərəkətə gətirmək" üçün onları yalnız azad etmək lazımdır, yəni nüvəni parçalara bölmək lazımdır və sonra fraqmentlər özləri hər şeyi tamamlayacaqlar: həyəcanlı vəziyyətlərinə görə "əlavə" buraxacaqlar. ” neytronları tərkibindən çıxararaq, onların sabitliyinə mane olur və bu, mürəkkəb nüvənin həyəcanlı vəziyyətdə qaldığı vaxtla böyüklük sırasına uyğun gələn 10 -15 - 10 -13 s vaxtda baş verəcəkdir. Bu təsadüf parçalanma neytronlarının meydana çıxması fikrini ortaya çıxardı parçalanma bitdikdən sonra neytronlarla həddindən artıq doymuş həyəcanlanmış parçalanma fraqmentlərindən deyil, birbaşa nüvə parçalanmasının baş verdiyi qısa müddət ərzində. Yəni yox sonra bölmə aktı və zamanı bu hərəkət, sanki nüvənin məhvi ilə eyni vaxtda. Eyni səbəbdən, bu neytronlar tez-tez çağırılır operativ neytronlar.

Müxtəlif atom kütlələrinin sabit nüvələrində proton və neytronların mümkün birləşmələrinin təhlili (sabit nüvələrin diaqramını xatırlayın) və onların parçalanma məhsullarının keyfiyyət tərkibi ilə müqayisəsi göstərdi ki, formalaşma ehtimalıdavamlı Parçalanma zamanı çox az fraqmentlər var. Bu o deməkdir ki, fraqmentlərin böyük əksəriyyəti doğulur qeyri-sabit və sabitlik üçün bir, iki, üç və ya daha çox "əlavə" parçalanma neytronları buraxa bilər və aydındır ki, hər bir xüsusi həyəcanlanmış fraqment buraxmalıdır. öz, ciddi şəkildə müəyyən edilmiş, onun sabitliyi üçün "əlavə" parçalanma neytronlarının sayı.

Lakin çox sayda parçalanma olan hər bir fraqment ciddi şəkildə müəyyən edilmiş xüsusi məhsula malik olduğundan, müəyyən sayda parçalanma ilə əmələ gələn hər bir növün parçalanma fraqmentlərinin sayı da müəyyən olacaqdır və deməli, parçalanma neytronlarının sayı da müəyyən olacaqdır. hər bir növün fraqmentləri də müəyyən olacaq və, Bu o deməkdir ki, onların ümumi sayı da müəyyən olacaqdır. Parçalanmalarda əmələ gələn neytronların ümumi sayını onların yarandıqları parçalanmaların sayına bölsək, əldə etməliyik. bir parçalanma hadisəsində buraxılan parçalanma neytronlarının orta sayı, yuxarıdakı əsaslandırmaya əsaslanaraq, həmçinin ciddi şəkildə müəyyən edilməlidir və parçalanan nuklidin hər bir növü üçün sabitdir. Parçalanan nuklidin bu fiziki sabiti təyin olunur  .

1998-ci ilin məlumatlarına görə (bu sabitin dəyəri dünya üzrə fiziki təcrübələrin təhlilinin nəticələrinə əsasən vaxtaşırı yenilənir) termal neytronların təsiri altında parçalanma zamanı

Uran-235 üçün  5 = 2.416,

Plutonium-239 üçün  9 = 2.862,

Plutonium-241 üçün  1 = 2.938 və s.

Son qeyd faydalıdır:  sabitinin qiyməti parçalanmaya səbəb olan neytronların kinetik enerjisinin böyüklüyündən əhəmiyyətli dərəcədə asılıdır və sonuncu artdıqca, təxminən E-yə düz mütənasib olaraq artır.

Ən mühüm iki parçalanan nuklid üçün təxmini asılılıqlar (E) empirik ifadələrlə təsvir olunur:

Uran-235 üçün  5 (E) = 2.416 + 0.1337 E;

Plutonium-239 üçün  9 (E) = 2.862 + 0.1357 E.

*) Neytron enerjisi E [MeV] ilə əvəz olunur.

Beləliklə, müxtəlif neytron enerjilərində bu empirik düsturlardan istifadə etməklə hesablanan  sabitinin qiyməti aşağıdakı qiymətlərə çata bilər:

Beləliklə, spesifik parçalanan nuklidlərin parçalanması zamanı buraxılan parçalanma neytronlarının ilk xüsusiyyəti xasdır. parçalanma hadisəsində əmələ gələn parçalanma neytronlarının orta sayı .

Bu bir həqiqətdir ki, bütün parçalanan nüvələr üçün  > 1, fizibilite üçün ilkin şərt yaradır zəncir neytron parçalanma reaksiyası. həyata keçirmək aydındır özünü təmin edən parçalanma zəncirvari reaksiyaşərait yaratmaq lazımdır ki bir parçalanma aktında alınan  neytronlardan mütləq çağırılır başqa bir nüvənin növbəti bölünməsi və istirahət ( - 1) bir şəkildə neytronlar nüvə parçalanması prosesindən kənarlaşdırılır.Əks halda, bölünmələrin intensivliyi zamanla uçqun kimi artacaq (bu, atom bombası).

Sabitin dəyərinin indi məlum olduğu üçün  parçalanmaya səbəb olan neytronların artan enerjisi ilə artır, məntiqi sual yaranır: hansı kinetik enerji ilə anadan olub parçalanma neytronları?

