Конструирование ядерных реакторов

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым министірлігі

Семей қаласындағы Шәкәрім атындағы Мемлекеттік университеті

СӨОЖ

Пән: Конструирование ядерных реакторов

Орындаған : Төлепбеков Д. Д

Топ: ТФ-319

Тексерген:Нұрғалиев Д. Н

Семей 2015

Жбэл геторогенді реакторында активты аймағынан негізгі конструкциондық элементі болып табылады. Жбэл дарадиолық реакция нәтижесінде бөлінетін ядролық реакцияның энергиясы уран, плутоний материалдары болады. Жбэл ²³⁵ U, ²³⁹ Pu, ²³³ U ыдырыған кездегі энергия жылулық энергияға айналады. Жбэл-да бөлінген энергия жылу алмастырғыш арқылы жұмыс істейді. Жбэл-ды құрған ²³⁸ U, ²³³ Th болса онда оның ыдырау нәтижесінде ²³⁵ U, ²³⁹ Puотын жинағы жиналады. Пішіні құбыр секілді, оның ортасында отын болады. Ішіндегі ядро нуклидтар белгілі металл түрінде басқа элементтердің қоспасы ретінде болады. Өзінің қорғаныс жүйесі болады, ол отынды қорғайды. Жбэл-дің сыртқы қорғаныс жүйесі отынды жылу алмастырғышпен араласып кетуден қорғайды. Яғни, Жбэлдің сыртқы қабаты отынды карозиядан және эрозияға ұшыраудан қорғайды. Жбэл-дің сыртқы қабаты арқылы жылу алмастырғышқа жылу беріледі. Қасиеті бойынша классификацияланады. Оның классификациясы жылу алмастырғыштың параметріне және реактордың мақсатына байланысты. Классификация отынды композицияның түрі. Ол үшке бөлінеді: металдық, керамикалық және дисперстік . Отын мен жбэл-дің сыртқы қабатының арасында белгілі байланыс зор. Технологиялық әдіспен өндіреді және жбэл өзінің геометриясына байланысты класификлацияланады. Класифкация блоктік, сақиналы, топсалы, құбыр тәріздес пластиналық, призмалық, сфералық.

Параметірлері:

1) Отынның меншікті жылу бөлінуі;

2) Беттік жылу ағынының тығыздығы;

3) Жұмыс температурасы;

4) Жұмыс режимі.

Твс және жбэл режимында көптеген факторлар әсер етет, бірақ та ядролық реакторларында бірдей процесс журеді. Бірақ параметірлері әр түрлі. Онда ядролық реакцилардын яғный ауыр элементтердің бөліну процессі болады. Ядролық реакция болған кезде онда отынның химиялық құрамы өзгереді, яғный жана элементтер пайда болады. Түзілген газдардын нәтижесінде жбэл-дің көлемі ұлғаяды. Компазиция пластикалық болса, көлемі ұлғаяды немесе пішіні өзгереді. Ал пластикалық емес болса онда шытынайды. Нәтижесінде газ бөлінеді, және гамма сәулелері шығады.

Жбэл - дің құрлысы

1. 1Отынның материалдары және отынның қослыстары

Отын материалдарының құрамына бөлінетін нуклиттер немесе олардын өндірілуіне пайдаланатын нуклиттар кіреді. Оларды атына сәйкес ядролық отын және өндіру материалы деп атайды. Барлық отын материалдар құрлымына: уран, тори, плутони және олардын қысындылары кіреді. Төменде бұл элементтердің негізгі қосындыларының басты қасиеттері қарастырылған.

Уран - 92. Негізгі изотоп қоспаларының атомдық массасы 238, 03. Уран жұмсақ метал және механикалық женіл өнделеді, күміс түстес. Ауада тез тотығып, алтын, күлгін, сұр және қоныр түсті қорғаныш қабықпен жабылады. Уранның 14 изотыпы белгілі: U ²²⁷ -ден U ²⁴⁰ -ға дейін, бұлардын ішінде U ²³⁵ , U ²³⁸ , U ²³³ тәжрибелік маңызы бар. U ²³⁵ , U ²³⁸ табиғи уранда кездеседі, U ²³³ тори мен нитронның әректтесуінен пайда болады:

Табиғи уран жиі U ²³⁵ изотопы бойынша соңғысының керекті пайыздың мөлшерің алғанға дейін байытылады. Мұндай уран байытылған уран деп атайды.

Уранның балқу температурасы 1129 - 1133С. Уранның 3алатропиялық мадификациасы бар: альфа-фаза (657 - 668 С), ветта-фаза(769-775С), гамма-фаза (балқу нүктесінен кейін) .

Техникалық уран тығыздығы қоспасы және дайындалу технологиясына байланысты (18, 6-9, 05) *10 ³ км/м ³ аймағында болады. Алфа және ветта фазаларында уран анизотропты.

