hjem » Elektrisk » "fredelig" atom. Prinsippet for drift av en atomreaktor Forklaring av nytt materiale

"fredelig" atom. Prinsippet for drift av en atomreaktor Forklaring av nytt materiale




























Tilbake fremover

Merk følgende! Lysbildeforhåndsvisninger er kun til informasjonsformål og representerer kanskje ikke alle funksjonene i presentasjonen. Hvis du er interessert i dette arbeidet, last ned fullversjonen.

Leksjonens mål:

  • Pedagogisk: oppdatering av eksisterende kunnskap; fortsette dannelsen av konsepter: fisjon av urankjerner, kjernefysisk kjedereaksjon, betingelser for forekomst, kritisk masse; introdusere nye konsepter: atomreaktor, hovedelementer i en atomreaktor, struktur av en atomreaktor og prinsippet om dens drift, kontroll av en kjernefysisk reaksjon, klassifisering av kjernefysiske reaktorer og deres bruk;
  • Pedagogisk: fortsette å utvikle ferdighetene til å observere og trekke konklusjoner, samt utvikle studentenes intellektuelle evner og nysgjerrighet;
  • Pedagogisk: fortsette å utvikle en holdning til fysikk som en eksperimentell vitenskap; dyrke en samvittighetsfull holdning til arbeid, disiplin og en positiv holdning til kunnskap.

Leksjonstype: lære nytt materiale.

Utstyr: multimedia installasjon.

I løpet av timene

1. Organisatorisk øyeblikk.

Folkens! I dag i leksjonen vil vi gjenta fisjon av urankjerner, kjernefysisk kjedereaksjon, betingelsene for dens forekomst, kritisk masse, vi vil lære hva en atomreaktor er, hovedelementene i en atomreaktor, strukturen til en atomreaktor og prinsippet om dens drift, kontroll av en kjernefysisk reaksjon, klassifisering av kjernefysiske reaktorer og deres bruk.

2. Kontroll av det studerte materialet.

  1. Mekanismen for fisjon av urankjerner.
  2. Fortell oss om mekanismen for en kjernefysisk kjedereaksjon.
  3. Gi et eksempel på en kjernefisjonsreaksjon av en urankjerne.
  4. Hva kalles kritisk masse?
  5. Hvordan oppstår en kjedereaksjon i uran hvis massen er mindre enn kritisk eller større enn kritisk?
  6. Hva er den kritiske massen til uran 295 Er det mulig å redusere den kritiske massen?
  7. På hvilke måter kan du endre forløpet til en kjernefysisk kjedereaksjon?
  8. Hva er hensikten med å bremse raske nøytroner?
  9. Hvilke stoffer brukes som moderatorer?
  10. På grunn av hvilke faktorer kan antallet frie nøytroner i et stykke uran økes, og dermed sikre muligheten for en reaksjon i det?

3. Forklaring av nytt materiale.

Gutter, svar på dette spørsmålet: Hva er hoveddelen av et atomkraftverk? ( kjernereaktor)

Bra gjort. Så, folkens, la oss nå se på dette problemet mer detaljert.

Historisk referanse.

Igor Vasilyevich Kurchatov er en fremragende sovjetisk fysiker, akademiker, grunnlegger og første direktør for Institute of Atomic Energy fra 1943 til 1960, sjefvitenskapelig direktør for atomproblemet i Sovjetunionen, en av grunnleggerne av bruken av atomenergi til fredelige formål . Akademiker ved USSR Academy of Sciences (1943). Den første sovjetiske atombomben ble testet i 1949. Fire år senere ble verdens første hydrogenbombe testet med suksess. Og i 1949 begynte Igor Vasilyevich Kurchatov arbeidet med et atomkraftverkprosjekt. Atomkraftverk er varsleren om fredelig bruk av atomenergi. Prosjektet ble vellykket fullført: 27. juli 1954 ble atomkraftverket vårt det første i verden! Kurchatov gledet seg og hadde det gøy som et barn!

Definisjon av en atomreaktor.

En atomreaktor er en enhet der en kontrollert kjedereaksjon av fisjon av visse tunge kjerner utføres og vedlikeholdes.

Den første atomreaktoren ble bygget i 1942 i USA under ledelse av E. Fermi. I vårt land ble den første reaktoren bygget i 1946 under ledelse av I.V. Kurchatov.

Hovedelementene i en atomreaktor er:

  • kjernebrensel (uran 235, uran 238, plutonium 239);
  • nøytronmoderator (tungtvann, grafitt, etc.);
  • kjølevæske for å fjerne energien som genereres under reaktordrift (vann, flytende natrium, etc.);
  • Kontrollstaver (bor, kadmium) - sterkt absorberende nøytroner
  • Et beskyttende skall som blokkerer stråling (betong med jernfyllstoff).

Driftsprinsipp kjernereaktor

Kjernebrensel befinner seg i kjernen i form av vertikale stenger kalt brenselelementer (brenselelementer). Drivstoffstaver er designet for å regulere reaktorkraften.

Massen til hver brenselstav er betydelig mindre enn den kritiske massen, så det kan ikke oppstå en kjedereaksjon i en stang. Det begynner etter at alle uranstenger er nedsenket i kjernen.

Kjernen er omgitt av et stofflag som reflekterer nøytroner (reflektor) og et beskyttende skall av betong som fanger nøytroner og andre partikler.

Fjerning av varme fra brenselceller. Kjølevæsken, vannet, vasker stangen, varmes opp til 300°C ved høyt trykk og går inn i varmevekslerne.

Varmevekslerens rolle er at vann oppvarmet til 300°C avgir varme til vanlig vann og blir til damp.

Kjernefysisk reaksjonskontroll

Reaktoren styres ved hjelp av staver som inneholder kadmium eller bor. Når stengene er forlenget fra reaktorkjernen, K > 1, og når de er helt tilbaketrukket - K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Sakte nøytronreaktor.

Den mest effektive fisjon av uran-235 kjerner skjer under påvirkning av langsomme nøytroner. Slike reaktorer kalles langsomme nøytronreaktorer. Sekundære nøytroner produsert av en fisjonsreaksjon er raske. For at deres etterfølgende interaksjon med uran-235-kjerner i kjedereaksjonen skal være mest effektiv, bremses de ned ved å introdusere en moderator i kjernen – et stoff som reduserer den kinetiske energien til nøytroner.

Rask nøytronreaktor.

Raske nøytronreaktorer kan ikke operere på naturlig uran. Reaksjonen kan bare opprettholdes i en anriket blanding som inneholder minst 15 % uranisotop. Fordelen med raske nøytronreaktorer er at driften produserer en betydelig mengde plutonium, som deretter kan brukes som kjernebrensel.

Homogene og heterogene reaktorer.

Atomreaktorer, avhengig av den relative plasseringen av brensel og moderator, er delt inn i homogene og heterogene. I en homogen reaktor er kjernen en homogen masse av brensel, moderator og kjølevæske i form av en løsning, blanding eller smelte. En reaktor der brensel i form av blokker eller brenselsammensetninger er plassert i en moderator, som danner et vanlig geometrisk gitter i den, kalles heterogen.

Konvertering av indre energi til atomkjerner til elektrisk energi.