Bu sualın cavabı parçalanma neytronlarının adlanan ikinci xüsusiyyəti ilə verilir parçalanma neytronlarının enerji spektri və parçalanma neytronlarının kinetik enerjiləri üzərində paylanma funksiyasını təmsil edir.

Mühitin vahidində (1 sm3) zamanın müəyyən anında görünsə n bütün mümkün enerjilərin parçalanma neytronları, sonra normallaşdırılmış enerji spektri E enerjisinin miqdarının funksiyasıdır, E-nin hər hansı bir xüsusi dəyərində dəyərini göstərir bütün bu neytronların hansı hissəsi (nisbəti) enerjiyə yaxın elementar dE intervalının enerjiləri olan neytronlardır E. Başqa sözlə, söhbət ifadədən gedir

Parçalanma neytronlarının enerji paylanması olduqca dəqiq təsvir edilmişdir Watt-ın spektral funksiyası(Vatt):

n(E) = 0.4839
, (2.2.2)

qrafik təsviri Şəkil 2.8-dir. növbəti səhifədə.

Watt spektri göstərir ki, parçalanma neytronları çox fərqli enerjilərlə istehsal olunsa da, çox geniş diapazonda yerləşir. Əksər neytronların başlanğıc enerjisi var,bərabərdir E nv = 0,7104 MeV, Vatın spektral funksiyasının maksimumuna uyğundur. Mənasında bu dəyərdir parçalanma neytronlarının ən çox ehtimal olunan enerjisi.

Parçalanma neytronlarının enerji spektrini xarakterizə edən başqa bir kəmiyyətdir parçalanma neytronlarının orta enerjisi , yəni bütün parçalanma neytronlarının ümumi real enerjisi onlar arasında bərabər bölünsəydi, hər bir parçalanma neytronunun əldə edəcəyi enerji miqdarı:

E av =  E n(E) dE /  n(E) dE (2.2.3)

(2.2.2) ifadəsini (2.2.3) əvəz etmək parçalanma neytronlarının orta enerjisinin qiymətini verir.

E Çərşənbə = 2,0 MeV

Və bu o deməkdir ki demək olar ki, hər şey parçalanma neytronları yaranır sürətli(yəni enerjilərlə E > 0.1 MeV). Lakin nisbətən yüksək kinetik enerjiyə malik bir neçə sürətli neytron istehsal olunur (1% -dən az), baxmayaraq ki, nəzərəçarpacaq sayda parçalanma neytronları 18-20 enerji ilə görünür. MeV.

0 1 2 3 4 5 E, MeV

Şəkil 2.8. Bölünmə neytronlarının enerji spektri Vatt spektridir.

Müxtəlif parçalanan nuklidlər üçün parçalanma neytron spektrləri bir-birindən fərqlənir azca. Tutaq ki, bizi ilk növbədə maraqlandıran 235 U və 239 Pu nuklidləri üçün parçalanma neytronlarının orta enerjilərinin dəyərləri (fiziki təcrübələrin nəticələrinə əsasən düzəldilir):

E av = 1,935 MeV - 235 U üçün və E av = 2,00 MeV - 239 Pu üçün

Parçalanma neytronlarının spektrinin orta enerjisinin qiyməti parçalanmaya səbəb olan neytronların artan enerjisi ilə artır, lakin bu artım əhəmiyyətsizdir(ən azı 10 - 12 MeV diapazonunda). Bu, bizə bunu nəzərə almamağa və parçalanma neytronlarının enerji spektrini təxminən hesablamağa imkan verir müxtəlif nüvə yanacaqları və müxtəlif spektrli (sürətli, aralıq və istilik) reaktorlar üçün vahid.

Uran-238 üçün, parçalanmanın hədd xarakterinə baxmayaraq, parçalanma neytronlarının spektri də ifadə ilə praktiki olaraq üst-üstə düşür.(2.2.2) və parçalanma neytronlarının orta sayından asılılıq  8 parçalanmaya səbəb olan neytronların enerjisindən - həm də praktiki olaraq xətti eşikdən yuxarı enerjilərdə ( E P = 1.1 MeV):

 8 (E) = 2.409 + 0.1389E. (2.2.4)

2.2.3. Parçalanma fraqmentlərinin radioaktivliyi. Artıq deyilmişdir ki, kütlə və proton yükü ilə fərqlənən 600-ə yaxın parçalanma fraqmentləri müəyyən edilmişdir və praktiki olaraq Hamısı onlar doğulurçox həyəcanlı .

Əhəmiyyətli bir həyəcan daşıdıqları üçün məsələ daha da mürəkkəbləşir sonra parçalanma neytronlarının emissiyası. Buna görə də, təbii sabitlik istəyi ilə, bu səviyyəyə çatana qədər artıq enerjini əsas vəziyyətin səviyyəsindən yuxarı "boşalmağa" davam edirlər.

Bu boşalma bütün növ radioaktiv şüalanmanın (alfa, beta və qamma radiasiya) fraqmentlərinin ardıcıl emissiyası ilə həyata keçirilir və müxtəlif fraqmentlər üçün müxtəlif ardıcıllıqla və (qiymətlərdəki fərqlərə görə) müxtəlif növ radioaktiv parçalanmalar baş verir. tənəzzül sabitlərinin ) zamanla müxtəlif dərəcələrə qədər uzanır.