Тори - 90. Атомдық массасы 232, 038. Тори жұмсақ метал, болатқа ұқсас келеді. Торидың 13 изотопы бар. Th ²²³ Th ²³² - ға дейін. Табиғатта тек Th ²³² ғана кездеседі. Торидың балқу температурасы 1700 С. Торидын алотопиалық мадификацияциялары бар: алфа фаза 1400+25, жәнеде ветта фаза балқу нүктесіне дейін.

Плутони - 94. Плутони - метал никелге ұқсас, балқу температурасы 640 С. 12 изотопы белгілі Pu ²³² - дан Pu ²⁴⁴ - ға дейін. Табиғатта плутони кездеспейді. Ядолық реакторларда қолдануда Pu ²³⁹ зор манызға ие

1. 2Констукциялық материялдар

Жбэл-дің өте манызды бөлігі ол оның қаптамасы. Ж бөл-дің қаптамаса жоғары температураларда және белсенді орталарда жұмыс жасайды. Ж бөл қаптамасы жылу тасығыш жақтанда және отың жаққанда кароция және эроциға ұшырап олардын сыртқы бетінде карозиға өнімдері жинақталады. Сол себептен жбэл қаптамасына материал тандау терен анализді және пайдаланатын материалдын қасиеттері жан жақты зерттеуін қажет етеді. Бірінші кезекте материалды тандау жылу тасығыштын түрімен және параметірлерімен анықталады. Конструкциялық материалдарға қойлатын талаптар:

Карозиға және эрозияға тұрақтылық, отынмен және бөліну өнімдерімен сәйкестігі;

Қанағаттандыратын механикалық қасиеттері;
Жоғарғы жылу өткізгіштігі;
Технологиялық ( труба немесе басқа қажетті зат жасалу мүмкіндігі ) ;
Арзан және қол жетімді.

Альюминии және оның қоспалары төмен температуралы сулы және органикалық жылу тасығышты реакторларға кен қолданылады. Негізінен альюминии бассейн типті зерттеуге арналған реакторларға қаптама ретінде қолданылатын негізгі зат болып табылады.

Никел, темір, мыс, кремни, магни, хром қосылған қоспалар қолданылады. Олар карозияға тұрақты.

Магни және оның қоспалары жбэл жасауға арналған материал ретінде қызығушылық тудырады. Магни жоғарғы жылу өткізгіштік қасиетке ие, және қол жетімді. Оның цирконый, альюминии, тори, мырыш, марганецпен қосып және карозионды қасиеттері бар қоспа алады.

Ядролық энергеткалық қондырғылар өте үлкен, кең ауқымды классификацияға ие. Олардың бірнеше түрлерге жіктеу қиын. Сондықтан ЯЭҚ бірнеше параметрелері бойынша жіктеледі. Олар:

Нейтрондар энергиясы бойынша;
Тежегіштің түрі бойынша;
Жылуалмастырғыштың түрі бойынша;
Конструкциондық орындалуы бойынша;
Мақсаты бойынша.

Нейтрондар энергиясы бойынша ЯЭҚ 3 түрге бөлінеді:

Жылдам нейтронды;
Аралық нейтронды;
Баяу нейтронды.

Жылдам нейтрондар уран ядросымен нашар әсерлескендіктен жылдам нейтрондардағы ЯЭҚ критикалық (сыни) масса үлкен болады және уранның байытылуы өте жоғары дәрежеге жетеді (90 пайызға дейін) және жылубөлгіштік қасиеті басқаларға қарағанда жоғарырақ. Баяу нейтрондардағы ЯЭҚ нейтрондар уранмен және т. б радиоактивті материалдармен жақсы әсерлескендіктен ондай қондырғыларда отынның байытылуы төмен. Баяу нейтрондарды алу үшін тежегіш қажет. Ол жылдам нейтрондарды баяу нейтрондарға айналдырады. Сондықтан ЯЭҚ габариті габариті үлкен болады. Жылдам нейтрондардағы ЯЭҚ екінші ретті отын тезірек жиналады. Себебі жылдам нейтрондардың көбею коэффиценті үлкен және нашар жұтылады.

Тежегіштің түрі бойынша ЯЭҚ келесі түрге бөлінеді:

Жеңіл сулық;
Ауыр сулық;
Графиттік;
Берилийлік;
Органикалық,

Тежегіш әрқашан атомдық массасы аз элементтерден жасалады. Себебі нейтррон жеңіл элементтерге импульсін жақсы береді. Ең көп қолданылатын ЯЭҚ жеңіл сулық, ауыр сулық, графиттік жұмыс істейтін реактор. Материал тежегіштің қасиетің сипаттайтын шамалар ол тежеу коэфиценті және тежеу қасиеті. Тежеу коэффиценті нейтронның бір ядромен соқтығысу кезіндегі орташа энергеия шығынының нейтрондардың макроскопиялық шағылу қимасының көбейтіндісіне тең. Ал тежеу коэффиценті ол бұ көбейтіндінің нейтрондардың макроскопиялық жұтылу қимасының қатынасына тең.

