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Réacteur nucléaire: principes de fonctionnement, et le circuit d'unité

La conception et le fonctionnement d'un réacteur nucléaire sur la base de l'initialisation et le contrôle réaction nucléaire auto-entretenue. Il est utilisé comme un outil de recherche pour la production d'isotopes radioactifs et comme source d'énergie pour les centrales nucléaires.

réacteur nucléaire: le principe de fonctionnement (court)

processus de fission est utilisé ici dans lequel un noyau lourd se divise en deux fragments plus petits. Ces fragments sont dans un état très excité et émettent des neutrons et d'autres particules subatomiques et des photons. Les neutrons peuvent provoquer de nouvelles divisions en raison de laquelle ils sont émis encore plus, et ainsi de suite. Ce numéro autonome continue de désintégrations appelé réaction en chaîne. En même temps, une grande quantité d'énergie, dont la production est le but de l'utilisation de l'énergie nucléaire.

Le principe de fonctionnement d'un réacteur nucléaire et une centrale nucléaire est telle que 85% de l'énergie de séparation des colonies est libéré dans un délai très court après le début de la réaction. La partie restante est produite par la désintégration radioactive des produits de fission, après qu'ils ont rejeté les neutrons. La désintégration radioactive est le processus dans lequel l'atome atteint un état stable. Il a continué et après la division.

La réaction en chaîne de la bombe atomique augmente en intensité, jusqu'à ce que la majeure partie de la matière sera répartie. Cela se produit très rapidement, produisant une explosion extrêmement puissantes caractéristiques de ces bombes. Mécanisme et le fonctionnement d'un réacteur nucléaire basé sur le principe du maintien de la réaction en chaîne sur un marché réglementé niveau presque constant. Il est conçu de telle sorte que exploser la bombe atomique ne peut pas.

Réaction en chaîne et la critique

réacteur à fission Physique est déterminé que la probabilité de réaction en chaîne après émission de neutrons de fission nucléaire. Si la population récente diminue, le taux de division à la fin tombera à zéro. Dans ce cas, le réacteur dans un état sous-critique. Si la population de neutrons est maintenue à un niveau constant, le taux de fission restera stable. Le réacteur sera dans un état critique. Et enfin, si au fil du temps la population de neutrons augmente, divisant la vitesse et la puissance augmentera. état de base devient supercritique.

Le principe de fonctionnement d'un réacteur nucléaire suivant. Avant de commencer la population de neutrons est proche de zéro. Ensuite, les opérateurs enlèvent les barres de commande à partir du noyau, ce qui augmente les noyaux de division qui convertit temporairement le réacteur dans un état supercritique. Après avoir atteint les opérateurs de puissance nominale en partie renvoyées barres de commande, le réglage de la quantité de neutrons. Le réacteur est ensuite maintenu dans un état critique. Quand il est nécessaire d'arrêter, l'opérateur insère complètement les tiges. Cela supprime la division et met le cœur en état sous-critique.

types de réacteurs

La plupart de l'énergie existante est la génération de la chaleur nécessaire pour actionner des turbines qui entraînent des générateurs d'électricité des installations nucléaires dans le monde. En outre, il existe de nombreux réacteurs de recherche, et certains pays ont des sous-marins ou navires de surface, entraîné par l'énergie de l'atome.

centrales électriques

Il existe plusieurs espèces de ce type de réacteur, mais largement la conception adoptée de l'eau légère. À son tour, il peut être utilisé dans de l'eau sous pression ou à eau bouillante. Dans le premier cas, le liquide haute pression chauffé par la chaleur du noyau et entre dans le générateur de vapeur. Là, la chaleur du circuit primaire au circuit secondaire est passé, comprenant en outre de l'eau. La vapeur produite sert en fin de compte en tant que fluide de travail dans le cycle de turbine à vapeur.

Le réacteur est un type d'ébullition fonctionne sur le principe du cycle de l'énergie directe. L'eau qui passe à travers le noyau, porté à ébullition sur le niveau moyen de pression. vapeur saturée passe à travers une série de séparateurs et sèche-linge sont disposés dans la cuve du réacteur, ce qui entraîne dans son état de sverhperegretoe. La vapeur surchauffée est ensuite utilisé comme fluide de travail, la turbine en rotation.

le gaz refroidi à température élevée

réacteur à gaz à haute température (HTGR) – un réacteur nucléaire, le principe de fonctionnement est basé sur l'utilisation de graphite sous forme de mélange de carburant du carburant et des microsphères. Il existe deux modèles concurrents:

  • Allemand système « en vrac », qui utilise un des éléments combustibles sphériques de 60 mm de diamètre, constitué par un mélange de combustible et de graphite dans une coquille en graphite;
  • la version américaine d'un des prismes hexagonaux graphite qui verrouillent pour créer le noyau.