Beləliklə, işləyən bir nüvə reaktorunda təkcə proses deyil qənaət radioaktiv fraqmentlər, həm də onların davamlılığı prosesi transformasiya: çoxlu sayda məlumdur zəncirlər ardıcıl çevrilmələr, nəticədə sabit nüvələrin əmələ gəlməsinə səbəb olur, lakin bütün bu proseslər bəzi zəncirlər üçün müxtəlif vaxtlar tələb edir - çox qısa, digərləri üçün isə kifayət qədər uzun.

Buna görə də, radioaktiv şüalanma təkcə parçalanma reaksiyasını müşayiət etmir işləyir reaktor, həm də bağlandıqdan sonra uzun müddət yanacaq tərəfindən yayılır.

Bu amil, ilk növbədə, fiziki təhlükənin xüsusi növünü - təhlükəni doğurur kadrların məruz qalması, qısaca olaraq adlandırılan reaktor qurğusuna xidmət göstərilməsi radiasiya təhlükəsi. Bu, reaktor zavodunun dizaynerlərini ətraf mühiti təmin etməyə məcbur edir. bioloji müdafiə,ətraf mühitdən təcrid olunmuş otaqlara yerləşdirməli və insanların təhlükəli məruz qalma ehtimalını və ətraf mühitin radioaktiv çirklənməsini aradan qaldırmaq üçün bir sıra digər tədbirləri həyata keçirməlidir.

İkincisi, reaktor bağlandıqdan sonra bütün növ radioaktiv radiasiya intensivliyi azalsa da, nüvənin materialları ilə qarşılıqlı əlaqədə olmağa davam edir və parçalanma fraqmentlərinin özləri kimi, onların sərbəst mövcudluğunun ilkin dövründə kinetik enerjisini enerjiyə ötürür. nüvə mühitinin atomları, onların orta kinetik enerjisini artırır. Yəni bağlandıqdan sonra reaktorda çürümə istilik .

Başa düşmək asandır ki, reaktorda qalıq istiliyin buraxılması gücü reaktorun həmin an işləməsi zamanı yığılan parçaların sayı ilə düz mütənasibdir və onun azalma sürəti sonradan müəyyən edilir. bu fraqmentlərin yarı ömrü. Deyilənlərdən başqa bir nəticə çıxır mənfi parçalanma fraqmentlərinin radioaktivliyinə görə amil - zərurətuzun müddətlisoyudulur bağlandıqdan sonra reaktor nüvəsi qalıq istiliyi aradan qaldırmaq üçün və bu, elektrik enerjisinin əhəmiyyətli istehlakı və dövriyyə avadanlığının motor ömrü ilə əlaqələndirilir.

Beləliklə, reaktorda parçalanma zamanı radioaktiv fraqmentlərin əmələ gəlməsi əsasən bir hadisədir. mənfi, lakin... hər buludun bir gümüş astarı var!

Parçalanma parçalarının radioaktiv çevrilmələrində də görmək olar müsbət nüvə reaktorlarının sözün əsl mənasında olduğu cəhət varlığına borcludurlar . Fakt budur ki, çoxlu sayda parçalanma fraqmentlərindən 60-a yaxın növ var ki, ilk -parçalanmadan sonra neytronaktiv , sözdə yayma qabiliyyətinə malikdir geriləmə neytronlar. Reaktorda nisbətən az gecikmiş neytron buraxılır (yaradılan neytronların ümumi sayının təxminən 0,6%-i), lakin onların mövcudluğu sayəsində mümkün olur. təhlükəsiz idarəetmə nüvə reaktoru; Nüvə reaktorunun kinetikasını öyrənərkən buna əmin olacağıq.

2.2.4. Parçalanma zamanı enerjinin sərbəst buraxılması. Fizikada nüvə parçalanması reaksiyası A.Eynşteynin kütlə və enerji arasındakı əlaqə haqqında fərziyyəsinin aydın təsdiqlərindən biridir və nüvə parçalanması ilə əlaqədar olaraq aşağıdakı şəkildə ifadə edilir:

Nüvə parçalanması zamanı ayrılan enerjinin miqdarı kütlə qüsurunun ölçüsü ilə düz mütənasibdir və bu əlaqədə mütənasiblik əmsalı işıq sürətinin kvadratıdır:

E=  ms 2

Nüvə parçalanması zamanı kütlənin artıqlığı (qüsuru) parçalanma reaksiyasının ilkin məhsulları (yəni, nüvə və neytron) və nüvə parçalanması nəticəsində yaranan məhsulların (parçalanma parçaları, parçalanma) qalan kütlələrinin cəminin fərqi kimi müəyyən edilir. həm parçalanma prosesində, həm də ondan sonra yayılan neytronlar və digər mikrohissəciklər).

Spektroskopik analiz parçalanma məhsullarının əksəriyyətini və onların xüsusi məhsuldarlığını müəyyən etməyə imkan verdi. Bu əsasda hesablamaq o qədər də çətin olmadığı ortaya çıxdı özəl uran-235 nüvələrinin parçalanmasının müxtəlif nəticələri üçün kütləvi qüsurların böyüklüyü və onlardan hesablayın tək bir parçalanmada ayrılan ortalama enerji miqdarına yaxın olduğu ortaya çıxdı

mc 2 = 200 MeV

Bu dəyəri ən endotermiklərdən birinin hərəkətində ayrılan enerji ilə müqayisə etmək kifayətdir kimyəvi reaksiyalar - raket yanacağının oksidləşmə reaksiyaları (qiyməti 10 eV-dən az) - mikroskopik cisimlər (atomlar, nüvələr) səviyyəsində 200 olduğunu başa düşmək. MeV - çox yüksək enerji: kimyəvi reaksiyalardan əldə edilən enerjidən ən azı səkkiz dəfə (100 milyon dəfə) böyükdür.

