Ο πρώτος πυρηνικός ο αντιδραστήρας σχεδιάστηκε για χρήση σε βόμβες για την παραγωγή 239Pu. Μετά από αυτό, αυτοί οι αντιδραστήρες χρησιμοποιούνται για διαφορετικούς σκοπούς όπως παραγωγή ηλεκτρισμού και επίσης χρησιμοποιείται για την προώθηση πλοίων για την παραγωγή ραδιοϊσοτόπων και την παροχή θερμότητας. Υπάρχουν διάφοροι τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων σε διαφορετικά σχέδια όπου η παραγωγή ενέργειας σε αυτούς τους αντιδραστήρες εξαρτάται κυρίως από την πυρηνική σχάση. Οι αντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται συχνά είναι οι PWR (Αντιδραστήρας υπό πίεση), BWR (Αντιδραστήρας Βραστού Νερού) & PHWR (Αντιδραστήρας Βαρέος Νερού υπό πίεση) Αυτό το άρθρο ασχολείται με μια επισκόπηση ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, εξαρτημάτων και τύπων.
Τι είναι ο πυρηνικός αντιδραστήρας;
Ορισμός: Ο πυρηνικός αντιδραστήρας είναι ένα βασικό σύστημα σε ένα πυρηνικό εργοστάσιο ηλεκτρισμού . Περιλαμβάνουν αντιδράσεις πυρηνικής αποστράγγισης για την παραγωγή θερμότητας χρησιμοποιώντας μια μέθοδο που ονομάζεται σχάση. Η θερμότητα που παράγεται μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ατμού για περιστροφή α τουρμπίνα . Για να μπορεί να παραχθεί ηλεκτρισμός. Σε παγκόσμιο επίπεδο, υπάρχουν εκατοντάδες εμπορικοί αντιδραστήρες, καθώς πάνω από 90 αντιδραστήρες βρίσκονται στις ΗΠΑ. Έτσι, η πυρηνική ενέργεια είναι μια από τις μεγαλύτερες πηγές ενέργειας για αξιόπιστη και χωρίς άνθρακα ηλεκτρική ενέργεια.
Πώς λειτουργεί ένας πυρηνικός αντιδραστήρας;
Η κύρια λειτουργία του πυρηνικού αντιδραστήρα είναι ο έλεγχος της πυρηνικής σχάσης. Η αρχή λειτουργίας του πυρηνικού αντιδραστήρα είναι η πυρηνική σχάση και είναι ένα είδος μεθόδου που χρησιμοποιείται για τη διάσπαση του άτομα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούν ουράνιο που θα μετατραπεί σε μικροσκοπικά κεραμικά σφαιρίδια και στοιβάζονται από κοινού σε ράβδους καυσίμου. Ένα συγκρότημα καυσίμου μπορεί να σχηματιστεί από μια δέσμη άνω των 200 ράβδων καυσίμου. Συνήθως, ένας πυρήνας αντιδραστήρα μπορεί να κατασκευαστεί μέσω αυτών των συγκροτημάτων με βάση το επίπεδο ισχύος.
Στο δοχείο ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, οι ράβδοι καυσίμου τοποθετούνται μέσα στο νερό. Για να μπορεί να ενεργήσει σαν ψυκτικό και ως μεσολαβητής για να βοηθήσει, μειώνοντας παράλληλα την ταχύτητα των νετρονίων. Αυτά τα νετρόνια μπορούν να δημιουργηθούν μέσω σχάσης για να διατηρηθεί η αλυσιδωτή αντίδραση.
Μετά από αυτό, οι ράβδοι ελέγχου μπορούν να τοποθετηθούν στον πυρήνα του αντιδραστήρα για μείωση του ρυθμού αντίδρασης. Η θερμότητα που δημιουργείται μέσω της διαδικασίας σχάσης μπορεί να κάνει το νερό σε ατμό να περιστρέψει μια τουρμπίνα για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς άνθρακα.
Συστατικά
Το ουσιώδες συστατικά του πυρηνικού αντιδραστήρα περιλαμβάνουν κυρίως τα ακόλουθα. Το διάγραμμα πυρηνικών αντιδραστήρων φαίνεται παρακάτω.
