Ядролық реактор

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ АБАЙ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ ПЕДАГОГИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ Ядролық реакторлардың құрылысы мен жұмыс істеу принципі Пәні: Атомдық энергетика негіздері Қабылдаған: PHD, аға оқытушы Қырықбаева А. А Орындаған: Алжанбаева М. С

«МАТЕМАТИКА, ФИЗИКА ЖӘНЕ ИНФОРМАТИКА ИНСТИТУТЫ

Алғашқы ядролық реакторлар

Э. Фермидің басшылығымен 1942 ж. 2 желтоқсанда алғашқы реактор АҚШ-та алынды.

КСРО-да 25 желтоқсанда 1946 жылы К И. В. Курчатовтың басшылығымен жасалды

Энрико Ферми (1901-1954)

Игорь Васильевич Курчатов

(1903-1960)

Ядролық реактор

Ядролық реактор дегеніміз ядролық тізбекті реакция жүретін қондырғыны айтады.

Уранның ядросы

баяу нейтрондарды жақсы қармайды

Баяу нейтрондардың қармалу ықтималдығы жылдам нейтрондарға қарағанда 100 есе көп.

Нейтрондардың энергиясына байланысты реакторды екі түрге бөледі: жылдам нейтронды реактор және баяу нейтронды реакторлар

Қолданылуы және қуатына байланысты ядролық

реакторлар

Тәжірибелік реактор

ядролық реакторды кұрастыруға және эксплуатациялауға кажетті әртурлі физикалық шамаларды оқып-үйренуге арналған.

Изотопты ядролық реакторлар,

оларда нейтрондар ағыны изотоптар алу үшін қолданылады

Зерттеу реакторлары

ядролық физикада, қатты денелер физикасында, радиациялық химияда, және т. б. ғылым салаларында зерттеулер жүргізу мақсатында қолданылады қолданылады.

Жылдам нейтрондармен жұмыс жасайтын және баяулатқышы жоқ реакторды жылдам нейтрон реакторлары деп атайды.

Жылдам нейтрондармен ядросының бөліну ықтималдығы өте аз, алайды егер қаныққан уран қолданса мәселені шешуге болады. Қаныққан уран дегеніміз құрамында 15% изотопы бар уранды айтады Бұл реакторлардың артықшылығы - реакция нәтижесінде біршама плутоний бөлінеді. Сондықтан да бұл реакторларды көбейткіштер деп атайды, себебі олар бөлінетін (ядерное горючее) материал түзеді.

Баяу нейтрондармен жұмыс жасайтын реакторларда баяулатқыш (замедлители) қолданылады.

(Ядерное горючее) отынның орналасуына байланысты ядролық реакторлар гомогенді және гетерогенді болып екіге бөлінеді.

Гомогенді реакторларда ядролық отын баяулатқышпен бірге сұйық немесе суспензия күйінде болады. Гетерогенді реакторларды ядролық отын баяулатқыштан бөлек арнайы ТВЭЛ-де (жылушығарғыш элементте) орналасады.

Ядролық жарылыстың энергиясын бейбiт мақсатта қолдану мүмкiн емес. Сондықтан ядролық реакция кезiнде бөлiнетiн энергияны пайдалана алу үшiн тiзбектi реакцияны еркiмiзше басқара алатындай болуымыз қажет. Мұндай басқарылатын тiзбектi реакцияны ядролық реакторлар немесе атомдық қазандықтар деп аталатын қондырғыда жүзеге асырады. Ядролық реактордың жұмыс iстеу принципiн мына жерден қарап көруге болады. Реактордың негiзгi элементтерi: ядролық отын, нейтрондарды шағылдырғыш және баяулатқыш, реакторда бөлiнетiн жылуды тасымалдағыш, тiзбектi реакцияның жылдамдығын реттегiш. Реакторлар шабан және шапшаң нейтрондармен жұмыс iстейтiн реакторлар болып бөлiнедi. Алғашқы жасалған реактор шабан нейтрондарды қолданатын реактор. Уран ядросы бөлшектенгенде бөлiнетiн нейтрондардың энергиясы шамамен 1-2 МэВ. Сәйкес олардың жылдамдықтары 107 м/с, сондықтан оларды шапшаң нейтрондар деп атайды. Мұндай энергиядағы нейтрондар 235U және 238U ядроларымен бiрдей қарқындылықпен әсерлеседi. Ал табиғи уранда 235U уранның ара салмағы аз болғандықтан нейтрондар негiзiнен 238U уранмен әсерлеседi де тiзбектi реакция жүзеге аспайды. Ал жылулық қозғалыстың жылдамдығындай (шамамен 2·103 м/с) жылдамдықпен қозғалатын нейтрондар шабан немесе жылулық нейтрондар деп аталады. Жылулық нейтрондарды 235U ядросы шапшаң нейтрондарға қарағанда 500 есе қарқындырақ жұтады. Сондықтан табиғи уранды шабан нейтрондармен сәулелендiргенде оның көп бөлiгi 238U ядросымен емес 235U ядросына жұтылады. Сондықтан тiзбектi реакцияны жүзеге асыру үшiн нейтрондарды баяулату қажет.

Ядролық реактордағы тізбекті ядролық реакция:

Ядролық реактордағы негізгі элементтер

1) Ядролық отын

2) Нейтрондарды баяулатқыштар (ауыр су, графит) ;

3) Реактордың жұмысы кезінде түзілетін энергияны шығаратын жылутасығыштар (су, сұйық натрий) ;

4) Нейтрондарды күшті жұтатын реттегіш стерженьдер (бор, кадмий)

5) Сәулеленуді бөгейтін қорғаныш қабаты

(темір толтырғышы бар бетон)

Тiзбектi реакция өтiп жатқан кеңiстiктi активтi аймақ деп атайды. Активтi аймақтан нейтрондардың шығып кетпеуiн қамтамасыз ету үшiн оны нейтрон шағылдырғыштармен қаптайды. Берилий жақсы нейтрон шағылдырғыш болып табылады.

Реакторды басқару арнайы жасалған басқару бiлiктерi арқылы жүзеге асады. Басқару бiлiктерi жылулық нейтрондарды қарқынды жұтатын бор мен кадмийдiң қоспаларынан жасалады.

Ядролық реактор

Ядролық отын

Ядролық реакторларды ядролық отын ретінде қолданылатын изотоптар

Екінші ретті отындар

Диаметрі 6-14 мм болатын жылушығарғыш (ТВЭЛ) таблеткалар касетада орналасады. Жылушығарғыш элементтер дегеніміз құрамында ядролық отыны бар қондырғы.

Сындық масса

Сындық масса - тізбекті ядролық реакция жүретін минималды бөлінетін элементтің массасы. Өлшемдер өскен сайын реакцияға қатысқан нейтрондардың саны көбейеді.

Уран-235 изотопы үшін сындық масса 23 килограмдай болады.

Ядролық реакцияны басқарып отыру үшін құрамында кадмий және боры бар элементтер қолданылады.