Бесплатная техническая библиотека

Ядерный реактор на быстрых нейтронах. История изобретения и производства

Справочник / История техники, технологии, предметов вокруг нас

 Комментарии к статье

Первая в мире атомная электростанция (АЭС), построенная в городе Обнинске под Москвой, дала ток в июне 1954 года. Мощность ее была весьма скромной - 5 МВт. Однако она сыграла роль экспериментальной установки, где накапливался опыт эксплуатации будущих крупных АЭС. Впервые была доказана возможность производства электрической энергии на основе расщепления ядер урана, а не за счет сжигания органического топлива и не за счет гидравлической энергии.

Реактор на быстрых нейтронах в Обнинске

АЭС использует ядра тяжелых элементов - урана и плутония. При делении ядер выделяется энергия - она и "работает" в атомных электростанциях. Но можно использовать только ядра, имеющие определенную массу - ядра изотопов. В атомных ядрах изотопов содержится одинаковое число протонов и разное - нейтронов, из-за чего ядра разных изотопов одного и того же элемента имеют разную массу. У урана, например, 15 изотопов, но в ядерных реакциях участвует только уран-235.

Реакция деления протекает следующим образом. Ядро урана самопроизвольно распадается на несколько осколков; среди них есть частицы высокой энергии - нейтроны. В среднем на каждые 10 распадов приходится 25 нейтронов. Они попадают в ядра соседних атомов и разбивают их, высвобождая нейтроны и огромное количество тепла. При делении грамм урана выделяется столько же тепла, сколько при сгорании трех тонн каменного угля.

Пространство в реакторе, где находится ядерное топливо, называют активной зоной. Здесь идет деление атомных ядер урана и выделяется тепловая энергия. Чтобы предохранить обслуживающий персонал от вредного излучения, сопровождающего цепную реакцию, стенки реактора делают достаточно толстыми. Скоростью цепной ядерной реакции управляют регулирующие стержни из вещества, поглощающего нейтроны (чаще всего это бор или кадмий). Чем глубже опускают стержни в активную зону, тем больше нейтронов они поглощают, тем меньше нейтронов участвует в реакции и меньше выделяется тепла. И наоборот, когда регулирующие стержни поднимают из активной зоны, количество нейтронов, участвующих в реакции, возрастает, все большее число атомов урана делится, освобождая скрытую в них тепловую энергию.

На случай, если возникнет перегрев активной зоны, предусмотрена аварийная остановка ядерного реактора. Аварийные стержни быстро падают в активную зону, интенсивно поглощают нейтроны, цепная реакция замедляется или прекращается.

Тепло из ядерного реактора выводят с помощью жидкого или газообразного теплоносителя, который прокачивают насосами через активную зону. Теплоносителем может быть вода, металлический натрий или газообразные вещества. Он отбирает у ядерного топлива тепло и передает его в теплообменник. Эта замкнутая система с теплоносителем называется первым контуром. В теплообменнике тепло первого контура нагревает до кипения воду второго контура. Образующийся пар направляют в турбину или используют для теплофикации промышленных и жилых зданий.

Принципиальная схема реактора на быстрых нейтронах БН-350

До катастрофы на АЭС в Чернобыле советские ученые с уверенностью говорили о том, что в ближайшие годы в атомной энергетике будут широко использовать два основных типа реакторов. Один из них, ВВЭР - водо-водяной энергетический реактор, а другой - РБМК - реактор большой мощности, канальный. Оба типа относятся к реакторам на медленных (тепловых) нейтронах.

В водо-водяном реакторе активная зона заключена в огромный, диаметром 4 и высотой 15 метров, стальной корпус-цилиндр с толстыми стенами и массивной крышкой. Внутри корпуса давление достигает 160 атмосфер. Теплоносителем, отбирающим тепло в зоне реакции, служит вода, которую прокачивают насосами. Эта же вода служит и замедлителем нейтронов. В парогенераторе она нагревает и превращает в пар воду второго контура. Пар поступает в турбину и вращает ее. И первый и второй контуры - замкнутые.

Раз в полгода выгоревшее ядерное горючее заменяют на свежее, для чего надо реактор остановить и охладить. В России по этой схеме работают Нововоронежская, Кольская и другие АЭС.

В РБМК замедлителем служит графит, а теплоносителем - вода. Пар для турбины получается непосредственно в реакторе и туда же возвращается после использования в турбине. Топливо в реакторе можно заменять постепенно, не останавливая и не расхолаживая его.

