Dom » Električni » "mirnog" atoma. Princip rada nuklearnog reaktora Objašnjenje novog materijala

"mirnog" atoma. Princip rada nuklearnog reaktora Objašnjenje novog materijala




























Nazad napred

Pažnja! Pregledi slajdova služe samo u informativne svrhe i možda ne predstavljaju sve karakteristike prezentacije. Ako ste zainteresovani za ovaj rad, preuzmite punu verziju.

Ciljevi lekcije:

  • edukativni: ažuriranje postojećeg znanja; nastaviti formiranje pojmova: fisija jezgri uranijuma, nuklearna lančana reakcija, uslovi za njen nastanak, kritična masa; uvesti nove pojmove: nuklearni reaktor, glavni elementi nuklearnog reaktora, struktura nuklearnog reaktora i princip njegovog rada, upravljanje nuklearnom reakcijom, klasifikacija nuklearnih reaktora i njihova upotreba;
  • edukativni: nastaviti razvijati vještine zapažanja i zaključivanja, kao i razvijati intelektualne sposobnosti i radoznalost učenika;
  • edukativni: nastaviti razvijati stav prema fizici kao eksperimentalnoj nauci; negovati savjestan odnos prema radu, disciplinu i pozitivan odnos prema znanju.

Vrsta lekcije: učenje novog gradiva.

Oprema: multimedijalna instalacija.

Tokom nastave

1. Organizacioni momenat.

Momci! Danas na lekciji ćemo ponoviti fisiju jezgri urana, nuklearnu lančanu reakciju, uslove za njen nastanak, kritičnu masu, naučićemo šta je nuklearni reaktor, glavne elemente nuklearnog reaktora, strukturu nuklearnog reaktora i princip njegovog rada, upravljanje nuklearnom reakcijom, klasifikacija nuklearnih reaktora i njihova upotreba.

2. Provjera proučenog materijala.

  1. Mehanizam fisije jezgri uranijuma.
  2. Recite nam nešto o mehanizmu nuklearne lančane reakcije.
  3. Navedite primjer reakcije nuklearne fisije jezgra urana.
  4. Šta se zove kritična masa?
  5. Kako dolazi do lančane reakcije u uranijumu ako je njegova masa manja od kritične ili veća od kritične?
  6. Kolika je kritična masa uranijuma 295. Da li je moguće smanjiti kritičnu masu?
  7. Na koje načine možete promijeniti tok nuklearne lančane reakcije?
  8. Koja je svrha usporavanja brzih neutrona?
  9. Koje supstance se koriste kao moderatori?
  10. Zbog kojih faktora se može povećati broj slobodnih neutrona u komadu uranijuma, čime se osigurava mogućnost reakcije u njemu?

3. Objašnjenje novog materijala.

Ljudi, odgovorite na ovo pitanje: Koji je glavni dio bilo koje nuklearne elektrane? ( nuklearni reaktor)

Dobro urađeno. Dakle, ljudi, hajde da pogledamo ovo pitanje detaljnije.

Istorijska referenca.

Igor Vasiljevič Kurčatov je istaknuti sovjetski fizičar, akademik, osnivač i prvi direktor Instituta za atomsku energiju od 1943. do 1960. godine, glavni naučni direktor za atomski problem u SSSR-u, jedan od osnivača upotrebe nuklearne energije u miroljubive svrhe . Akademik Akademije nauka SSSR (1943). Prva sovjetska atomska bomba testirana je 1949. Četiri godine kasnije, prva hidrogenska bomba na svijetu uspješno je testirana. A 1949. godine Igor Vasiljevič Kurčatov je započeo rad na projektu nuklearne elektrane. Nuklearna elektrana je vjesnik miroljubive upotrebe atomske energije. Projekat je uspješno završen: 27. jula 1954. naša nuklearna elektrana postala je prva u svijetu! Kurčatov se radovao i zabavljao kao dete!

Definicija nuklearnog reaktora.

Nuklearni reaktor je uređaj u kojem se provodi i održava kontrolirana lančana reakcija fisije određenih teških jezgara.

Prvi nuklearni reaktor izgrađen je 1942. godine u SAD-u pod vodstvom E. Fermija. U našoj zemlji, prvi reaktor izgrađen je 1946. godine pod vodstvom I. V. Kurchatova.

Glavni elementi nuklearnog reaktora su:

  • nuklearno gorivo (uranijum 235, uranijum 238, plutonijum 239);
  • moderator neutrona (teška voda, grafit, itd.);
  • rashladno sredstvo za uklanjanje energije koja nastaje tokom rada reaktora (voda, tečni natrijum, itd.);
  • Kontrolne šipke (bor, kadmijum) - visoko apsorbuju neutrone
  • Zaštitni omotač koji blokira zračenje (beton sa gvozdenim punilom).

Princip rada nuklearni reaktor

Nuklearno gorivo se nalazi u jezgru u obliku vertikalnih šipki koje se nazivaju gorivi elementi (gorivi elementi). Gorivne šipke su dizajnirane da regulišu snagu reaktora.

Masa svake gorivne šipke je znatno manja od kritične mase, tako da se lančana reakcija ne može dogoditi u jednom štapu. Počinje nakon što su svi uranijumski štapovi uronjeni u jezgro.

Jezgro je okruženo slojem supstance koja reflektuje neutrone (reflektor) i zaštitnom ljuskom od betona koja zadržava neutrone i druge čestice.

Uklanjanje topline iz gorivnih ćelija. Rashladna tečnost, voda, pere šipku, zagrejanu na 300°C pod visokim pritiskom, i ulazi u izmenjivače toplote.

Uloga izmjenjivača topline je da voda zagrijana na 300°C daje toplotu običnoj vodi i pretvara se u paru.

Kontrola nuklearnih reakcija

Reaktor se kontroliše pomoću šipki koje sadrže kadmijum ili bor. Kada su šipke izvučene iz jezgre reaktora, K > 1, a kada su potpuno uvučene - K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Reaktor sa sporim neutronima.

Najefikasnija fisija jezgara uranijuma-235 odvija se pod uticajem sporih neutrona. Takvi reaktori se nazivaju reaktori sa sporim neutronima. Sekundarni neutroni proizvedeni reakcijom fisije su brzi. Da bi njihova naknadna interakcija s jezgrima uranijuma-235 u lančanoj reakciji bila najefikasnija, usporavaju se uvođenjem moderatora u jezgro - tvari koja smanjuje kinetičku energiju neutrona.

Reaktor na brzim neutronima.

Reaktori na brzim neutronima ne mogu raditi na prirodnom uranijumu. Reakcija se može održavati samo u obogaćenoj smjesi koja sadrži najmanje 15% izotopa uranijuma. Prednost reaktora na brzim neutronima je u tome što njihov rad proizvodi značajnu količinu plutonija, koji se potom može koristiti kao nuklearno gorivo.

Homogeni i heterogeni reaktori.

Nuklearni reaktori, ovisno o relativnom smještaju goriva i moderatora, dijele se na homogene i heterogene. U homogenom reaktoru jezgro je homogena masa goriva, moderatora i rashladnog sredstva u obliku otopine, mješavine ili taline. Reaktor u kojem se gorivo u obliku blokova ili gorivnih sklopova stavlja u moderator, formirajući u njemu pravilnu geometrijsku rešetku, naziva se heterogen.