Parçalanma enerjisi nüvə parçalanmasının baş verdiyi həcmdən müxtəlif materiallar vasitəsilə yayılır daşıyıcılar: parçalanma parçaları, parçalanma neytronları, - və -hissəciklər, -kvantlar və hətta neytrinolar və antineytrinolar.

235 U və 239 Pu nüvələrinin parçalanması zamanı material daşıyıcıları arasında parçalanma enerjisinin paylanması Cədvəl 2.1-də verilmişdir.

Cədvəl 2.1. Uran-235 və plutonium-239 nüvələrinin parçalanma enerjisinin parçalanma məhsulları arasında paylanması.

Parçalanma enerjisi daşıyıcıları		Plutonium-239
1. Parçalanma fraqmentlərinin kinetik enerjisi
2. Bölünmə neytronlarının kinetik enerjisi
3. Ani qamma kvantların enerjisi
4. Parçalanma məhsullarından -kvantların enerjisi
5. -parçaların şüalanmasının kinetik enerjisi
6. Antineytrino enerjisi

Parçalanma enerjisinin müxtəlif komponentləri istiliyə çevrilir eyni zamanda deyil.

İlk üç komponent 0,1 s-dən az bir müddətdə istiliyə çevrilir (bölünmə anından etibarən) və buna görə də adlanır. ani istilik yayılması mənbələri.

Parçalanma məhsullarından - və -radiasiyalar həyəcanlanmış fraqmentlərlə yayılır. ən müxtəlif yarım ömrü(yalnız fraqmentləri nəzərə alsaq, saniyənin bir neçə fraksiyasından bir neçə on günə qədər nəzərə çarpan xüsusi məhsuldarlıq) və buna görə də yuxarıda qeyd olunan proses çürümə istilik parçalanma məhsullarından radioaktiv emissiyaların səbəb olduğu , reaktor bağlandıqdan sonra onlarla gün davam edə bilər.

*) Çox kobud hesablamalara görə, reaktor bağlandıqdan sonra qalıq istiliyin buraxılması gücü ilk dəqiqədə azalır - 30-35%; reaktorun bağlanmasının ilk saatından sonra bu, gücün təxminən 30% -ni təşkil edir. reaktorun bağlanmadan əvvəl işlədiyi və ilk gün dayandıqdan sonra - təxminən 25 faiz. Aydındır ki, belə şəraitdə reaktorun məcburi soyudulmasının dayandırılmasından söhbət gedə bilməz, çünki Hətta nüvədə soyuducu dövranının qısamüddətli dayandırılması yanacaq elementlərinin termal məhv edilməsi təhlükəsi ilə doludur. Yalnız reaktorun bir neçə gün məcburi soyudulmasından sonra, qalıq istiliyin buraxılma gücü təbii konveksiya səbəbindən çıxarılan soyuducu səviyyəsinə qədər azaldıqda, birincil dövrənin dövriyyə vasitələri dayandırıla bilər.

Mühəndis üçün ikinci praktik sual: reaktorda parçalanma enerjisinin harada və hansı hissəsi istiliyə çevrilir? - çünki bu, müxtəlif texnoloji dizaynlarda hazırlanmış müxtəlif daxili hissələrdən balanslaşdırılmış istilik çıxarılmasını təşkil etmək ehtiyacı ilə əlaqədardır.

Yanacağın tərkibi, tərkibində parçalanan nuklidlər, yanacaq elementlərinin (yanacaq elementlərinin) yanacaq tərkibindən əmələ gələn parçaların onları soyudan soyuducuya buraxılmasının qarşısını alan möhürlənmiş qabıqlarda yerləşir. Və əgər işləyən reaktorda parçalanma parçaları yanacaq elementlərini tərk etmirsə, aydın olur ki, fraqmentlərin və zəif nüfuz edən -hissəciklərin kinetik enerjiləri istiliyə çevrilir. yanacaq çubuqlarının içərisində.

Parçalanma neytronlarının enerjiləri və -şüalanma yalnız yanacaq elementlərinin daxilində istiliyə çevrilir. qismən: neytronların nüfuz etmə qabiliyyəti və -radiasiya əmələ gətirir sürükləmə ilkin kinetik enerjisinin çoxunu doğulduğu yerlərdən alırlar.

Parçalanma enerjisinin dəqiq dəyərini və onun yanacaq çubuqlarının içərisində yaranan istiliyin payını bilmək böyük praktiki əhəmiyyət kəsb edir və bu, başqa bir praktiki vacib xüsusiyyəti hesablamağa imkan verir. yanacaq çubuğu yanacaqda xüsusi həcmli istilik buraxılması (q v).

Məsələn, məlum olarsa ki, yanacaq elementinin yanacaq tərkibinin 1 sm 3-də 1 s-də R f uran-235 nüvələrinin parçalanması, onda aydındır: bu vahid həcmdə hər saniyədə yaranan istilik enerjisinin miqdarı (= 1 sm 3 yanacağın istilik gücü) xüsusi həcmli istilik buraxılışıdır (və ya enerji intensivliyi) yanacaq və bu dəyər bərabər olacaq:

q v = 0.9 .  E . R f (2.2.5)

Reaktorun nüvəsindəki yanacaq elementlərindən kənar istilik şəklində alınan parçalanma enerjisinin payı onun növündən və konstruksiyasından asılıdır və ümumi parçalanma enerjisinin (69)%-i daxilində yerləşir. (Məsələn, VVER-1000 üçün bu dəyər təxminən 8,3%, RBMK-1000 üçün isə təxminən 7% təşkil edir).