En atomreaktor er hovedelementet i et atomkraftverk (NPP), som konverterer termisk atomenergi til elektrisk energi. Energikonvertering skjer i henhold til følgende skjema:

  • indre energi av urankjerner -
  • kinetisk energi til nøytroner og kjernefysiske fragmenter -
  • indre energi av vann -
  • indre energi av damp -
  • kinetisk energi av damp -
  • kinetisk energi til turbinrotoren og generatorrotoren -
  • Elektrisk energi.

Bruk av atomreaktorer.

Avhengig av formålet kan atomreaktorer være kraftreaktorer, omformere og foredlere, forskning og flerbruksreaktorer, transport og industri.

Kjernekraftreaktorer brukes til å generere elektrisitet i kjernekraftverk, skipskraftverk, kjernefysiske kombinerte varme- og kraftverk og kjernefysiske varmeforsyningsstasjoner.

Reaktorer designet for å produsere sekundært kjernebrensel fra naturlig uran og thorium kalles omformere eller foredlere. I omformerreaktoren produserer sekundært kjernebrensel mindre enn det som opprinnelig ble forbrukt.

I en avlerreaktor utføres utvidet reproduksjon av kjernebrensel, d.v.s. det viser seg mer enn det ble brukt.

Forskningsreaktorer brukes til å studere prosessene for interaksjon av nøytroner med materie, studere oppførselen til reaktormaterialer i intense felt av nøytron- og gammastråling, radiokjemisk og biologisk forskning, produksjon av isotoper og eksperimentell forskning på fysikk av kjernefysiske reaktorer.

Reaktorer har forskjellige krafter, stasjonære eller pulserende driftsmoduser. Flerbruksreaktorer er de som tjener flere formål, som å generere energi og produsere kjernebrensel.

Miljøkatastrofer ved kjernekraftverk

  • 1957 – ulykke i Storbritannia
  • 1966 - delvis nedsmelting av kjernen etter en reaktorkjølingssvikt nær Detroit.
  • 1971 - mye forurenset vann gikk inn i US River
  • 1979 - den største ulykken i USA
  • 1982 - utslipp av radioaktiv damp til atmosfæren
  • 1983 - en forferdelig ulykke i Canada (radioaktivt vann strømmet ut i 20 minutter - et tonn per minutt)
  • 1986 – ulykke i Storbritannia
  • 1986 – ulykke i Tyskland
  • 1986 – Tsjernobyl kjernekraftverk
  • 1988 - brann på et atomkraftverk i Japan

Moderne atomkraftverk er utstyrt med PC-er, men tidligere, selv etter en ulykke, fortsatte reaktorer å operere, siden det ikke var noe automatisk avstengningssystem.

4. Feste materialet.

  1. Hva kalles en atomreaktor?
  2. Hva er kjernebrenselet i en reaktor?
  3. Hvilket stoff fungerer som en nøytronmoderator i en atomreaktor?
  4. Hva er hensikten med en nøytronmoderator?
  5. Hva brukes kontrollstenger til? Hvordan brukes de?
  6. Hva brukes som kjølevæske i atomreaktorer?
  7. Hvorfor er det nødvendig at massen til hver uranstav er mindre enn den kritiske massen?

5. Testutførelse.

  1. Hvilke partikler er involvert i spaltningen av urankjerner?
    A. protoner;
    B. nøytroner;
    B. elektroner;
    G. heliumkjerner.
  2. Hvilken masse uran er kritisk?
    A. den største hvor en kjedereaksjon er mulig;
    B. enhver masse;
    B. den minste hvor en kjedereaksjon er mulig;
    D. massen som reaksjonen vil stoppe ved.
  3. Hva er den omtrentlige kritiske massen til uran 235?
    A. 9 kg;
    B. 20 kg;
    B. 50 kg;
    G. 90 kg.
  4. Hvilke av følgende stoffer kan brukes i atomreaktorer som nøytronmoderatorer?
    A. grafitt;
    B. kadmium;
    B. tungtvann;
    G. bor.
  5. For at en kjernefysisk kjedereaksjon skal oppstå ved et kjernekraftverk, må nøytronmultiplikasjonsfaktoren være:
    A. er lik 1;
    B. mer enn 1;
    V. mindre enn 1.
  6. Fisjonshastigheten til tunge atomkjerner i atomreaktorer kontrolleres av:
    A. på grunn av absorpsjon av nøytroner ved senking av stenger med en absorber;
    B. på grunn av en økning i varmefjerning med en økning i kjølevæskehastighet;
    B. ved å øke forsyningen av elektrisitet til forbrukerne;
    G. ved å redusere massen av kjernebrensel i kjernen ved fjerning av stenger med brensel.
  7. Hvilke energitransformasjoner skjer i en atomreaktor?
    A. den indre energien til atomkjerner omdannes til lysenergi;
    B. den indre energien til atomkjerner omdannes til mekanisk energi;
    B. den indre energien til atomkjerner omdannes til elektrisk energi;
    D. ingen av svarene er riktige.
  8. I 1946 ble den første atomreaktoren bygget i Sovjetunionen. Hvem var leder for dette prosjektet?
    A. S. Korolev;
    B. I. Kurchatov;
    V. D. Sakharov;
    G.A. Prokhorov.
  9. Hvilken måte anser du som den mest akseptable for å øke påliteligheten til kjernekraftverk og forhindre forurensning av det ytre miljø?
    A. utvikling av reaktorer som er i stand til automatisk å kjøle reaktorkjernen uavhengig av operatørens vilje;
    B. øke leseferdigheten til NPP-drift, nivået på profesjonell beredskap til NPP-operatører;
    B. utvikling av høyeffektive teknologier for demontering av kjernekraftverk og behandling av radioaktivt avfall;
    D. plassering av reaktorer dypt under jorden;
    D. nektet å bygge og drive et kjernekraftverk.
  10. Hvilke kilder til miljøforurensning er knyttet til driften av kjernekraftverk?
    A. uranindustrien;
    B. atomreaktorer av ulike typer;
    B. radiokjemisk industri;
    D. steder for behandling og deponering av radioaktivt avfall;
    D. bruk av radionuklider i den nasjonale økonomien;
    E. atomeksplosjoner.

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

6. Leksjonssammendrag.

Hva nytt lærte du i klassen i dag?

Hva likte du med timen?

Hvilke spørsmål har du?

TAKK FOR ARBEIDET I UNDERVISNINGEN!

Nøytronkjernereaksjonen ved fisjon av tunge kjerner, som allerede nevnt, er den viktigste og sentrale reaksjonen i atomreaktorer. Derfor er det fornuftig helt fra begynnelsen å bli kjent med de fysiske konseptene til fisjonsreaksjonen og de av dens funksjoner som på en eller annen måte setter sitt preg på alle aspekter av livet og hverdagen til det mest komplekse tekniske komplekset, som kalles et atomkraftverk.

En ide om fisjon av uran-235-kjernen i visuelle bilder er gitt i fig. 2.6.

Nøytronkjerne med masse A Eksitert sammensatt kjerne Fisjonsfragmenter

Fisjonsnøytroner

Fig.2.6. Skjematisk representasjon av 235 U kjernefysisk fisjon.

