22666

Ланцюгова реакція поділу ядер. Принцип роботи ядерних реакторів

Доклад

Физика

Ланцюгова реакція ділення відбувається в середовищі в якій відбувається розмноження нейтронів також відбувається сповільнення дифузія поглинання таке середовище має назву – активна зона. Важливою фізичною величиною характеризуючою інтенсивність розмноження нейтронів являється коефіцієнт К розмноження нейтронів в середовищі. Кчисло утворившихся в одному акті поділу нейтронів що потім беруть участь в наступних реакціях поділу ядер. Він залежить від процесу уповільнення нейтронів та процесу дифузії які визначають пройденний шлях...

Украинкский

2013-08-04

161 KB

8 чел.

54. Ланцюгова реакція поділу ядер. Принцип роботи ядерних реакторів.

Ланцюговою реакцією називають процес, в якому певна реакція викликає послідуючу реакцію такогож типу. Ланцюгова реакція ділення відбувається в середовищі, в якій відбувається розмноження нейтронів (також відбувається сповільнення, дифузія, поглинання)- таке середовище має назву – активна зона. Важливою фізичною величиною, характеризуючою інтенсивність розмноження нейтронів, являється коефіцієнт К розмноження нейтронів в середовищі. К-число утворившихся в одному акті поділу нейтронів, що потім беруть участь в наступних реакціях поділу ядер. Він залежить від процесу уповільнення нейтронів та процесу дифузії, які визначають пройденний шлях нейтрона від його народження до взаємодії. Якщо в 1-м поколінні є N нейтронів, то в n-ом поколінні їх буде NКn. Тому при К = 1 ланцюгова реакція йде стаціонарно, при К < 1 реакція гасне, К > 1 – інтенсивність реакції наростає. При К = 1 -режим реакції назив. критичним, при К > 1 – надкритичним, К < 1 – підкритичним.

К визначаються наступними факторами:

  1.  – середнім числом  нейтронів, які вилітають в 1–му акті ділення.  залежить від енергії падаючого нейтрона  і палива.
  2.  -  - коеф., що враховує   і ймовірність радіаційного захвату нейтронів ,  залежить від того ж. Ланцюгова реакція  може іти лише при >1
  3.  ймовірність, що нейтрон буде захоплений одним з ядер, що неділяться
  4.  Р – ймовірність для нейтрона не вийти з активної зони. Р – залежить від складу активної зони, її розмірів, форми.

Ймовірність, що нейтрон вийде за межі активної зони пов`язані з критичною масою та критичним розміром. Критичний розмір – розмір активної зони, при яккому К=1. Критична маса – маса активної зони критичних розмірів. Якщо маса менше критичної, реакція не йде, навіть, якщо К>1. Якщо маса більше критичної, то буде вибух. Якщо активна зона мала, то втрата нейтронів велика (реактор підкритичен).

В залежності від властивостейі середовища нейтрони встигають до поглинання сповільнитися до різних енергій. При наявності гарного сповільнювача нейтрони встигають сповільнитися до теплових(0,025ев), така ланцюгова реакція називається тепловою. Якщо немає такого сповільнювача, то нейтрони сповільнюються до 0,1-0,4Мев – це швидка реакція.

Формула чотирьох співмножників:

,  - коефіцієнт розмноження реактора, де  Р – ймовірність для нейтрона не вийти з активної зони, – коефіцієнт розмноження нескінченно великого реактору.

>1 - коефіцієнт розмноження на швидких нейтронах, він враховує, що частина швидких нейтронів може призвестии поділ, не встигнувши уповільнитись. - ймовірність уникнути резонансного захвату ядрами не здатними до ланцюгової реакції. - ймовірність тепловому нейтрону поглинутись ядром палива(коефіцієнт теплового розширення).

Реактором називається пристрій, в якому підтримується керована ланцюгова реакція ділення. Відповідно до типу ланцюгової реакції розрізняють реактори на повільних проміжних і швидких нейтронах.

Складова частина будь-якого реакторає:

  •  активна зона, зазвичай оточена відбивачем
  •  теплоносії
  •  система регулювання
  •  радіаційний захист
  •  інщі конструктивні елементи
  •  пульт дистанційного керування.

При роботі реактора відбуваються наступні події: а) виділення тепла за рахунок екзотермічності реакції поділу;б)спалення і виробництво палива; в) отруєння активної зони уламками ділення, які можуть сильно поглинати нейтрони; г)отруєння захисту та конструктивних елементів нейтронами.

Основною характеристикою реактора є потужність – кількість теплової теплової енергії, що виділилась в одиницю часу – 1МВт – відповідає ланцюговій реакції, в якій відбувається 3*1016 актів ділення в секунду. В реакторах на теплових і проміжних нейтронах активна зона складається і з сповільнювача. В реакторах на швидких нейтронах  в активній зоні сповільнювача нема. Об’єм активної зони змінюється від 10 долей літрів (реактор на швидких нейтронах) до 10 ків кубометрів (реактор на теплових нейтронах).