Pretvaranje unutrašnje energije atomskih jezgara u električnu energiju.

Nuklearni reaktor je glavni element nuklearne elektrane (NPP), koji pretvara toplinsku nuklearnu energiju u električnu energiju. Pretvorba energije se odvija prema sljedećoj shemi:

  • unutrašnja energija jezgara uranijuma -
  • kinetička energija neutrona i nuklearnih fragmenata -
  • unutrašnja energija vode -
  • unutrašnja energija pare -
  • kinetička energija pare -
  • kinetička energija rotora turbine i rotora generatora -
  • Električna energija.

Upotreba nuklearnih reaktora.

U zavisnosti od namjene, nuklearni reaktori mogu biti energetski reaktori, pretvarači i razmjenjivači, istraživački i višenamjenski, transportni i industrijski.

Nuklearni reaktori se koriste za proizvodnju električne energije u nuklearnim elektranama, brodskim elektranama, nuklearnim termoelektranama i nuklearnim stanicama za opskrbu toplinom.

Reaktori dizajnirani za proizvodnju sekundarnog nuklearnog goriva iz prirodnog uranijuma i torija nazivaju se pretvarači ili razmjenjivači. U konvertorskom reaktoru, sekundarno nuklearno gorivo proizvodi manje nego što je prvobitno potrošeno.

U reaktoru za razmnožavanje vrši se proširena reprodukcija nuklearnog goriva, tj. ispada više nego što je potrošeno.

Istraživački reaktori se koriste za proučavanje procesa interakcije neutrona sa materijom, proučavanje ponašanja materijala reaktora u intenzivnim poljima neutronskog i gama zračenja, radiohemijska i biološka istraživanja, proizvodnju izotopa i eksperimentalna istraživanja fizike nuklearnih reaktora.

Reaktori imaju različite snage, stacionarni ili impulsni načini rada. Višenamjenski reaktori su oni koji služe u nekoliko namjena, kao što su proizvodnja energije i proizvodnja nuklearnog goriva.

Ekološke katastrofe u nuklearnim elektranama

  • 1957. – nesreća u Velikoj Britaniji
  • 1966. – djelomično topljenje jezgra nakon kvara na hlađenju reaktora u blizini Detroita.
  • 1971 - mnogo zagađene vode otišlo je u rijeku SAD
  • 1979 - najveća nesreća u SAD
  • 1982. – ispuštanje radioaktivne pare u atmosferu
  • 1983 - strašna nesreća u Kanadi (radioaktivna voda je isticala 20 minuta - tona u minuti)
  • 1986 – nesreća u Velikoj Britaniji
  • 1986. – nesreća u Njemačkoj
  • 1986 – Černobilska nuklearna elektrana
  • 1988 – požar u nuklearnoj elektrani u Japanu

Moderne nuklearne elektrane opremljene su računarima, ali su ranije, čak i nakon nesreće, reaktori nastavili da rade, jer nije postojao sistem automatskog gašenja.

4. Učvršćivanje materijala.

  1. Kako se zove nuklearni reaktor?
  2. Šta je nuklearno gorivo u reaktoru?
  3. Koja tvar služi kao moderator neutrona u nuklearnom reaktoru?
  4. Koja je svrha moderatora neutrona?
  5. Za šta se koriste kontrolne šipke? Kako se koriste?
  6. Šta se koristi kao rashladno sredstvo u nuklearnim reaktorima?
  7. Zašto je potrebno da masa svakog uranijumskog štapa bude manja od kritične mase?

5. Izvršenje testa.

  1. Koje su čestice uključene u fisiju jezgri uranijuma?
    A. protoni;
    B. neutroni;
    B. elektroni;
    G. jezgra helijuma.
  2. Koja je masa uranijuma kritična?
    A. najveća pri kojoj je moguća lančana reakcija;
    B. bilo koja masa;
    B. najmanja pri kojoj je moguća lančana reakcija;
    D. masa na kojoj će se reakcija zaustaviti.
  3. Koja je približna kritična masa uranijuma 235?
    A. 9 kg;
    B. 20 kg;
    B. 50 kg;
    G. 90 kg.
  4. Koje od sljedećih tvari mogu se koristiti u nuklearnim reaktorima kao moderatori neutrona?
    A. grafit;
    B. kadmijum;
    B. teška voda;
    G. bor.
  5. Da bi se nuklearna lančana reakcija dogodila u nuklearnoj elektrani, faktor umnožavanja neutrona mora biti:
    A. je jednako 1;
    B. više od 1;
    V. manje od 1.
  6. Brzinom fisije jezgri teških atoma u nuklearnim reaktorima upravljaju:
    A. zbog apsorpcije neutrona pri spuštanju štapova sa apsorberom;
    B. zbog povećanja odvođenja topline s povećanjem brzine rashladne tekućine;
    B. povećanjem isporuke električne energije potrošačima;
    G. smanjenjem mase nuklearnog goriva u jezgru pri uklanjanju šipki sa gorivom.
  7. Koje transformacije energije se dešavaju u nuklearnom reaktoru?
    A. unutrašnja energija atomskih jezgara se pretvara u svjetlosnu energiju;
    B. unutrašnja energija atomskih jezgara se pretvara u mehaničku energiju;
    B. unutrašnja energija atomskih jezgara se pretvara u električnu energiju;
    D. nijedan od odgovora nije tačan.
  8. Godine 1946. izgrađen je prvi nuklearni reaktor u Sovjetskom Savezu. Ko je bio vođa ovog projekta?
    A. S. Korolev;
    B. I. Kurchatov;
    V. D. Saharov;
    G. A. Prokhorov.
  9. Koji način smatrate najprihvatljivijim za povećanje pouzdanosti nuklearnih elektrana i sprječavanje kontaminacije vanjskog okruženja?
    A. razvoj reaktora koji mogu automatski hladiti jezgro reaktora bez obzira na volju operatera;
    B. povećanje pismenosti rada NEK, stepena profesionalne pripremljenosti NPP operatera;
    B. razvoj visoko efikasnih tehnologija za demontažu nuklearnih elektrana i preradu radioaktivnog otpada;
    D. lokacija reaktora duboko pod zemljom;
    D. odbijanje izgradnje i rada nuklearne elektrane.
  10. Koji su izvori zagađenja okoliša povezani s radom nuklearnih elektrana?
    A. industrija uranijuma;
    B. nuklearni reaktori raznih tipova;
    B. radiohemijska industrija;
    D. lokacije za preradu i odlaganje radioaktivnog otpada;
    D. upotreba radionuklida u nacionalnoj privredi;
    E. nuklearne eksplozije.

Odgovori: 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. Sažetak lekcije.

Šta ste novo naučili danas na času?

Šta vam se svidjelo na lekciji?

Koja pitanja imate?

HVALA NA VAŠEM RADU NA LEKCIJI!

Neutronska nuklearna reakcija fisije teških jezgara, kao što je već navedeno, glavna je i središnja reakcija u nuklearnim reaktorima. Stoga ima smisla od samog početka upoznati se s fizičkim konceptima reakcije fisije i onim njenim karakteristikama koje na ovaj ili onaj način ostavljaju traga na sve aspekte života i svakodnevnog života najsloženijeg tehničkog kompleksa, koji se zove Nuklearna elektrana.

Ideja o fisiji jezgra uranijuma-235 u vizuelnim slikama data je na slici 2.6.

