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

10 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

82249. Социальные и культурно- историческиеформы жизни:общее строение и иерархия уровней. Научные и вненаучные представления о формах жизни 41.6 KB
  Державин в своей поэме Бог весьма образно характеризовал проблему человека: Частица целой я вселенной Поставлен мнится мне в почтенной Средине естества я той Где кончил тварей ты телесных Где начал ты духов небесных И цепь существ связал всех мной. Во всех этих случаях отчетливо обнаруживаются две основные методологические тенденции в объяснении природы человека: редукционистская сводящая природу человека либо к биологической либо напротив к социальной его стороне и целостная системная понимающая природу человека как единое...
82250. Время как параметр физических событий и время как мера становления человеческого бытия (общее условие осуществления жизни) 34.6 KB
  Социальное время это продолжительность существования определенных общностей людей общественных явлений отдельных личностей а также социальных процессов. Время зависит также от самого отношения людей ко времени. В истории общества образы времени менялись так образ обратимого времени все возвращается на круги свои сменился на образ необратимого линейного времени время течет от прошлого к настоящему и от него к будущему.
82251. Объективное и субъективное время. Социальное и культурно-историческое время 32.58 KB
  Социальное и культурноисторическое время. В наст вр отмечает Микешина происходит концептуальная революция наука вновь открывает для себя время. В текстах проявляются и формируются и проявляются представления о времени социсторическое время.
82252. Переосмысление категорий пространства и времени в гуманитарном контексте (М.М. Бахтин). Введение понятия хронотопа как конкретного единства пространственно-временных характеристик 32.05 KB
  Бахтин. В гуманитарном познании Бахтина П и В проявляются как совершенно новая идея. Зная идеи о П и В Канта и Бергсона Бахтин находит свое видение этих категорий значимое для современного понимания природы темпоральности и пространственности в познании. Бахтин соединяет действующее сознание и все мыслимые пространственные и временные отношения в единый центр архетектоническое целое.
82253. Коммуникативность (общение учёных) как условие создания нового социально-гуманитарного знания и выражение социально –культурной природы научного познания 34.79 KB
  Нормальная фаза. Эта фаза в истории специальности конструируется ретроспективно только в тех случаях когда новая специальность сформировалась. Нормальная фаза часто завершается опубликованием манифеста в котором содержатся в общих чертах программа разработки проблематики и оценки ее перспективности. Фаза формированиям развития сети характеризуется интеллектуальными и организационными сдвигами приводящими к объединению исследователей в единой системе коммуникаций.
82254. Научные конвенции как необходимость и следствие коммуникативной природы познания 308.25 KB
  Проблемы общения в науке Интерес к структуре формальным моделям диалога и их содержательным возможностям возродившийся в семидесятых годах постепенно привел к формированию такого направления логико-методологических исследований которое со временем получает название...
82255. Рождение знания в процессе взаимодействия коммуницирующих индивидов. Распространение и борьба научных идей. Индоктринация 32.16 KB
  Важную роль в развитии социальногуманитарных науках играет коммуникация ученых диалог между ними. Механизмом их преодоления является постоянный диалог ученых представителей разных школ в социальногуманитарных науках. Диалог является важнейшим видом коммуникации и представляет собой попеременный обмен высказываниями репликами между двумя или более ученымигуманитариями. Диалог может представлять собой определенную дискуссию беседу диспут и т.
82256. Рациональное, объективное, истинное в социально-гуманитарных науках 28.02 KB
  Социальное познание является частным видом научного познания подчиняющимся его критериям и законам. Социальное познание неразрывно связано с предметными справедливо несправедливо добро зло субъективными установки взгляды нормы цели ценностями на основе которых осуществляется познание объекта. Таким образом социальное познание объективно так как изучение объекта общества на определенном этапе развития происходит на основе объективных критериев и законов характерных для научного познания в целом. Социальное познание рационально...
82257. Классическая и неклассическая концепция истины. Экзистенциальная истина, истина и правда 39.28 KB
  Стержень классической концепции истины принцип соответствия знания действительности. Исследования показали возможность применения классической концепции истины к любым мыслимым мирам но в этом случае она должна быть уточнена следующим образом. Для классической концепции истины характерны следующие принципы: действительность не зависит от мира знания; между нашими мыслями и действительностью можно установить однозначное соответствие; существует критерий установления соответствия мыслей действительности; сама теория соответствия...