Активна зона складається із сповільнювача в якому розміщуються касети, що містять паливо. Оскільки енергія виділяється в цих касетах, вони мають назву тепловиділяючі елементи (твели). Активна зона на теплових нейтронах оточують гарним відбивачем. Відвід тепла реакції з активної зони здійснюється теплоносієм. В реакторах теплоносії повинні не тільки відводити теплову енергію з активної зони а з мінімальними втратами передавати її в установку , що виробляє електроенергію. Теплоносію ставлять вимоги вимоги: велика теплоємкість слабке поглинання нейтронів і погане поглинання нейтронів. Це можуть бути: води , водяна пара, повітря, азот..... Керування протіканням реакції відбувається за рахунок регулюючих стержнів з матеріалів з високим поглинанням нейтронів. Ці стержні можна повністю або частково вводити в активну зону,  параметри якої розраховані так, щоб при повністю вставлених стержнях реакція не йшла. При поступовому вийманні стержні коефіцієнт розмноження зростає і при деякому положенні стержнів доходить до одиниці. В цей момент реактор починає працювати. В процесі роботи коефіцієнт розмноження в основному в сторону зменшення за рахунок забруднення активної зони уламками ділення. ці зміни коеф розмноження компенсуються висуванням або всуванням стержнів. На випадок раптового збільшення інтенсивності реакції існують додаткові аварійні стержні. Регулюючі стержні виробляються з кадмія, карбіда, бора, та інші. Швидкі нейтрони порівняно слабо поглинаються в стержнях, тому для регулювання швидких реакторів малих розмірів використовують віддалення відбивача від активної зони або наближення його .

Оскільки з активної зони реактора виходить потужний потік нейтронів потрібен захист, який буде послаблювати потік нейтронів та гама випромінення. Гарним та дешевим захистом є залізобетон.

Ядерний реактор – пристрій, де реалізовано керування ланцюгової реакції.

1)радіаційний захист; 2)регулюючи стрижні;

3)оболонка паливного елементу; 4)пара; 4)турбіна;5)вода;

6) конденсатор;7)вода;8)насос, що живить порогенератор;9)парогенератор (ПГ);

10)охолоджувач

11)циркуляційний насос теплоносія;

12 ,13)паливнийелемент;

14)сповільнювач


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82357. Биоакустика птиц 247 KB
  Биоакустика – это наука, объединяющая биологию и акустику. Биоакустика занимается изучением звуковой сигнализации у животных, способов связи между животными, механизмов образования и восприятия у них звуков, а также принципов кодирования и декодирования передаваемой информации в живых...
82358. Интерактивная база данных по дендраклиматологии 465.5 KB
  5 Базы данных. Дендроклиматология пустила корни в летней школе в 2000 году за это время накоплено большое количество данных. В связи с этим появились цели структурировать базы данных накопленные в течение всего периода изучения дендроклиматологии в летней школе.
82359. Умерла ли басня? И если да, то почему? 162.5 KB
  Проблема современной басни. Сам собою напрашивается вопрос что у внимательного и любопытного читателя что у опытного литературоведа: неужели жанр басни изжил сам себя Между филологами XIX века возникла полемика о происхождении басни и приоритете одной из двух теорий её появления.
82360. Роль нефтяных ресурсов в экономике, промышленности и жизни современной цивилизации 1.15 MB
  Есть общепризнанное мнение, что почти все процессы в нашем современном мире напрямую связаны с нефтью. Люди активно используют её как топливо для средств передвижения, машин и различных механизмов, в химической промышленности, в энергетике.
82362. Проектирование вычислительной локальной сети 419 KB
  Цель: Спроектировать локальную вычислительную сеть малого предприятия либо группы компьютерных классов учебного заведения. Объект исследования: Объектом курсовой работы является процесс проектирования локальной вычислительной сети...
82364. Социальные конфликты в процессе интеграции инвалидов в общество 150.5 KB
  В статье Интеграция инвалидов в современное российское общество: основные этапы затрагивает вопрос инклюзивного образования где говорит что по сути своей дети инвалиды не равны по отношению друг к другу – дети с нарушением опорно-двигательного аппарата чувствуют и воспринимаются другими лучше а значит...
82365. Проектирование и расчеты верхнего строения пути 534 KB
  Железнодорожный транспорт России имеет исключительно важное значение в жизнеобеспечении многоотраслевой экономики и реализации социально значимых услуг по перевозке пассажиров. На его долю приходится более 75% грузооборота и 40% пассажирооборота, выполняемых транспортом общего пользования.