"békés" atom. Az atomreaktor működési elve Új anyag magyarázata

Vissza előre

Figyelem! A dia-előnézetek csak tájékoztató jellegűek, és nem feltétlenül képviselik a prezentáció összes jellemzőjét. Ha érdekli ez a munka, töltse le a teljes verziót.

Az óra céljai:

• Nevelési: a meglévő ismeretek frissítése; a fogalmak kialakításának folytatása: uránmagok hasadása, magláncreakció, előfordulásának feltételei, kritikus tömeg; új fogalmak bevezetése: atomreaktor, az atomreaktor fő elemei, az atomreaktor felépítése és működési elve, a nukleáris reakció irányítása, az atomreaktorok osztályozása és felhasználása;
• Nevelési: továbbra is fejleszteni kell a megfigyelési és következtetési készségeket, valamint fejleszteni kell a tanulók értelmi képességeit és kíváncsiságát;
• Nevelési: folytassa a fizikához mint kísérleti tudományhoz való hozzáállás kialakítását; a munkához való lelkiismeretes hozzáállást, a fegyelmet és a tudáshoz való pozitív hozzáállást ápolják.

Az óra típusa:új anyagok tanulása.

Felszerelés: multimédiás telepítés.

Az órák alatt

1. Szervezeti mozzanat.

Srácok! A mai órán átismételjük az urán atommagok hasadását, a nukleáris láncreakciót, előfordulásának feltételeit, kritikus tömegét, megtanuljuk, mi az atomreaktor, az atomreaktor fő elemei, az atomreaktor felépítése és működési elve, a nukleáris reakció szabályozása, az atomreaktorok osztályozása és felhasználása.

2. A tanult anyag ellenőrzése.

1. Az urán atommagok hasadási mechanizmusa.
2. Meséljen nekünk a nukleáris láncreakció mechanizmusáról!
3. Mondjon példát egy uránmag maghasadási reakciójára!
4. Mit nevezünk kritikus tömegnek?
5. Hogyan megy végbe láncreakció az uránban, ha tömege kisebb a kritikusnál vagy nagyobb a kritikusnál?
6. Mekkora az urán 295 kritikus tömege Lehetséges-e csökkenteni a kritikus tömeget?
7. Milyen módokon változtathatja meg a nukleáris láncreakció lefolyását?
8. Mi a célja a gyors neutronok lassításának?
9. Milyen anyagokat használnak moderátorként?
10. Milyen tényezők hatására növelhető egy darab uránban a szabad neutronok száma, biztosítva ezzel a benne reakció bekövetkezésének lehetőségét?

3. Új anyag magyarázata.

Srácok, válaszoljatok erre a kérdésre: Mi a fő része egy atomerőműnek? ( nukleáris reaktor)

Szép munka. Szóval, srácok, most nézzük meg ezt a kérdést részletesebben.

Történelmi hivatkozás.

Igor Vasziljevics Kurcsatov kiváló szovjet fizikus, akadémikus, az Atomenergia Intézet alapítója és első igazgatója 1943-tól 1960-ig, a Szovjetunió atomproblémájának tudományos főigazgatója, az atomenergia békés célú felhasználásának egyik megalapozója. . A Szovjetunió Tudományos Akadémia akadémikusa (1943). Az első szovjet atombombát 1949-ben tesztelték. Négy évvel később sikeresen tesztelték a világ első hidrogénbombáját. És 1949-ben Igor Vasziljevics Kurchatov elkezdett dolgozni egy atomerőmű-projekten. Az atomerőmű az atomenergia békés felhasználásának hírnöke. A projekt sikeresen lezárult: 1954. július 27-én atomerőművünk a világon az első lett! Kurcsatov örült és szórakozott, mint egy gyerek!

Az atomreaktor definíciója.

Az atomreaktor olyan berendezés, amelyben bizonyos nehéz atommagok hasadásának szabályozott láncreakcióját hajtják végre és tartják fenn.

Az első atomreaktor 1942-ben épült meg az USA-ban E. Fermi vezetésével. Hazánkban az első reaktor 1946-ban épült I. V. Kurchatov vezetésével.

Az atomreaktor fő elemei a következők:

• nukleáris üzemanyag (urán 235, urán 238, plutónium 239);
• neutron moderátor (nehézvíz, grafit stb.);
• hűtőfolyadék a reaktor működése során keletkező energia eltávolítására (víz, folyékony nátrium stb.);
• Vezérlőrudak (bór, kadmium) - erősen elnyelő neutronok
• Védőhéj, amely blokkolja a sugárzást (vas töltőanyaggal ellátott beton).

Működési elve nukleáris reaktor

A nukleáris üzemanyag a magban függőleges rudak, úgynevezett fűtőelemek (fűtőelemek) formájában található. Az üzemanyagrudakat a reaktor teljesítményének szabályozására tervezték.

Az egyes tüzelőanyag-rudak tömege lényegesen kisebb a kritikus tömegnél, így láncreakció nem léphet fel egy rúdban. Azután kezdődik, hogy az összes uránrudat a magba mártották.

A magot egy neutronokat visszaverő anyagréteg (reflektor) és egy beton védőburkolat veszi körül, amely megfogja a neutronokat és más részecskéket.

Hőelvezetés az üzemanyagcellákból. A hűtőfolyadék, a víz, átmossa a 300 °C-ra melegített rudat nagy nyomáson, és belép a hőcserélőkbe.

A hőcserélő szerepe az, hogy a 300°C-ra melegített víz hőt ad le a közönséges víznek, és gőzzé alakul.

Nukleáris reakció szabályozása

A reaktor szabályozása kadmiumot vagy bórt tartalmazó rudak segítségével történik. Amikor a rudak ki vannak húzva a reaktormagból, K > 1, és teljesen visszahúzva - K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Lassú neutron reaktor.

Az urán-235 atommagok leghatékonyabb hasadása lassú neutronok hatására megy végbe. Az ilyen reaktorokat lassú neutronos reaktoroknak nevezzük. A hasadási reakció során keletkező másodlagos neutronok gyorsak. Annak érdekében, hogy a láncreakcióban az urán-235 atommagokkal való későbbi kölcsönhatásuk a leghatékonyabb legyen, lelassítják őket egy moderátor bevezetésével a magba - egy anyag, amely csökkenti a neutronok kinetikus energiáját.

Gyors neutron reaktor.

A gyorsneutronos reaktorok nem működhetnek természetes uránnal. A reakció csak legalább 15% uránizotópot tartalmazó dúsított keverékben tartható fenn. A gyorsneutronos reaktorok előnye, hogy működésük során jelentős mennyiségű plutónium keletkezik, amely aztán nukleáris üzemanyagként hasznosítható.

Homogén és heterogén reaktorok.

Az atomreaktorokat az üzemanyag és a moderátor egymáshoz viszonyított elhelyezésétől függően homogén és heterogén reaktorokra osztják. Egy homogén reaktorban a mag egy homogén tömegű tüzelőanyag, moderátor és hűtőközeg oldat, keverék vagy olvadék formájában. Heterogénnek nevezzük azt a reaktort, amelyben blokkok vagy fűtőelem-kazetták formájában üzemanyagot helyeznek el egy moderátorba, amely szabályos geometriai rácsot képez.

Az atommagok belső energiájának átalakítása elektromos energiává.