Dans les deux cas, le fluide de refroidissement est constitué d'hélium sous une pression d'environ 100 atmosphères. L'hélium système allemand passe à travers les lacunes dans la couche de particules sphériques d' éléments combustibles, et dans le document US – à travers des ouvertures dans les prismes de graphite disposées le long de l'axe central du coeur du réacteur. Les deux options peuvent fonctionner à des températures très élevées, puisque le graphite a une température de sublimation extrêmement élevée, et d'hélium chimiquement inerte complètement. hélium chaud peut être utilisé directement en tant que fluide de travail dans une turbine à gaz à haute température ou de la chaleur peut être utilisée pour générer de l'eau du cycle de vapeur.

réacteur nucléaire métal liquide: circuit et principe de fonctionnement

Les réacteurs rapides avec du liquide de refroidissement de sodium a reçu une attention considérable dans les années 1960-1970. Ensuite , il semblait que leur capacité à reproduire le combustible nucléaire dans un proche avenir sont tenus de produire du combustible pour une industrie nucléaire qui évolue rapidement. Quand il est devenu clair que cette attente est irréaliste, l'enthousiasme faibli dans les années 1980. Cependant, aux États-Unis, la Russie, la France, la Grande-Bretagne, le Japon et l'Allemagne ont construit une série de réacteurs de ce type. La plupart d'entre eux travaillent sur le dioxyde d'uranium ou d'un mélange de dioxyde de plutonium. Aux États-Unis, cependant, le plus grand succès a été réalisé avec du carburant en métal.

CANDU

Le Canada a concentré ses efforts sur les réacteurs, qui utilisent l'uranium naturel. Ceci élimine le besoin pour son enrichissement d'utiliser les services d'autres pays. Le résultat de cette politique a été le réacteur à uranium deuterium (CANDU). Le contrôle et son refroidissement produit l'eau lourde. La conception et le fonctionnement d'un réacteur nucléaire consiste à utiliser un réservoir avec D 2 O à froid à pression atmosphérique. Surface active imprégnée tubes de combustible en alliage de zirconium de l'uranium naturel, à travers lequel circule le refroidissement de son eau lourde. L'électricité est produite en divisant le transfert de chaleur en liquide de refroidissement à eau lourde, qui est distribué à travers le générateur de vapeur. La vapeur d'eau dans la boucle secondaire passe ensuite à travers un cycle de turbine classique.

installations de recherche

Pour la recherche réacteur nucléaire est le plus souvent utilisé, le principe consiste en l'utilisation de la plaque de refroidissement de l'eau et des éléments combustibles d'uranium dans les assemblages de forme. Capable de fonctionner dans une large gamme de niveaux de puissance de quelques centaines de kilowatts à plusieurs mégawatts. Étant donné que la production d'énergie ne sont pas l'objectif principal de réacteurs de recherche, ils sont caractérisés par l'énergie thermique générée, et la densité des neutrons d'énergie nominale base. Ce sont ces paramètres aideront à quantifier la capacité d'un réacteur de recherche pour réaliser des études spécifiques. Les systèmes de faible puissance ont tendance à fonctionner dans les universités et sont utilisés pour la formation, et une puissance élevée est nécessaire dans les laboratoires de recherche pour essai des matériaux et caractéristiques, ainsi que pour la recherche générale.

Le réacteur nucléaire de recherche la plus commune, la structure et le principe de fonctionnement est le suivant. Sa zone active se trouve au fond du grand bassin d'eau profonde. Ceci facilite la répartition de l'observation et le canal par lequel les faisceaux de neutrons peuvent être dirigées. A faible niveau de puissance il n'y a pas besoin de pomper le liquide de refroidissement, pour maintenir un état de sécurité de fonctionnement de la convection naturelle du liquide de refroidissement assure une dissipation thermique suffisante. L'échangeur de chaleur est généralement situé sur la surface ou dans la partie supérieure de la piscine où l'eau chaude est accumulée.

installation du navire

Utilisation originale et primaire des réacteurs nucléaires est leur utilisation dans des sous-marins. Leur principal avantage est que, contrairement aux systèmes de combustion de combustibles fossiles pour la production d'électricité, ils ne nécessitent pas l'air. Par conséquent, sous-marin nucléaire peut rester immergé pendant longtemps, et le diesel-électrique sous-marin conventionnel doit périodiquement remonter à la surface, pour faire fonctionner leurs moteurs à air. L' énergie nucléaire fournit un avantage stratégique navires de la Marine. Merci à elle, il n'y a pas besoin de faire le plein dans les ports étrangers ou des pétroliers facilement vulnérables.