Neutron Jezgro mase A Pobuđeno složeno jezgro Fragmenti fisije

Fisijski neutroni

Sl.2.6. Šematski prikaz nuklearne fisije 235 U.

Na osnovu ovog dijagrama, generalizovana "jednačina" reakcije fisije (koja je logična, a ne strogo matematička) može se napisati kao:

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

- (F 1)* i (F 2)* - simboličke oznake uzbuđen fisioni fragmenti (indeks (*) u daljem tekstu označava nestabilne, pobuđene ili radioaktivne elemente); fragment (F 1)* ima masu A 1 i naboj Z 1, fragment (F 2)* ima masu A 2 i naboj Z 2;

-  5 . 1 n je označeno  5 fisijskih neutrona oslobođenih u prosjeku u svakom događaju fisije jezgra uranijuma-235;

- ,  i  - -čestice, -čestice i -kvanta, čiji su prosječni brojevi po aktu fisije jezgra uranijuma-235 jednaki a, b i c, redom;

    E je prosječna količina energije koja se oslobađa u činu fisije.

Još jednom naglasimo: gore napisani izraz nije jednačina u strogom smislu riječi; radije, to je jednostavno lako pamtljiv oblik zapisa koji odražava glavne karakteristike reakcije fisije neutrona:

a) formiranje fisionih fragmenata;

b) formiranje novih slobodnih neutrona tokom fisije, koje ćemo od sada ukratko zvati fisioni neutroni;

c) radioaktivnost fisijskih fragmenata, što uzrokuje njihovu dalju transformaciju u stabilnije formacije, što rezultira nizom nuspojava – pozitivnih, korisnih i negativnih, koje se moraju uzeti u obzir pri projektovanju, izgradnji i radu nuklearnih reaktora;

d) oslobađanje energije tokom fisije je glavno svojstvo reakcije fisije, koje omogućava stvaranje energičan nuklearni reaktor.

Svaki od gore navedenih fizičkih procesa koji prate reakciju fisije igra određenu ulogu u reaktoru i ima svoju praktičnu značenje. Stoga, hajde da ih detaljnije upoznamo.

2.2.1. Formiranje fisijskih fragmenata. O jednom činu nuklearne fisije može se u određenoj mjeri govoriti kao o fenomenu nasumično, imajući na umu da je teško jezgro uranijuma, koje se sastoji od 92 protona i 143 neutrona, u osnovi sposobno da se podijeli na različit broj fragmenata s različitim atomskim masama. U ovom slučaju, procjeni mogućnosti podjele jezgra na 2, 3 ili više fragmenata može se pristupiti probabilističkim mjerama. Prema navedenim podacima, vjerovatnoća da se jezgro podijeli na dva fragmenta je veća od 98%, stoga se velika većina fisija završava formiranjem točno dva fragmenta.

Spektroskopske studije fisionih produkata identificirale su više od 600 kvalitativno različitih fisionih fragmenata s različitim atomskim masama. I tu je, u očiglednoj nesreći, sa velikim brojem divizija, odmah isplivala jedna opšti obrazacšto se ukratko može izraziti na sljedeći način:

Vjerovatnoća pojave fragmenta određene atomske mase tokom masovne fisije određenog nuklida je strogo definirana vrijednost karakteristika ovog fisijskog nuklida.

Ova količina se obično naziva specifični prinos fragmenta , označeno malim grčkim slovom i(gama) sa indeksom - simbol hemijskog elementa čiji je jezgro ovaj fragment, ili simbol izotopa.

Na primjer, u fizičkim eksperimentima je zabilježeno da se fragment ksenona-135 (135 Xe) pojavljuje u prosjeku u tri slučaja na svakih hiljadu fisija jezgara od 235 U. To znači da je specifični prinos 135 Xe fragmenata

Xe= 3/1000 = 0,003 svih podjela,

a u odnosu na jedan događaj fisije jezgra 235 U, vrijednost  Xe = 0,003 = 0,3% - je vjerovatnoća da će fisija rezultirati formiranjem fragmenta 135 Heh.

Jasnu procjenu obrasca formiranja fisionih fragmenata različitih atomskih masa daju krivulje specifičnog prinosa fragmenata (slika 2.7).

10

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

Rice. 2.7. Specifični prinosi fisionih fragmenata različitih atomskih masa

tokom fisije jezgara 235 U (puna linija) i 239 Pu (isprekidana linija).

Priroda ovih krivulja nam omogućava da zaključimo sljedeće:

a) Atomske mase fragmenata formiranih tokom fisije, u velikoj većini slučajeva, leže u rasponu od 70  165 amu. Specifični prinos lakših i težih fragmenata je vrlo mali (ne prelazi 10 -4%).

b) Simetrična fisija jezgara (tj. fisija na dva fragmenta jednake mase) je izuzetno rijetka: njihov specifični prinos ne prelazi 0,01% za jezgra uranijuma-235 i 0,04% za jezgra plutonijum-239.

c) Najčešće formirana pluća fragmenti sa masenim brojevima unutar 83  104 amu. I težak fragmenti sa A = 128  149 a.m.u. (njihov specifični prinos je 1% ili više).

d) Fisija 239 Pu pod uticajem termičkih neutrona dovodi do stvaranja nekoliko teže fragmenti u poređenju sa fisionim fragmentima od 235 U.

*) U budućnosti, prilikom proučavanja kinetike reaktora i procesa njegovog trovanja i trovanja, više puta ćemo se morati pozivati ​​na vrijednosti specifičnih prinosa mnogih fisijskih fragmenata pri sastavljanju diferencijalnih jednadžbi koje opisuju fizičke procese u jezgri reaktora.

Pogodnost ove vrijednosti je u tome što je, znajući brzinu reakcije fisije (broj fisija po jedinici volumena sastava goriva u jedinici vremena), lako izračunati brzinu formiranja bilo kojeg fisionog fragmenta, čija akumulacija u reaktoru na ovaj ili onaj način utiče na njegov rad:

Brzina generiranja i-tog fragmenta = i (brzina reakcije fisije)

I još jedna napomena vezana za formiranje fisijskih fragmenata. Fragmenti fisije koji nastaju tokom fisije imaju visoke kinetičke energije. Prenoseći svoju kinetičku energiju tokom sudara sa atomima medija sastava goriva, fisioni fragmenti pri tome povećati prosječni nivo kinetičke energije atoma i molekula, koju, u skladu sa idejama kinetičke teorije, mi percipiramo kao povećanje temperature sastav goriva ili kako stvaranje toplote u njemu.

Većina topline u reaktoru se stvara na ovaj način.

To je određena pozitivna uloga formiranja fragmenata u procesu rada nuklearnog energetskog reaktora.

2.2.2. Proizvodnja fisijskih neutrona. Ključni fizički fenomen koji prati proces fisije teških jezgara je emisija sekundarnih brzih neutrona od strane pobuđenih fisijskih fragmenata, inače pozvao brzi neutroni ili fisioni neutroni.