Basert på dette diagrammet kan den generaliserte fisjonsreaksjonen "ligningen" (som er logisk snarere enn strengt matematisk) skrives som:

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

- (F 1)* og (F 2)* - symbolske betegnelser spent fisjonsfragmenter (indeksen (*) heretter betegner ustabile, eksiterte eller radioaktive grunnstoffer); fragment (F 1)* har masse A 1 og ladning Z 1, fragment (F 2)* har masse A 2 og ladning Z 2;

-  5. 1 n er betegnet  5 fisjonsnøytroner frigjort i gjennomsnitt i hver fisjonshendelse av uran-235-kjernen;

- ,  og  - -partikler, -partikler og -kvanter, hvis gjennomsnittlige antall per fisjonshandling av uran-235-kjernen er lik henholdsvis a, b og c;

    E er den gjennomsnittlige energimengden som frigjøres i fisjonshandlingen.

La oss understreke nok en gang: uttrykket skrevet ovenfor er ikke en ligning i ordets strenge betydning; snarere er det ganske enkelt en lett å huske form for notasjon som gjenspeiler hovedtrekkene til nøytronfisjonsreaksjonen:

a) dannelse av fisjonsfragmenter;

b) dannelsen av nye frie nøytroner under fisjon, som vi heretter kort vil kalle fisjonsnøytroner;

c) radioaktivitet av fisjonsfragmenter, som forårsaker deres videre transformasjon til mer stabile formasjoner, noe som forårsaker en rekke bivirkninger - både positive, nyttige og negative, som må tas i betraktning ved utforming, bygging og drift av atomreaktorer;

d) frigjøring av energi under fisjon er hovedegenskapen til fisjonsreaksjonen, som gjør det mulig å skape energisk kjernereaktor.

Hver av de fysiske prosessene oppført ovenfor som følger med fisjonsreaksjonen spiller en viss rolle i reaktoren og har sin egen praktiske betydning. La oss derfor bli kjent med dem mer detaljert.

2.2.1. Dannelse av fisjonsfragmenter. En enkelt handling av kjernefysisk fisjon kan til en viss grad omtales som et fenomen tilfeldig, med tanke på at den tunge urankjernen, bestående av 92 protoner og 143 nøytroner, er fundamentalt i stand til å splittes i et annet antall fragmenter med forskjellige atommasser. I dette tilfellet kan man vurdere muligheten for å dele en kjerne i 2, 3 eller flere fragmenter med sannsynlige mål. I følge dataene gitt i er sannsynligheten for at en kjerne deler seg i to fragmenter mer enn 98%, derfor ender det store flertallet av fisjonene i dannelsen av nøyaktig to fragmenter.

Spektroskopiske studier av fisjonsprodukter har identifisert mer enn 600 kvalitativt forskjellige fisjonsfragmenter med forskjellige atommasser. Og her, i en tilsynelatende ulykke, med et stort antall divisjoner, dukket en umiddelbart opp generelt mønster som kort kan uttrykkes slik:

Sannsynligheten for utseendet til et fragment av en viss atommasse under massefisjonen av en bestemt nuklid er en strengt definert verdi som er karakteristisk for denne fissile nukliden.

Denne mengden kalles vanligvis spesifikt fragmentutbytte , angitt med en liten gresk bokstav Jeg(gamma) med et underskrift - et symbol på det kjemiske elementet som dette fragmentet er kjernen til, eller et symbol på en isotop.

For eksempel, i fysiske eksperimenter er det registrert at et fragment av xenon-135 (135 Xe) vises i gjennomsnitt i tre tilfeller hver tusende fisjon av 235 U-kjerner. Dette betyr at det spesifikke utbyttet av 135 Xe-fragmenter er

Xe= 3/1000 = 0,003 av alle divisjoner,

og i forhold til en enkelt fisjonshendelse av 235 U-kjernen, er verdien  Xe = 0,003 = 0,3 % - sannsynligheten for at fisjon vil resultere i dannelsen av et fragment 135 Heh.

En klar vurdering av mønsteret for dannelse av fisjonsfragmenter av forskjellige atommasser er gitt av kurvene for det spesifikke utbyttet av fragmenter (fig. 2.7).

10

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

Ris. 2.7. Spesifikke utbytter av fisjonsfragmenter av forskjellige atommasser

under fisjon av 235 U (heltrukken linje) og 239 Pu (stiplet linje) kjerner.

Naturen til disse kurvene lar oss konkludere med følgende:

a) Atommassene av fragmenter som dannes under fisjon, ligger i de aller fleste tilfeller innenfor området 70  165 amu. Det spesifikke utbyttet av lettere og tyngre fragmenter er veldig lite (overstiger ikke 10-4%).

b) Symmetrisk fisjon av kjerner (det vil si fisjon i to fragmenter med like masse) er ekstremt sjeldne: deres spesifikke utbytte overstiger ikke 0,01 % for uran-235-kjerner og 0,04 % for plutonium-239-kjerner.

c) Oftest dannet lungene fragmenter med massetall innenfor 83  104 amu. Og tung fragmenter med A = 128  149 a.m.u. (deres spesifikke utbytte er 1 % eller mer).

d) Fisjon av 239 Pu under påvirkning av termiske nøytroner fører til dannelse av flere mer alvorlig fragmenter sammenlignet med 235 U fisjonsfragmenter.

*) I fremtiden, når vi studerer reaktorens kinetikk og prosessene for forgiftning og slaggdannelse, vil vi mer enn en gang måtte referere til verdiene av de spesifikke utbyttene til mange fisjonsfragmenter når vi utarbeider differensialligninger som beskriver de fysiske prosessene i reaktorkjernen.

Det praktiske med denne verdien er at når man kjenner hastigheten på fisjonsreaksjonen (antall fisjon per volumenhet av drivstoffsammensetningen per tidsenhet), er det lett å beregne dannelseshastigheten til eventuelle fisjonsfragmenter, hvis akkumulering i reaktoren på en eller annen måte påvirker dens drift:

Generasjonshastighet for i-te fragment = Jeg (hastighet av fisjonsreaksjon)

Og enda et notat knyttet til dannelsen av fisjonsfragmenter. Fisjonsfragmentene som genereres under fisjon har høy kinetisk energi. Ved å overføre deres kinetiske energi under kollisjoner med atomer i drivstoffsammensetningsmediet, fragmenterer fisjon derved øke det gjennomsnittlige nivået av kinetisk energi til atomer og molekyler, som, i samsvar med kinetisk teoris ideer, oppfattes av oss som temperaturøkning drivstoffsammensetning eller hvordan varmeutvikling i den.

Det meste av varmen i reaktoren genereres på denne måten.

Dette er en viss positiv rolle for dannelsen av fragmenter i driftsprosessen til en kjernekraftreaktor.

2.2.2. Produksjon av fisjonsnøytroner. Det viktigste fysiske fenomenet som følger med prosessen med fisjon av tunge kjerner er utslipp av sekundære raske nøytroner fra eksiterte fisjonsfragmenter, ellers kalt prompte nøytroner eller fisjonsnøytroner.