Διάγραμμα πυρηνικών αντιδραστήρων
- Πυρήνας
- Κάτοπτρο
- Ράβδοι ελέγχου
- Μεσολαβητής
- Ψυκτικό
- Τουρμπίνα
- Περιορισμός
- Πύργοι ψύξης
- Ασπίδα
Πυρήνας
Ο πυρήνας στον αντιδραστήρα περιλαμβάνει πυρηνικά καύσιμα για την παραγωγή θερμότητας. Περιλαμβάνει ουράνιο με λιγότερο εμπλουτισμένα, συστήματα ελέγχου & δομικά υλικά. Το σχήμα του πυρήνα είναι ένας κυκλικός κύλινδρος με διάμετρο 5 έως 15 μέτρα. Ο πυρήνας περιλαμβάνει έναν αριθμό μεμονωμένων ακίδων καυσίμου.
Κάτοπτρο
Ο ανακλαστήρας είναι διατεταγμένος γύρω από τον πυρήνα για να αναπαράγει το πίσω μέρος των νετρονίων που ξεχειλίζουν από την επιφάνεια του πυρήνα.
Ράβδοι ελέγχου
Ράβδοι ελέγχου πυρηνικών αντιδραστήρων είναι σχεδιασμένα με στοιχεία βαριάς μάζας. Η κύρια λειτουργία αυτού είναι να απορροφήσει τα νετρόνια. Για να συνεχίσει ή να σταματήσει μια αντίδραση. Τα κύρια παραδείγματα αυτών των ράβδων είναι ο μόλυβδος, το κάδμιο κ.λπ.
Αυτές οι ράβδοι χρησιμοποιούνται κυρίως για την εκκίνηση του αντιδραστήρα, τη διατήρηση της αντίδρασης σε σταθερό επίπεδο και τον τερματισμό του αντιδραστήρα.
Μεσολαβητής
Η κύρια λειτουργία του συντονιστής σε πυρηνικό αντιδραστήρα είναι να επιβραδύνει τα νετρόνια από υψηλά επίπεδα ενέργειας καθώς και από υψηλές ταχύτητες. Για να υπάρχει πιθανότητα το νετρόνιο να χτυπήσει τις ράβδους καυσίμου θα αυξηθεί.
Οι σύγχρονοι συντονιστές που χρησιμοποιούνται σήμερα περιλαμβάνουν κυρίως νερό H2o, βαρύ νερό D2o, Beryllium και Graphite. Οι ιδιότητες του συντονιστή είναι η σταθερότητα της θερμικής είναι υψηλή, η ακτινοβολία και η χημική σταθερότητα, η μη διαβρωτικότητα κ.λπ.
Ψυκτικό
Το υλικό που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά της θερμότητας από καύσιμο σε μια τουρμπίνα μέσω του πυρήνα όπως νερό, υγρό νάτριο, βαρύ νερό, ήλιο ή κάτι άλλο είναι γνωστό ως ψυκτικό. Το χαρακτηριστικό του ψυκτικού μέσου περιλαμβάνει κυρίως το σημείο τήξης είναι χαμηλό, το σημείο βρασμού είναι υψηλό, μη τοξικότητα, λιγότερο ιξώδες, τη σταθερότητα της ακτινοβολίας & χημικών, κ.λπ. Τα συνήθως χρησιμοποιούμενα ψυκτικά είναι Hg, He, Co2, H2o.
Τουρμπίνα
Η κύρια λειτουργία της τουρμπίνας είναι η μεταφορά της θερμικής ενέργειας από τη ψυκτική συσκευή στην ηλεκτρική ενέργεια.
Περιορισμός
Ο περιορισμός διαχωρίζει τον πυρηνικό αντιδραστήρα από το περιβάλλον. Γενικά, διατίθενται σε σχήμα θόλου και έχουν σχεδιαστεί με σκυρόδεμα υψηλής πυκνότητας και από χάλυβα.