Značaj ovog fenomena (otkrio F. Joliot-Curie i njegove kolege - Albano i Kowarski - 1939. godine) je neporecivo: zahvaljujući njemu se tokom fisije teških jezgara pojavljuju novi slobodni neutroni koji zamjenjuju one koji su izazvali fisiju; ovi novi neutroni mogu stupiti u interakciju s drugim fisionim jezgrima u gorivu i uzrokovati njihovu fisiju, nakon čega slijedi emisija novih fisionih neutrona, itd. Odnosno, zbog formiranja fisijskih neutrona, to postaje moguće organizovati proces fisija koje jednolično prate jedna drugu u vremenu bez dovoda slobodnih neutrona u medij koji sadrži gorivo iz vanjskog izvora. U takvoj isporuci, jednostavno rečeno, nije potrebno, sve dok se pronađu “alati” uz pomoć kojih se izvodi nuklearna fisija ovde, baš u ovom okruženju, u vezanom stanju u fisilnim jezgrima; da bi se vezani neutroni „proveli u akciju“, samo ih treba osloboditi, odnosno jezgro se mora podijeliti na fragmente, a onda će sami fragmenti sve dovršiti: zbog svog pobuđenog stanja emitirat će „dodatne ” neutrone iz njihovog sastava, ometajući njihovu stabilnost, a to će se dogoditi u vremenu reda od 10 -15 - 10 -13 s, koje se po redu veličine poklapa s vremenom kada složeno jezgro ostane u pobuđenom stanju. Ova koincidencija dovela je do ideje da se pojavljuju fisijski neutroni ne od pobuđenih fisijskih fragmenata prezasićenih neutronima nakon završetka fisije, već direktno u tom kratkom vremenskom periodu tokom kojeg dolazi do nuklearne fisije. To jest, ne poslije akt podjele, i tokom ovaj čin, kao da je istovremeno sa uništenjem jezgra. Iz istog razloga, ovi neutroni se često nazivaju brzi neutroni.

Analiza mogućih kombinacija protona i neutrona u stabilnim jezgrima različitih atomskih masa (sjetite se dijagrama stabilnih jezgara) i njihovo poređenje s kvalitativnim sastavom fisijskih produkata pokazalo je da vjerovatnoća formiranjaodrživo Postoji vrlo malo fragmenata tokom fisije. To znači da se velika većina fragmenata rađa nestabilno i mogu emitovati jedan, dva, tri ili čak više “dodatnih” fisionih neutrona radi svoje stabilnosti, i jasno je da svaki specifični pobuđeni fragment mora emitovati svoj, striktno definisan, broj fisijskih neutrona "ekstra" za njegovu stabilnost.

Ali budući da svaki fragment sa velikim brojem fisija ima striktno definisan specifičan prinos, onda će sa određenim velikim brojem fisija i broj fisionih fragmenata svake vrste koji se formira takođe biti siguran, a samim tim i broj fisijskih neutrona koje emituje fragmenti svake vrste će također biti sigurni, a, To znači da će biti siguran i njihov ukupan broj. Podijelimo ukupan broj neutrona proizvedenih u fisijama sa brojem fisija u kojima su nastali, dobili bismo prosječan broj fisijskih neutrona emitiranih u jednom događaju fisije, koji bi, na osnovu prethodnog obrazloženja, takođe trebao biti striktno definisan i konstanta za svaku vrstu fisilnog nuklida. Ova fizička konstanta fisijskog nuklida je označena .

Prema podacima iz 1998. (vrijednost ove konstante se periodično ažurira na osnovu rezultata analize fizičkih eksperimenata širom svijeta) tokom fisije pod uticajem termičkih neutrona

Za uranijum-235 5 = 2.416,

Za plutonijum-239 9 = 2.862,

Za plutonijum-241 1 = 2,938, itd.

Posljednja napomena je korisna: vrijednost konstante  zavisi značajno od veličine kinetičke energije neutrona koji izazivaju fisiju i, kako se potonja povećava, raste približno u direktnoj proporciji sa E.

Za dva najvažnija fisijska nuklida, približne zavisnosti (E) su opisane empirijskim izrazima:

Za uranijum-235 5 (E) = 2.416 + 0.1337 E;

Za plutonijum-239 9 (E) = 2.862 + 0.1357 E.

*) Energija neutrona E je zamijenjena u [MeV].

Dakle, vrijednost konstante , izračunata pomoću ovih empirijskih formula, pri različitim energijama neutrona može dostići sljedeće vrijednosti:

Dakle, prva karakteristika fisijskih neutrona koji se emituju tokom fisije specifičnih fisionih nuklida je inherentna prosječan broj fisijskih neutrona proizvedenih u događaju fisije.

Činjenica je da za sve fisijske nuklide > 1, stvara preduslov za izvodljivost lanac reakcija fisije neutrona. Jasno je da se to implementira samoodrživa lančana reakcija fisije potrebno je stvoriti uslove za to jedan od  neutrona dobijenih u činu fisije definitivno pozvan sljedeća podjela drugog jezgra, i odmor (- 1) neutroni nekako isključeni iz procesa nuklearne fisije. U suprotnom, intenzitet podjela će se vremenom povećavati poput lavine (što se dešava u atomska bomba).

Pošto je sada poznato da je vrijednost konstante raste sa povećanjem energije neutrona koji izazivaju fisiju, postavlja se logično pitanje: s kojom kinetičkom energijom rođen fisijskih neutrona?

Odgovor na ovo pitanje daje druga karakteristika fisijskih neutrona, tzv energetski spektar fisijskih neutrona i predstavlja funkciju distribucije fisijskih neutrona preko njihove kinetičke energije.

Ako se u jedinici (1 cm3) pojavi zapremina medija u nekom razmatranom trenutku n onda fisioni neutroni svih mogućih energija normalizovani energetski spektar je funkcija količine energije E, čija vrijednost pri bilo kojoj određenoj vrijednosti E pokazuje koji dio (proporcija) svih ovih neutrona su neutroni sa energijama elementarnog intervala dE blizu energije E. Drugim riječima, govorimo o izrazu

Distribucija energije fisijskih neutrona opisana je prilično precizno Watt-ova spektralna funkcija(Watt):

n(E) = 0.4839
, (2.2.2)

grafička ilustracija je slika 2.8. na sledećoj stranici.

Wattov spektar pokazuje da, iako se fisijski neutroni proizvode s vrlo različitim energijama, koje se nalaze u vrlo širokom rasponu, većina neutrona ima početnu energiju,jednak E nv = 0,7104 MeV, što odgovara maksimumu Wattove spektralne funkcije. U smislu, ova vrijednost je najvjerovatnija energija fisionih neutrona.

Druga veličina koja karakteriše energetski spektar fisijskih neutrona je prosječna energija fisionih neutrona , odnosno količina energije koju bi imao svaki fisijski neutron kada bi ukupna stvarna energija svih fisijskih neutrona bila jednako podijeljena između njih:

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

Zamjena izraza (2.2.2) u (2.2.3) daje vrijednost prosječne energije fisionih neutrona

E sri = 2,0 MeV

A to znači to skoro sve rađaju se fisioni neutroni brzo(odnosno sa energijama E > 0.1 MeV). Ali se proizvodi nekoliko brzih neutrona s relativno visokom kinetičkom energijom (manje od 1%), iako se pojavljuje primjetan broj fisijskih neutrona s energijama do 18 - 20 MeV.

0 1 2 3 4 5 E, MeV

Sl.2.8. Energetski spektar fisijskih neutrona je Watt spektar.