Первая в мире Обнинская АЭС относится именно к этому типу. По той же схеме построены Ленинградская, Чернобыльская, Курская, Смоленская станции большой мощности.

Одной из серьезных проблем АЭС является утилизация ядерных отходов. Во Франции, к примеру, этим занимается крупная фирма "Кожема". Топливо, содержащее уран и плутоний, с большой осторожностью, в специальных транспортных контейнерах - герметичных и охлаждаемых - направляется на переработку, а отходы - на остекловывание и захоронение.

"Нам показали отдельные этапы переработки топлива, привезенного с АЭС с величайшей осторожностью, - пишет в журнале "Наука и жизнь" И. Лаговский. - Разгрузочные автоматы, камера разгрузки. Заглянуть в нее можно через окно. Толщина стекла в окне 1 метр 20 сантиметров. У окна манипулятор. Невообразимая чистота вокруг. Белые комбинезоны. Мягкий свет, искусственные пальмы и розы. Теплица с настоящими растениями для отдыха после работы в зоне. Шкафы с контрольной аппаратурой МАГАТЭ - международного агентства по атомной энергии. Операторский зал - два полукруга с дисплеями, - отсюда управляют разгрузкой, резанием, растворением, остекловыванием. Все операции, все перемещения контейнера последовательно отражаются на дисплеях у операторов. Сами залы работ с материалами высокой активности находятся довольно далеко, на другой стороне улицы.

Остеклованные отходы невелики по объему. Их заключают в стальные контейнеры и хранят в вентилируемых шахтах, пока не повезут на место окончательного захоронения...

Сами контейнеры являют собой произведение инженерного искусства, целью которого было соорудить нечто такое, что невозможно разрушить. Железнодорожные платформы, груженные контейнерами, пускали под откос, таранили на полном ходу встречными поездами, устраивали другие мыслимые и немыслимые аварии при перевозке - контейнеры выдерживали все".

После чернобыльской катастрофы 1986 года ученые стали сомневаться в безопасности эксплуатации АЭС и, в особенности, реакторов типа РБМК. Тип ВВЭР в этом отношении более благополучен: авария на американской станции Тримайл-айленд в 1979 году, где частично расплавилась активная зона реактора, радиоактивность не вышла за пределы корпуса. В пользу ВВЭР говорит долгая безаварийная эксплуатация японских АЭС.

И, тем не менее, есть еще одно направление, которое, по мнению ученых, способно обеспечить человечество теплом и светом на ближайшее тысячелетие. Имеются в виду реакторы на быстрых нейтронах, или реакторы-размножители. В них используется уран-238, но для получения не энергии, а горючего. Этот изотоп хорошо поглощает быстрые нейтроны и превращается в другой элемент - плутоний-239. Реакторы на быстрых нейтронах очень компактны: им не нужны ни замедлители, ни поглотители - их роль играет уран-238. Называются они реакторами-размножителями, или бридерами (от английского слова "breed" - размножать). Воспроизведение ядерного горючего позволяет в десятки раз полнее использовать уран, поэтому реакторы на быстрых нейтронах считаются одним из перспективных направлений атомной энергетики.

В реакторах такого типа, кроме тепла, нарабатывается еще и вторичное ядерное топливо, которое можно использовать в дальнейшем. Здесь ни в первом, ни во втором контурах нет высокого давления. Теплоноситель - жидкий натрий. Он циркулирует в первом контуре, нагревается сам и передает тепло натрию второго контура, а тот, в свою очередь, нагревает воду в пароводяном контуре, превращая ее в пар. Теплообменники изолированы от реактора.

Одна из таких перспективных станций - ей дали название Монзю - была построена в районе Шираки на побережье Японского моря в курортной зоне в четырехстах километрах к западу от столицы.

"Для Японии, - говорит руководитель отдела ядерной корпорации Кансаи К. Такеноучи, - использование реакторов-размножителей означает возможность уменьшить зависимость от привозного природного урана за счет многократного использования плутония. Поэтому понятно наше стремление к разработке и совершенствованию "быстрых реакторов", достижению технического уровня, способного выдержать конкуренцию с современными АЭС в отношении экономичности и безопасности.

Развитие реакторов-размножителей должно стать основной программой выработки электроэнергии в ближайшем будущем".

Строительство реактора Монзю - уже вторая стадия освоения реакторов на быстрых нейтронах в Японии. Первой было проектирование и постройка экспериментального реактора Джойо (что по-японски означает "вечный свет") мощностью 50-100 МВт, который начал работать в 1978 году. На нем исследовались поведение топлива, новые конструкционные материалы, узлы.

