העקרונות המדעיים שמאחורי התפקוד של התגובה הגרעינית

כור גרעיני הם בין מערכות האנרגיה המתוחכמות ביותר שאי פעם המהנדסים, מה שממיר את האנרגיה המאוחרת נעולה בגרעין אטומי לתוך אספקה קבועה של כוח חשמלי.בעוד שהציבור לעתים קרובות מקשר אותם עם תאונות בעלות פרופיל גבוה או טכנולוגיה אקזוטית, עקרונות הליבה מוקרקעים בפיסיקה מובנת היטב והנדסה מודרנית. מאמר זה חוקר את העקרונות המדעיים השולטים כיצד כורים גרעיניים פועלים, מהתהליך הבסיסי של מערכות סדקים, כדי למנוע את ההשפעה של תפקודן, כדי למנוע את התגובה הישירה של הניתנת לתפקוד, ולשלוט באופן יעיל, ובאופן יעיל, ולכן, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, אם כן, אם כן, אם כן, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך תוכל לפעול באופן יעיל, כך תוכל לפעול באופן יעיל, כך תוכל לשלוט באופן יעיל, כך תוכל לפעול באופן יעיל, על ידי שימוש במנגנון זה, על ידי שימוש במנגנון זה, על ידי מערכת הגנה ברורה, על ידי מערכת הגנה ברורה, על ידי התקני הליבה של המערכת, על ידי התקני הליבה של המערכת,

גילוי של שיקול דעת גרעיני

בשנת 1938, כימאים גרמניים אוטו האן ו-Frere Strasmann הפגינו אורניום עם נויטרונים ומצאו באופן בלתי צפוי את הבריום בין המוצרים. Collaboring עם הפיזיקאים Lise Meitner ואוטו פריש, הם פירשו נכונה את התוצאה: זרם האורניום הגיע לשני גרעינים קטנים יותר, תהליך זה נקרא FLT:0Galstral FLT1, ושוחררו של מספר עצום של תגובה גרעינית, כמו למשל, רק לאחר מכן, רק לאחר שנים של אנרגיה גרעינית, ו-Ricial, אשר היה יכול היה לשרוד, כמו תגובה גרעינית, רק לאחר מכן, רק לאחר מכן, רק לאחר מכן, 000 שנים של אספקת חשמל, 000.

הפיזיקה של פישייק

אנרגיה וחיל האוויר

גרעינים אטומים מתקיימים יחד על ידי הכוח הגרעיני החזק, אשר נוגד את ההנעה אלקטרוסטטית בין פרוטונים טעונים חיובי.האנרגיה המחייבת לנקיון משתנה עם מסה אטומית; כאשר גרעין כבד מאוד (כמו אורניום-235) מתחלק לשני חלקיקים בינוניים-מסים גרעיניים, האנרגיה החייבת הכוללת של המוצרים היא גדולה יותר מאשר גרעין מקורי.

על פי ה-FLT:0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מוצרי ניוטרון לכידת ו-Fission

כאשר ננוטרן תרמי נספג על ידי גרעין אורניום-235, הוא יוצר גרעין נרגש אורניום-236, אשר כמעט מיד מחולק. ⁇ ⁇ ⁇ הם בדרך כלל שני גרעיניים בלתי שווים, כגון קריפטון-92 ו- barium-141, יחד עם שני או שלושה נויטרונים מהירים.

תגובת שרשרת וביקורת

[ה] ליצור מקור כוח מתמשך, הניטריונים הנפלטים מעמוד אחד חייבים לגרום לזיונות נוספים בגרעין השכנות, כי כור לפעול בעוצמה קבועה, בדיוק אחד מהנוטרים מכל אירוע פשתן חייב להמשיך לגרום לכשל נוסף - זה נקרא כפל:0 תגובת שרשרת מעצמן (FLT:0 עצמו) 1FLT: 1 LT5:

• (ב) ויקרא י"ד:2 ויקרא:2 ויקרא:2 ויקרא י"ד:
• (ב) ויקרא י"ד:2 ויקרא: ויקרא י"ד:
• (ב) ויקרא י"ד:2 ויקרא י"ד:

בכור, מערכות בקרה מתאמת את גורם הכפל כדי לשמור על kFearLT:0 ,Feloph:1 קרוב מאוד ל 1.0. זה מושג על ידי ספוג עודף של ניטרון עם מוטות שליטה, על ידי שינוי הריכוז של רעלים ניטרון-אבינג במהירויות גבוהות יותר של אורניום (כלומר, גיאומטריה של אסמביעות דלק במהירות 2.2, המיוצר על ידי סדקים יעילים יותר מ-235) כדי למנוע סדקים או יותר איטי יותר (אורטיים) כדי למנוע מטושטשים יעילים יותר) כדי למנוע מטושטשים (אורטיים).