Spektri fisijskih neutrona za različite fisijske nuklide razlikuju se jedni od drugih blago. Recimo, za nuklide 235 U i 239 Pu koje nas prvenstveno zanimaju vrijednosti prosječne energije fisijskih neutrona (korigirane na osnovu rezultata fizičkih eksperimenata):

E av = 1,935 MeV - za 235 U i E av = 2,00 MeV - za 239 Pu

Vrijednost prosječne energije spektra fisionih neutrona raste sa povećanjem energije neutrona koji izazivaju fisiju, ali to povećanje je beznačajno(barem u rasponu od 10 - 12 MeV). To nam omogućava da ga zanemarimo i približno izračunamo energetski spektar fisijskih neutrona uniformna za razna nuklearna goriva i za različite spektre (brze, srednje i termalne) reaktore.

Za uranijum-238, uprkos graničnoj prirodi njegove fisije, spektar fisijskih neutrona se takođe praktično poklapa sa izrazom(2.2.2) i zavisnost prosječnog broja fisionih neutrona 8 iz energije neutrona koji izazivaju fisiju - takođe praktično linearno pri energijama iznad praga ( E P = 1.1 MeV):

8 (E) = 2.409 + 0.1389E. (2.2.4)

2.2.3. Radioaktivnost fisijskih fragmenata. Već je rečeno da je identificirano oko 600 tipova fisionih fragmenata koji se razlikuju po masi i naboju protona, te da je praktično Sve oni su rođenivrlo uzbuđen .

Stvar se dodatno komplikuje činjenicom da nose značajno uzbuđenje i poslije emisija fisijskih neutrona. Stoga, u prirodnoj želji za stabilnošću, oni nastavljaju da „izbacuju“ višak energije iznad nivoa osnovnog stanja sve dok se ovaj nivo ne postigne.

Ovo pražnjenje se vrši uzastopnom emisijom fragmenata svih vrsta radioaktivnog zračenja (alfa, beta i gama zračenja), a za različite fragmente dolazi do različitih vrsta radioaktivnog raspada u različitim sekvencama i (zbog razlika u vrijednostima konstanti raspada ) rastegnuti su u različitim stepenima u vremenu.

Dakle, u operativnom nuklearnom reaktoru, ne samo proces štednja radioaktivnih fragmenata, ali i proces njihovog kontinuiranog transformacija: poznat je veliki broj lancima uzastopne transformacije, koje u konačnici dovode do formiranja stabilnih jezgara, ali svi ti procesi zahtijevaju različita vremena, za neke lance - vrlo kratke, a za druge - prilično duge.

Stoga, radioaktivno zračenje ne samo da prati reakciju fisije u radi reaktora, ali ih također emituje gorivo dugo vremena nakon što se isključi.

Ovaj faktor, prvo, stvara posebnu vrstu fizičke opasnosti - opasnost izloženost osoblja, servisiranje reaktorske instalacije, ukratko nazvano opasnost od zračenja. Ovo prisiljava dizajnere reaktorskih postrojenja da obezbijede svoje okruženje. biološka zaštita, smjestiti u prostorije izolovane od okoline i preduzeti niz drugih mjera kako bi se otklonila mogućnost opasnog izlaganja ljudi i radioaktivne kontaminacije okoline.

Drugo, nakon gašenja reaktora, sve vrste radioaktivnog zračenja, iako opadajućeg intenziteta, nastavljaju da stupaju u interakciju sa materijalima jezgra i, kao i sami fisijski fragmenti u početnom periodu svog slobodnog postojanja, prenose svoju kinetičku energiju na atomi srednjeg jezgra, povećavajući njihovu prosječnu kinetičku energiju. To je u reaktoru nakon njegovog gašenja toplota raspadanja .

Lako je shvatiti da je snaga oslobađanja preostale toplote u reaktoru u trenutku gašenja direktno proporcionalna broju fragmenata akumuliranih tokom rada reaktora u tom trenutku, a brzina njenog opadanja se naknadno određuje prema poluživota ovih fragmenata. Iz rečenog slijedi drugo negativan faktor zbog radioaktivnosti fisijskih fragmenata - nužnostdugoročnohlađenje jezgra reaktora nakon gašenja kako bi se uklonila zaostala toplina, a to je povezano sa značajnom potrošnjom električne energije i vijekom trajanja motora cirkulacijske opreme.

Dakle, formiranje radioaktivnih fragmenata tokom fisije u reaktoru je uglavnom fenomen negativan, ali... svaki oblak ima srebrnu postavu!

Vidi se i radioaktivne transformacije fisionih fragmenata pozitivno aspekt da nuklearni reaktori doslovno duguju svoje postojanje . Činjenica je da od velikog broja fisijskih fragmenata postoji oko 60 tipova koji nakon prvog -raspada postaju neutroaktivan , sposoban da emituje tzv zaostajanje neutroni. Relativno malo odloženih neutrona se emituje u reaktoru (otprilike 0,6% od ukupnog broja generisanih neutrona), ali je zahvaljujući njihovom postojanju moguće sigurno upravljanje nuklearni reaktor; U to ćemo se uvjeriti proučavajući kinetiku nuklearnog reaktora.

2.2.4. Oslobađanje energije tokom fisije. Reakcija nuklearne fisije u fizici je jedna od jasnih potvrda hipoteze A. Einsteina o odnosu mase i energije, koja se u odnosu na nuklearnu fisiju formulira na sljedeći način:

Količina energije koja se oslobađa prilikom nuklearne fisije direktno je proporcionalna veličini defekta mase, a koeficijent proporcionalnosti u ovom odnosu je kvadrat brzine svjetlosti:

E= ms 2

Tijekom nuklearne fisije, višak (defekt) mase definira se kao razlika u zbroju masa mirovanja početnih proizvoda reakcije fisije (tj. jezgra i neutrona) i rezultirajućih proizvoda nuklearne fisije (fisijskih fragmenata, fisije neutroni i druge mikročestice koje se emituju kako tokom procesa fisije tako i nakon njega).

Spektroskopska analiza omogućila je određivanje većine fisionih produkata i njihovih specifičnih prinosa. Na osnovu toga pokazalo se da nije tako teško izračunati privatni veličina defekta mase za različite rezultate fisije jezgri uranijuma-235, i iz njih - izračunati prosječna količina energije koja se oslobađa u jednoj fisiji, za koju se pokazalo da je blizu

mc 2 = 200 MeV

Dovoljno je uporediti ovu vrijednost sa energijom koja se oslobađa u činu jednog od najendotermnijih hemijski reakcije - reakcije oksidacije raketnog goriva (vrijednost manja od 10 eV) - da se shvati da na nivou mikroskopskih objekata (atoma, jezgra) 200 MeV - veoma visoka energija: najmanje je osam redova veličine (100 miliona puta) veća od energije dobijene hemijskim reakcijama.

Energija fisije se raspršuje iz zapremine u kojoj je došlo do nuklearne fisije kroz različite materijale nosioci: fisioni fragmenti, fisioni neutroni, - i -čestice, -kvani, pa čak i neutrini i antineutrini.

Raspodjela energije fisije između materijalnih nosača tokom fisije jezgri 235 U i 239 Pu data je u tabeli 2.1.

Tabela 2.1. Raspodjela energije fisije jezgara uranijuma-235 i plutonijuma-239 između fisionih produkata.

Nosioci energije fisije

Plutonijum-239

1. Kinetička energija fisijskih fragmenata

2. Kinetička energija fisijskih neutrona

3. Energija trenutnih gama kvanata

4. Energija -kvanta iz fisijskih proizvoda

5. Kinetička energija -zračenja fragmenata

6. Antineutrinska energija

Različite komponente energije fisije se pretvaraju u toplotu ne u isto vreme.