Ауыр су ең жоғары тежеу қасиетіне ие. Бірақта ол өте жоғары бағаға ие және оның алынуы өте күрделі процесс.

Ең жақсы тежеу коэфицентіне жеңіл су ие. Себебі оның шағылу қимасы үлкен. Сондықтан активті аймағы кішкентай және радионуклид концентрациясы жоғары болу қажет. Графиттің тежеу коэффиценті жеңіл судан 3 есее көп, бірақ ауыр судан азырақ. Ал тежеу қасиеті ең төмен сондықтан ЯЭҚ аймағы ең үлкен. Олардың отыны ең төмен байытылуға ие. Берийлік жәнее органикалық тежегіштер орнықсыз және қызған кезде ауыр газдар және фракциялар бөлгендіктен кең қолданыс тапқан жоқ.

Жылу алмастырғыш бойынша ЯЭҚ-ның жылутехникалық праметрдері аңықталады. Жылуалмастырғыштар келесі параметрлерге ие болуы керек:

Жылуфизикалық қасиеті жақсы болуы керек;
Нейтрондардың қимасы аз болуы керек;
Конструкциондық материалдарға сай болуы керек;
Бағасы қолжетімді;
Радиацияға және жылуға төзімді болуы керек.

Жылутасығыш ретінде (жылуалмастырғыш) қарапайым және ауыр суды, органикалық қоспаларды, сұйыөқ металдарды қолданады. (Na, Li, K және т. б) .

Ауыр және жеңіл (қарапайым) судың жылулық қасиеттері бірдей. Бірақ бағасы әр-түрлі. Сондықтан суда қажетті оттегі және сутегі деңгейін ұстап отыру қажет. Судың кемшілігі будың төмен температурада жоғары қысымға ие болуыында. Сондықтан ол қондырғының күрделенуіне және эксплуатациядағы қиындықтарға ие болады. Органикалық жылутасығыштартөмен қысымға ие, эрозия және корозия тудырмайды. Бірақ жоғары температурада ауыр газдарды жәнефракцияларды тудырады, сондықтан жылутасығыш сарқылады. Сұйық металдар төмен қысымда жоғары температураға ие, жылуфизикалық қасиеттері қолайлы. Бірақ ол өте агрессивті, корозия және эрозия тудырады. Сумен әсерлессе қарқынды химиялық реакция тудырады. Сұйық металдардан ең кең қолданыс тапқан ол натрий.

Реакторлар конструкциондық жіктелуі бойынша корпустық, каналдық, бассейндік болып бөлінеді. Корпустық реакторда жылуалмастырғыштар корпус ішінде бір ағынмен ағып, патрубыктан шығады. Каналдық реакторларда жылуалмастырғыш жеке-жеке құбыр арқылы жүреді. Бассецндік реакторларда активті аймақ сумен толтырылған бассейн астында орналасады. Сол бассейн арқылы жылуалмастырғыш жіберіледі. Ол бассейндегі су немесе басқа түржегі жылуалмастырғыш болады.

Мақсаты бойынша ЯЭҚ энергетикалық, зерттеулік және радиоактивті материалдарды жасауға арналған боып бөлінеді.

Энергетикалық ЯЭҚ көбінесе АЭС қолданылады.

ЯЭҚ реактордан алынатын жылулық энергияны электр энергиясына айналдырады. Ол тікелей немесе жанама алынады. Біріншісінде ол көбінесе термоэлектриктер арқылы ал екіншісінде ол суды буға айналдырып, оның мехнаникалық энергиясын электрэнергиясына айналдырады.

1. 3Ауыр сулы реакторлар

Ауыр сулы деп баяулатқыш ретінде $D_{2}$ O ауыр суы қолданылатын кез келген реакторлар айтылады. Жылуфизикалық қасиеттеріне байланысты ауыр су жеңіл суға ұқсас, бірақ ядролы-физикалық қасиеттеріне байланысты ол жылу нейтрондарын өте аз сіңіретіндіктен, ядролық реакторларға ең таңдамалы баяулатқыш болып есептеледі. Айыр су үшін нейтрондарды баяулату коэффиценті 3300, Жеңіл су үшін 61, графит үшін 190. Осының арқасында басқа реакторларға қарағанда ауырсулы реакторларда ядролық жанармай тұтынылуы үнемдірек болады, себебі ауырсулы реакторларда нейтрондардың өнімсіз шығыны аз. Бұл табиғи уранды жоғары салыстырмалы жүктемеде қолдануға жол береді. Ауыр судың байулатқыш қасиеті жеңіл суға қарағанда азырақ. Бұл жанармайды орналастыруда үлкен қадамға жол береді.

Ауыр сулы реакторлардың құрылымы әртүрлі жылутасымалдағыштарды қолдануға байланысты әртүрлі болады. Құрылымдық орындалуына байланысты реакторлар корпустық және каналдық болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.