Betydningen av dette fenomenet (oppdaget av F. Joliot-Curie og hans kolleger - Albano og Kowarski - i 1939) er ubestridelig: det er takket være det at under fisjon av tunge kjerner ser det ut til at nye frie nøytroner erstatter de som forårsaket fisjonen; disse nye nøytronene kan samhandle med andre spaltbare kjerner i drivstoffet og få dem til å fisjon, etterfulgt av utslipp av nye fisjonsnøytroner, etc. Det vil si at på grunn av dannelsen av fisjonsnøytroner blir det mulig organisere en prosess med fisjon som følger hverandre jevnt i tid uten tilførsel av frie nøytroner til det drivstoffholdige mediet fra en ekstern kilde. I en slik levering, enkelt sagt, ikke nødvendig, så lenge «verktøyene» som kjernefysisk fisjon utføres ved hjelp av finnes her, i akkurat dette miljøet, i en bundet tilstand i fissile kjerner; for å "sette i handling" bundne nøytroner, trenger de bare å bli frigjort, det vil si at kjernen må deles inn i fragmenter, og da vil fragmentene selv fullføre alt: på grunn av deres eksiterte tilstand vil de avgi "ekstra ” nøytroner fra deres sammensetning, forstyrrer dem stabiliteten, og dette vil skje i en tid i størrelsesorden 10 -15 - 10 -13 s, sammenfallende i størrelsesorden med tiden den sammensatte kjernen forblir i en eksitert tilstand. Denne tilfeldigheten ga opphav til ideen om at fisjonsnøytroner dukker opp ikke fra eksiterte fisjonsfragmenter overmettet med nøytroner etter slutten av fisjon, men direkte i den korte tidsperioden som kjernefysisk fisjon oppstår. Det er ikke etter delingshandling, og i løpet av denne handlingen, som samtidig med ødeleggelsen av kjernen. Av samme grunn kalles disse nøytronene ofte prompte nøytroner.

En analyse av mulige kombinasjoner av protoner og nøytroner i stabile kjerner av forskjellige atommasser (husk diagrammet over stabile kjerner) og deres sammenligning med den kvalitative sammensetningen av fisjonsprodukter viste at sannsynlighet for dannelsebærekraftig Det er svært få fragmenter under fisjon. Dette betyr at de aller fleste fragmenter blir født ustabil og kan sende ut ett, to, tre eller enda flere "ekstra" fisjonsnøytroner for deres stabilitet, og det er klart at hvert spesifikt eksitert fragment må sende ut din egen, strengt definert, antall fisjonsnøytroner "ekstra" for stabiliteten.

Men siden hvert fragment med et stort antall fisjon har et strengt definert spesifikt utbytte, vil antallet fisjonsfragmenter av hver type dannet med et visst stort antall fisjon også være sikkert, og følgelig antallet fisjonsnøytroner som sendes ut av fragmenter av hver type vil også være sikre, og, Dette betyr at deres totale antall også vil være sikkert. Ved å dele det totale antallet nøytroner produsert i fisjon med antall fisjon der de ble produsert, bør vi få gjennomsnittlig antall fisjonsnøytroner som sendes ut i en fisjonshendelse, som, basert på resonnementet ovenfor, også bør være strengt definert og konstant for hver type fissile nuklid. Denne fysiske konstanten til en spaltbar nuklid er betegnet .

I følge data fra 1998 (verdien av denne konstanten oppdateres periodisk basert på resultatene av en analyse av fysiske eksperimenter rundt om i verden) under fisjon under påvirkning av termiske nøytroner

For uran-235 5 = 2.416,

For plutonium-239 9 = 2.862,

For plutonium-241 1 = 2.938 osv.

Den siste bemerkningen er nyttig: verdien av konstanten  avhenger betydelig av størrelsen på den kinetiske energien til nøytronene som forårsaker fisjon, og når sistnevnte øker, øker den omtrent i direkte proporsjon med E.

For de to viktigste fissile nuklidene er de omtrentlige avhengighetene (E) beskrevet med empiriske uttrykk:

For uran-235 5 (E) = 2.416 + 0.1337 E;

For plutonium-239 9 (E) = 2.862 + 0.1357 E.

*) Nøytronenergi E er substituert i [MeV].

Dermed kan verdien av konstanten , beregnet ved hjelp av disse empiriske formlene, ved forskjellige nøytronenergier nå følgende verdier:

Så den første egenskapen til fisjonsnøytroner som sendes ut under fisjon av spesifikke fissile nuklider er den iboende gjennomsnittlig antall fisjonsnøytroner produsert i en fisjonshendelse.

Det er et faktum at for alle spaltbare nuklider > 1, skaper en forutsetning for gjennomførbarhet kjede nøytronfisjonsreaksjon. Det er klart at å gjennomføre selvopprettholdende fisjonskjedereaksjon det er nødvendig å legge forholdene til rette slik at en fra  nøytroner oppnådd i fisjonsloven definitivt ringt neste divisjon av en annen kjerne, og hvile (- 1) nøytroner på en eller annen måte ekskludert fra prosessen med kjernefysisk fisjon. Ellers vil intensiteten til delingene øke over tid som et snøskred (som er det som skjer i atombombe).

Siden det nå er kjent at verdien av konstanten øker med økende energi til nøytroner som forårsaker fisjon, oppstår et logisk spørsmål: med hvilken kinetisk energi Født fisjonsnøytroner?

Svaret på dette spørsmålet er gitt av den andre egenskapen til fisjonsnøytroner, kalt energispekteret til fisjonsnøytroner og representerer fordelingsfunksjonen til fisjonsnøytroner over deres kinetiske energier.

Hvis det i en enhet (1 cm3) oppstår volum av mediet på et bestemt tidspunkt n fisjonsnøytroner av alle mulige energier, altså normalisert energispekter er en funksjon av mengden energi E, hvis verdi ved en bestemt verdi av E viser hvilken del (andel) av alle disse nøytronene er nøytroner med energier av elementærintervallet dE nær energien E. Vi snakker med andre ord om uttrykket

Energifordelingen til fisjonsnøytroner er beskrevet ganske nøyaktig Watts spektralfunksjon(Watt):

n(E) = 0.4839
, (2.2.2)

en grafisk illustrasjon av dette er Fig. 2.8. på neste side.

Watts spektrum viser at selv om fisjonsnøytroner produseres med svært forskjellige energier, som ligger i et veldig bredt område, de fleste nøytroner har startenergi,lik E nv = 0,7104 MeV, tilsvarende maksimum av Watts spektralfunksjon. I betydningen er denne verdien den mest sannsynlige energien til fisjonsnøytroner.

En annen mengde som karakteriserer energispekteret til fisjonsnøytroner er gjennomsnittlig energi til fisjonsnøytroner , det vil si mengden energi som hvert fisjonsnøytron ville ha hvis den totale reelle energien til alle fisjonsnøytroner ble delt likt mellom dem:

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

Å erstatte uttrykk (2.2.2) med (2.2.3) gir verdien av den gjennomsnittlige energien til fisjonsnøytroner

E ons = 2,0 MeV

Og dette betyr det Nesten alt fisjonsnøytroner blir født fort(det vil si med energier E > 0.1 MeV). Men få raske nøytroner med relativt høye kinetiske energier produseres (mindre enn 1%), selv om et merkbart antall fisjonsnøytroner vises med energier opp til 18 - 20 MeV.

0 1 2 3 4 5 E, MeV

Fig.2.8. Energispekteret til fisjonsnøytroner er Watt-spekteret.