Prve tri komponente prelaze u toplotu za vrijeme kraće od 0,1 s (računajući od trenutka dijeljenja), pa se stoga nazivaju trenutni izvori oslobađanja toplote.

- i -zračenje iz fisijskih produkata emituju pobuđeni fragmenti sa najrazličitiji poluživot(od nekoliko djelića sekunde do nekoliko desetina dana, ako uzmemo u obzir samo fragmente s primetan specifičan prinos), a samim tim i gore pomenuti proces toplota raspadanja, koji je upravo uzrokovan radioaktivnim emisijama iz fisijskih produkata, može trajati desetinama dana nakon gašenja reaktora.

*) Prema vrlo grubim procjenama, snaga oslobađanja preostale topline u reaktoru nakon njegovog gašenja opada u prvoj minuti - za 30-35%; nakon prvog sata gašenja reaktora iznosi približno 30% snage na kojoj je reaktor radio prije gašenja, a nakon prvog dana parkiranja - otprilike 25 posto. Jasno je da zaustavljanje prinudnog hlađenja reaktora u takvim uslovima ne dolazi u obzir, jer Čak i kratkotrajni prekid cirkulacije rashladne tekućine u jezgri je prepun opasnosti od termičkog uništenja gorivnih elemenata. Tek nakon višednevnog prinudnog hlađenja reaktora, kada se snaga oslobađanja zaostale toplote svede na nivo rashladnog sredstva uklonjenog prirodnom konvekcijom, mogu se zaustaviti cirkulacijska sredstva primarnog kruga.

Drugo praktično pitanje za inženjera: gdje se i koji dio energije fisije pretvara u toplinu u reaktoru? - budući da je to zbog potrebe organiziranja uravnoteženog odvođenja topline iz njegovih različitih unutrašnjih dijelova, dizajniranih u različitim tehnološkim izvedbama.

Sastav goriva, koji sadrži fisijske nuklide, nalazi se u zatvorenim školjkama koje sprečavaju oslobađanje formiranih fragmenata iz sastava goriva gorivnih elemenata (gorivih elemenata) u rashladno sredstvo koje ih hladi. A, ako fisijski fragmenti u radnom reaktoru ne napuste gorivne elemente, jasno je da se kinetičke energije fragmenata i slabo prodornih -čestica pretvaraju u toplinu unutar gorivih šipki.

Energije fisijskih neutrona i -zračenja pretvaraju se u toplinu samo unutar gorivnih elemenata djelomično: stvara prodornu sposobnost neutrona i -zračenja entrainment većinu njihove početne kinetičke energije iz mjesta rođenja.

Poznavanje tačne vrijednosti energije fisije i njenog udjela u rezultirajućoj toplini unutar gorivnih elemenata je od velike praktične važnosti, omogućavajući izračunavanje još jedne praktično važne karakteristike tzv. specifično volumetrijsko oslobađanje topline u gorivu gorivih šipki (q v).

Na primjer, ako je poznato da u 1 cm 3 sastava goriva gorivnog elementa, za 1 s R f fisije jezgri uranijuma-235, onda je očigledno: količina toplotne energije koja se svake sekunde generira u ovoj jediničnoj zapremini (= toplotna snaga 1 cm 3 goriva) je specifično volumetrijsko oslobađanje toplote (ili energetski intenzitet) gorivo, a ova vrijednost će biti jednaka:

q v = 0.9 . E . R f (2.2.5)

Udio energije fisije primljene u obliku topline izvan gorivnih elemenata u jezgri reaktora ovisi o njegovoj vrsti i dizajnu i nalazi se unutar (6  9)% ukupne energije fisije. (Na primjer, za VVER-1000 ova vrijednost je približno 8,3%, a za RBMK-1000 oko 7%).

Dakle, udio ukupnog oslobađanja topline u zapremini jezgra ukupne energije fisije iznosi 0,96  0,99, tj. sa tehničkom preciznošću poklapa se sa ukupnom energijom fisije.

Otuda još jedna tehnička karakteristika jezgre reaktora:

- prosječni energetski intenzitet jezgra(q v) az - toplotna snaga primljena po jedinici zapremine jezgra:

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

Pošto je energija 1 MeV u SI sistemu odgovara 1,602. 10 -13 J, zatim vrijednost energetskog intenziteta jezgre reaktora:

(q v) az  3.204 . 10 -11 R f .

Dakle, ako je poznata vrijednost prosječnog energetskog intenziteta nad zapreminom jezgra, onda toplotna snaga reaktora očigledno će biti:

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

Toplotna snaga reaktora je direktno proporcionalna prosječna brzina

fisione reakcije u svojoj srži.

Praktična posledica : Da li želite da reaktor radi na?konstantan nivo snage? - Stvorite u njemu takve uslove da dođe do reakcije fisije u njegovoj aktivnoj zoni sa konstantnom prosječnom brzinom tokom vremena. Trebate li povećati (smanjiti) snagu reaktora? - Pronađite načine za povećanje (ili smanjenje) brzine reakcije u skladu s tim de leniya. Ovo je primarno značenje kontrole snage nuklearnog reaktora.

Razmatrani odnosi i zaključci izgledaju očigledni samo u najjednostavnijem slučaju, kada je komponenta goriva u reaktoru jedan uranijum-235. Međutim, ponavljajući obrazloženje za reaktor sa višekomponentni sastav goriva, lako je provjeriti proporcionalnost prosječne brzine reakcije fisije i toplinske snage reaktora u najopštijem slučaju.

Dakle, toplotna snaga reaktora i distribucija toplote u njenom jezgru su direktno proporcionalne raspodjeli brzine reakcije fisije na zapreminu sastava goriva u jezgri reaktora.

Ali iz onoga što je rečeno takođe je jasno da je stopa reakcije fisije mora biti u vezi sa brojem slobodnih neutrona u okruženju jezgra, jer upravo oni (slobodni neutroni) izazivaju reakcije fisije, radijacijskog hvatanja, raspršenja i druge neutronske reakcije. Drugim riječima, brzina reakcije fisije, oslobađanje energije u jezgri i toplinska snaga reaktora moraju biti jasno povezani sa karakteristike neutronskog polja u svom obimu.

Nakon što je sprovedena nekontrolisana lančana reakcija, koja je omogućila dobijanje gigantske količine energije, naučnici su postavili zadatak sprovođenja kontrolisane lančane reakcije. Suština kontrolirane lančane reakcije leži u sposobnosti kontrole neutrona. Ovaj princip se uspješno primjenjuje u nuklearnim elektranama (NPP).

Energija fisije jezgri urana koristi se u nuklearnim elektranama (NPP). Proces fisije uranijuma je veoma opasan. Stoga su nuklearni reaktori okruženi gustim zaštitnim omotačima. Uobičajeni tip reaktora je voda pod pritiskom.

Rashladno sredstvo je voda. Hladna voda ulazi u reaktor pod veoma visokim pritiskom, što sprečava njegovo ključanje.

Hladna voda koja prolazi kroz jezgro reaktora djeluje i kao moderator – usporava brze neutrone tako da oni udaraju u jezgra uranijuma i izazivaju lančanu reakciju.