Az atomreaktor az atomerőmű (Atomerőmű) fő eleme, amely a termikus atomenergiát elektromos energiává alakítja. Az energiaátalakítás a következő séma szerint történik:

• az urán atommagok belső energiája -
• neutronok és nukleáris töredékek kinetikus energiája -
• a víz belső energiája -
• a gőz belső energiája
• gőz kinetikus energiája -
• a turbina és a generátor forgórészének mozgási energiája -
• Elektromos energia.

Atomreaktorok használata.

Az atomreaktorok rendeltetésüktől függően lehetnek teljesítményreaktorok, átalakítók és tenyésztők, kutatási és többcélú, közlekedési és ipari reaktorok.

Az atomerőműveket atomerőművekben, hajóerőművekben, nukleáris kapcsolt hő- és erőművekben, valamint nukleáris hőszolgáltató állomásokban villamosenergia-termelésre használják.

A természetes uránból és tóriumból másodlagos nukleáris üzemanyag előállítására tervezett reaktorokat konvertereknek vagy tenyésztőknek nevezik. A konverterreaktorban a másodlagos nukleáris üzemanyag kevesebbet termel, mint amennyit eredetileg fogyasztottak.

Nemesítő reaktorban a nukleáris üzemanyag kiterjesztett szaporítását hajtják végre, azaz. többről kiderül, mint amennyit elköltöttek.

A kutatóreaktorokat a neutronok anyaggal való kölcsönhatásának folyamatainak tanulmányozására, a reaktor anyagainak viselkedésének tanulmányozására a neutron- és gamma-sugárzás intenzív tereiben, a radiokémiai és biológiai kutatásokat, az izotópok előállítását, valamint az atomreaktorok fizikájának kísérleti kutatását használják.

A reaktorok különböző teljesítményűek, álló vagy impulzus üzemmódúak. A többcélú reaktorok azok, amelyek többféle célt szolgálnak, például energiát termelnek és nukleáris üzemanyagot állítanak elő.

Környezeti katasztrófák az atomerőművekben

• 1957 – baleset Nagy-Britanniában
• 1966 – a zóna részleges megolvadása a reaktor hűtési meghibásodása után Detroit közelében.
• 1971 – sok szennyezett víz került az Egyesült Államok folyójába
• 1979 - a legnagyobb baleset az Egyesült Államokban
• 1982 – radioaktív gőz kibocsátása a légkörbe
• 1983 - szörnyű baleset Kanadában (20 percig radioaktív víz folyt ki - percenként egy tonna)
• 1986 – baleset Nagy-Britanniában
• 1986 – baleset Németországban
• 1986 – Csernobili atomerőmű
• 1988 – tűz egy atomerőműben Japánban

A modern atomerőművek PC-vel vannak felszerelve, de korábban egy baleset után is tovább működtek a reaktorok, mivel nem volt automatikus leállási rendszer.

4. Az anyag rögzítése.

1. Hogy hívják az atomreaktort?
2. Mi a nukleáris üzemanyag egy reaktorban?
3. Milyen anyag szolgál neutronmoderátorként egy atomreaktorban?
4. Mi a célja a neutronmoderátornak?
5. Mire használhatók a vezérlőrudak? Hogyan használják őket?
6. Mit használnak hűtőközegként az atomreaktorokban?
7. Miért szükséges, hogy az egyes uránrudak tömege kisebb legyen a kritikus tömegnél?

5. Teszt végrehajtása.

1. Milyen részecskék vesznek részt az uránmagok hasadásában?
   A. protonok;
   B. neutronok;
   B. elektronok;
   G. hélium magok.
2. Milyen tömegű urán kritikus?
   A. a legnagyobb, amelynél láncreakció lehetséges;
   B. bármilyen tömeg;
   B. a legkisebb, amelynél láncreakció lehetséges;
   D. a tömeg, amelynél a reakció leáll.
3. Mennyi az urán-235 hozzávetőleges kritikus tömege?
   A. 9 kg;
   B. 20 kg;
   B. 50 kg;
   G. 90 kg.
4. Az alábbi anyagok közül melyek használhatók atomreaktorokban neutronmoderátorként?
   A. grafit;
   B. kadmium;
   B. nehéz víz;
   G. bór.
5. Ahhoz, hogy egy atomerőműben nukleáris láncreakció játszódjon le, a neutronsokszorozó tényezőnek a következőnek kell lennie:
   A. egyenlő 1-gyel;
   B. több mint 1;
   V. kevesebb, mint 1.
6. A nukleáris reaktorokban a nehéz atommagok hasadási sebességét a következők szabályozzák:
   A. a neutronok abszorpciója miatt, amikor a rudakat abszorberrel leeresztik;
   B. a hőelvonás növekedése miatt a hűtőfolyadék sebességének növekedésével;
   B. a fogyasztók villamosenergia-ellátásának növelésével;
   G. a zónában lévő nukleáris üzemanyag tömegének csökkentésével a rudak üzemanyaggal történő eltávolításakor.
7. Milyen energiaátalakítások mennek végbe egy atomreaktorban?
   A. az atommagok belső energiája fényenergiává alakul;
   B. az atommagok belső energiája mechanikai energiává alakul át;
   B. az atommagok belső energiája elektromos energiává alakul;
   D. egyik válasz sem helyes.
8. 1946-ban megépült az első atomreaktor a Szovjetunióban. Ki volt ennek a projektnek a vezetője?
   A. S. Koroljev;
   B. I. Kurcsatov;
   V. D. Szaharov;
   G. A. Prohorov.
9. Melyik módszert tartja a legelfogadhatóbbnak az atomerőművek megbízhatóságának növelésére és a külső környezet szennyeződésének megelőzésére?
   A. olyan reaktorok fejlesztése, amelyek az üzemeltető akaratától függetlenül képesek automatikusan hűteni a reaktormagot;
   B. az atomerőmű-üzemeltetési műveltség, az atomerőmű-üzemeltetők szakmai felkészültségének növelése;
   B. rendkívül hatékony technológiák fejlesztése az atomerőművek leszerelésére és a radioaktív hulladékok feldolgozására;
   D. a reaktorok elhelyezkedése mélyen a föld alatt;
   D. atomerőmű építésének és üzemeltetésének megtagadása.
10. Milyen környezetszennyező források kapcsolódnak az atomerőművek működéséhez?
    A. uránipar;
    B. különféle típusú atomreaktorok;
    B. radiokémiai ipar;
    D. radioaktív hulladékok feldolgozására és elhelyezésére szolgáló helyek;
    D. radionuklidok nemzetgazdasági felhasználása;
    E. nukleáris robbanások.

Válaszok: 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. Óra összefoglalója.

Mi újat tanultál ma az órán?

Mi tetszett a leckében?

Milyen kérdései vannak?

KÖSZÖNJÜK A LECKE MUNKÁJÁT!

A nehéz atommagok hasadásának neutronmagreakciója, amint már említettük, az atomreaktorok fő és központi reakciója. Ezért már a kezdet kezdetén érdemes megismerkedni a hasadási reakció fizikai fogalmaival és jellemzőivel, amelyek így vagy úgy nyomot hagynak a legbonyolultabb műszaki komplexum életének és mindennapi életének minden területén. atomerőműnek nevezik.

Az urán-235 mag hasadásáról vizuális képeken a 2.6.