Проект Монзю стартовал в 1968 году. В октябре 1985 года начали сооружать станцию - рыть котлован. В процессе освоения площадки 2 миллиона 300 тысяч кубометров скального грунта было сброшено в море. Тепловая мощность реактора - 714 МВт. Топливом служит смесь окислов плутония и урана. В активной зоне 19 регулирующих стержней, 198 топливных блоков, в каждом из которых по 169 топливных стержней (тепловыделяющих элементов - ТВЭЛов) диаметром 6,5 миллиметров. Они окружены радиальными топливовоспроизводящими блоками (172 штуки) и блоками нейтронных экранов (316 штук).

Весь реактор собран как матрешка, только разобрать его уже невозможно. Огромный корпус реактора, из нержавеющей стали (диаметр - 7,1 метра, высота - 17,8 метра), помещен в защитный кожух на случай, если при аварии разольется натрий.

"Стальные конструкции камеры реактора, - сообщает в журнале "Наука и жизнь" А Лаговский, - обечайки и стеновые блоки - в качестве защиты заполнены бетоном. Первичные натриевые системы охлаждения вместе с корпусом реактора окружены противоаварийной оболочкой с ребрами жесткости - ее внутренний диаметр 49,5 метра, а высота - 79,4 метра. Эллипсоидное дно этой громады покоится на сплошной бетонной подушке высотой 13,5 метра. Оболочка окружена полутораметровым кольцевым зазором, а далее следует толстый слой (1-1,8 метра) армированного бетона. Купол оболочки также защищен слоем армированного бетона толщиной 0,5 метра.

Вслед за противоаварийной оболочкой устроен еще один защитный корпус - вспомогательный - размером 100 на 115 метров, удовлетворяющий требованиям противосейсмического строительства. Чем не саркофаг?

Во вспомогательном корпусе реактора размещены вторичные системы натриевого охлаждения, пароводяные системы, топливные загрузочно-разгрузочные устройства, резервуар для хранения отработанного топлива. В отдельных помещениях расположены турбогенератор и резервные дизель-генераторы.

Прочность противоаварийной оболочки рассчитана как на избыточное давление в 0,5 атмосферы, так и на вакуум в 0,05 атмосферы. Вакуум может образоваться при выгорании кислорода в кольцевом зазоре, если разольется жидкий натрий. Все бетонные поверхности, которые могут войти в контакт с разлившимся натрием, сплошь облицованы стальными листами, достаточно толстыми для того, чтобы выдержать тепловые напряжения. Так защищаются на тот случай, которого вообще может и не произойти, поскольку должна быть гарантия и на трубопроводы, и на все другие части атомной установки".

Автор: Мусский С.А.

 Рекомендуем интересные статьи раздела История техники, технологии, предметов вокруг нас:

▪ Томограф

▪ Быстрая заморозка

▪ Стартер-генератор

Смотрите другие статьи раздела История техники, технологии, предметов вокруг нас.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Интерактивная система Lego Smart Play 17.01.2026

Компания Lego предложила новый подход к конструкторским играм, представив платформу Smart Play, которая объединяет традиционные кирпичики с сенсорами, звуками и возможностью реагировать на действия ребенка. Разработка системы заняла около восьми лет и направлена на поддержку социальной, сюжетной и творческой игры. Главная идея Smart Play заключается в том, чтобы "спрятать" сложную электронику внутри конструкции. Это позволяет детям сосредотачиваться не на гаджетах, а на создании историй, взаимодействии с персонажами и собственной фантазии. Технология ориентирована на развитие творческого мышления и вовлечение в игру с самого начала. Система базируется на специальном "умном кирпиче", оснащенном датчиками, который способен реагировать на движение, воспроизводить звуки и распознавать другие элементы конструктора, включая умные минифигурки. Дополнительные Tiny Smart Tags позволяют платформе понимать контекст использования кирпичей: например, находится ли элемент в машине, вертолете и ...>>

Геймерские AR-очки ROG XREAL R1 17.01.2026

Дополненная реальность (AR) стремительно проникает в сферу развлечений, открывая пользователям новые формы взаимодействия с играми и мультимедийным контентом. Компании ASUS и XREAL представили долгожданное устройство - AR-очки ROG XREAL R1, которые обещают изменить представление о мобильных играх и иммерсивном игровом опыте. Новинка поражает своими техническими характеристиками. Каждое глазное яблоко пользователя получает изображение с помощью двух micro-OLED дисплеев с разрешением 1920x1080, пиковая яркость достигает 700 нит, а поле зрения составляет 57°. Частота обновления 240 Гц обеспечивает плавное изображение даже в динамичных играх, а встроенные динамики от Bose гарантируют качественный звук. Центром управления устройством стал ROG Control Dock - настоящий мультимедийный хаб, оснащенный двумя HDMI 2.0 и DisplayPort 1.4. Он позволяет мгновенно переключаться между ПК, консолями и другими устройствами. Подключение через USB-C обеспечивает максимальную совместимость, включая по ...>>

