Основні елементи ядерного реактора.

Ядерним реактором називається пристрій, у якому виділяється теплова енергія в результаті керованої ланцюгової реакції поділу ядер.

Уперше керована ланцюгова реакція поділу ядер Урану була здійснена 1942 року в США під керівництвом італійського фізика Е. Фермі. Ланцюгова реакція з коефіцієнтом розмноження нейтронів k = 1,0006тривала протягом 28 хвилин, після чого реактор зупинили.

Головними елементами ядерного реактора є:

• ядерне пальне (,);

• сповільнювач нейтронів (важка вода, графіт тощо);

• теплоносій для виведення енергії, що утворюється під час роботи реактора (вода, рідкий натрій та ін.);

• пристрій для регулювання швидкості реакції (стрижні, які вводяться в робочий простір реактора та містять речовини, що добре поглинають нейтрони).

Ядерне пальне розміщене в активній зоні у вигляді вертикальних стрижнів, які називаються тепловиділяючими елементами (ТВЕЛ). ТВЕЛи призначені для регулювання потужності реактора.

Маса кожного паливного стрижня значно менша за критичну, тому в одному стрижні ланцюгова реакція відбуватися не може. Вона починається після занурення в активну зону всіх уранових стрижнів.

Активна зона оточена шаром речовини, яка відбиває нейтрони (відбивач), і захисною оболонкою з бетону, котрий затримує нейтрони й інші частинки.

Керування реактором здійснюється за допомогою стрижнів, які містять кадмій чи бор. Коли стрижні виведені з активної зони реактора, k > 1, а коли повністю введені — k < 1. Вводячи стрижні всередину активної зони, можна в будь-який момент часу призупинити розвиток ланцюгової реакції. Керування ядерними реакторами здійснюється дистанційно за допомогою ЕОМ.

2.Реактор на повільних нейтронах.Найбільш ефективний поділ ядер Урану відбувається під дією повільних нейтронів. Такі реактори називаються реакторами на повільних нейтронах. Вторинні нейтрони, які утворюються в результаті реакції поділу, є швидкими. Для того щоб їхня наступна взаємодія з ядрами Урану в ланцюговій реакції була найбільш ефективною, їх сповільнюють, вводячи в активну зону сповільнювач — речовину, яка зменшує кінетичну енергію нейтронів.

3.Реактор на швидких нейтронах.Оскільки ймовірність поділу, викликаного швидкими нейтронами, мала, то реактори на швидких нейтронах не можуть працювати на природному урані. Реакцію можна підтримувати лише,в збагаченій суміші, яка містить не менше ніж 15% ізотопу . Перевага реакторів на швидких нейтронах у тому, що під час їхньої роботи утворюється значна кількість Плутонію , який потім можна використовувати як ядерне паливо. Ці реактори називаються реакторами-розмножувачами, оскільки вони відтворюють матеріал, який ділиться.

4.Перетворення внутрішньої енергії атомних ядер на електричну енергію. Ядерний реактор є основним елементом атомної електростанції (АЕС), яка перетворює теплову ядерну енергію на електричну. У результаті поділу ядер у реакторі виділяється теплова енергія. Ця енергія перетворюється на енергію пари, яка обертає парову турбіну. Парова турбіна, у свою чергу, обертає ротор генератора, котрий виробляє електричний струм.

Таким чином, перетворення енергії відбувається за такою схемою: внутрішня енергія ядер Урану → кінетична енергія нейтронів і осколків ядер → внутрішня енергія води → внутрішня енергія пари → кінетична енергія пари —» кінетична енергія ротора турбіни та ротора генератора → електрична енергія.

З кожним актом поділу виділяється близько 3,2·10^-11 Дж енергії. Тоді потужності 3000 МВт відповідає приблизно 10¹⁸ актів поділу за секунду. Під час поділу ядер стінки ТВЕЛів сильно нагріваються. Відведення тепла з активної зони здійснюється теплоносієм — водою. У потужних реакторах зона нагрівається до температури 300°С. Щоб уникнути закипання, воду виводять з активної зони в теплообмінний пристрій під тиском порядку 10⁷ Па. У теплообміннику радіоактивна вода (теплоносій), яка циркулює в першому контурі, віддає тепло звичайній воді, що циркулює в другому контурі. Передане тепло перетворює воду в другому контурі на пару. Ця пара з температурою близько 230°С під тиском 3·10⁶ Па направляється на лопатки парової турбіни, а вона обертає ротор генератора електричної енергії.

ІV. Закріплення нового матеріалу:(10хв)

Якісні вправи

V. Домашнє завдання:

Вивчити конспект, задачі.