A tömegű neutronmag Gerjesztett összetett mag Hasadási töredékek

Hasadási neutronok

2.6. A 235 U atommaghasadás sematikus ábrázolása.

Ennek a diagramnak az alapján az általánosított hasadási reakció "egyenlet" (amely inkább logikus, mint szigorúan matematikai) a következőképpen írható fel:

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

- (F 1)* és (F 2)* - szimbolikus megjelölések izgatott hasadási töredékek (az index (*) a továbbiakban instabil, gerjesztett vagy radioaktív elemeket jelöl); az (F 1)* fragmentum tömege A 1 és töltése Z 1, az (F 2)* fragmentum tömege A2 és töltése Z 2;

-  5 . 1 n jelöljük  5 hasadási neutron szabadul fel átlagosan az urán-235 mag minden egyes hasadási eseménye során;

- ,  és  - -részecskék, -részecskék és -kvantumok, amelyek átlagos száma az urán-235 mag hasadási aktusánként a, b és c;

E a hasadási aktus során felszabaduló energia átlagos mennyisége.

Még egyszer hangsúlyozzuk: a fentebb írt kifejezés nem a szó szoros értelmében vett egyenlet; hanem egyszerűen egy könnyen megjegyezhető jelölési forma, amely a neutronhasadási reakció fő jellemzőit tükrözi:

a) hasadási töredékek kialakulása;

b) új szabad neutronok keletkezése a hasadás során, amit a továbbiakban röviden nevezünk hasadási neutronok;

c) a hasadási töredékek radioaktivitása, ami további stabilabb képződményekké való átalakulását okozza, ami számos – pozitív, hasznos és negatív – mellékhatással jár, amelyeket az atomreaktorok tervezésénél, építésénél és üzemeltetésénél is figyelembe kell venni;

d) a hasadás során felszabaduló energia a hasadási reakció fő tulajdonsága, amely lehetővé teszi energikus nukleáris reaktor.

A fent felsorolt, a hasadási reakciót kísérő fizikai folyamatok mindegyike bizonyos szerepet játszik a reaktorban, és megvan a maga gyakorlati. jelentése. Ezért ismerjük meg őket részletesebben.

2.2.1. Hasadási töredékek kialakulása. Egyetlen maghasadási aktusról bizonyos mértékig jelenségként beszélhetünk véletlen, szem előtt tartva, hogy a 92 protonból és 143 neutronból álló nehéz uránmag alapvetően különböző számú, eltérő atomtömegű töredékre képes szétválni. Ebben az esetben egy mag 2, 3 vagy több fragmentumra való felosztásának lehetőségét valószínűségi mérésekkel lehet megközelíteni. A közölt adatok szerint a mag két részre osztásának valószínűsége több mint 98%, ezért a hasadások túlnyomó többsége pontosan két töredék keletkezésével végződik.

A hasadási termékek spektroszkópiai vizsgálatai több mint 600 minőségileg eltérő, eltérő atomtömegű hasadási töredéket azonosítottak. És itt egy látszólagos balesetben, nagyszámú hadosztály mellett, azonnal előbukkant egy általános minta ami röviden a következőképpen fejezhető ki:

Egy adott atomtömegű töredék megjelenésének valószínűsége egy adott nuklid tömeghasadása során szigorúan meghatározott érték, amely erre a hasadó nuklidra jellemző.

Ezt a mennyiséget általában ún fajlagos fragmenshozam , kis görög betűvel jelölve  én(gamma) alsó indexszel - annak a kémiai elemnek a szimbóluma, amelynek ez a töredéke a mag, vagy egy izotóp szimbóluma.

Fizikai kísérletekben például feljegyezték, hogy a 235 U atommag ezer hasadása során átlagosan három esetben jelenik meg egy xenon-135 (135 Xe) fragmentum. Ez azt jelenti, hogy a 135 Xe-fragmens fajlagos hozama az

 Xe= 3/1000 = 0,003 az összes osztásból,

és a 235 U atommag egyetlen hasadási eseményéhez viszonyítva a  Xe = 0,003 = 0,3% - annak a valószínűsége, hogy a hasadás eredményeként töredék keletkezik 135 Heh.

A különböző atomtömegű hasadási töredékek képződési mintázatának egyértelmű értékelését a töredékek fajlagos hozamának görbéi adják (2.7. ábra).

10

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

Rizs. 2.7. Különböző atomtömegű hasadási töredékek fajlagos hozama

235 U (folytonos vonal) és 239 Pu (szaggatott vonal) mag hasadása során.

Ezeknek a görbéknek a természete lehetővé teszi a következő következtetéseket:

a) A hasadás során keletkező töredékek atomtömege az esetek túlnyomó többségében a 70  165 amu tartományba esik. A könnyebb és nehezebb töredékek fajlagos hozama nagyon kicsi (nem haladja meg a 10-4%-ot).

b) Az atommagok szimmetrikus hasadása (vagyis két egyenlő tömegű töredékre hasadás) rendkívül ritka: fajlagos hozamuk nem haladja meg a 0,01%-ot az urán-235 atommagok és a 0,04%-ot a plutónium-239 atommagok esetében.

c) Leggyakrabban kialakult tüdő töredékek, amelyek tömegszáma 83  104 amu-n belül van. És nehéz töredékek A = 128  149 a.m.u. (fajlagos hozamuk 1% vagy több).

d) A 239 Pu termikus neutronok hatására bekövetkező hasadása több súlyosabb töredékek 235 U hasadási töredékhez képest.

*) A jövőben a reaktor kinetikájának, mérgezési és salakosodási folyamatainak tanulmányozásakor többször is hivatkoznunk kell majd számos hasadási fragmentum fajlagos hozamának értékeire a differenciálegyenletek felállítása során. a reaktormagban zajló fizikai folyamatok.

Ennek az értéknek az a kényelmessége, hogy a hasadási reakció sebességének ismeretében (az üzemanyag-összetétel egységnyi térfogatára jutó hasadások száma egységnyi idő alatt) könnyen kiszámítható bármely olyan hasadási töredék képződési sebessége, amelyek felhalmozódása a reaktorban ilyen vagy olyan módon befolyásolja a működését:

Az i-edik töredék keletkezési sebessége =  én  (hasadási reakció sebessége)

És még egy megjegyzés a hasadási töredékek kialakulásához. A hasadás során keletkező hasadási töredékek rendelkeznek magas kinetikus energiák. A tüzelőanyag-összetétel közeg atomjaival való ütközés során kinetikus energiájuk átvitelével a hasadási töredékek ezáltal növeli az atomok és molekulák átlagos kinetikus energiáját, amelyet a kinetikus elmélet elképzeléseinek megfelelően mi úgy érzékelünk hőmérséklet emelkedésüzemanyag összetétele vagy hogyan hőtermelés benne.

A reaktorban a hő nagy része így keletkezik.

Ez egy bizonyos pozitív szerepe a töredékek képződésének az atomerőművi reaktor működési folyamatában.

2.2.2. Hasadási neutronok előállítása. A nehéz atommagok hasadási folyamatát kísérő legfontosabb fizikai jelenség az másodlagos gyorsneutronok kibocsátása gerjesztett hasadási töredékek által, másképp hívott prompt neutronok vagy hasadási neutronok.