Πύργος ψύξης
Αυτά χρησιμοποιούνται από ορισμένους τύπους σταθμών παραγωγής ενέργειας για να βάλουν την πλεονάζουσα θερμότητα που δεν μπορεί να αλλάξει σε θερμική ενέργεια λόγω των θερμοδυναμικών νόμων. Αυτοί οι πύργοι είναι τα υπερβολικά σύμβολα της πυρηνικής ενέργειας. Αυτοί οι πύργοι μπορούν να παράγουν απλά ατμούς γλυκού νερού.
Ασπίδα
Προστατεύει τους εργαζόμενους από το φαινόμενο της ακτινοβολίας. Στη διαδικασία σχάσης, σωματίδια όπως άλφα, βήτα, γάμμα, γρήγορα και αργά νετρόνια μπορούν να σχηματιστούν. Έτσι, για να τους δοθεί ασφάλεια, στρώματα σκυροδέματος ή μολύβδου χρησιμοποιούνται γύρω από τον αντιδραστήρα. Τα σωματίδια άλφα και βήτα μπορούν να σταματήσουν χρησιμοποιώντας παχιά στρώματα πλαστικών ή μετάλλων.
Τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων
Σε όλο τον κόσμο, υπάρχουν διάφοροι τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων. Βάσει του σχεδιασμού του, χρησιμοποιεί ουράνιο με διαφορετικές συγκεντρώσεις που χρησιμοποιούνται για καύσιμα, συντονιστές για να καθυστερήσει τη διαδικασία σχάσης και ψυκτικά για μεταφορά θερμότητας. Ο αντιδραστήρας PWR ή υπό πίεση νερού είναι ο πιο κοινός τύπος αντιδραστήρα.
Αντιδραστήρας PWR / υπό πίεση νερού
Αυτοί οι τύποι αντιδραστήρων χρησιμοποιούνται συχνότερα στον κόσμο. Χρησιμοποιεί κανονικό νερό όπως και ο συντονιστής καθώς και το ψυκτικό. Σε αυτό, το ψυκτικό μπορεί να βιαστεί για να το διακόψει από το να αναβοσβήνει σε ατμούς για να διατηρηθεί κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Οι ισχυρές αντλίες μετακινούν το νερό χρησιμοποιώντας σωλήνες, μεταφέρουν τη θερμότητα από βραστό νερό σε έναν δευτερεύοντα βρόχο. Ο ατμός που προκύπτει οδηγεί τη γεννήτρια τουρμπίνας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Αντιδραστήρες BWR / Βραστό Νερό
Σε αυτούς τους αντιδραστήρες, ο ελαφρύς πόλεμος λειτουργεί τόσο ως ψυκτικό όσο και ως συντονιστής. Το ψυκτικό διατηρείται σε χαμηλή πίεση για να βράσει το νερό. Ο ατμός μπορεί να τροφοδοτηθεί απευθείας στις γεννήτριες στροβίλων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Αντιδραστήρες με βαρύ νερό υπό πίεση
Αυτοί είναι επίσης γνωστοί ως αντιδραστήρες τύπου CANDU. Αυτοί οι αντιδραστήρες σηματοδοτούν περίπου το 12% των πυρηνικών αντιδραστήρων παγκοσμίως. Χρησιμοποιούνται κυρίως σε όλους τους καναδικούς πυρηνικούς σταθμούς. Αυτοί οι αντιδραστήρες χρησιμοποιούν βαρύ νερό όπως ψυκτικό και ρυθμιστή. Ως καύσιμο, χρησιμοποιεί φυσικό ουράνιο επειδή, σε έναν αντιδραστήρα υπό πίεση νερού, το ψυκτικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για βρασμό κανονικού νερού σε διαφορετικό βρόχο.
Αντιδραστήρες με ψύξη αερίου
Αυτοί οι αντιδραστήρες χρησιμοποιούνται μόνο στο Ηνωμένο Βασίλειο. Αυτά διατίθενται σε δύο τύπους, δηλαδή το Magnox και το AGR (προηγμένος αντιδραστήρας με ψύξη αερίου). Αυτοί οι αντιδραστήρες χρησιμοποιούν C02 όπως το ψυκτικό και γραφίτη όπως ο συντονιστής. Το καύσιμο που χρησιμοποιείται στο Magnox είναι φυσικό ουράνιο ενώ, στο AGR, χρησιμοποιεί ενισχυμένο ουράνιο.