Nuklearno gorivo (uranijum) nalazi se u jezgru u obliku šipki gorivnog sklopa. Gorivne šipke u sklopu se izmjenjuju s kontrolnim šipkama, koje reguliraju brzinu nuklearne fisije apsorbirajući brze neutrone.

Fisija oslobađa veliku količinu toplote. Zagrijana voda napušta jezgro pod pritiskom sa temperaturom od 300°C i ulazi u elektranu u kojoj se nalaze generatori i turbine.

Vruća voda iz reaktora zagrijava vodu sekundarnog kruga do ključanja. Para se usmjerava na lopatice turbine i rotira ih. Rotirajuća osovina prenosi energiju na generator. U generatoru se mehanička energija rotacije pretvara u električnu energiju. Para se hladi i voda se vraća nazad u reaktor.

Kao rezultat ovih složenih procesa, nuklearna elektrana proizvodi električnu struju.

Kao što možete vidjeti, fisijski izotop se nalazi u gorivim šipkama smještenim u jezgri reaktora, formirajući kritičnu masu. Nuklearna reakcija se kontrolira pomoću kontrolnih šipki od bora ili kadmija. Kontrolne šipke, poput gorivih šipki, nalaze se u jezgri reaktora i, poput sunđera koji upija vodu, djeluju na neutrone, apsorbirajući ih. Operator NPP podešavanjem broja kontrolnih šipki u jezgri reaktora kontroliše brzinu nuklearnog procesa: usporava ga spuštanjem kontrolnih šipki u jezgru reaktora; ili ga ubrzava podizanjem štapova.

Čini se da je sve divno - nuklearna energija je nepresušni visokotehnološki izvor električne energije i to je budućnost. Tako su ljudi mislili do 26. avgusta 1986. godine. Nesreća na četvrtom bloku nuklearne elektrane u Černobilu sve je preokrenula - ispostavilo se da "mirni" atom nije bio tako miran ako se prema njemu postupa s prezirom.

O tome je napisano dosta materijala. Ovdje će biti data kvintesencija (kondenzirana suština) katastrofe.

Glavni uzroci nesreće 4. bloka nuklearne elektrane Černobil:

  1. Nedovoljno osmišljen program za tehnološki eksperiment o habanju turbogeneratora;
  2. Pogrešne procene programera nuklearnog reaktora RBMK, pri čemu je značajnu ulogu odigrao nedostatak operativnih informacija u kontrolnom sistemu o rezervi reaktivnosti u jezgri;
  3. “Slobode” osoblja nuklearne elektrane koje je izvršilo eksperiment i dozvolilo odstupanja od propisa za izvođenje radova.

Sve ovo zajedno dovelo je do katastrofe. Među stručnjacima koji istražuju događaje u Černobilu, postojala je nešto poput ove formule: "operateri su uspjeli da dignu jedinicu u zrak, a reaktor im je to dozvolio". Dio krivice za Černobil leži na gotovo svima - i na fizičarima koji izvode proračune koristeći pojednostavljene modele, i na instalaterima koji neoprezno zavaruju šavove, i na operaterima koji sebi dozvoljavaju da ignoriraju radne propise.

Anatomija černobilske nesreće ukratko

1. Snaga reaktora je dozvoljena da se smanji na vrlo malu vrijednost (približno 1% nominalne vrijednosti). To je “loše” za reaktor, jer upada u “jodnu jamu” i počinje trovanje reaktora ksenonom. Prema „normalnom“ pristupu, reaktor je bilo potrebno ugasiti, ali u ovom slučaju ne bi se izvršio eksperiment gašenja turbine, sa svim administrativnim posljedicama koje su iz toga proizašle. Kao rezultat toga, osoblje Černobilske nuklearne elektrane odlučilo je povećati snagu reaktora i nastaviti eksperiment.

2. Iz gornjeg materijala jasno je da operater nuklearne elektrane može kontrolirati brzinu nuklearne reakcije (snagu reaktora) pomicanjem upravljačkih šipki u jezgro reaktora. Da bi se povećala snaga reaktora (za završetak eksperimenta), gotovo sve kontrolne šipke su uklonjene iz jezgre reaktora.

Da bi bilo jasnije čitaocu koji nije upoznat sa "nuklearnim suptilnostima", možemo dati sljedeću analogiju s opterećenjem okačenim na oprugu:

  • Opterećenje (ili bolje rečeno njegova pozicija) je snaga reaktora;
  • Opruga je sredstvo za kontrolu opterećenja (snage reaktora).
  • U normalnom položaju, opterećenje i opruga su u ravnoteži - opterećenje je na određenoj visini, a opruga je rastegnuta za određenu količinu.
  • Kada je struja reaktora nestala („jodna jama“), opterećenje se spustilo na tlo (i krenulo vrlo snažno).
  • Da bi „izvukao“ reaktor, operater je „izvukao oprugu“ (izvukao kontrolne šipke; ali je bilo potrebno učiniti upravo suprotno – ubaciti sve šipke i ugasiti reaktor, odnosno otpustiti oprugu tako da teret pada na tlo). Ali sistem opruga za opterećenje ima određenu inerciju, i neko vrijeme nakon što je operater počeo da povlači oprugu prema gore, teret se i dalje kreće prema dolje. A operater nastavlja da se povlači.
  • Konačno, opterećenje doseže najnižu tačku, a pod utjecajem (već pristojnih) opružnih sila počinje se kretati prema gore - snaga reaktora počinje naglo rasti. Teret sve brže leti prema gore (nekontrolirana lančana reakcija s oslobađanjem ogromne količine topline), a operater više ne može učiniti ništa da ugasi inerciju uzlaznog kretanja tereta. Kao rezultat toga, opterećenje udara operatera u čelo.

Da, operateri nuklearne elektrane u Černobilu, koji su dozvolili da agregat eksplodira, platili su najveću cijenu za svoju grešku - svoje živote.

Zašto je osoblje Černobilske nuklearne elektrane postupilo na ovaj način? Jedan od razloga je i činjenica da sistem upravljanja nuklearnim reaktorom nije davao operateru operativne informacije o opasnim procesima koji se dešavaju u reaktoru.

Ovako A.S. Dyatlov započinje svoju knjigu "Černobil. Kako se to dogodilo":