Большой адронный коллайдер прекращает работу 16.01.2026

Физика элементарных частиц - одна из самых передовых областей науки, где каждый эксперимент может изменить наше понимание мироздания. Центральным инструментом этих исследований является Большой адронный коллайдер (LHC), уникальный ускоритель частиц, позволяющий изучать самые фундаментальные законы природы. Недавно стало известно, что LHC временно прекращает свою работу для масштабной модернизации, которая подготовит его к новому этапу экспериментов с гораздо большей производительностью. Коллайдер, расположенный в подземном тоннеле вдоль швейцарско-французской границы, создает столкновения частиц на невероятно высоких энергиях. Именно здесь в 2012 году ученые открыли бозон Хиггса - ключевую частицу, объясняющую, почему другие элементарные частицы имеют массу. Это открытие стало одним из самых значимых событий современной физики и подтвердило предсказания Стандартной модели. Причиной временной остановки LHC стало развертывание проекта High-Luminosity LHC (HL-LHC). Модернизация позв ...>>

Случайная новость из Архива Удешевление установки ветряных турбин на морских платформах 31.10.2024 Японская компания J-Power совместно с Токийским университетом разработала уникальный сейсмоустойчивый фундамент для морских ветряных турбин с фиксированным основанием, который позволяет значительно снизить расходы на строительство. Этот метод может изменить подход к возведению морских ветрогенераторов в районах с высокой сейсмической активностью, таких как Япония. В основе инновационного фундамента лежат квадратные стальные трубы и металлические пластины, составляющие опорную плиту. Вместе они образуют гибкую конструкцию, способную выдерживать сейсмическую нагрузку благодаря особой трехопорной форме, что позволяет конструкции деформироваться и поглощать колебания при подземных толчках. Учитывая особенности дна в японских водах, этот фундамент был адаптирован к рельефу региона, где прочные породы залегают на относительно небольшой глубине. Традиционные моноспайные фундаменты, распространенные в Европе, в Японии использовать сложно из-за сложных условий морского дна. Жесткие породы в прибрежных водах препятствуют эффективному бурению, требуя дорогостоящих решений и затрудняя установку турбин. Новый фундамент от J-Power, напротив, учитывает эти особенности и позволяет обходиться без глубокого бурения, что сокращает затраты на строительство. Основное преимущество конструкции J-Power - ее сейсмоустойчивость. Длинные стальные трубы, встроенные в основание, позволяют турбине медленно раскачиваться при подземных толчках, избегая резонансного усиления колебаний, которые могли бы повредить конструкцию. Это свойство снижает риск повреждений и продлевает срок службы турбины. В компании также отмечают, что сейсмоизоляция, заложенная в фундамент, минимизирует вибрации от землетрясений. Это позволяет защищать не только турбины, но и окружающую инфраструктуру. Применение менее сложных компонентов фундамента также позволяет снизить расходы, что делает установку ветрогенераторов более экономически эффективной по сравнению с традиционными подходами. Эффективность новой технологии была подтверждена исследованиями, проведенными совместно с Токийским университетом. В ближайшие годы компания планирует адаптировать свою разработку к турбинам более крупного размера, что позволит покрыть потребности в более мощных ветрогенераторах и повысить рентабельность крупных энергетических проектов. Таким образом, новый фундамент от J-Power может значительно снизить затраты на установку и эксплуатацию морских ветровых турбин в регионах с сейсмической активностью, способствуя распространению возобновляемых источников энергии и их доступности для различных климатических зон.

Другие интересные новости:

▪ Выращены кровеносные сосуды

▪ Солнечная панель-кипятильник

▪ Устройство беспроводной зарядки гаджетов на расстоянии до метра

▪ Эверест продолжает рости

▪ Сверхпрочный материал крепче алмаза

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электродвигатели. Подборка статей

▪ статья Защита от энергетических воздействий. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Из чего шили форму немецких солдат в Первую мировую войну? Подробный ответ

▪ статья Люцерна посевная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Логический пробник - приставка к цифровому мультиметру. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Радиоприемник Contest-RX. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026