ראשי תיבות של A הגרעין Reactor Core

הליבה היא הלב של הכור, המכיל את כל האלמנטים החיוניים לתגובה שרשרת.כל רכיב ממלא תפקיד ספציפי, ואת העיצוב שלהם חייב לאזן את העברת החום, כלכלת נויטרון ובטיחות.

דלק רודס

הדלק הוא בדרך כלל בצורת אגן קרמיקה (דו"ח אורניום, UentiOFLT:02reaFLT:1) ערימה בתוך צינורות סגסוגת זירוקונון ארוכים.הפלונים הם חטאים לצפיפות גבוהה ומועשרים עד 3-5% אורניום-235 (אורניום טבעי הוא 0.7% U-235).

Moderator

המנטר מפחית את האנרגיה הקינטית של נויטרונים מהירים אנרגיות תרמיות באמצעות התנגשויות אלסטיות.המכש האידיאלי יש מסה אטומית נמוכה (כל כך נויטרונים מאבדים יותר אנרגיה להתנגשות) וסעיף נמוך לקליטה בין המנופים הנפוצים כוללים מים רגילים (אור) מים כבדים (DFLT:02FLT:1O), וגרף מים טבעיים משמשים גם כאמצעי מים חמים לקליטהמים (Ricerretretretretretretain) אך חסימת מים חמים (Rirtain) אך חסימת מים), אך חסימת מים).

שליטה רוד

מוטות בקרה עשויים מחומרים עם צומת גולגולת גבוהה, כגון בורון-10 (לעתים קרובות בצורת כרעת ברון, BIRFLT:0403FLT:1C), קדמיום או hafnium.הם מוכנסים לתוך הליבה כדי לספוג ניטוריו נוספים, צמצום הגורם הרב על ידי התאמה של מקטעי הבקרה במהירות (המכונה) לתוך תהליך מהיר של כוח עליון (ה) לתוך טיפת כוח).

מגניב

קירור זורם דרך הליבה כדי להסיר את החום שנוצר על ידי סדקים.ברוב כורי הכוח, זה גם משמש נוזל העבודה עבור דור קיטור. Common קירור כוללים מים קלים (גם PWR ו BWR), מים כבדים (CANDU), נתרן (כורים מהירים), והואילום (כורים גבוהים של גזי זמן גבוהה) חייב להיות תכונות חום טוב, התנגדות קרינה, תואמים חומרים מבניים.

חומרים סטרקטיים והשתקפות

הליבה מוחזקת יחד על ידי רכיבים מבניים כגון חביות ליבה, צלחות רשת, ועמודות תמיכה, כל נועדו לעמוד בטמפרטורות גבוהות והפגזות נויטרונים אינטנסיביות. AFLT:0neutron משקפים את ההרחבה 1 (לעתים קרובות מים או גרפיט) מקיף את הליבה כדי לקפץ מניטרים בחזרה לתוך הדלק, שיפור הכלכלה נויטרונים ולהפחית את כמות הדלק הדרוש.

סוגי משנה וכיצד הם מעצבים את העיצוב

בחירתו של המנטר היא אחת ההחלטות החשובות ביותר לתכנון כור גרעיני.

• (FLT:0) מים (H2O)FLT:1; בשימוש ב PWRs ו BWRs, הסוגים הנפוצים ביותר בעולם מים קלים יעיל להאט נויטרונים אבל סופג שבריר בולטת, הדורשת דלק מועשר (3–5% U-235) אותו מים בדרך כלל מכפילים כמו מקרר ומנופי, כלומר עיצוב פשט אם הוא מצמצם, גם מצמצם את המאפיין של הפחתה עצמית.
• (FLT:0) מים כבדים (D2O)veFLT:1; נמצא ב CANDU ו- PHWRs אחרים. Deuterium יש הרבה יותר נמוך קטע צלב קליטה מאשר מימן, כל כך אורניום טבעי (0.7% U-235) יכול להשיג קריטיות.זה מבטל את הצורך בהעשרה, אך מוסיף עלות משמעותית לייצור מים כבדים.
• (FLT:0GraphiteFLT:1: בשימוש בכורי RBMK, AGR, וקודם Magnox עיצובים. Graphite הוא מתווך מוצק עם ספיגה נמוכה, יכול לפעול בטמפרטורות גבוהות, ומאפשר שימוש באורניום טבעי או נמוך עשיר.עם זאת, גרפיט מאחסן אנרגיה Wigner (הצטברות מומים) וניתן לבצע oxiding in Airiding.