Dana 26. aprila 1986. godine, u jedan sat, dvadeset tri minuta i četrdeset sekundi, šef smjene bloka 4 Černobilske nuklearne elektrane Aleksandar Akimov naredio je da se reaktor zatvori po završetku izvedenih radova. prije isključivanja agregata radi planiranih popravki. Komanda je izdata u mirnom radnom okruženju, centralizovani sistem upravljanja ne bilježi ni jedan signal opasnosti ili upozorenja o odstupanjima u parametrima reaktora ili servisnih sistema. Operater reaktora Leonid Toptunov skinuo je poklopac sa dugmeta AZ, koji štiti od slučajnog pogrešnog pritiskanja, i pritisnuo dugme. Na ovaj signal, 187 kontrolnih šipki reaktora počelo se spuštati u jezgro. Svjetla pozadinskog osvjetljenja na mnemotehničkoj ploči su se upalila, a strelice indikatora položaja štapa počele su se pomicati. Aleksandar Akimov, koji je stajao napola okrenut prema kontrolnoj tabli reaktora, primetio je to, takođe je video da su „zečići“ indikatora neravnoteže AR „poleteli ulevo“ (njegov izraz lica), kako bi trebalo da bude, što je značilo smanjenje snage reaktora, okrenut ka sigurnosnoj ploči, iza koje sam promatrao u eksperimentu.
Ali onda se dogodilo nešto što ni najluđa mašta nije mogla predvidjeti. Nakon blagog smanjenja, snaga reaktora je naglo počela da raste sve većom brzinom i pojavili su se alarmni signali. L. Toptunov je vikao o hitnom povećanju snage. Ali nije mogao ništa da uradi. Sve što je mogao učiniti je držati pritisnuto AZ dugme, kontrolne šipke su otišle u aktivnu zonu. On nema drugih sredstava na raspolaganju. I svi ostali također. A. Akimov je oštro povikao: "Ugasite reaktor!" Skočio je do kontrolne ploče i isključio elektromagnetna kvačila pogona upravljačke šipke. Akcija je ispravna, ali beskorisna. Uostalom, CPS logika, odnosno svi njeni elementi logičkih kola, radili su ispravno, štapovi su otišli u zonu. Sada je jasno - nakon pritiska na dugme AZ nije bilo ispravnih radnji, nije bilo sredstava za spas. Druga logika nije uspjela!
Uslijedile su dvije snažne eksplozije u kratkom intervalu. AZ štapovi su prestali da se kreću a da nisu prošli ni pola puta. Nisu imali kuda više da odu.
U jednom satu, dvadeset tri minuta i četrdeset sedam sekundi, reaktor je uništen pojačanjem snage uz pomoć brzih neutrona. Ovo je kolaps, konačna katastrofa koja se može dogoditi u energetskom reaktoru. Nisu to shvatili, nisu se za to pripremili, nisu predviđene tehničke mjere za lokalizaciju u bloku i stanici...

Odnosno, nekoliko sekundi prije katastrofe, osoblje nije ni slutilo opasnost koja se približava! Kraj cijele ove apsurdne situacije bio je pritisak na dugme za hitne slučajeve, nakon čega je došlo do eksplozije - juriš se u autu i ispred prepreke pritisneš kočnicu, ali auto još više ubrzava i zabija se u prepreku. Iskreno govoreći, treba reći da pritisak na dugme za hitne slučajeve nije mogao ni na koji način uticati na situaciju – samo je za nekoliko trenutaka ubrzao neizbežnu eksploziju reaktora, ali činjenica ostaje – hitna zaštita je digla u vazduh reaktor !

Uticaj radijacije na ljude

Zašto su nuklearne katastrofe koje je stvorio čovjek (da ne spominjemo nuklearno oružje) tako opasne?

Osim oslobađanja kolosalnih količina energije, što dovodi do velikih razaranja, nuklearne reakcije su praćene zračenjem i, kao posljedicom, radijacijskom kontaminacijom područja.

Zašto je zračenje toliko štetno za živi organizam? Da nije nanijela takvu štetu svim živim bićima, onda bi svi davno zaboravili na nesreću u Černobilju, a atomske bombe bi se bacale lijevo i desno.

Zračenje uništava ćelije živog organizma na dva načina:

  1. zbog zagrijavanja (opekotine od zračenja);
  2. zbog jonizacije ćelija (radijaciona bolest).

Radioaktivne čestice i samo zračenje imaju visoku kinetičku energiju. Zračenje stvara toplotu. Ova toplota, slična opekotinama od sunca, izaziva opekotine zračenja, uništavajući tjelesno tkivo.

Šematski dijagram nuklearnog reaktora koji koristi termičke (spore) neutrone prikazan je na slici 5.1, ovdje 1 - kontrolne šipke, 2 - biološka zaštita, 3 - termička zaštita, 4 - moderator, 5 - nuklearno gorivo (gorivi štapovi).

Kada neutron udari u jezgro izotopa uranijuma 235, ono se dijeli na dva dijela i emituje se nekoliko (2,5-3) novih sekundarnih neutrona. Da bi se lančana reakcija održala u nuklearnom reaktoru, neophodno je da masa nuklearnog goriva u jezgri reaktora ne bude manja od kritične. Reaktor mora sadržavati ovu količinu 235 U tako da, u prosjeku, barem jedan od rezultirajućih neutrona u svakom događaju fisije može uzrokovati sljedeći događaj fisije prije nego što napusti jezgro reaktora.

Slika 5.1. Šematski dijagram nuklearnog reaktora na termalnim neutronima

Ako se broj neutrona održava konstantnim, tada će reakcija fisije imati stacionarni karakter. Što je veći stabilni nivo broja postojećih neutrona, to je veća snaga reaktora. Snaga od 1 MW odgovara lančanoj reakciji u kojoj se 3 10 16 podjela događa u 1 sekundi.

Ako se broj neutrona poveća, doći će do toplinske eksplozije; ako se smanji, reakcija će prestati. Brzina reakcije je kontrolirana koristeći kontrolne šipke 1.

Sadašnje stanje nuklearnog reaktora može se okarakterisati kao efikasno faktor umnožavanja neutrona ili reaktivnost, koji su međusobno povezani odnosom:

Sljedeće vrijednosti su tipične za ove količine:

· - lančana reakcija se vremenom povećava, reaktor je u superkritičnom stanju, njegova reaktivnost;

· , - broj nuklearnih fisija je konstantan, reaktor je u stabilnom kritičnom stanju.

Nuklearni reaktor može raditi na datoj snazi ​​dugo vremena samo ako ima rezervu reaktivnosti na početku rada. U toku rada nuklearnog reaktora, zbog nakupljanja fisijskih fragmenata u gorivu, mijenja se njegov izotopski i kemijski sastav, a nastaju transuranski elementi, uglavnom Pu. Procesi koji se odvijaju u reaktoru smanjuju mogućnost lančane reakcije fisije atomskih jezgara.

Za održavanje i implementaciju lančane reakcije, potrebno je ograničiti apsorpciju neutrona od strane materijala koji okružuju jezgro reaktora. To se postiže upotrebom materijala (za biološku 2 i termičku 3 zaštitu) koji barem djelomično (idealno 50%) reflektiraju neutrone, tj. nije ih apsorbovao. Od posebnog značaja je izbor rashladne tečnosti koja se koristi za prenos toplote od jezgra do turbine.

Neutroni nastali kao rezultat fisije mogu biti brzi (velika brzina) ili spori (toplotni). Vjerovatnoća hvatanja sporog neutrona jezgrom 235 U a njegovo naknadno cijepanje je veće nego kod brzog neutrona. Stoga su gorivne šipke 5 okružene posebnim moderatorima 4, koji usporavaju neutrone, slabo ih apsorbirajući. Kako bi se smanjilo curenje neutrona iz reaktora, on je opremljen reflektorom. Najčešće korišteni moderatori i reflektori su grafitni, teški ( D2O), obična voda itd.

Broj stacionarnih postojećih neutrona određuje broj formiranih fragmenata nuklearne fisije, koji odlete u različitim smjerovima ogromnom brzinom. Kočenje fragmenata dovodi do zagrijavanja goriva i zidova gorivih šipki. Da bi se uklonila ova toplota, reaktor se napaja rashladna tečnost, čije je zagrijavanje svrha reaktora. Često ista tvar, na primjer obična voda, obavlja funkcije rashladna tečnost, moderator i reflektor. Voda se u reaktor dovodi pomoću glavne cirkulacione pumpe(MCP).

Podijeli:

Slični članci