Αντιδραστήρες γραφίτη ελαφρού νερού
Αυτοί οι αντιδραστήρες χρησιμοποιούνται στη χώρα Ρωσία. Έτσι, αυτοί οι αντιδραστήρες χρησιμοποιούν συνηθισμένο νερό ως ψυκτικό και γραφίτη όπως ο συντονιστής. Σε αντιδραστήρες βραστό νερό, το ψυκτικό βράζει όταν τροφοδοτείται σε ολόκληρο τον αντιδραστήρα. Ο ατμός που παράγεται θα τροφοδοτείται απευθείας σε γεννήτριες στροβίλων. Τα σχέδια των πρώιμων αντιδραστήρων τύπου LWG λειτουργούσαν συχνά χωρίς χαρακτηριστικά ασφαλείας.
Αντιδραστήρες γρήγορης αναπαραγωγής
Αυτοί οι αντιδραστήρες χρησιμοποιούν γρήγορα νετρόνια για να αλλάξουν τα υλικά όπως τα U238 και Thorium232 σε σχάσιμα υλικά για να τροφοδοτήσουν τον αντιδραστήρα. Αυτή η διαδικασία συνδυάζεται με την ανακύκλωση, η οποία έχει την ικανότητα να ενισχύει προσβάσιμους πόρους πυρηνικών καυσίμων. Αυτοί οι αντιδραστήρες λειτουργούν στη Ρωσία.
Μικροί αρθρωτοί αντιδραστήρες
Το σύγχρονο SMR έχει σχεδιαστεί κυρίως οικονομικά. Αυτοί οι αντιδραστήρες αυξάνονται για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε μικρά ηλεκτρικά δίκτυα και πιθανώς για την παροχή θερμότητας για βιομηχανίες πόρων. Αυτοί οι αντιδραστήρες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε μεγαλύτερα πλέγματα όταν αυξάνεται η ζήτηση.
Μερικοί αντιδραστήρες τύπου SMR βρίσκονται σε δύσκολα στάδια ανάπτυξης, όπως πλήρως υπόγεια, μειώνοντας τη χρήση γης, το προσωπικό και τις απαιτήσεις ασφάλειας. Μερικοί από αυτούς τους αντιδραστήρες περιέχουν συστήματα παθητικής ασφάλειας που λειτουργούν έως και 4 χρόνια χωρίς επαναπλήρωση
Μερικοί άλλοι τύποι αντιδραστήρων είναι CANDU, Fast breeder, Thorium, Βραστό νερό, Πίεση νερού, Πρισματικό, Λιωμένο αλάτι, Μικρό αρθρωτό, Ραδιοϊσοτόπες θερμικές γεννήτριες, Αντιδραστήρες σύντηξης, RBMKs, Magnox, Pebble bed, Υπερκρίσιμος υδρόψυκτος, AES-2006 / Αντιδραστήρες τύπου VVER-1000, VHTR, HTGR και Research.
Χρήσεις του πυρηνικού αντιδραστήρα
ο εφαρμογές πυρηνικού αντιδραστήρα συμπεριλάβετε τα ακόλουθα
- Αυτά χρησιμοποιούνται σε πυρηνικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και επίσης χρησιμοποιούνται σε πυρηνικά θαλάσσια πρόωση.
- Οι πυρηνικοί σταθμοί τροφοδοτούν την απαιτούμενη ενέργεια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
- Αυτοί οδηγούν τις προπέλες των πλοίων διαφορετικά να στρέφουν τους άξονες των ηλεκτρικών γεννητριών.
Έτσι, πρόκειται για ένα επισκόπηση ενός πυρηνικού αντιδραστήρα . Παρομοίως, υπάρχουν διάφοροι τύποι εμπορικών πυρηνικών αντιδραστήρων που διατίθενται σε όλο τον κόσμο, όπως αερόψυκτος, γρήγορος νετρόνας & γραφίτης ελαφρού νερού, πεπιεσμένο νερό, βραστό νερό, βαρύ νερό υπό πίεση και αντιδραστήρας γρήγορης αναπαραγωγής. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποιο είναι το καύσιμο που χρησιμοποιείται στο PHWR;