העברה חמה וכוח

חום פישטוש מעלה את הטמפרטורה של הדלק ליותר מ 1000 מעלות צלזיוס במרכז הירכיים.יש להסיר חום זה באופן קבוע כדי למנוע התכה וליצור כוח שימושי. Reactors בדרך כלל להשתמש בשתיים או שלוש לולאות של קירור:

1. (בקיצור:0) ⁇ (בקיצור: 0) ; ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
2. (ב) ויקרא: ויקרא: ויקרא י"ד): "המים בלווייתנים משניים מתרשמים לתוך קיטור, אשר מניע טורבינה מחוברת גנרטור חשמלי.
3. (ב) ⁇ :0) קירור (לאה טריטרית) אנדרל 1: חום מזיטור מתכנס נדחה למגדל קירור, בנהר או לאוקיינוס.לאה זו לעולם לא תפנה את הכור.

ב BWR, הלולאה העיקרית פשוטה יותר: מים רותחים ישירות בליבת, והחילון נשלח ישירות לטורבינה.

סוגי תגובה עיקריים ופעולותיהם המדעיות

מספר עיצובי כור היו ממושמעים, כל אחד מהם הוא דרכים ייחודיות ליישום העקרונות הבסיסיים.

• (FLT:0)תגובה למים (PWR)אנדרל ( 1:1: העיצוב הנפוץ ביותר (מעל 270 יחידות) ממודול מים אור / מוחלף תחת לחץ גבוה.
• (ב) ⁇ :0) הפעלת מים (BWR)אנדרופול (ב) 1:1: עיצוב חד-פרלופ שבו קיטור מיוצר ישירות בליבת.פשוט יותר, אך עם טורבינות שנחשפו לסיטור רדיואקטיבי.
• (FLT:0CANDU (קנדה Deuterium Uranium)FLT:1: מכשפי מים כבדים ודלק אורניום מגניב, טבעי.
• (FLT:0) Advanceded Gas-cooled Reactor (AGR)FLT:1: Graphite Moderator, פחמן דו-חמצני קירור, מועשר דלק אורניום.
• (FLT:0) פריסטר רטור (FBRigtureFLT) 1:1: No Moderator - משתמש נויטרונים מהירים כדי לקיים את תגובת שרשרת.בדרך כלל נוזל מתכת קריר (sodium,עופרת) יכול "לבשל" יותר דלק פיזאלי (plutonium) אורניום פורייה-238 מאשר הוא צורב.
• (FLT:0) קטן מודולרי תגובה (SMR) ,3R: עיצובים חדשים (למשל, NuScale, Rolls-Royce SMR) המשלבים תכונות בטיחות מתקדמות וההפצה במפעל.רבים הם מבוססים PWR, אך חלקם משתמשים במלח מלוט או גז מעוף גבוה.

שליטה על התגובה ב Depth

שמירה על kirFLT:0 ,HalFLT 1=1 דורש התאמה מתמדת כי אוכלוסיית הניטריונים של הכור משתנה עם שריפת דלק, טמפרטורה, ומבנה רעל.

שליטה רוד

Boron-10 יש שטח של ספיגת נויטרונים גבוהה.מכרסמים נשלטים מועברים על ידי מנגנוני כונן על גבי כלי הכור. במהלך פעולה רגילה, חלק קטן של מוטות מוכנס חלקית לכוח של מזל טוב.

כימיקלים שיים ובריונים

רבים PWRs להוסיף חומצה בורית (H3BO4) לקרון העיקרי. Boron סופג נויטרונים, כך על ידי התאמת ריכוז חומצה בורקית, מפעילי יכולים לפצות על מחיקת דלק ו- xenon-135. Boron סופג סופגנים בר-בקר (למשל, gadolinium או erbium מעורבב לתוך pellets דלק) בהדרגה להיות depleplepleed כמו מחזור דלק, משמש את הלחץ.

ניוטרון הרעלת: Xenon-135 וסמריום-149

Xenon-135 הוא מוצר קליט עם קטע צלב עצום (2.7 מיליון נביחות עבור נויטרונים תרמיים) לאחר הסגירה הכור, xenon-135 מצטבר מן דעיכה של יוד-135, מה שגורם ל"בור xenon" שהופך את הכור לערעור זמנית.

מערכות בטיחות: הנדסה מרג'ין והגנה - ב-Depth

בטיחות גרעינית בנויה על העיקרון של FLT:0 (הגנה ב-FLT) 1:1, המספקת מספר רב של שכבות עצמאיות של הגנה.המטרה העיקרית היא לשמור על דלק קריר ומכיל חומרים רדיואקטיביים, אפילו בתנאי תאונה.