Le principe de fonctionnement d'un réacteur nucléaire sur un sous-marin classé. Cependant, on sait que dans les Etats-Unis, il utilise de l'uranium hautement enrichi, et la décélération et le refroidissement est l'eau légère. La conception du premier sous-marin nucléaire du réacteur USS Nautilus a été fortement influencé par les installations de recherche puissantes. Sa caractéristique unique est la marge de réactivité très élevée, fournissant une période prolongée de fonctionnement sans ravitaillement et la possibilité de redémarrer après l'arrêt. Centrale électrique sous-marins doit être très calme, pour éviter la détection. Pour répondre aux besoins spécifiques des différentes catégories de sous-marins différents modèles de centrales électriques ont été établies.

US Navy sur les porte-avions utilisé un réacteur nucléaire, le principe est censé être empruntée aux plus grands sous-marins. Les détails de leur construction et n'ont pas été publiés.

Outre les États-Unis, sous-marins nucléaires sont au Royaume-Uni, la France, la Russie, la Chine et l'Inde. Dans chaque cas, la conception n'a pas été divulgué, mais on croit qu'ils sont très similaires – cela est une conséquence des mêmes exigences de leurs caractéristiques techniques. La Russie a également une petite flotte de brise – glaces nucléaires, qui a établi le même réacteur que dans les sous – marins soviétiques.

installations industrielles

Aux fins de la production de plutonium-239 de qualité militaire utilise un réacteur nucléaire, dont le principe consiste à une productivité élevée avec une énergie à faible niveau. Cela est dû au fait que séjour à long terme du plutonium dans le noyau conduit à l'accumulation de 240 Pu indésirables.

production de tritium

Actuellement, le principal matériau pouvant être obtenu par de tels systèmes est le tritium (3 H ou T) – la charge de bombes à hydrogène. Plutonium-239 a une longue demi-vie de 24.100 ans, alors un pays avec des armes nucléaires qui utilisent cet élément, en règle générale, ont plus que nécessaire. Contrairement à la 239 Pu, la demi-vie du tritium est d' environ 12 ans. Ainsi, pour maintenir l'inventaire nécessaire, cet isotope radioactif de l'hydrogène doit être effectuée en continu. Aux États-Unis, la rivière Savannah (Caroline du Sud) par exemple, a plusieurs réacteurs à eau lourde, qui produisent le tritium.

puissance flottante

Créé par les réacteurs nucléaires, capables de fournir de l'électricité et du chauffage à vapeur supprimé les zones isolées. En Russie, par exemple, nous avons trouvé l'utilisation de petits systèmes électriques, spécialement conçus pour répondre aux colonies de peuplement de l'Arctique. En Chine, l'usine HTR-10 fournit de la chaleur et l'Institut de recherche de l'énergie électrique de 10 mégawatts, dans lequel il est situé. Développement de petits réacteurs contrôlés automatiquement avec des capacités similaires sont effectuées en Suède et au Canada. Entre 1960 et 1972, l'armée américaine a utilisé des réacteurs à eau compacts pour fournir des bases éloignées du Groenland et de l'Antarctique. Ils ont été remplacés par des centrales au fioul.

l'exploration spatiale

En outre, les réacteurs ont été conçus pour le pouvoir et le mouvement dans l'espace. Pendant la période 1967-1988, l'Union soviétique a créé une petite installations nucléaires sur les satellites « Kosmos » pour la fourniture d'équipements et de télémétrie, mais cette politique est devenue une cible pour les critiques. Au moins un de ces satellites sont entrés l'atmosphère de la Terre, provoquant la contamination radioactive des régions éloignées du Canada. Les Etats-Unis ont lancé un seul satellite avec un réacteur nucléaire en 1965. Cependant, les projets sur leur utilisation dans les missions spatiales profondes, recherche habités d'autres planètes ou sur une base lunaire permanente continuent d'être mis au point. Ceci est certainement un réacteur nucléaire refroidi par du gaz ou de métal liquide, les principes physiques qui fournissent de la température la plus élevée possible nécessaire pour réduire au minimum la taille du radiateur. En outre, l'espace du réacteur pour l'équipement d'être aussi compact que possible pour réduire au minimum la quantité de matériau utilisé pour le blindage, et pour réduire le poids au cours du vol de lancement et de l'espace. Capacité de carburant assurera le fonctionnement du réacteur pendant toute la durée du vol spatial.