Beləliklə, ümumi parçalanma enerjisinin əsas həcmində ümumi istilik buraxılmasının payı 0,96  0,99 təşkil edir, yəni. texniki dəqiqliklə ümumi parçalanma enerjisi ilə üst-üstə düşür.

Beləliklə, reaktor nüvəsinin başqa bir texniki xüsusiyyəti:

- nüvənin orta enerji intensivliyi(q v) az - nüvənin vahid həcminə görə alınan istilik gücü:

(q v) az = (0,96-0,99)  E . R f   E . R f (2.2.6)

Enerji 1 olduğundan MeV SI sistemində 1.602-yə uyğundur. 10 -13 J, onda reaktor nüvəsinin enerji intensivliyinin dəyəri:

(q v) az  3.204 . 10 -11 R f .

Buna görə də, nüvənin həcmi üzərində orta enerji intensivliyinin dəyəri məlumdursa, o zaman reaktorun istilik gücü aydın olacaq:

Q səh= (q v) az. V az 3.204. 10-11 . R f . V az [W] (2.2.7)

Reaktorun istilik gücü düz mütənasibdir orta sürəti

onun nüvəsində parçalanma reaksiyaları.

Praktik nəticə : Reaktorun işləməsini istəyirsinizsabit güc səviyyəsi? - Orada elə şərait yaradın ki, onun aktiv zonasında parçalanma reaksiyası baş versin zamanla sabit orta sürət ilə. Reaktorun gücünü artırmaq (azaltmaq) lazımdırmı? - Müvafiq olaraq reaksiya sürətini artırmaq (və ya azaltmaq) yollarını tapın de leniya. Bu, nüvə reaktorunun gücünə nəzarət etməyin əsas mənasıdır.

Baxılan əlaqələr və nəticələr yalnız ən sadə halda, reaktorda yanacaq komponenti bir uran-235 olduqda aydın görünür. Ancaq bir reaktor üçün əsaslandırma təkrarlanır çoxkomponentli yanacaq tərkibinə görə, ən ümumi halda orta parçalanma reaksiya sürətinin və reaktorun istilik gücünün mütənasibliyini yoxlamaq asandır.

Beləliklə, reaktorun istilik gücü və onun nüvəsində istilik paylanması parçalanma reaksiyasının sürətinin reaktor nüvəsinin yanacaq tərkibinin həcminə paylanması ilə düz mütənasibdir.

Amma deyilənlərdən də aydın olur ki, parçalanma reaksiyasının sürəti əsas mühitdəki sərbəst neytronların sayı ilə əlaqəli olmalıdır, çünki onlar (sərbəst neytronlar) parçalanma reaksiyalarına, radiasiyanın tutulmasına, səpilməsinə və digər neytron reaksiyalarına səbəb olurlar. Başqa sözlə, parçalanma reaksiyasının sürəti, nüvədə enerji buraxılması və reaktorun istilik gücü açıq şəkildə əlaqəli olmalıdır. neytron sahəsinin xüsusiyyətləriöz həcmində.

Nəhəng miqdarda enerji əldə etməyə imkan verən nəzarətsiz zəncirvari reaksiya aparıldıqdan sonra elm adamları idarə olunan zəncirvari reaksiya həyata keçirmək vəzifəsini qoydular. İdarə olunan zəncirvari reaksiyanın mahiyyəti neytronları idarə etmək bacarığındadır. Bu prinsip atom elektrik stansiyalarında (AES) uğurla tətbiq olunur.

Uran nüvələrinin parçalanma enerjisi atom elektrik stansiyalarında (AES) istifadə olunur. Uranın parçalanma prosesi çox təhlükəlidir. Buna görə də nüvə reaktorları sıx qoruyucu qabıqlarla əhatə olunub. Ümumi tipli reaktor təzyiqli sudur.

Soyuducu sudur. Soyuq su çox yüksək təzyiq altında reaktora daxil olur ki, bu da onun qaynamasının qarşısını alır.

Reaktorun nüvəsindən keçən soyuq su həm də moderator rolunu oynayır - sürətli neytronları ləngidir ki, onlar uran nüvələrinə dəyib zəncirvari reaksiyaya səbəb olur.

Nüvə yanacağı (uran) nüvədə yanacaq yığma çubuqları şəklində yerləşir. Quraşdırmadakı yanacaq çubuqları sürətli neytronları udmaqla nüvənin parçalanma sürətini tənzimləyən idarəetmə çubuqları ilə növbələşir.

Parçalanma böyük miqdarda istilik buraxır. Qızdırılan su 300°C temperaturda təzyiq altında nüvəni tərk edərək generatorların və turbinlərin yerləşdiyi elektrik stansiyasına daxil olur.

Reaktordan qaynar su ikincil dövrə suyunu qaynana qədər qızdırır. Buxar turbin qanadlarına yönəldilir və onu döndərir. Fırlanan mil enerjini generatora ötürür. Generatorda mexaniki fırlanma enerjisi elektrik enerjisinə çevrilir. Buxar soyuyur və su yenidən reaktora qayıdır.

Bu mürəkkəb proseslər nəticəsində atom elektrik stansiyası elektrik cərəyanı istehsal edir.