Fisjonsnøytronspektra for forskjellige spaltbare nuklider er forskjellige fra hverandre litt. La oss si, for nuklidene 235 U og 239 Pu som vi først og fremst er interessert i, verdiene av gjennomsnittsenergiene til fisjonsnøytroner (korrigert basert på resultatene av fysiske eksperimenter):

E av = 1,935 MeV - for 235 U og E av = 2,00 MeV - for 239 Pu

Verdien av den gjennomsnittlige energien til spekteret av fisjonsnøytroner øker med økende energi av nøytroner som forårsaker fisjon, men denne økningen er ubetydelig(minst innenfor området 10 - 12 MeV). Dette lar oss ignorere det og omtrentlig beregne energispekteret til fisjonsnøytroner uniform for ulike kjernebrensel og for ulike spektrum (raske, mellomliggende og termiske) reaktorer.

For uran-238, til tross for terskelnaturen til dets fisjon, faller spekteret av fisjonsnøytroner praktisk talt sammen med uttrykket(2.2.2), og avhengigheten av gjennomsnittlig antall fisjonsnøytroner 8 fra energien til fisjonsfremkallende nøytroner - også praktisk talt lineær ved energier over terskelen ( E P = 1.1 MeV):

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

2.2.3. Radioaktivitet av fisjonsfragmenter. Det har allerede blitt sagt at rundt 600 typer fisjonsfragmenter er identifisert, forskjellige i masse og protonladning, og at praktisk talt Alle de er fødtveldig spent .

Saken kompliseres ytterligere av det faktum at de bærer på betydelig spenning og etter utslipp av fisjonsnøytroner. Derfor, i et naturlig ønske om stabilitet, fortsetter de å "dumpe" overflødig energi over nivået til grunntilstanden til dette nivået er nådd.

Denne utslippet utføres ved sekvensiell utslipp av fragmenter av alle typer radioaktiv stråling (alfa-, beta- og gammastråling), og for forskjellige fragmenter forekommer forskjellige typer radioaktivt forfall i forskjellige sekvenser og (på grunn av forskjeller i verdiene) av forfallskonstanter ) strekkes i varierende grad i tid.

Dermed, i en atomreaktor i drift, ikke bare prosessen besparelser radioaktive fragmenter, men også prosessen med deres kontinuerlige transformasjon: et stort antall er kjent kjeder suksessive transformasjoner, som til slutt fører til dannelsen av stabile kjerner, men alle disse prosessene krever forskjellige tider, for noen kjeder - veldig korte, og for andre - ganske lange.

Derfor følger radioaktiv stråling ikke bare med fisjonsreaksjonen inn arbeider reaktoren, men slippes også ut av brenselet i lang tid etter at den er stengt.

Denne faktoren gir for det første opphav til en spesiell type fysisk fare - fare eksponering av personell, servicere reaktorinstallasjonen, kort referert til som strålingsfare. Dette tvinger designere av reaktoranlegg til å sørge for miljøet. biologisk beskyttelse, plasser den i rom isolert fra miljøet og ta en rekke andre tiltak for å eliminere muligheten for farlig eksponering av mennesker og radioaktiv forurensning av miljøet.

For det andre, etter at reaktoren er stengt, fortsetter alle typer radioaktiv stråling, selv om den avtar i intensitet, å samhandle med materialene i kjernen og, som selve fisjonsfragmentene i den innledende perioden av deres frie eksistens, overfører deres kinetiske energi til atomene i kjernemediet, øke deres gjennomsnittlige kinetiske energi. Det er i reaktoren etter at den er stengt forfallsvarme .

Det er lett å forstå at kraften til gjenværende varmeavgivelse i reaktoren i øyeblikket av stans er direkte proporsjonal med antall fragmenter som er akkumulert under driften av reaktoren i det øyeblikket, og hastigheten på dens nedgang bestemmes deretter av halveringstider for disse fragmentene. Av det som er sagt følger et annet negativ faktor på grunn av radioaktiviteten til fisjonsfragmenter - nødvendighetlangsiktigkjøler ned reaktorkjerne etter stans for å fjerne restvarme, og dette er forbundet med et betydelig forbruk av strøm og motorlevetiden til sirkulasjonsutstyret.

Dermed er dannelsen av radioaktive fragmenter under fisjon i en reaktor hovedsakelig et fenomen negativ, men... hver sky har en sølvkant!

I de radioaktive transformasjonene av fisjonsfragmenter kan man også se positivt aspekt som atomreaktorer bokstavelig talt skylder deres eksistens . Faktum er at av et stort utvalg av fisjonsfragmenter er det ca 60 typer som etter det første -forfallet blir nøytronaktive , i stand til å sende ut såkalte henger etter nøytroner. Relativt få forsinkede nøytroner sendes ut i reaktoren (omtrent 0,6 % av det totale antallet genererte nøytroner), men det er takket være deres eksistens at det er mulig sikker ledelse kjernereaktor; Vi vil være overbevist om dette når vi studerer kinetikken til en atomreaktor.

2.2.4. Frigjøring av energi under fisjon. Kjernefisjonsreaksjonen i fysikk er en av de klare bekreftelsene av A. Einsteins hypotese om forholdet mellom masse og energi, som i forhold til kjernefysisk fisjon er formulert som følger:

Mengden energi som frigjøres under kjernefysisk fisjon er direkte proporsjonal med størrelsen på massedefekten, og proporsjonalitetskoeffisienten i dette forholdet er kvadratet på lysets hastighet:

E= mс 2

Under kjernefysisk fisjon er overskuddet (defekten) av masse definert som forskjellen i summen av hvilemassene til de første produktene av fisjonsreaksjonen (dvs. kjerne og nøytron) og de resulterende produktene av kjernefysisk fisjon (fisjonsfragmenter, fisjon nøytroner og andre mikropartikler som sendes ut både under fisjonsprosessen og etter ham).

Spektroskopisk analyse gjorde det mulig å bestemme flertallet av fisjonsproduktene og deres spesifikke utbytte. På dette grunnlaget viste det seg å ikke være så vanskelig å beregne privat størrelsen på massedefekter for ulike resultater av fisjon av uran-235 kjerner, og ut fra dem - beregne den gjennomsnittlige energimengden som frigjøres i en enkelt fisjon, som viste seg å være nær

mc 2 = 200 MeV

Det er nok å sammenligne denne verdien med energien som frigjøres ved en av de mest endotermiske kjemisk reaksjoner - oksidasjonsreaksjoner av rakettdrivstoff (verdi mindre enn 10 eV) - for å forstå at på nivå med mikroskopiske objekter (atomer, kjerner) 200 MeV - veldig høy energi: det er minst åtte størrelsesordener (100 millioner ganger) større enn energien som oppnås fra kjemiske reaksjoner.

Fisjonsenergi spres fra volumet der kjernefysisk fisjon skjedde gjennom forskjellige materialer transportører: fisjonsfragmenter, fisjonsnøytroner, - og -partikler, -kvanter og til og med nøytrinoer og antinøytrinoer.

Fordelingen av fisjonsenergi mellom materialbærere under fisjon av 235 U og 239 Pu-kjerner er gitt i tabell 2.1.

Tabell 2.1. Fordeling av fisjonsenergi av uran-235 og plutonium-239 kjerner mellom fisjonsprodukter.

