Ядерная энергия и ядерные энергетические установки
,
например натрия, калия или энергоемких газовых теплоносителей, обладающих
наилучшими теплотехническими и теплофизическими характеристиками, таких как
гелий и диссоциирующие газы. В качестве теплоносителя можно использовать и
пары воды. Паразитный захват быстрых нейтронов ядрами конструкционных
материалов и продуктов деления крайне незначительный, поэтому для быстрых
реакторов существует широкий выбор конструкционных материалов и продуктов
деления крайне незначительный, поэтому для быстрых реакторов существует
широкий выбор конструкционных материалов, позволяющих повысить надежность
активной зоны. Следовательно, в них можно достичь высокой степени выгорания
делящихся веществ.
В зависимости от способа размещения топлива в активной зоне реакторы
делятся на гомогенные и гетерогенные.
В гомогенном реакторе ядерное топливо, теплоноситель и замедлитель
(если они есть) тщательно перемешаны и находятся в одном физическом
состоянии, т.е. активная зона полностью гомогенного реактора представляет
жидкую, твердую или газообразную однородную смесь ядерного топлива,
теплоносителя или замедлителя. Гомогенные реакторы могут быть как на
тепловых, так и на быстрых нейтронах. В таком реакторе вся активная зона
находится внутри стального сферического корпуса и представляет жидкую
однородную смесь горючего и замедлителя в виде раствора или жидкого сплава
(например, раствор уранилсульфата в воде, раствор урана в жидком висмуте),
который одновременно выполняет и функцию теплоносителя.
Ядерная реакция деления происходит в топливном растворе, находящемся
внутри сферического корпуса реактора, в результате температура раствора
повышается. Горючий раствор из реактора поступает в теплообменник, где
отдает теплоту воде второго контура, охлаждается и циркулярным насосом
направляется опять в реактор. Для того чтобы ядерная реакция не произошла
вне реактора, объемы трубопроводов контура, теплообменника и насоса
подобраны так, чтобы объем горючего, находящегося на каждом участке
контура, были намного ниже критического. Гомогенные реакторы имеют ряд
преимуществ по сравнению с гетерогенными. Это несложная конструкция
активной зоны и минимальные ее размеры, возможность в процессе работы без
остановки реактора непрерывно удалять продукты деления и добавлять свежее
ядерное топливо, простота приготовления горючего, а также то, что управлять
реактором можно, изменяя концентрацию ядерного топлива.
Однако гомогенные реакторы имеют и серьезные недостатки. Гомогенная
смесь, циркулирующая по контуру, испускает сильное радиоактивное излучение,
что требует дополнительной защиты и усложняет управление реактором. Только
часть топлива находится в реакторе и служит для выработки энергии, а другая
часть - во внешних трубопроводах, теплообменниках и насосах. Циркулирующая
смесь вызывает сильную коррозию и эрозию систем и устройств реактора и
контура. Образование в гомогенном реакторе в результате радиолиза воды
взрывоопасной гремучей смеси требует устройств для ее дожигания. Все это
привело к тому, что гомогенные реакторы не получили широкого
распространения.
В гетерогенном реакторе топливо в виде блоков размещено в
замедлителе, т.е. топливо и замедлитель пространственно разделены.
[pic]
В настоящее время для энергетических целей проектируют только
гетерогенные реакторы. Ядерное топливо в таком реакторе может
использоваться в газообразном, жидком и твердом состояниях. Однако сейчас
гетерогенные реакторы работают только на твердом топливе.
В зависимости от замедляющего вещества гетерогенные реакторы делятся
на графитовые, легководяные, тяжеловодные и органические. По виду
теплоносителя гетерогенные реакторы бывают легководяные, тяжеловодные,
газовые и жидкометаллические. Жидкие теплоносители внутри реактора могут
быть в однофазном и двухфазном состояниях. В первом случае теплоноситель
внутри реактора не кипит, а во втором - кипит.
Реакторы, в активной зоне которых температура жидкого теплоносителя
ниже температуры кипения, называются реакторами с водой под давлением, а
реакторы, внутри которых происходит кипение теплоносителя, - кипящими.
В зависимости от используемого замедлителя и теплоносителя
гетерогенные реакторы выполняются по разным схемам. В России основные типы
ядерных энергетических реакторов - водо-водяные и водографитовые.
По конструктивному исполнению реакторы подразделяются на корпусные и
канальные. В корпусных реакторах давление теплоносителя несет корпус.
Внутри корпуса реактора течет общий поток теплоносителя. В канальных
реакторах теплоноситель подводится к каждому каналу с топливной сборкой
раздельно. Корпус реактора не нагружен давлением теплоносителя, это
давление несет каждый отдельный канал.
В зависимости от назначения ядерные реакторы бывают энергетические,
конверторы и размножители, исследовательские и многоцелевые, транспортные и
промышленные.
Ядерные энергетические реакторы используются для выработки
электроэнергии на атомных электростанциях, в судовых энергетических
установках, на атомных теплоэлектроцентралях (АТЭЦ), а также на атомных
станциях теплоснабжения (АСТ).
Реакторы, предназначенные для производства вторичного ядерного топлива
из природного урана и тория, называются конверторами или размножителями. В
реакторе - конверторе вторичного ядерного топлива образуется меньше
первоначально израсходованного. В реакторе-размножителе осуществляется
расширенное воспроизводство ядерного топлива, т.е. его получается больше,
чем было затрачено.
Исследовательские реакторы служат для исследований процессов
взаимодействия нейтронов с веществом, изучения поведения реакторных
материалов в интенсивных полях нейтронного и гамма-излучений,
радиохимических и биологических исследований, производства изотопов,
экспериментального исследования физики ядерных реакторов. Реакторы имеют
различную мощность, стационарный или импульсный режим работы. Наибольшее
распространение получили водо-водяные исследовательские реакторы на
обогащенном уране. Тепловая мощность исследовательских реакторов колеблется
в широком диапазоне и достигает нескольких тысяч киловатт.
Многоцелевыми называются реакторы, служащие для нескольких целей,
например, для выработки энергии и получения ядерного топлива.
Заключение.
Энергетическая проблема - одна из важнейших проблем, которые сегодня
приходится решать человечеству. Уже стали привычными такие достижения науки
и техники, как средства мгновенной связи, быстрый транспорт, освоение
космического пространства. Но все это требует огромных затрат энергии.
Резкий рост производства и потребления энергии выдвинул новую острую
проблему загрязнения окружающей среды, которое представляет серьезную
опасность для человечества.
Мировые энергетические потребности в ближайшее десятилетия будут
интенсивно возрастать. Какой-либо один источник энергии не сможет их
обеспечить, поэтому необходимо развивать все источники энергии и эффективно
использовать энергетические ресурсы.
На ближайшем этапе развития энергетики (первые десятилетия XXI в.)
наиболее перспективными останутся угольная энергетика и ядерная энергетика
с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах. Однако можно надеяться, что
человечество не остановится на пути прогресса, связанного с потреблением
энергии во всевозрастающих количествах.
Литература
Г.Кесслер «Ядерная энергетика» Москва: Энергоиздат, 1986 г.
Т.Х.Маргулова «Атомная энергетика сегодня и завтра» Москва: Высшая школа,
1989 г.
Дж. Коллиер, Дж. Хьюитт «Введение в ядерную энергетику» Москва:
Энергоатомиздат, 1989 г.
| |  скачать работу |
Ядерная энергия и ядерные энергетические установки |
