Для осуществления управляемой цепной ядерной реакции деления следует повысить в природном уране процентную концентрацию нуклида 29 <> U. Устройство, где происходит такая реакция, называют ядерным реактором.
Главной частью ядерного реактора является активная зона, где скапливается ядерное топливо. В ней происходит самопидтримуваль-ный цепной процесс деления ядер. Массу и концентрацию активного вещества, а также размеры реактора выбирают заранее, в зависимости от мощности и назначения реактора. Для получения тепловых нейтронов в активную зону вводят замедлитель. Для этого используют вещества, мало поглощающие нейтроны и имеют легкие ядра. Эффективными замедлителями нейтронов является водород, дейтерий, бериллий и углерод (или вода и тяжелая вода, графит, куда входят эти элементы). Число нейтронов, которые образуются в активной зоне, пропорциональное ее объема, тогда как число нейтронов, покидающих активную зону, пропорциональное ее поверхности. Поэтому в случае малых размеров реактора число нейтронов, которые оставляют активную зонуг оказывается настолько большим, что цепная реакция деления становится невозможной. Объем (или масса) реактора, при котором достигается критический режим реактора, называют критическим объемом (или критической массой). Критические размеры реактора зависят от геометрической формы и размеров активной зоны. Чтобы уменьшить потери нейтронов, участвующих в цепной реакции, активную зону реактора окружают отражателем. Для отражателя применяют те же вещества, что и для замедлителя нейтронов: графит, тяжелая вода и тому подобное. Наличие отражателя позволяет уменьшить критическую массу и обеспечить экономию ядерного топлива.
Ядерный реактор имеет систему охлаждения (теплоотвода), состоящий из системы труб, по которым циркулирует теплоноситель в виде газа, воды или расплавленного металла. В реакторе предусмотрена система регулирования, которая управляет скоростью цепной реакции деления и, следовательно, поддерживает мощность его на определенном уровне. К ней относятся приборы для измерения нейтронного потока, регулировочные и аварийные устройства, изготовленные из (кадмий, бор), которые сильно поглощают нейтроны, и ряд автоматических электронно-механических аппаратов. Система регулирования обеспечивает устойчивую и безопасную работу реактора. Для решения практических задач и проведения научных исследований используют импульсные ядерные реакторы. Ядерный реактор всегда естественно ассоциируется с атомной энергией. В импульсных реакторов назначение другое - быть источником нейтронных импульсов. Это специфика назначения исследовательского реактора.
Есть два типа импульсных реакторов, которые существенно отличаются друг от друга и по конструкции, и по принципу действия, и за применением. Это импульсные периодические реакторы, их еще называют пульсирующими, и самогасни импульсные реакторы, которые называют апериодическими. Общим в них является то, что они излучают нейтроны коротким импульсом, т.е. в виде вспышки, и то, что цепная реакция в обоих случаях развивается на так называемых мгновенных нейтронах - режим, совсем недопустимо для обычного реактора.
Импульсный периодический реактор не надо готовить к каждому вспышки, он генерирует их непрерывно, один за другим через вполне определенные промежутки времени. По принципу своего действия эти реакторы занимают промежуточное положение между самогаснимы и обычными реакторами, т.е. реакторами стационарной действия, мощность которых во время работы поддерживается на неизменном уровне.
Можно выделить и третий тип установок - импульсные бустеры. Так называют импульсный периодический реактор, который работает вместе с ускорителем заряженных частиц.
Первый ядерный реактор с управляемой цепной ядерной реакцией деления было построено в Чикагском университете под руководством Э. Ферми, его пуск состоялся 2 декабря 1942 г. В бывшем СССР первый ядерный реактор построен под руководством И. В. Курчатова, его пуск состоялся 25 декабря 1946 г .
В последующие годы в СССР, США, Англии, Франции, Японии и других странах построены многочисленные реакторы, различные по своему назначению и мощностью, по структуре активной зоны и топливом, которое используется, по способу теплоотвода и видом замедлителя.
После Чернобыльской аварии, несмотря на высокий уровень развития атомной энергетики, в некоторых странах Европы (Италии, Норвегии, Франции, ФРГ) поднялась волна требований закрыть работающие и не строить новые АЭС, перейти на использование альтернативных источников энергии. Например, в Австрии было построено АЭС, но в эксплуатацию не введено. Правительство Швеции приняло решение о выводе из эксплуатации всех АЭС страны. Итак, в мире поднялось движение за использование экологически чистых источников энергии.
Загрузка...