Fisjonsenergibærere

Plutonium-239

1. Kinetisk energi av fisjonsfragmenter

2. Kinetisk energi til fisjonsnøytroner

3. Energi av øyeblikkelige gammakvanter

4. Energi av -kvanter fra fisjonsprodukter

5. Kinetisk energi av -stråling av fragmenter

6. Antinøytrino energi

Ulike komponenter av fisjonsenergi omdannes til varme ikke samtidig.

De tre første komponentene blir til varme i løpet av en tid på mindre enn 0,1 s (regnet fra delingsøyeblikket), og kalles derfor umiddelbare varmekilder.

- og -stråling fra fisjonsprodukter sendes ut av eksiterte fragmenter med de mest varierte halveringstidene(fra noen få brøkdeler av et sekund til flere titalls dager, hvis vi bare tar hensyn til fragmenter med merkbart spesifikt utbytte), og derfor prosessen nevnt ovenfor forfallsvarme, som nettopp er forårsaket av radioaktive utslipp fra fisjonsprodukter, kan vare i flere titalls dager etter at reaktoren er stengt.

*) I følge svært grove estimater, reduseres kraften til restvarmeavgivelsen i reaktoren etter dens nedstenging i det første minuttet - med 30-35 %; etter den første timen med reaktorens stans er den omtrent 30 % av kraften hvor reaktoren opererte før stans, og etter første dag parkering - omtrent 25 prosent. Det er klart at det ikke kommer på tale å stoppe den tvungne kjølingen av reaktoren under slike forhold, fordi Selv en kortvarig stans av kjølevæskesirkulasjonen i kjernen er full av faren for termisk ødeleggelse av brenselelementer. Først etter flere dager med tvungen avkjøling av reaktoren, når kraften til gjenværende varmeavgivelse reduseres til nivået til kjølevæsken som er fjernet på grunn av naturlig konveksjon, kan sirkulasjonsmidlene til primærkretsen stoppes.

Det andre praktiske spørsmålet til en ingeniør: hvor og hvilken del av fisjonsenergien som omdannes til varme i reaktoren? - siden dette er på grunn av behovet for å organisere en balansert varmefjerning fra de forskjellige interne delene, designet i forskjellige teknologiske design.

Drivstoffsammensetning, som inneholder spaltbare nuklider, er inneholdt i forseglede skall som forhindrer frigjøring av dannede fragmenter fra brenselsammensetningen til brenselelementer (drivstoffelementer) inn i kjølevæsken som avkjøler dem. Og hvis fisjonsfragmenter i en fungerende reaktor ikke forlater brenselelementene, er det klart at de kinetiske energiene til fragmentene og svakt penetrerende -partiklene omdannes til varme inne i drivstoffstavene.

Energiene til fisjonsnøytroner og -stråling omdannes til varme kun inne i brenselelementene delvis: den gjennomtrengende evnen til nøytroner og -stråling genererer medrivende mesteparten av deres innledende kinetiske energi fra deres fødesteder.

Å kjenne den nøyaktige verdien av fisjonsenergien og dens andel av den resulterende varmen inne i brenselelementene er av stor praktisk betydning, slik at man kan beregne en annen praktisk viktig egenskap kalt spesifikk volumetrisk varmefrigjøring i brenselstavdrivstoff (q v).

For eksempel, hvis det er kjent at i 1 cm 3 av drivstoffsammensetningen til et brenselelement, i 1 s R f spaltninger av uran-235 kjerner, så er det åpenbart: mengden termisk energi som genereres hvert sekund i dette enhetsvolumet (= termisk kraft på 1 cm 3 drivstoff) er den spesifikke volumetriske varmefrigjøringen (eller energiintensitet) drivstoff, og denne verdien vil være lik:

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

Andelen fisjonsenergi mottatt i form av varme utenfor brenselelementene i reaktorkjernen avhenger av dens type og design og ligger innenfor (6  9) % av den totale fisjonsenergien. (For eksempel, for VVER-1000 er denne verdien omtrent 8,3 %, og for RBMK-1000 er den omtrent 7 %).

Dermed er andelen av den totale varmeavgivelsen i kjernevolumet av den totale fisjonsenergien 0,96  0,99, dvs. med teknisk presisjon sammenfaller med den totale fisjonsenergien.

Derfor en annen teknisk egenskap ved reaktorkjernen:

- gjennomsnittlig energiintensitet for kjernen(q v) az - termisk effekt mottatt per volumenhet av kjernen:

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

Siden energien er 1 MeV i SI-systemet tilsvarer det 1.602. 10 -13 J, så verdien av energiintensiteten til reaktorkjernen:

(q v) az  3,204 . 10 -11 R f .

Derfor, hvis verdien av den gjennomsnittlige energiintensiteten over kjernevolumet er kjent, da reaktor termisk kraft vil åpenbart være:

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

Den termiske kraften til reaktoren er direkte proporsjonal gjennomsnittshastighet

fisjonsreaksjoner i kjernen.

Praktisk konsekvens : Vil du at reaktoren skal jobbe vedkonstant effektnivå? - Lag forhold i den slik at fisjonsreaksjonen i dens aktive sone oppstår med konstant gjennomsnittshastighet over tid. Trenger du å øke (redusere) reaktoreffekten? - Finn måter å øke (eller redusere) reaksjonshastigheten tilsvarende de leniya. Dette er den primære betydningen av å kontrollere kraften til en atomreaktor.

De vurderte sammenhengene og konklusjonene virker åpenbare bare i det enkleste tilfellet, når brenselkomponenten i reaktoren er ett uran-235. Imidlertid gjentar begrunnelsen for en reaktor med multikomponent brenselsammensetning, er det lett å verifisere proporsjonaliteten til den gjennomsnittlige fisjonsreaksjonshastigheten og reaktorens termiske kraft i det mest generelle tilfellet.

Dermed er den termiske kraften til reaktoren og varmefordeling i kjernen er direkte proporsjonale med fordelingen av fisjonsreaksjonshastigheten over volumet av brenselsammensetningen til reaktorkjernen.

Men fra det som er sagt er det også klart at hastigheten på fisjonsreaksjonen må være relatert til antall frie nøytroner i kjernemiljøet, siden det er de (frie nøytroner) som forårsaker fisjonsreaksjoner, strålingsfangst, spredning og andre nøytronreaksjoner. Hastigheten på fisjonsreaksjonen, energifrigjøringen i kjernen og reaktorens termiske kraft må med andre ord klart relateres til egenskapene til nøytronfeltet i sitt volum.

Etter at det ble utført en ukontrollert kjedereaksjon, som gjorde det mulig å oppnå en gigantisk mengde energi, satte forskerne i oppgave å gjennomføre en kontrollert kjedereaksjon. Essensen av en kontrollert kjedereaksjon ligger i evnen til å kontrollere nøytroner. Dette prinsippet har blitt brukt med hell i kjernekraftverk (NPP).

Spaltningsenergien til urankjerner brukes i kjernekraftverk (NPP). Fisjonsprosessen av uran er veldig farlig. Derfor er atomreaktorer omgitt av tette beskyttende skall. En vanlig type reaktor er trykkvann.

Kjølevæsken er vann. Kaldt vann kommer inn i reaktoren under svært høyt trykk, noe som hindrer det i å koke.

Kaldt vann som passerer gjennom reaktorkjernen fungerer også som en moderator - bremser raske nøytroner slik at de treffer urankjernene og forårsaker en kjedereaksjon.