Göründüyü kimi parçalanan izotop reaktorun nüvəsində yerləşən yanacaq çubuqlarında yerləşir və kritik kütlə təşkil edir. Nüvə reaksiyası bor və ya kadmiumdan hazırlanmış nəzarət çubuqları ilə idarə olunur. Yanacaq çubuqları kimi idarəetmə çubuqları reaktorun nüvəsində yerləşir və suyu udan süngər kimi neytronlara təsir edərək onları udur. AES operatoru reaktorun nüvəsindəki idarəetmə çubuqlarının sayını tənzimləməklə nüvə prosesinin sürətinə nəzarət edir: idarəetmə çubuqlarını reaktorun nüvəsinə endirməklə onu ləngidir; ya da çubuqları qaldıraraq sürətləndirir.

Deyəsən, hər şey gözəldir - nüvə enerjisi tükənməz yüksək texnologiyalı elektrik mənbəyidir və gələcəkdir. 26 avqust 1986-cı ilə qədər insanlar belə düşünürdülər. Çernobıl Atom Elektrik Stansiyasının dördüncü blokunda baş verən qəza hər şeyi alt-üst etdi - "dinc" atom hörmətsizliklə müalicə olunarsa, o qədər də dinc olmadığı ortaya çıxdı.

Bu barədə kifayət qədər material yazılıb. Burada fəlakətin kvintessensiyası (kondensasiya edilmiş mahiyyəti) veriləcək.

Çernobıl Atom Elektrik Stansiyasının 4-cü enerji blokunun qəzasının əsas səbəbləri:

1. Turbogeneratorun sıradan çıxması ilə bağlı texnoloji təcrübə üçün kifayət qədər yaxşı düşünülmüş proqram;
2. RBMK nüvə reaktorunun tərtibatçılarının səhv hesablamaları, burada nüvədəki reaktivlik ehtiyatı haqqında idarəetmə sistemində operativ məlumatın olmaması mühüm rol oynadı;
3. Eksperimenti aparan və aparılan işin qaydalarından kənara çıxmağa yol verən AES işçilərinin “azadlıqları”.

Bütün bunlar birlikdə fəlakətə gətirib çıxardı. Çernobıl hadisələrini araşdıran mütəxəssislər arasında belə bir düstur var idi: "operatorlar qurğunu partlatmağı bacardılar və reaktor onlara bunu etməyə icazə verdi". Çernobılın günahının bir hissəsi demək olar ki, hər kəsdə - sadələşdirilmiş modellərdən istifadə edərək hesablamalar aparan fiziklərdə, tikişləri ehtiyatsızlıqla qaynaq edən quraşdırıcılarda və iş qaydalarına məhəl qoymamağa icazə verən operatorlardadır.

Qısaca Çernobıl qəzasının anatomiyası

1. Reaktorun gücünün çox kiçik bir dəyərə (nominal dəyərin təxminən 1% -i) azalmasına icazə verildi. Bu, reaktor üçün “pisdir”, çünki o, “yod çuxuruna” düşür və reaktorun ksenon zəhərlənməsi başlayır. “Normal” yanaşmaya görə, reaktoru bağlamaq lazım idi, lakin bu halda turbinin sıradan çıxması ilə bağlı təcrübə aparılmayacaqdı, bundan irəli gələn bütün inzibati nəticələr. Nəticədə Çernobıl AES-in işçiləri reaktorun gücünü artırmaq və təcrübəni davam etdirmək qərarına gəliblər.

2. Yuxarıdakı materialdan aydın olur ki, atom elektrik stansiyasının operatoru idarəetmə çubuqlarını reaktorun nüvəsinə köçürməklə nüvə reaksiyasının sürətini (reaktorun gücünü) idarə edə bilər. Reaktorun gücünü artırmaq üçün (təcrübəni başa çatdırmaq üçün) demək olar ki, bütün idarəetmə çubuqları reaktorun nüvəsindən çıxarıldı.

“Nüvə incəlikləri” ilə tanış olmayan oxucu üçün bunu daha aydın etmək üçün yayda asılmış yüklə aşağıdakı bənzətməni verə bilərik:

• Yük (daha doğrusu onun mövqeyi) reaktorun gücüdür;
• Yay yükü (reaktorun gücünü) idarə etmək üçün bir vasitədir.
• Normal vəziyyətdə, yük və yay tarazlıqdadır - yük müəyyən bir hündürlükdədir və yay müəyyən bir miqdarda uzanır.
• Reaktorun gücü kəsildikdə ("yod çuxuru") yük yerə düşdü (və çox güclü getdi).
• Reaktoru “çıxarmaq” üçün operator “yayı dartdı” (idarə çubuqlarını çıxartdı; lakin bunun əksini etmək lazım idi - bütün çubuqları daxil edin və reaktoru söndürün, yəni yayı buraxın ki, yük yerə düşür). Lakin yük-yay sistemində müəyyən ətalət var və operator yayı yuxarı çəkməyə başladıqdan bir müddət sonra yük hələ də aşağıya doğru hərəkət edir. Və operator yuxarı çəkməyə davam edir.
• Nəhayət, yük ən aşağı nöqtəyə çatır və (artıq layiqli) yay qüvvələrinin təsiri altında yuxarıya doğru hərəkət etməyə başlayır - reaktorun gücü kəskin şəkildə artmağa başlayır. Yük daha sürətli və daha sürətli yuxarıya doğru uçur (çox miqdarda istilik yayılması ilə idarə olunmayan zəncirvari reaksiya) və operator yükün yuxarı hərəkətinin ətalətini söndürmək üçün artıq heç nə edə bilməz. Nəticədə yük operatorun alnına dəyir.