Ennek a jelenségnek a jelentősége (F. Joliot-Curie és munkatársai – Albano ill. Kowarski - 1939-ben) tagadhatatlan: ennek köszönhető, hogy a nehéz atommagok hasadása során új szabad neutronok jelennek meg a hasadást okozó neutronok helyére; ezek az új neutronok kölcsönhatásba léphetnek az üzemanyagban lévő többi hasadó atommaggal, és azok hasadását idézhetik elő, majd új hasadási neutronok kibocsátását stb. Vagyis a hasadási neutronok képződése miatt lehetségessé válik szervez időben egyenletesen egymást követő hasadási folyamat anélkül, hogy külső forrásból szabad neutronokat juttatnának a tüzelőanyag-tartalmú közegbe. Egy ilyen szállításnál egyszerűen fogalmazva nem szükséges, mindaddig, amíg megtalálják azokat az „eszközöket”, amelyek segítségével az atommaghasadás megvalósul itt, ebben a környezetben, kötött állapotban hasadó magokban; a megkötött neutronok „működésbe hozásához” csak fel kell szabadítani őket, vagyis az atommagot darabokra kell osztani, majd maguk a töredékek tesznek majd ki mindent: gerjesztett állapotuk miatt „extrát” bocsátanak ki. ” neutronok összetételükből, zavarva azok stabilitását, és ez 10 -15 - 10 -13 s nagyságrendű időn belül fog megtörténni, ami nagyságrendileg egybeesik azzal az idővel, amikor az összetett mag gerjesztett állapotban marad. Ez a véletlen egybeesés adta az ötletet, hogy megjelennek a hasadási neutronok nem a hasadás vége után neutronokkal túltelített gerjesztett hasadási töredékekből, hanem közvetlenül abban a rövid idő alatt, amely alatt a maghasadás megtörténik. Az nem után felosztási aktus, és alatt ez a cselekmény, mintha a mag megsemmisítésével egyidejűleg történne. Ugyanezen okból ezeket a neutronokat gyakran nevezik prompt neutronok.

A protonok és neutronok lehetséges kombinációinak elemzése különböző atomtömegű stabil atommagokban (emlékezzünk a stabil atommagok diagramjára) és összehasonlítása a hasadási termékek minőségi összetételével azt mutatta, hogy kialakulásának valószínűségefenntartható A hasadás során nagyon kevés töredék keletkezik. Ez azt jelenti, hogy a töredékek túlnyomó többsége megszületik instabilés egy, kettő, három vagy még több „extra” hasadási neutront bocsáthatnak ki a stabilitásuk érdekében, és nyilvánvaló, hogy minden egyes gerjesztett fragmentumnak ki kell bocsátania a saját, szigorúan meghatározott, a hasadási neutronok száma „extra” a stabilitása érdekében.

De mivel minden nagy számú hasadást tartalmazó fragmensnek szigorúan meghatározott fajlagos hozama van, ezért bizonyos nagy számú hasadás esetén az egyes típusú hasadási töredékek száma is biztos lesz, és ebből következően az általa kibocsátott hasadási neutronok száma is. az egyes típusok töredékei is biztosak lesznek, és Ez azt jelenti, hogy teljes számuk is biztos lesz. Ha a hasadás során keletkező neutronok teljes számát elosztjuk azon hasadások számával, amelyek során keletkeztek, kapjuk az egy hasadási esemény során kibocsátott hasadási neutronok átlagos száma, amelyet a fenti okfejtés alapján szintén szigorúan meg kell határozni és állandó minden hasadó nuklid típusra. A hasadó nuklidnak ezt a fizikai állandóját jelöljük  .

Az 1998-as adatok szerint (ennek az állandónak az értékét rendszeresen frissítik a világ különböző részein végzett fizikai kísérletek elemzésének eredményei alapján) termikus neutronok hatására történő hasadás során

Az urán-235-höz  5 = 2.416,

Plutónium-239 esetében  9 = 2.862,

Plutónium-241 esetében  1 = 2,938 stb.

Az utolsó megjegyzés hasznos: a  konstans értéke jelentősen függ a hasadást okozó neutronok mozgási energiájának nagyságától, és az utóbbi növekedésével az E-vel megközelítőleg egyenes arányban növekszik.

A két legfontosabb hasadó nuklid esetében a közelítő (E) függéseket empirikus kifejezésekkel írjuk le:

Az urán-235-höz  5 (E) = 2.416 + 0.1337 E;

Plutónium-239 esetében  9 (E) = 2.862 + 0.1357 E.

*) Az E neutronenergiát [MeV] helyettesíti.

Így a  konstans értéke, amelyet ezekkel az empirikus képletekkel számolunk, különböző neutronenergiák mellett a következő értékeket érheti el:

Tehát a specifikus hasadó nuklidok hasadása során kibocsátott hasadási neutronok első jellemzője a benne rejlő a hasadási esemény során keletkező hasadási neutronok átlagos száma .

Tény, hogy minden hasadó nuklidra  > 1, megteremti a megvalósíthatóság előfeltételét lánc neutronhasadási reakció. Egyértelmű, hogy végre kell hajtani önfenntartó hasadási láncreakció feltételeket kell teremteni ahhoz egy a hasadási aktusban nyert  neutronokból határozottan hívott egy másik mag következő osztódása, és pihenés ( - 1) neutronok valahogy kizárták a maghasadás folyamatából. Ellenkező esetben a megosztások intenzitása idővel lavinaszerűen nőni fog (ez történik atombomba).

Mivel ma már ismert, hogy az állandó értéke  a hasadást okozó neutronok energiájának növekedésével növekszik, logikus kérdés merül fel: milyen mozgási energiával született hasadási neutronok?

A választ erre a kérdésre a hasadási neutronok második jellemzője, az ún a hasadási neutronok energiaspektrumaés a hasadási neutronok eloszlási függvénye a kinetikai energiájukon.

Ha egységnyi (1 cm3) térfogatban a közeg valamely figyelembe vett időpillanatában megjelennek n minden lehetséges energiájú hasadási neutronok tehát normalizált energiaspektrum az E energia mennyiségének függvénye, amelynek értéke E bármely adott értékénél megmutatkozik ezeknek a neutronoknak mekkora része (aránya) van az energiához közeli dE elemi intervallumú neutronokból E. Más szóval a kifejezésről beszélünk

A hasadási neutronok energiaeloszlását elég pontosan leírják Watt spektrális függvénye(Watt):

n(E) = 0.4839
, (2.2.2)

melynek grafikus illusztrációja a 2.8. a következő oldalon.

A Watt-spektrum azt mutatja, hogy bár a hasadási neutronok nagyon eltérő energiájúak, de nagyon széles tartományban helyezkednek el, a legtöbb neutronnak van kezdeti energiája,egyenlő E nv = 0,7104 MeV, ami a Watt spektrális függvénye maximumának felel meg. Értelemszerűen ez az érték a hasadási neutronok legvalószínűbb energiája.

Egy másik, a hasadási neutronok energiaspektrumát jellemző mennyiség az a hasadási neutronok átlagos energiája , azaz az egyes hasadási neutronok energiája akkor lenne, ha az összes hasadási neutron teljes valós energiáját egyenlően osztanák el közöttük:

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

A (2.2.2) kifejezést (2.2.3) behelyettesítve megkapjuk a hasadási neutronok átlagos energiájának értékét

E Házasodik = 2,0 MeV

Ez pedig azt jelenti majdnem minden hasadási neutronok születnek gyors(vagyis energiákkal E > 0.1 MeV). De kevés viszonylag nagy kinetikus energiájú gyors neutron keletkezik (kevesebb, mint 1%), bár észrevehetően sok hasadási neutron jelenik meg 18-20 energiájú. MeV.