Kjernebrensel (uran) er plassert i kjernen i form av brenselstaver. Drivstoffstavene i sammenstillingen veksler med kontrollstenger, som regulerer hastigheten på kjernefysisk fisjon ved å absorbere raske nøytroner.

Fisjon frigjør en stor mengde varme. Det oppvarmede vannet forlater kjernen under trykk med en temperatur på 300°C og kommer inn i kraftverket, som huser generatorer og turbiner.

Varmt vann fra reaktoren varmer det sekundære kretsvannet til en byll. Dampen ledes til turbinbladene og roterer den. Den roterende akselen overfører energi til generatoren. I generatoren omdannes mekanisk rotasjonsenergi til elektrisk energi. Dampen avkjøles og vannet går tilbake til reaktoren.

Som et resultat av disse komplekse prosessene produserer et kjernekraftverk elektrisk strøm.

Som du kan se, er den spaltbare isotopen plassert i brenselstavene i reaktorkjernen, og danner en kritisk masse. Kjernereaksjonen styres ved hjelp av kontrollstaver laget av bor eller kadmium. Kontrollstaver, som brenselstaver, er plassert i reaktorkjernen og, som en svamp som absorberer vann, virker på nøytroner og absorberer dem. NPP-operatøren, ved å justere antall kontrollstenger i reaktorkjernen, kontrollerer hastigheten på atomprosessen: han bremser den ned ved å senke kontrollstengene ned i reaktorkjernen; eller øker hastigheten ved å heve stengene.

Det ser ut til at alt er fantastisk - kjernekraft er en uuttømmelig høyteknologisk kilde til elektrisitet, og det er fremtiden. Det var det folk trodde frem til 26. august 1986. Ulykken ved den fjerde enheten til atomkraftverket i Tsjernobyl snudde alt på hodet - det "fredelige" atomet viste seg å ikke være så fredelig hvis det ble behandlet med forakt.

Det er skrevet ganske mye stoff om dette. Her vil kvintessensen (kondensert essens) av katastrofen bli gitt.

Hovedårsakene til ulykken med den fjerde kraftenheten til atomkraftverket i Tsjernobyl:

  1. Et utilstrekkelig gjennomtenkt program for et teknologisk eksperiment på nedkjøringen av en turbogenerator;
  2. Feilberegninger fra utviklerne av RBMK-atomreaktoren, der en betydelig rolle ble spilt av mangelen på operasjonell informasjon i kontrollsystemet om reaktivitetsreserven i kjernen;
  3. «Frihetene» til kjernekraftverkets personell som utførte forsøket og tillot avvik fra regelverket for arbeidet som ble utført.

Alt dette sammen førte til katastrofe. Blant spesialistene som undersøkte hendelsene i Tsjernobyl, var det noe som denne formelen: "operatørene klarte å sprenge enheten, og reaktoren tillot dem å gjøre det". En del av skyldfølelsen i Tsjernobyl ligger hos nesten alle – og hos fysikere som utfører beregninger ved hjelp av forenklede modeller, og hos installatører som skjødesløst sveiser sømmer, og hos operatører som tillater seg å ignorere arbeidsforskrifter.

Anatomien til Tsjernobyl-ulykken i et nøtteskall

1. Reaktoreffekten fikk avta til en svært liten verdi (ca. 1 % av nominell verdi). Dette er "dårlig" for reaktoren, fordi den faller ned i "jodgropen" og xenonforgiftning av reaktoren begynner. I henhold til den «normale» tilnærmingen var det nødvendig å stenge reaktoren, men i dette tilfellet ville ikke turbinnedskjæringseksperimentet blitt gjennomført, med alle administrative konsekvenser som fulgte. Som et resultat bestemte Tsjernobyl NPP-personell seg for å øke kraften til reaktoren og fortsette eksperimentet.

2. Fra materialet ovenfor er det klart at operatøren av et kjernekraftverk kan kontrollere kjernereaksjonshastigheten (reaktorkraft) ved å flytte kontrollstaver inn i reaktorkjernen. For å øke kraften til reaktoren (for å fullføre eksperimentet), ble nesten alle kontrollstaver fjernet fra reaktorkjernen.

For å gjøre det klarere for leseren som ikke er kjent med "kjernefysiske finesser", kan vi gi følgende analogi med en last hengt opp på en fjær:

  • Lasten (eller rettere sagt dens posisjon) er kraften til reaktoren;
  • Fjæren er et middel for å kontrollere belastningen (reaktorkraft).
  • I normal posisjon er belastningen og fjæren i likevekt - belastningen er i en viss høyde, og fjæren er strukket med en viss mengde.
  • Når reaktorstrømmen sviktet ("jodgrop"), gikk lasten ned i bakken (og gikk veldig kraftig).
  • For å "trekke ut" reaktoren, "trakk operatøren fjæren" (trakk ut kontrollstengene; men det var nødvendig å gjøre akkurat det motsatte - sett inn alle stengene og slå av reaktoren, dvs. slipp fjæren slik at last faller til bakken). Men lastfjærsystemet har en viss treghet, og en stund etter at operatøren begynte å trekke fjæren opp, beveger lasten seg fortsatt nedover. Og operatøren fortsetter å trekke opp.
  • Til slutt når lasten det laveste punktet, og under påvirkning av (allerede anstendige) fjærkrefter begynner den å bevege seg oppover - kraften til reaktoren begynner å øke kraftig. Lasten flyr oppover raskere og raskere (en ukontrollert kjedereaksjon med frigjøring av en enorm mengde varme), og operatøren kan ikke lenger gjøre noe for å slukke tregheten til lastens oppadgående bevegelse. Som et resultat treffer lasten operatøren i pannen.

Ja, operatørene av kjernekraftverkene i Tsjernobyl, som lot kraftenheten eksplodere, betalte den høyeste prisen for feilen deres - livet deres.

Hvorfor handlet Tsjernobyl NPP-personell på denne måten? En av årsakene var at atomreaktorkontrollsystemet ikke ga operatøren driftsinformasjon om de farlige prosessene som skjer i reaktoren.

Slik begynner A.S. Dyatlov sin bok "Tsjernobyl. Hvordan det skjedde":