Bəli, enerji blokunun partlamasına icazə verən Çernobıl AES operatorları öz səhvlərinin ən yüksək qiymətini - həyatlarını ödədilər.

Çernobıl AES-in şəxsi heyəti niyə belə hərəkət etdi? Səbəblərdən biri nüvə reaktorunun idarəetmə sisteminin operatora reaktorda baş verən təhlükəli proseslər haqqında operativ məlumat verməməsi olub.

A.S.Dyatlov kitabına belə başlayır "Çernobıl. Bu necə oldu":

1986-cı il aprelin 26-da bir saat, iyirmi üç dəqiqə, qırx saniyədə Çernobıl Atom Elektrik Stansiyasının 4 nömrəli blokunun növbə rəisi Aleksandr Akimov görülən işlər başa çatdıqdan sonra reaktorun bağlanmasını əmr etdi. planlaşdırılmış təmir üçün enerji blokunu söndürməzdən əvvəl. Əmr sakit iş şəraitində verilmişdir, mərkəzləşdirilmiş idarəetmə sistemi reaktorun və ya xidmət sistemlərinin parametrlərindəki sapmalar barədə bir dənə də fövqəladə və ya xəbərdarlıq siqnalını qeyd etmir. Reaktorun operatoru Leonid Toptunov AZ düyməsinin təsadüfən səhv basılmasından qoruyan qapağı çıxarıb və düyməni basıb. Bu siqnalla 187 reaktorun idarəetmə çubuqları nüvəyə doğru hərəkət etməyə başladı. Mnemonik lövhədə arxa işıq işıqları yandı və çubuq mövqeyi göstəricilərinin oxları hərəkət etməyə başladı. Reaktorun idarəetmə panelinə yarımçıq dayanmış Aleksandr Akimov bunu müşahidə edərək, AR disbalans göstəricilərinin “dovşanlarının” olması lazım olduğu kimi “sola doğru sıçradığını” (onun ifadəsi ilə) gördü ki, bu da reaktorun idarəetmə panelinin azalması demək idi. reaktor gücü, təhlükəsizlik panelinə çevrildi, bunun arxasında təcrübədə müşahidə etdim.
Lakin sonra elə bir hadisə baş verdi ki, hətta ən vəhşi təxəyyül belə proqnozlaşdıra bilmədi. Bir az azaldıqdan sonra reaktorun gücü birdən-birə daim artan sürətlə artmağa başladı və həyəcan siqnalları meydana çıxdı. L.Toptunov gücün fövqəladə artırılması barədə qışqırdı. Amma heç nə edə bilmədi. Onun edə biləcəyi yeganə şey AZ düyməsini basıb saxlamaq idi, idarəetmə çubuqları aktiv zonaya keçdi. Onun ixtiyarında başqa vasitə yoxdur. Və hər kəs də. A.Akimov kəskin qışqırdı: “Reaktoru bağlayın!” O, idarəetmə panelinə tullandı və idarəetmə çubuğunun ötürücülərinin elektromaqnit muftalarını enerjisizləşdirdi. Hərəkət düzgündür, lakin faydasızdır. Axı, CPS məntiqi, yəni məntiqi sxemlərin bütün elementləri düzgün işlədi, çubuqlar zonaya girdi. İndi aydındır - AZ düyməsini basdıqdan sonra heç bir düzgün hərəkət yox idi, heç bir xilas vasitəsi yox idi. Digər məntiq uğursuz oldu!
Qısa fasilə ilə iki güclü partlayış baş verdi. AZ çubuqları yolun yarısına belə getmədən hərəkətini dayandırdı. Onların getməyə başqa yerləri yox idi.
Bir saat, iyirmi üç dəqiqə, qırx yeddi saniyədə, reaktor tez neytronlardan istifadə edərək, güc çatışmazlığı ilə məhv edildi. Bu çökmədir, güc reaktorunda baş verə biləcək ən böyük fəlakətdir. Onlar bunu başa düşmədilər, buna hazırlaşmadılar, məhəllə və stansiyada lokallaşdırma üçün heç bir texniki tədbir görülmədi...

Yəni, fəlakətdən bir neçə saniyə əvvəl şəxsi heyət yaxınlaşan təhlükədən belə şübhələnmirdi! Bütün bu absurd vəziyyətin sonu təcili yardım düyməsini basmaq oldu, bundan sonra partlayış baş verdi - maşında yarışırsan və maneənin qarşısında əyləci basırsan, amma maşın daha da sürətlənərək maneəyə çırpılır. İnsaf naminə demək lazımdır ki, fövqəladə vəziyyət düyməsini basmaq heç bir şəkildə vəziyyətə təsir edə bilməzdi - bu, reaktorun qaçılmaz partlamasını bir neçə dəqiqə sürətləndirdi, amma fakt qalır - təcili mühafizə reaktoru partladıb !

Radiasiyanın insanlara təsiri

Niyə texnogen nüvə fəlakətləri (nüvə silahlarını demirəm) bu qədər təhlükəlidir?

Nüvə reaksiyaları böyük dağıntılara səbəb olan böyük miqdarda enerjinin buraxılmasından əlavə, radiasiya və nəticədə ərazinin radiasiya ilə çirklənməsi ilə müşayiət olunur.