0 1 2 3 4 5 E, MeV

2.8. A hasadási neutronok energiaspektruma a Watt-spektrum.

A hasadási neutron spektruma a különböző hasadó nuklidok esetében különbözik egymástól némileg. Tegyük fel, hogy a minket elsősorban érdekelt 235 U és 239 Pu nuklidok esetén a hasadási neutronok átlagos energiáinak értékei (fizikai kísérletek eredményei alapján korrigálva):

E av = 1,935 MeV - 235 U esetén és E av = 2,00 MeV - 239 Pu esetén

A hasadási neutronok spektrumának átlagos energiájának értéke növekszik a neutronok hasadást okozó energiájának növekedésével, de ez a növekedés jelentéktelen(legalább 10-12 MeV tartományban). Ez lehetővé teszi számunkra, hogy figyelmen kívül hagyjuk, és hozzávetőlegesen kiszámítsuk a hasadási neutronok energiaspektrumát egységes a különböző nukleáris üzemanyagokhoz és a különböző spektrumú (gyors, köztes és termikus) reaktorokhoz.

Az urán-238 esetében a hasadás küszöbértéke ellenére a hasadási neutronok spektruma is gyakorlatilag egybeesik a kifejezéssel.(2.2.2), valamint a hasadási neutronok átlagos számának függőségét  8 a hasadást okozó neutronok energiájából - gyakorlatilag lineáris is küszöb feletti energiáknál ( E P = 1.1 MeV):

 8 (E) = 2.409 + 0.1389E. (2.2.4)

2.2.3. A hasadási töredékek radioaktivitása. Korábban elhangzott, hogy körülbelül 600 fajta hasadási töredéket azonosítottak, amelyek tömegben és protontöltésben különböznek egymástól, és gyakorlatilag Minden megszületnekNagyon izgatott .

A dolgot tovább bonyolítja, hogy jelentős izgalmakat és után hasadási neutronok kibocsátása. Ezért a stabilitás iránti természetes vágyban folytatják a felesleges energia „kidobását” az alapállapot szintje fölé, amíg ezt a szintet el nem érik.

Ezt a kisülést minden típusú radioaktív sugárzás (alfa, béta és gamma sugárzás) töredékeinek szekvenciális kibocsátásával hajtják végre, és a különböző fragmentumok esetében különböző típusú radioaktív bomlás lép fel különböző sorrendben és (az értékek különbségei miatt). bomlási állandók ) időben változó mértékben megnyúlnak.

Így egy működő atomreaktorban nem csak a folyamat megtakarítás radioaktív töredékek, hanem folyamatosságuk folyamata is átalakítás: nagy szám ismert láncok egymást követő átalakulások, amelyek végső soron stabil magok kialakulásához vezetnek, de mindezek a folyamatok különböző időket igényelnek, egyes láncok esetében - nagyon rövid, másoknál - meglehetősen hosszú.

Ezért a radioaktív sugárzás nemcsak a hasadási reakciót kíséri dolgozó reaktorba, hanem a leállítás után is hosszú ideig bocsátja ki azokat.

Ez a tényező először is a fizikai veszély egy speciális típusát - a veszélyt - idézi elő személyi expozíció, a reaktorberendezés kiszolgálása, röviden ún sugárveszély. Ez arra kényszeríti a reaktortelep tervezőit, hogy gondoskodjanak a környezetéről. biológiai védelem, helyezze el a környezettől elszigetelt helyiségekben, és tegyen számos egyéb intézkedést az emberek veszélyes expozíciójának és a környezet radioaktív szennyeződésének elkerülése érdekében.

Másodszor, a reaktor leállítása után minden típusú radioaktív sugárzás, bár intenzitása csökken, továbbra is kölcsönhatásba lép a zóna anyagaival, és akárcsak maguk a hasadási töredékek szabad létezésük kezdeti szakaszában, mozgási energiájukat átadják a magközeg atomjai, növelve átlagos mozgási energiájukat. Azaz a reaktorban annak leállítása után bomlási hő .

Könnyen érthető, hogy a reaktorban a leállás pillanatában felszabaduló maradékhő teljesítménye egyenesen arányos a reaktor működése során abban a pillanatban felgyülemlett töredékek számával, és ennek csökkenésének mértékét utólag határozza meg a e töredékek felezési ideje. Az elmondottakból egy másik következik negatív a hasadási töredékek radioaktivitása miatti tényező - szükségességhosszútávúlehűlés reaktormag leállítás után a maradékhő eltávolítása érdekében, ami jelentős villamosenergia-fogyasztással és a keringtető berendezés motorélettartamával jár együtt.

Így főként a reaktorban történő hasadás során radioaktív részecskék képződése a jelenség negatív, de... minden felhőnek van ezüst bélése!

A hasadási töredékek radioaktív átalakulásaiban is látható pozitív szó szerint az atomreaktorok köszönhetik a létezésüket . A tény az, hogy a sokféle hasadási töredék közül körülbelül 60 olyan típus létezik, amelyek az első -bomlás után neutronaktív , kibocsátására képes ún lemaradva neutronok. Viszonylag kevés késleltetett neutron bocsát ki a reaktorban (az összes keletkezett neutron kb. 0,6%-a), de létüknek köszönhetően lehetséges biztonságos kezelés nukleáris reaktor; Erről meg fogunk győződni, amikor egy atomreaktor kinetikáját vizsgáljuk.

2.2.4. Energia felszabadulása a hasadás során. A maghasadási reakció a fizikában az egyik egyértelmű megerősítése A. Einstein hipotézisének a tömeg és az energia kapcsolatáról, amely a maghasadás kapcsán a következőképpen fogalmazódik meg:

A maghasadás során felszabaduló energia mennyisége egyenesen arányos a tömeghiba nagyságával, és az arányossági együttható ebben az összefüggésben a fénysebesség négyzete:

E=  mс 2

A maghasadás során a tömegtöbblet (hiba) a hasadási reakció kezdeti termékei (azaz az atommag és a neutron) nyugalmi tömegének és a maghasadás keletkező termékeinek (hasadási töredékek, hasadás) összegének különbsége. a hasadási folyamat során és utána kibocsátott neutronok és egyéb mikrorészecskék).

A spektroszkópiai elemzés lehetővé tette a hasadási termékek többségének és fajlagos hozamainak meghatározását. Ezen az alapon kiderült, hogy nem olyan nehéz kiszámítani magán a tömeghibák nagysága az urán-235 atommagok hasadásának különböző eredményeihez, és ezekből számítsa ki az egyetlen hasadás során felszabaduló átlagos energiamennyiség, amely közelinek bizonyult

mc 2 = 200 MeV

Elegendő összehasonlítani ezt az értéket az egyik legendotermikusabb energia hatására felszabaduló energiával kémiai reakciók - rakéta üzemanyag oxidációs reakciói (értéke kisebb, mint 10 eV) - megérteni, hogy a mikroszkopikus objektumok (atomok, magok) szintjén 200 MeV - nagyon magas energia: legalább nyolc nagyságrenddel (100 milliószor) nagyobb, mint a kémiai reakciókból nyert energia.

A maghasadás különböző anyagokon keresztül disszipálódik abból a térfogatból, ahol a maghasadás megtörtént szállítók: hasadási töredékek, hasadási neutronok, - és -részecskék, -kvantumok, sőt neutrínók és antineutrínók.

A 235 U és 239 Pu atommagok hasadása során a hasadási energia anyaghordozók közötti megoszlását a 2.1. táblázat tartalmazza.

2.1. táblázat. Az urán-235 és a plutónium-239 magok hasadási energiájának megoszlása ​​a hasadási termékek között.

Hasadási energiahordozók		Plutónium-239
1. Hasadási töredékek kinetikus energiája
2. Hasadási neutronok kinetikus energiája
3. Pillanatnyi gamma-kvantumok energiája
4. A hasadási termékekből származó -kvantumok energiája
5. A töredékek -sugárzásának kinetikus energiája
6. Antineutrínó energia

A hasadási energia különböző összetevői hővé alakulnak nem egyszerre.

