Nükleer yakıtın reaktörlerde termal enerji üretimi için kullanılması, işlemlerin fiziksel özellikleri ve nükleer doğası nedeniyle bir takım önemli özelliklere sahiptir. Bu özellikler nükleer enerjinin özelliklerini, teknolojisinin doğasını, özel çalışma koşullarını, ekonomik performansını ve çevresel etkisini belirler. Ayrıca güvenilir, ekonomik ve güvenli nükleer teknolojinin yaygın olarak gelişmesiyle çözülmesi gereken temel bilimsel, teknik ve mühendislik sorunlarını da belirlerler.
Nükleer yakıtın enerji kullanımında ortaya çıkan en önemli özellikleri:
1. yüksek kalorifik değer, yani. ayrılmış nüklidlerin birim kütlesi başına ısı salınımı;
2. reaktörde bir kerelik yakıt kalması için tüm bölünebilir nüklidlerin tamamen "yanmasının" (fisyonunun) imkansızlığı, çünkü reaktör çekirdeğinde her zaman kritik bir yakıt kütlesine sahip olmak gerekir ve yalnızca kritik kütleyi aşan kısmını “yakmak” mümkündür;
3. belirli koşullar altında, bölünebilir nüklidlerin tam ve hatta genişletilmiş yeniden üretimine (dönüşümüne) sahip olma yeteneği, yani. nükleer malzemelerin çoğaltılmasından ikincil nükleer yakıt elde edilmesi (238 U ve 232 Th);
4. Nükleer yakıtın bir reaktörde “yanması” oksitleyici bir madde gerektirmez ve “yanma” ürünlerinin sürekli olarak çevreye deşarjı ile birlikte olmaz;
5. Fisyon sürecine aynı anda radyoaktif kısa ömürlü ve uzun ömürlü fisyon ürünlerinin yanı sıra uzun süre yüksek düzeyde radyoaktivite tutan bozunma ürünlerinin birikimi eşlik eder. Bu nedenle, reaktörde ışınlanan ve içinde harcanan yakıt, son derece yüksek bir radyoaktiviteye ve sonuç olarak, ışınlanmış nükleer yakıtın işlenmesinde özel zorluklar yaratan bozunma ısısına sahiptir;
6. Nükleer yakıt fisyonunun zincirleme reaksiyonuna, büyük nötron akışlarının salınması eşlik eder. Reaktörün ışınlanmış yapısal malzemelerinde (yakıt kaplaması, yakıt montaj parçaları, reaktör içi cihazlar, kap) ve ayrıca soğutucu ve biyolojik koruma malzemelerinde yüksek enerjili nötronların (E>0.1 MeV) etkisi altında, reaktör ve biyolojik koruması arasındaki boşluğu dolduran gazlı atmosfer, birçok kimyasal olarak kararlı (radyoaktif olmayan) element, radyoaktif olanlara dönüştürülür. Sözde uyarılmış bir aktivite var.
Nükleer yakıtın yüksek ısı üretme kapasitesi, ağır bir uranyum veya plütonyum atomunun her fisyon eylemi sırasında salınan önemli intranükleer enerjiden kaynaklanır. Fosil yakıtların yanması sırasında, nispeten düşük bir enerji salınımı ile birlikte kimyasal oksidatif süreçler gerçekleşir.
Bir karbon atomunun yanması (oksidasyonu) sırasında, C + O2 → CO2 reaksiyonuna göre, her etkileşim eylemi için yaklaşık 4 eV enerji açığa çıkarken, uranyum atomunun çekirdeğinin fisyonu sırasında 235 U + n → X 1 + X 2, fisyon olayı başına yaklaşık 200 MeV enerji. Birim kütle başına böylesine yüksek düzeyde konsantre bir enerji salınımı, büyük termal streslere yol açar. Yakıt elemanının yarıçapı boyunca sıcaklık farkı birkaç yüz dereceye ulaşır.
Ek olarak, çekirdek malzemeler, soğutucu akışı ve yüksek yoğunluklu iyonlaştırıcı radyasyon akışlarının yakıt ve yapısal malzemeleri üzerindeki güçlü radyasyon etkisi nedeniyle muazzam dinamik ve radyasyon yükleri yaşar. Özellikle hızlı nötronların radyasyon etkisi, reaktörün yapısal malzemelerinde önemli radyasyon hasarına (gevrekleşme, şişme, artan sürünme) neden olur. Bu nedenle reaktörlerde kullanılan malzemelere özel gereksinimler getirilmektedir. Bunlardan biri, safsızlıklardan (nükleer dereceli malzemeler olarak adlandırılan) en yüksek saflık derecesidir. Bundan dolayı, nötronların materyaller tarafından etkileşimi ve absorpsiyonu (bir fisyon zincir reaksiyonunun sürdürülmesi için önemlidir) minimumdur.