Nə üçün radiasiya canlı orqanizm üçün bu qədər zərərlidir? Əgər bütün canlılara bu qədər ziyan vurmasaydı, o zaman hamı Çernobıl qəzasını çoxdan unudacaq, atom bombaları sağa-sola atılacaqdı.

Radiasiya canlı orqanizmin hüceyrələrini iki yolla məhv edir:

1. istilik səbəbiylə (radiasiya yanığı);
2. hüceyrələrin ionlaşması səbəbindən (radiasiya xəstəliyi).

Radioaktiv hissəciklər və radiasiyanın özü yüksək kinetik enerjiyə malikdir. Radiasiya istilik əmələ gətirir. Günəş yanığına bənzər bu istilik bədən toxumasını məhv edərək radiasiya yanmasına səbəb olur.

Termal (yavaş) neytronlardan istifadə edən nüvə reaktorunun sxematik diaqramı Şəkil 5.1-də göstərilmişdir, burada 1 - idarəetmə çubuqları, 2 - bioloji mühafizə, 3 - istilik mühafizəsi, 4 - moderator, 5 - nüvə yanacağı (yanacaq çubuqları).

Neytron uran 235 izotopunun nüvəsinə dəydikdə o, iki hissəyə parçalanır və bir neçə (2,5-3) yeni ikincil neytronlar buraxılır.. Nüvə reaktorunda zəncirvari reaksiyanın davam etməsi üçün reaktorun nüvəsindəki nüvə yanacağının kütləsinin kritikdən az olmaması lazımdır. Reaktorda bu məbləğ olmalıdır 235 U belə ki, orta hesabla, hər bir parçalanma hadisəsində yaranan neytronlardan ən azı biri reaktorun nüvəsini tərk etməzdən əvvəl növbəti parçalanma hadisəsinə səbəb ola bilər.

Şəkil 5.1. Termal neytron nüvə reaktorunun sxematik diaqramı

Neytronların sayı sabit saxlanılarsa, parçalanma reaksiyası stasionar xarakter daşıyacaqdır. Mövcud neytronların sayının sabit vəziyyət səviyyəsi nə qədər yüksək olarsa, reaktorun gücü də bir o qədər çox olar. 1 MVt gücü 1 saniyədə 3 10 16 bölünmənin baş verdiyi zəncirvari reaksiyaya uyğundur.

Neytronların sayı artarsa, termal partlayış baş verəcək, azalarsa, reaksiya dayanacaq. Reaksiya sürətinə nəzarət edilir nəzarət çubuqlarından istifadə etməklə 1.

Nüvə reaktorunun hazırkı vəziyyətini səmərəli kimi xarakterizə etmək olar neytronların çoxalma faktoru və ya əlaqə ilə bir-birinə bağlı olan reaktivlik:

Bu miqdarlar üçün aşağıdakı dəyərlər xarakterikdir:

· - zaman keçdikcə zəncirvari reaksiya artır, reaktor superkritik vəziyyətdədir, onun reaktivliyi;

· , - nüvə parçalanmalarının sayı sabitdir, reaktor sabit kritik vəziyyətdədir.

Nüvə reaktoru yalnız istismarın əvvəlində reaktivlik ehtiyatına malik olduqda uzun müddət müəyyən gücdə işləyə bilər. Nüvə reaktorunun işləməsi zamanı yanacaqda parçalanma fraqmentlərinin toplanması səbəbindən onun izotopik və kimyəvi tərkibi dəyişir, transuran elementləri, əsasən Pu əmələ gəlir. Reaktorda baş verən proseslər atom nüvələrinin parçalanmasının zəncirvari reaksiya ehtimalını azaldır.

Bir zəncirvari reaksiya saxlamaq və həyata keçirmək üçün reaktorun nüvəsini əhatə edən materiallar tərəfindən neytronların udulmasını məhdudlaşdırmaq lazımdır. Bu, ən azı qismən (ideal olaraq 50%) neytronları əks etdirən materiallardan (bioloji 2 və termal 3 qorunma üçün) istifadə etməklə əldə edilir, yəni. onları qəbul etmədi. İstiliyi nüvədən turbinə ötürmək üçün istifadə olunan soyuducu suyun seçilməsi xüsusi əhəmiyyət kəsb edir.

Parçalanma nəticəsində yaranan neytronlar sürətli (yüksək sürət) və ya yavaş (termal) ola bilər. Yavaş bir neytronun nüvə tərəfindən tutulma ehtimalı 235 U və onun sonrakı parçalanması sürətli neytrondan daha böyükdür. Buna görə də, yanacaq çubuqları 5 xüsusi moderatorlarla 4 əhatə olunmuşdur ki, bu da neytronları yavaşlatır, onları zəif udur. Reaktordan neytron sızmasını azaltmaq üçün o, reflektorla təchiz edilmişdir. Ən çox istifadə edilən moderatorlar və reflektorlar qrafit, ağır ( D2O), adi su və s.

Mövcud stasionar neytronların sayı əmələ gələn və müxtəlif istiqamətlərdə böyük sürətlə uçan nüvə parçalanma parçalarının sayını müəyyən edir. Parçaların əyləclənməsi yanacağın və yanacaq çubuqlarının divarlarının istiləşməsinə səbəb olur. Bu istiliyi aradan qaldırmaq üçün reaktor qidalanır soyuducu, qızdırılması reaktorun məqsədidir. Çox vaxt eyni maddə, məsələn, adi su, funksiyaları yerinə yetirir soyuducu, moderator və reflektor. Su istifadə edərək reaktora verilir əsas sirkulyasiya nasosları(MCP).