Az első három komponens (az osztódás pillanatától számítva) 0,1 másodpercnél rövidebb idő alatt hővé alakul, ezért ún. azonnali hőleadás forrásai.

A hasadási termékekből származó - és -sugárzást gerjesztett töredékek bocsátják ki a legváltozatosabb felezési idők(néhány másodperc töredékétől több tíz napig, ha csak a töredékeket vesszük figyelembe észrevehető fajlagos hozam), és ezért a fent említett folyamat bomlási hő, amelyet pontosan a hasadási termékek radioaktív kibocsátása okoz, a reaktor leállítása után több tíz napig is eltarthat.

*) Nagyon durva becslések szerint a reaktorban a leállás utáni maradékhő-leadás teljesítménye az első percben - 30-35%-kal - csökken, a reaktor leállításának első órája után pedig a teljesítmény körülbelül 30%-a. amelyen a reaktor leállás előtt és az első napi parkolás után működött - körülbelül 25 százalék. Nyilvánvaló, hogy a reaktor kényszerhűtésének leállítása ilyen körülmények között szóba sem jöhet, mert Még a hűtőfolyadék keringésének rövid távú leállása is a magban tele van a fűtőelemek hőkárosodásának veszélyével. Csak a reaktor több napos kényszerhűtése után, amikor a maradékhő leadásának teljesítménye a természetes konvekció miatt eltávolított hűtőközeg szintjére csökken, leállítható a primer kör keringtető eszköze.

A második gyakorlati kérdés egy mérnök számára: hol és a hasadási energia mekkora része alakul át hővé a reaktorban? - mivel ez abból adódik, hogy a különböző belső részeiből kiegyensúlyozott hőelvezetést kell megszervezni, különféle technológiai kivitelben.

Az üzemanyag összetétele, amely hasadó nuklidokat tartalmaz, lezárt héjakban található, amelyek megakadályozzák, hogy a fűtőelemek (fűtőelemek) üzemanyag-összetételéből képződött töredékek kerüljenek az azokat lehűtő hűtőközegbe. És ha egy működő reaktorban a hasadási töredékek nem hagyják el a fűtőelemeket, akkor nyilvánvaló, hogy a töredékek és a gyengén áthatoló -részecskék kinetikus energiái hővé alakulnak. üzemanyagrudak belsejében.

A hasadási neutronok és a -sugárzás energiái csak a fűtőelemek belsejében alakulnak át hővé részben: a neutronok áthatoló képessége és a -sugárzás generál szórakozás kezdeti mozgási energiájuk nagy része a szülőhelyükről származik.

A hasadási energia pontos értékének és a fűtőelemek belsejében keletkező hő részarányának ismerete nagy gyakorlati jelentőséggel bír, lehetővé téve egy másik, gyakorlatilag fontos jellemző kiszámítását, ún. fajlagos térfogati hőleadás az üzemanyagrúd üzemanyagban (q v).

Például, ha ismert, hogy egy fűtőelem tüzelőanyag-összetételének 1 cm 3 -ében, 1 s alatt R f urán-235 atommagok hasadásai, akkor nyilvánvaló: ebben az egységnyi térfogatban másodpercenként keletkező hőenergia mennyisége (= 1 cm 3 tüzelőanyag hőteljesítménye) a fajlagos térfogati hőleadás (ill. energiaintenzitás) üzemanyag, és ez az érték egyenlő lesz:

q v = 0.9 .  E . R f (2.2.5)

A reaktormagban lévő fűtőelemeken kívül hő formájában kapott hasadási energia részaránya a reaktor típusától és kialakításától függ, és a teljes hasadási energia (6  9)%-án belül van. (Például a VVER-1000 esetében ez az érték körülbelül 8,3%, az RBMK-1000 esetében pedig körülbelül 7%).

Így a teljes hasadási energia magtérfogatában a teljes hőleadás részesedése 0,96  0,99, azaz. technikai precizitással egybeesik a teljes hasadási energiával.

Ezért a reaktormag másik műszaki jellemzője:

- a mag átlagos energiaintenzitása(q v) az - a mag térfogategységére jutó hőteljesítmény:

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

Mivel az energia 1 MeV az SI rendszerben 1,602-nek felel meg. 10-13 J, akkor a reaktormag energiaintenzitásának értéke:

(q v) az  3,204 . 10 -11 R f .

Ezért, ha ismert az átlagos energiaintenzitás értéke a magtérfogat felett, akkor reaktor hőteljesítménye nyilván ez lesz:

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

A reaktor hőteljesítménye egyenesen arányos átlagsebesség

magjában a maghasadási reakciók.

Gyakorlati következmény : Azt akarja, hogy a reaktor működjön?állandó teljesítményszint? - Hozzon létre benne olyan feltételeket, hogy az aktív zónában a hasadási reakció megtörténjen időben állandó átlagsebességgel. Növelni (csökkenteni) kell a reaktor teljesítményét? - Keressen módot a reakciósebesség növelésére (vagy csökkentésére). de leniya. Ez az elsődleges jelentése az atomreaktor teljesítményének szabályozásának.

A vizsgált összefüggések és következtetések csak a legegyszerűbb esetben tűnnek kézenfekvőnek, amikor a reaktor üzemanyag-komponense egy urán-235. Azonban megismételve az érvelést egy reaktor mellett többkomponensű tüzelőanyag-összetétel, a legáltalánosabb esetben könnyen ellenőrizhető az átlagos hasadási reakciósebesség és a reaktor hőteljesítménye arányossága.

Így a reaktor hőteljesítménye ill hőeloszlás a magjában egyenesen arányosak a hasadási reakciósebesség eloszlásával a reaktormag tüzelőanyag-összetétele között.

De az elmondottakból az is világos, hogy a hasadási reakció sebessége kapcsolódnia kell a magkörnyezetben lévő szabad neutronok számához, mivel ők (szabad neutronok) okozzák a hasadási reakciókat, a sugárzás befogását, a szórást és más neutronreakciókat. Más szóval, a hasadási reakció sebességének, a zónában felszabaduló energia és a reaktor hőteljesítményének egyértelműen összefüggésben kell állnia A neutrontér jellemzői kötetében.

Miután ellenőrizetlen láncreakciót hajtottak végre, amely lehetővé tette gigantikus mennyiségű energia előállítását, a tudósok egy irányított láncreakció megvalósítását tűzték ki feladatul. A szabályozott láncreakció lényege a neutronok irányításának képessége. Ezt az elvet sikeresen alkalmazzák az atomerőművekben (Atomerőművekben).

Az uránmagok hasadási energiáját atomerőművekben (Atomerőművek) használják fel. Az urán hasadási folyamata nagyon veszélyes. Ezért az atomreaktorokat sűrű védőhéjak veszik körül. A reaktorok gyakori típusa a nyomás alatti víz.

A hűtőfolyadék víz. A reaktorba nagyon nagy nyomás alatt hideg víz kerül, ami megakadályozza, hogy felforrjon.

A reaktormagon áthaladó hideg víz moderátorként is működik - lelassítja a gyors neutronokat, így azok eltalálják az uránmagokat, és láncreakciót okoznak.

A nukleáris tüzelőanyag (urán) a magban fűtőelem-szerelvény rudak formájában található. A szerelvényben az üzemanyagrudak váltakoznak vezérlőrudakkal, amelyek a gyors neutronok elnyelésével szabályozzák a maghasadás sebességét.

