Атомные электростанции снабжают электричеством целые города. Они оборудованы специальными ядерными, или атомными, реакторами. Интересно, что в них происходят те же реакции, что и при ядерном взрыве. Но как так получается, что завод не разносит на тысячи мелких кусочков? Что находиться внутри реактора? В статье ответим на эти вопросы.
Определение Ядерный реактор — механизм, в котором протекает контролируемая ядерная реакция.
Определение Ядерная (или атомная) реакция — это процесс воздействия друг на друга ядер атомов и мелких частиц (элементарными или гамма). Она протекает либо с поглощением энергии, либо с выделением. Чтобы получить электроэнергию, нужно поместить в установку реакции с выделением.
Отметим, что «ядерный» и «атомный» — это два абсолютно одинаковых понятия. Научное мнение основывается на корректности варианта «ядерный».
Помимо АЭС реакторы распространились и на подлодки, и в научно-исследовательские центры. Появились даже модели, которые превращают морскую воду в пресную.
История создания реактора охватывает несколько этапов. Каждый из них подробно мы опишем ниже.
«Чикагская поленница» - первый реактор, созданный в мире. Запущен в 1942 году. Разработан американским физиком Эрнико Ферми.
В СССР первый реактор создают уже в 1946 году. Процессом руководил Курчатов. Устройство выглядело как огромный шар диаметром 5 метров. Его мощность составила 20 Ватт. Отметим, что реактор Эрнико Ферми имел мощность в 1 Ватт. Сейчас такие машины качают энергию на 20 Гигаватт. Всего за полвека получилось совершить огромный скачок в развитии мощности реактора. В России первая атомная электростанция открылась в Обнинске. Она была первой и в мире.
В истории физики было отмечено четыре поколения реакторов.
На самом деле реакторов очень много. Поэтому ученые решили их классифицировать.
Различают две группы.
Из всего множества выделим самые значимые:
Рассмотрим строение устройства ядерного реактора. В нем можно выделить активную зону. Сюда помещаются топливо и замедлитель. Есть отражатель нейтронов. Отдельно выведен теплоноситель. Все окружено защитой и комплексом управления.
В качестве топлива используют изотопы урана (235/238/233), плутония (239) или тория (232). Активная зона — вместилище. Через него пропускается теплоноситель (вода, тяжелая вода, жидкий графит). К системе подсоединена турбина, которая вращается потоком пара. Механическая энергия вращения переходит в электрический ток.
Изотоп урана — радиоактивный и неустойчивый. Он распадается на нейтроны. Нейтроны сталкиваются с остальными урановыми ядрами. Начинается цепная реакция с выделением огромного количества энергии.
Ученые рассчитали коэффициент размножения нейтронов. Он оценивает интенсивность реакции. Если значение ниже единицы, распад происходит спокойно в рамках реактора. Если значение выше единицы — реактор взрывается.
Как поддерживать коэффициент ниже единицы? Ядерное топливо помещается в специальные тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы). Они выполняются в виде стержней и соединяются в группы-кассеты. Кассеты закрепляются по вертикали. Специалисты могут регулировать величину опускания кассет зону ядерных реакций.
Рядом с кассетами установлены стержни управления и аварийной защиты. Они выполнены из материала-поглотителя нейтронов. Специалисты также могут регулировать их погружение. Такие стержни регулируют поток частиц и держат показатель ниже единицы.
Остается вопрос, как запустить реактор? Уран сам по себе не начинает распадаться. Нужно набрать его критическую массу. Это масса радиоактивного материала, необходимая для запуска атомной реакции.
Стержни ТВЭЛов и управления погружаются в котел активной зоны. Масса возрастает и начинается распад. Защитные элементы регулируют поток частиц.
Перечислим несколько видов реакторов, которые применяются на данный момент. Среди резервуарной группы отметим модели:
Как и отмечалось ранее, замедлителем служит вода. Среди канальных реакторов используют:
Отметим, что современные реакторы также работают на уране (235). В коммерческих организациях принято выбирать устройства на воде, ведь это самый распространенный и безопасный замедлитель.
Перечислим основные направления использования атомной энергии.
Интересное применение ядерной энергии — лечение и диагностика заболеваний. Ее используют в областях эндокринологии, урологии, онкологии, пульмонологии и других. С помощью этой энергии у больных диагностируют опухоли, сердечно-сосудистые проблемы, нарушения пищеварительного тракта.
Расскажем механизм диагностики. Пациенту вводиться определенное количество радиоактивного вещества в определенный орган. Затем специалисты регистрируют радиацию на выходе из оргазма. По нему определяется состояние органа.
Итак, атомный реактор – устройство которое инициирует распад радиоактивного топлива. Используется уран (235), плутоний (239), торий (232). Устройство состоит из котла, в который поступает вода. Она служит теплоносителем и рабочим телом. В активную зону опускаются стержни-защитники и стержни с топливом. Процесс регулируется рабочими. Важно поддерживать коэффициент ниже единице. Иначе может произойти взрыв.
Реакторы устанавливаются на АЭС. Их монтируют в производственный процесс и систему отопления городов. Немаловажное значение реакторов в истории— их применение в военной промышленность. Однако все миротворческие организации всегда настаивают на мирном использовании ядерного топлива.