Den 26. april 1986, på én time, tjuetre minutter og førti sekunder, beordret skiftlederen for enhet nr. 4 ved atomkraftverket i Tsjernobyl, Alexander Akimov, at reaktoren skulle stenges etter fullført arbeid. før du slår av kraftenheten for planlagte reparasjoner. Kommandoen ble gitt i et rolig arbeidsmiljø; det sentraliserte kontrollsystemet registrerer ikke et eneste nød- eller varselsignal om avvik i parameterne til reaktoren eller servicesystemene. Reaktoroperatør Leonid Toptunov fjernet lokket fra AZ-knappen, som beskytter mot utilsiktet feiltrykking, og trykket på knappen. Ved dette signalet begynte 187 reaktorkontrollstaver å bevege seg ned i kjernen. Bakgrunnslysene på mnemonikkbrettet lyste opp, og pilene på stangposisjonsindikatorene begynte å bevege seg. Alexander Akimov, som stod halvt vendt mot reaktorkontrollpanelet, observerte dette, så også at "kaninene" til AR-ubalanseindikatorene "fløyet til venstre" (uttrykket hans), som det skulle være, noe som betydde en reduksjon i reaktorkraft, vendt til sikkerhetspanelet, bak som jeg observerte i eksperimentet.
Men så skjedde det noe som selv den villeste fantasi ikke kunne forutse. Etter en liten nedgang begynte plutselig reaktoreffekten å øke med stadig økende hastighet, og alarmsignaler dukket opp. L. Toptunov ropte om en nødsøking i kraft. Men han klarte ikke å gjøre noe. Alt han kunne gjøre var å holde nede AZ-knappen, kontrollstengene gikk inn i den aktive sonen. Han har ingen andre midler til rådighet. Og alle andre også. A. Akimov ropte skarpt: «Steng av reaktoren!» Han hoppet til kontrollpanelet og koblet fra de elektromagnetiske clutchene til kontrollstangdrevene. Handlingen er riktig, men ubrukelig. Tross alt fungerte CPS-logikken, det vil si alle dens elementer av logiske kretser, riktig, stengene gikk inn i sonen. Nå er det klart - etter å ha trykket på AZ-knappen var det ingen riktige handlinger, det var ingen midler til frelse. Annen logikk mislyktes!
To kraftige eksplosjoner fulgte med kort mellomrom. AZ-stengene sluttet å bevege seg uten å gå halvveis. De hadde ingen andre steder å gå.
Etter én time, tjuetre minutter og førtisju sekunder ble reaktoren ødelagt av en kraftoppkjøring ved bruk av prompte nøytroner. Dette er en kollaps, den ultimate katastrofen som kan skje ved en kraftreaktor. De forsto det ikke, de forberedte seg ikke på det, ingen tekniske tiltak for lokalisering ved blokken og stasjonen ble gitt ...

Det vil si at noen få sekunder før katastrofen mistenkte ikke personellet engang faren som nærmet seg! Slutten på hele denne absurde situasjonen var å trykke på nødknappen, hvoretter det skjedde en eksplosjon - du løper i en bil og foran en hindring trykker du på bremsen, men bilen akselererer enda mer og kræsjer inn i hindringen. For å være rettferdig skal det sies at å trykke på nødknappen ikke kunne påvirke situasjonen på noen måte - det akselererte bare den uunngåelige eksplosjonen av reaktoren med noen få øyeblikk, men faktum gjenstår - nødvern sprengte reaktoren !

Effekten av stråling på mennesker

Hvorfor er menneskeskapte atomkatastrofer (for ikke å nevne atomvåpen) så farlige?

I tillegg til frigjøring av kolossale mengder energi, som fører til store ødeleggelser, er kjernefysiske reaksjoner ledsaget av stråling og, som en konsekvens, strålingsforurensning av området.

Hvorfor er stråling så skadelig for en levende organisme? Hvis det ikke hadde brakt slik skade på alle levende ting, ville alle ha glemt Tsjernobyl-ulykken for lenge siden, og atombomber ville blitt kastet til venstre og høyre.

Stråling ødelegger cellene til en levende organisme på to måter:

  1. på grunn av oppvarming (strålingsforbrenning);
  2. på grunn av ionisering av celler (strålesyke).

Radioaktive partikler og stråling i seg selv har høy kinetisk energi. Stråling genererer varme. Denne varmen, lik en solbrenthet, forårsaker en strålingsforbrenning og ødelegger kroppsvev.

Det skjematiske diagrammet av en atomreaktor som bruker termiske (langsomme) nøytroner er vist i fig. 5.1, her 1 - kontrollstaver, 2 - biologisk beskyttelse, 3 - termisk beskyttelse, 4 - moderator, 5 - kjernebrensel (brenselstaver).

Når et nøytron treffer kjernen til uran 235 isotopen, splittes det i to deler og flere (2,5-3) nye sekundære nøytroner sendes ut. For at en kjedereaksjon skal opprettholdes i en atomreaktor, er det nødvendig at massen av atombrensel i reaktorkjernen ikke er mindre enn kritisk. Reaktoren må inneholde denne mengden 235U slik at i gjennomsnitt minst ett av de resulterende nøytronene i hver fisjonshendelse kan forårsake neste fisjonshendelse før den forlater reaktorkjernen.

Figur 5.1. Skjematisk diagram av en termisk nøytronkjernereaktor

Hvis antallet nøytroner holdes konstant, vil fisjonsreaksjonen ha en stasjonær karakter. Jo høyere steady-state-nivået av antall eksisterende nøytroner, desto større kraft har reaktoren. En effekt på 1 MW tilsvarer en kjedereaksjon der 3 10 16 delinger skjer på 1 sekund.

Hvis antallet nøytroner øker, vil det oppstå en termisk eksplosjon, hvis den avtar vil reaksjonen stoppe. Reaksjonshastigheten kontrolleres ved hjelp av kontrollstenger 1.

Den nåværende tilstanden til en atomreaktor kan karakteriseres som effektiv nøytron multiplikasjonsfaktor eller reaktivitet, som er sammenkoblet av forholdet:

Følgende verdier er typiske for disse mengdene:

· - kjedereaksjonen øker over tid, reaktoren er i en superkritisk tilstand, dens reaktivitet;

· , - antall kjernefysiske spaltninger er konstant, reaktoren er i en stabil kritisk tilstand.

En atomreaktor kan operere ved en gitt kraft i lang tid bare hvis den har en reaktivitetsreserve ved driftsstart. Under driften av en atomreaktor, på grunn av akkumulering av fisjonsfragmenter i drivstoffet, endres dens isotopiske og kjemiske sammensetning, og transuraniske elementer, hovedsakelig Pu, dannes. Prosessene som skjer i reaktoren reduserer muligheten for en kjedereaksjon av fisjon av atomkjerner.

For å opprettholde og implementere en kjedereaksjon er det nødvendig å begrense absorpsjonen av nøytroner av materialene som omgir reaktorkjernen. Dette oppnås ved å bruke materialer (til biologisk 2 og termisk 3 beskyttelse) som i det minste delvis (ideelt sett 50%) reflekterer nøytroner, dvs. tok dem ikke til seg. Spesielt viktig er valget av kjølevæske som brukes til å overføre varme fra kjernen til turbinen.

Nøytronene som produseres som et resultat av fisjon kan være raske (høy hastighet) eller langsomme (termiske). Sannsynlighet for fangst av et sakte nøytron av en kjerne 235U og dens påfølgende splitting er større enn for et raskt nøytron. Derfor er drivstoffstaver 5 omgitt av spesielle moderatorer 4, som bremser nøytroner og absorberer dem svakt. For å redusere nøytronlekkasje fra reaktoren er den utstyrt med en reflektor. De mest brukte moderatorene og reflektorene er grafitt, tunge ( D2O), vanlig vann osv.

Antallet stasjonære eksisterende nøytroner bestemmer antallet kjernefysiske fisjonsfragmenter som blir dannet, som flyr bort i forskjellige retninger med enorm hastighet. Bremsing av fragmenter fører til oppvarming av drivstoffet og veggene til drivstoffstavene. For å fjerne denne varmen mates reaktoren kjølevæske, hvis oppvarming er formålet med reaktoren. Ofte utfører det samme stoffet, for eksempel vanlig vann, funksjonene kjølevæske, moderator og reflektor. Vann tilføres reaktoren vha hovedsirkulasjonspumper(MCP).

Dele:

Lignende artikler