A hasadás során nagy mennyiségű hő szabadul fel. A felmelegített víz 300°C hőmérsékletű nyomás alatt hagyja el a zónát, és belép az erőműbe, ahol generátorok és turbinák találhatók.

A reaktorból származó forró víz felforralja a szekunder kör vizét. A gőzt a turbina lapátjaira irányítják és forgatják. A forgó tengely energiát ad át a generátornak. A generátorban a mechanikai forgási energia elektromos energiává alakul. A gőz lehűl, és a víz visszatér a reaktorba.

Ezen összetett folyamatok eredményeként egy atomerőmű elektromos áramot termel.

Mint látható, a hasadó izotóp a reaktormagban elhelyezett üzemanyagrudakban található, és kritikus tömeget alkot. A nukleáris reakciót bórból vagy kadmiumból készült szabályozórudakkal szabályozzák. A vezérlőrudak az üzemanyagrudakhoz hasonlóan a reaktormagban helyezkednek el, és mint egy szivacs, amely felszívja a vizet, a neutronokra hatnak, elnyelve azokat. Az atomerőmű üzemeltetője a reaktor zónájában lévő szabályozórudak számának beállításával szabályozza a nukleáris folyamat sebességét: lelassítja a vezérlőrudak reaktormagba süllyesztésével; vagy a rudak felemelésével felgyorsítja.

Úgy tűnik, minden csodálatos – az atomenergia kimeríthetetlen high-tech villamosenergia-forrás, és ez a jövő. Ezt gondolták az emberek 1986. augusztus 26-ig. A csernobili atomerőmű negyedik blokkjában történt baleset mindent fenekestül felfordított - a „békés” atomról kiderült, hogy nem olyan békés, ha megvetően kezelték.

Elég sok anyagot írtak erről. Itt lesz megadva a katasztrófa kvintesszenciája (sűrített esszenciája).

A csernobili atomerőmű 4. erőművi blokkjának balesetének fő okai:

1. Nem kellően átgondolt program egy turbógenerátor lejáratására vonatkozó technológiai kísérlethez;
2. Az RBMK atomreaktor fejlesztőinek téves számításai, ahol jelentős szerepet játszott a zónában lévő reaktivitási tartalékkal kapcsolatos működési információ hiánya a vezérlőrendszerben;
3. A kísérletet végző atomerőmű személyzetének „szabadságai” és az elvégzett munkára vonatkozó előírásoktól való eltérések megengedése.

Mindez együtt katasztrófához vezetett. A csernobili eseményeket vizsgáló szakemberek között volt valami ehhez hasonló képlet: "az üzemeltetőknek sikerült felrobbantani az egységet, és a reaktor megengedte nekik". A csernobili bűnösség egy része szinte mindenkit terhel – és az egyszerűsített modellekkel számításokat végző fizikusokon, a varratokat hanyagul hegesztő szerelőkön és azokon a kezelőkön, akik megengedik maguknak, hogy figyelmen kívül hagyják a munkaszabályokat.

A csernobili baleset anatómiája dióhéjban

1. A reaktor teljesítményét nagyon kis értékre (a névleges érték kb. 1%-ára) hagytuk lecsökkenteni. Ez „rossz” a reaktornak, mert beleesik a „jódgödörbe”, és megkezdődik a reaktor xenonmérgezése. A „normál” megközelítés szerint szükség volt a reaktor leállítására, de ebben az esetben a turbina leállási kísérlet nem valósult volna meg, az ebből következő adminisztratív következményekkel együtt. Ennek eredményeként a csernobili atomerőmű személyzete úgy döntött, hogy növeli a reaktor teljesítményét, és folytatja a kísérletet.

2. A fenti anyagból kitűnik, hogy az atomerőmű üzemeltetője szabályozhatja a nukleáris reakció sebességét (reaktorteljesítményét) a vezérlőrudak reaktormagba mozgatásával. A reaktor teljesítményének növelése érdekében (a kísérlet befejezéséhez) szinte az összes vezérlőrudat eltávolítottuk a reaktormagról.

Hogy érthetőbb legyen az olvasó számára, aki nem ismeri a „nukleáris finomságokat”, a következő analógiát adhatjuk egy rugóra felfüggesztett teherrel:

• A terhelés (vagy inkább a helyzete) a reaktor teljesítménye;
• A rugó a terhelés (reaktorteljesítmény) szabályozásának eszköze.
• Normál helyzetben a terhelés és a rugó egyensúlyban van - a terhelés egy bizonyos magasságban van, és a rugó egy bizonyos mértékben meg van feszítve.
• Amikor a reaktor teljesítménye kiesett ("jódbánya"), a terhelés a földre szállt (és nagyon erősen ment).
• A reaktor „kihúzásához” a kezelő „húzta ki a rugót” (kihúzta a vezérlőrudakat; de ennek éppen az ellenkezőjét kellett tenni - az összes rudat be kell helyezni, és le kell állítani a reaktort, azaz engedje el a rugót úgy, hogy az teher a földre esik). De a teherrugó rendszernek van némi tehetetlensége, és egy ideig azután, hogy a kezelő elkezdte felfelé húzni a rugót, a terhelés még mindig lefelé mozog. A kezelő pedig tovább húzza felfelé.
• Végül a terhelés eléri a legalacsonyabb pontot, és a (már tisztességes) rugóerők hatására felfelé kezd mozogni - a reaktor teljesítménye meredeken növekedni kezd. A rakomány egyre gyorsabban repül felfelé (kontrolálatlan láncreakció hatalmas mennyiségű hő felszabadulásával), és a kezelő már nem tud semmit tenni a teher felfelé irányuló mozgásának tehetetlenségének kioltására. Ennek eredményeként a terhelés a kezelő homlokába ütközik.

Igen, a csernobili atomerőmű üzemeltetői, akik hagyták, hogy az erőmű felrobbanjon, a legnagyobb árat fizették hibájukért – az életükért.

Miért viselkedett így a csernobili atomerőmű személyzete? Ennek egyik oka az volt, hogy az atomreaktor vezérlőrendszere nem adott az üzemeltetőnek működési információt a reaktorban lezajló veszélyes folyamatokról.

Így kezdi könyvét A.S. Djatlov "Csernobil. Hogyan történt":