• (FLT:0) תכונות בטיחות בלתי פוסקות (FLT:1: ב LWRs, אם הטמפרטורה קרירה עולה, המים מתרחבים, גרימת חסכוני שלילי (ב PWRs) זה אומר המנטר הופך פחות צפוף, להאט את תגובת שרשרת. BWRs, רִיק (בועות צוות) ליצור יותר כוח, באופן טבעי להפחית משוב טבעי - משוב טבעי.
• (FLT:0) מכרסמים ומערכת ההשבתה של LT:1: לכל הכורים יש אמצעי מגוון של שילוב של פעילות גופנית שלילית - לעתים קרובות שתי קבוצות עצמאיות של מוטות, אחת באמצעות כוח הכבידה ואחד עם הזריקה פעילה של כימיקלים של נויטרונים-אבסרבינג (מים מבורכים).
• (FLT:0) מערכות קירור ליבה (ECCS) אנדרטל 1:1: אם מתרחשת אובדן של תאונה (למשל, הפסקת צינור), משאבות ECCS מצפות את הליבה עם מים.
• (FLT:0) בניית בניין FLT:1: מבנה בטון עבה מחזק (הופנה מהדף במקרים רבים) סוגר את כלי הכור.זה נועד לעמוד בלחץ פנימי משחרור קיטור או אפילו השפעה חיצונית.

ניהול פסולת רדיואקטיבית

דלק חריף מהכורים נשאר רדיואקטיבי מאוד במשך אלפי שנים.ניהול הפסולת הוא אתגר מדעי והנדסה.

פולי חשמל

לאחר כ-18-24 חודשים בליבת, לדלק יש מעט מדי אטומים מפוזרים ומוצרים נוספים של חנקן-אבסרבינג כדי לקיים תגובת שרשרת כלכלית.הרכבה מוסרת ומאוחסנים בשקע קירור במשך כמה שנים כדי לאפשר איזוטופים קצרים מועדיים להתקלקל.

עיבוד אפשרויות

כמה מדינות (בעיקר צרפת, רוסיה, יפן) דחקו בדלק כדי להפריד פלוטוניום אורניום. דלק תת-חמצני מעורב (MOX) יכול להיות מוחזר מן הפלוטויום, להפחית את נפח הפסולת ברמה גבוהה. עם זאת, עיבוד מחדש מעלה חששות ההתפשטות והוא יקר יותר מאשר מחזורי דלק פעם.

דיחוי עמוק

הפתרון המוסכם ביותר לטווח ארוך הוא לקבור פסולת מחוסמת בתצורות גיאולוגיות יציבות מאות מטרים מתחת לאדמה. ⁇ Onkalo repository של פינלנד, תחת בנייה, הוא האתר הקבוע הראשון בעולם לדלק גרעיני ביל.זה מסתמך על מכשולים מרובים: צורת הפסולת דמוי זכוכית, מכשול נחושת, חימר bentonite, ואת המיטה הסובבת.

הנחיות עתידיות: תגובה הבאה

עיצובי כור מתקדמים שואפים לשפר את הבטיחות, היעילות והקיימות.הפורום הבינלאומי של הדור הרביעי (GIF) בחר מספר מערכות מבטיחות:

• (ב) ⁇ :0) תגובה גבוהה מאוד של טמפרה (VHoriture) 1FLT:1: Graphite-moderated, helium-cooled, טמפרטורות תפוקה עד 1000 °C, המאפשר ייצור מימן.
• (ב) [15] ,0) ממירל מלח (MSR)אנדרל 1: דלק מומס במלח פלואוריד המפיץ קירור.
• (ב) כרך 1:0) ,סויום-קוע בתגובתו המהירה (SFR)FLT:1: ספקטרום מהיר, סגירת מחזור הדלק על ידי שריפת אקטינידס.הסופרפיניקס בצרפת וה- BN-800 ברוסיה הן דוגמאות.
• (ב) [15] ,0) , ⁇ (LFR) ,1: מדע דומה ל-SFR, אך באמצעות קירור מוביל או מוביל-ביסמות, שאינו מאוזן עם אוויר ומים.
• <חזק> תגובות מודולריות קטנות (SMRs): עיצובים קומפקטיים (בדרך כלל <300 MWe) שניתן לבנות מפעל ולהישלח.רבים משלבים תכונות בטיחות פסיביות כגון קירור טבעי להסרת חום ריקבון.

עיצובים אלה חולקים את העקרונות המדעיים שתוארו לעיל, אך הם דוחפים את גבולות המדע, העברת חום ומחזורי דלק גרעיניים כדי להשיג ביצועים גבוהים יותר וסיכון הפצת פסולת נמוך יותר.

מסקנה

כור גרעיני הם ניצחון של פיזיקה יישומית.הם מסתמכים על הנפיחות מבוקרת של אטומים כבדים, המתמדת באמצעות תגובת שרשרת מאוזנת ומתונות על ידי חומרים שנבחרו בקפידה.החום המיוצר מועבר באמצעות לולאות קרירות לטורבינה קונבנציונלית.בטיחות תגובה מובטח באמצעות מספר רב של שכבות של הנדסה - מאפקטים פסיביים של שימור חירום והחזקה חזקה יותר.