1986. április 26-án egy óra huszonhárom perc negyven másodperckor Alekszandr Akimov, a csernobili atomerőmű 4. számú blokkjának műszakfelügyelője elrendelte a reaktor leállítását az elvégzett munka végeztével. mielőtt leállítja a tápegységet tervezett javítások miatt. Nyugodt munkakörnyezetben adták ki a parancsot, a központosított vezérlőrendszer egyetlen vész- vagy figyelmeztető jelzést sem rögzít a reaktor vagy a kiszolgáló rendszerek paramétereinek eltéréséről. Leonyid Toptunov reaktor kezelő eltávolította az AZ gombról a sapkát, amely véd a véletlen hibás megnyomás ellen, és megnyomta a gombot. Erre a jelre 187 reaktorvezérlő rúd kezdett lefelé haladni a zónába. Az emléktábla háttérvilágítása kigyulladt, és a rúd helyzetjelző nyilai mozogni kezdtek. Alekszandr Akimov, félig a reaktor vezérlőpultja felé fordulva, ezt figyelte meg, és azt is látta, hogy az AR kiegyensúlyozatlanságot jelző „nyuszik” „balra ugrottak” (az ő kifejezése), ami azt jelenti, hogy csökkent a reaktor teljesítményét, a biztonsági panel felé fordult, amely mögött a kísérletben megfigyeltem.
Ekkor azonban olyasmi történt, amit a legvadabb képzelet sem tudott megjósolni. A reaktor teljesítménye enyhe csökkenés után hirtelen egyre nagyobb sebességgel növekedni kezdett, és megjelentek a vészjelzések. L. Toptunov a hatalom vészhelyzeti növeléséről kiáltott. De képtelen volt mit tenni. Csak annyit tudott tenni, hogy lenyomva tartotta az AZ gombot, a vezérlőrudak az aktív zónába kerültek. Más eszköz nem áll a rendelkezésére. És mindenki más is. A. Akimov élesen felkiált: „Állítsák le a reaktort!” A vezérlőpulthoz ugrott, és feszültségmentesítette a vezérlőrúd-hajtások elektromágneses tengelykapcsolóit. A művelet helyes, de haszontalan. Végül is a CPS logika, vagyis a logikai áramkörök összes eleme megfelelően működött, a rudak a zónába kerültek. Most már világos - az AZ gomb megnyomása után nem volt helyes cselekvés, nem volt megváltás. Más logika megbukott!
Két erős robbanás következett rövid szünettel. Az AZ rudak abbahagyták a mozgást anélkül, hogy félúton mentek volna. Nem volt hova menniük.
Egy óra, huszonhárom perc, negyvenhét másodperckor a reaktor tönkrement egy azonnali neutronokat használó áramfelvétel miatt. Ez egy összeomlás, a végső katasztrófa, ami egy erőreaktorban megtörténhet. Nem értették fel, nem készültek fel rá, a tömbön és az állomáson nem biztosítottak műszaki intézkedéseket a lokalizációhoz...

Vagyis néhány másodperccel a katasztrófa előtt a személyzet nem is sejtette a közeledő veszélyt! Ennek az egész abszurd szituációnak a vége a vészhelyzeti gomb megnyomása volt, ami után robbanás történt - egy autóban száguldozol és egy akadály előtt lenyomod a féket, de az autó még jobban felgyorsul és nekiütközik az akadálynak. Az igazság kedvéért azt kell mondanunk, hogy a vészhelyzeti gomb megnyomása semmilyen módon nem tudta befolyásolni a helyzetet - csak néhány pillanattal felgyorsította a reaktor elkerülhetetlen felrobbanását, de tény marad - a vészvédelem felrobbantotta a reaktort !

A sugárzás hatása az emberre

Miért olyan veszélyesek az ember okozta nukleáris katasztrófák (nem beszélve az atomfegyverekről)?

A nukleáris reakciókat a hatalmas pusztuláshoz vezető kolosszális energiafelszabadulás mellett sugárzás és ennek következtében a terület sugárszennyezése is kíséri.

Miért olyan káros a sugárzás az élő szervezetre? Ha nem okozott volna ekkora károkat minden élőlénynek, akkor mindenki elfelejtette volna a csernobili balesetet, és atombombákat dobáltak volna jobbra-balra.

A sugárzás kétféleképpen pusztítja el az élő szervezet sejtjeit:

1. felmelegedés miatt (sugárzási égés);
2. a sejtek ionizációja miatt (sugárbetegség).

A radioaktív részecskék és magának a sugárzásnak nagy kinetikus energiája van. A sugárzás hőt termel. Ez a hő, hasonlóan a leégéshez, sugárzási égést okoz, tönkretéve a testszöveteket.

A termikus (lassú) neutronokat használó atomreaktor vázlatos diagramja az 5.1. ábrán látható, itt 1 - vezérlőrudak, 2 - biológiai védelem, 3 - hővédelem, 4 - moderátor, 5 - nukleáris üzemanyag (fűtőanyag-rudak).

Amikor egy neutron eléri az urán 235 izotóp magját, az két részre válik, és több (2,5-3) új másodlagos neutron bocsát ki.. A láncreakció fenntartásához egy atomreaktorban szükséges, hogy a nukleáris üzemanyag tömege a reaktormagban legalább kritikus legyen. A reaktornak tartalmaznia kell ezt a mennyiséget 235 Uígy átlagosan minden egyes hasadási esemény során keletkező neutronok közül legalább egy előidézheti a következő hasadási eseményt, mielőtt az elhagyná a reaktormagot.

5.1. ábra. Termikus neutronos atomreaktor sematikus diagramja

Ha a neutronok számát állandó szinten tartják, akkor a hasadási reakció stacionárius jellegű lesz. Minél magasabb a meglévő neutronok számának állandósult állapota, annál nagyobb a reaktor teljesítménye. 1 MW teljesítmény egy olyan láncreakciónak felel meg, amelyben 1 másodperc alatt 3 10 16 felosztás megy végbe.

Ha a neutronok száma nő, hőrobbanás következik be, ha csökken, a reakció leáll. A reakció sebességét szabályozzák vezérlőrudak segítségével 1.

Az atomreaktor jelenlegi állapota hatékonynak mondható neutronszorzótényező vagy reaktivitás, amelyeket a kapcsolat kapcsol össze:

A következő értékek jellemzőek ezekre a mennyiségekre:

· - a láncreakció idővel fokozódik, a reaktor szuperkritikus állapotban van, reaktivitása;

· , - a maghasadások száma állandó, a reaktor stabil kritikus állapotban van.

Egy atomreaktor csak akkor tud sokáig működni adott teljesítménnyel, ha a működés kezdetén van reaktivitási tartaléka. Az atomreaktor működése során a fűtőanyagban lévő hasadási töredékek felhalmozódása miatt annak izotópos és kémiai összetétele megváltozik, transzurán elemek, elsősorban Pu keletkeznek. A reaktorban lezajló folyamatok csökkentik az atommagok hasadásának láncreakciójának lehetőségét.

A láncreakció fenntartásához és megvalósításához korlátozni kell a neutronok abszorpcióját a reaktormagot körülvevő anyagokban. Ezt olyan anyagok alkalmazásával érik el (biológiai 2-es és termikus 3-as védelemre), amelyek legalább részben (ideális esetben 50%-ban) visszaverik a neutronokat, pl. nem szívta fel őket. Különösen fontos a hűtőfolyadék megválasztása, amely a hőt a magból a turbinába továbbítja.

A hasadás eredményeként keletkező neutronok lehetnek gyorsak (nagy sebességű) vagy lassúak (termikusak). Egy lassú neutron mag általi befogásának valószínűsége 235 Ués az ezt követő hasadása nagyobb, mint egy gyors neutroné. Ezért az 5 üzemanyagrudakat speciális 4 moderátorok veszik körül, amelyek lelassítják a neutronokat, gyengén elnyelve azokat. A reaktorból való neutronszivárgás csökkentése érdekében reflektorral van felszerelve. A leggyakrabban használt moderátorok és reflektorok a grafit, nehéz ( D2O), közönséges víz stb.

Az álló helyzetben lévő neutronok száma meghatározza a keletkező maghasadási töredékek számát, amelyek óriási sebességgel repülnek el különböző irányokba. A töredékek fékezése az üzemanyag és az üzemanyagrudak falának felmelegedéséhez vezet. A hő eltávolítása érdekében a reaktort betáplálják hűtőfolyadék, amelynek fűtése a reaktor célja. Gyakran ugyanaz az anyag, például a közönséges víz látja el a funkciókat hűtőfolyadék, moderátor és reflektor. A vizet a reaktorba adagoljuk fő keringető szivattyúk(MCP).