Reaktör yapımında kullanılan malzemelerin bileşimi ve özellikleri için gereksinimlerin seviyesi o kadar yüksekti ki, özel malzemelerin ve yarı mamul ürünlerin yanı sıra özel malzemelerin üretimi için bir dizi yeni ve ileri teknolojinin geliştirilmesine başladı. kalitelerini kontrol etmek için yöntemler ve araçlar. Şu anda berilyum, nükleer saflıkta grafit, ağır su, zirkonyum ve niyobyum alaşımları, kalsiyum metal, bor ve ısıya dayanıklı paslanmaz çelikler, 10 V ile zenginleştirilmiş bor gibi malzemelerin endüstriyel üretimi için bir teknoloji geliştirilmiş ve hakim olmuştur. izotop ve nadir toprak elementleri.
Yüksek kalori içeriği, belirli bir miktarda enerji üretmek için gereken nükleer yakıtın hem kütlesinde hem de fiziksel hacminde keskin bir azalmaya neden olur. Bu nedenle, hammaddenin (doğal uranyum kimyasal konsantresi) ve bitmiş yakıtın depolanması ve taşınması nispeten düşük maliyetler gerektirir. Bunun sonucu, nükleer enerji santrallerinin konumunun nükleer yakıt üretimi ve üretimi alanından bağımsızlığıdır, bu da üretici güçlerin ekonomik olarak avantajlı bir coğrafi konumunun seçimini önemli ölçüde etkiler. Bu anlamda nükleer yakıtın evrensel karakterinden söz edilebilir. Nükleer-fiziksel özellikleri her yerde aynıdır ve kullanım ekonomisi pratik olarak tüketiciye olan mesafeye bağlı değildir. Nükleer santrallerin yerini nükleer yakıtın üretim ve üretim yeri ile ilişkilendirmeme olasılığı, bunları ülke genelinde ekonomik olarak en uygun şekilde yerleştirmeyi mümkün kılıyor ve onları elektrik ve termal enerji tüketicilerine mümkün olduğunca yakınlaştırıyor. Fosil yakıtlı enerji santralleri ile karşılaştırıldığında, nükleer santraller yakıtın teslimatı ve tedariği için mevsimsel iklim koşullarına bağlı zorluklar yaşamamaktadır. Toprak altından çıkarılan ve işlenmekte olan nükleer malzemeler, büyük ve pahalı depolama tesisleri gerektirmeden, çok düşük maliyetle herhangi bir sayıda yıl saklanabilir.
Nükleer yakıtın yakıt döngüsünde tekrar tekrar sirkülasyonuna duyulan ihtiyaç ve reaktörde bir kerelik kalış sırasında tam yanmasının imkansızlığı, bir fisyon zinciri reaksiyonunu sürdürme ihtiyacından kaynaklanmaktadır. Çekirdekte kendi kendini sürdüren bir zincirleme reaksiyon, ancak belirli bir konfigürasyonda ve nötronları yavaşlatmak ve emmek için belirli koşullar altında kritik bir bölünebilir malzeme kütlesi varsa mümkündür. Bu nedenle, reaktörde termal enerji elde etmek için, belirli bir süre için tasarım gücünde çalışırken, çekirdekte kritik kütleyi aşan bir miktar bölünebilir nüklid olması gerekir. Bu fazlalık, belirtilen veya hesaplanan yakıt tüketimini elde etmek için gerekli olan reaktör çekirdeğinin bir reaktivite marjı yaratır. Nükleer yakıtın yanması reaktör çekirdeğinde, nötronlarla etkileşimleri sırasında fisyonun bir sonucu olarak birincil ve ikincil bölünebilir nüklidlerin harcanması işlemidir. Yanma genellikle reaktöre yüklenen yakıtın birim kütlesi başına salınan termal enerji miktarı veya ayrılmış nüklidlerin miktarı (kütlesi) ile belirlenir. Sonuç olarak, bir reaktörde belirli bir miktarda uranyum yakmak için, kritik olandan önemli ölçüde daha büyük kütleye sahip yakıtla doldurmak gerekir. Aynı zamanda belirlenen yanma derinliğine ulaştıktan sonra reaktivite marjı tükendiğinde fisyon zincir reaksiyonunu sürdürmek için kullanılmış yakıtın taze yakıtla değiştirilmesi gerekir. Belirli bir güç çıkışını sağlamak için uzun bir çalışma süresi için tasarlanmış büyük bir nükleer yakıt kütlesini sürekli olarak reaktör çekirdeğinde tutma gereksinimi, ilk yakıt yükü ve yakıt ikmali için hazırlanan sonraki partiler için tek seferlik önemli maliyetlere neden olur. Bu, enerji santrallerinde organik yakıtla karşılaştırıldığında nükleer yakıtın kullanım koşulları arasındaki temel ve temel farklılıklardan biridir.
Bununla birlikte, çekirdekten boşaltılan kullanılmış yakıt, önemli miktarda bölünebilir malzeme ve önemli değerde verimli nüklidler içerecektir. Bu yakıt, fisyon ürünlerinden kimyasal saflaştırmadan sonra yeniden kullanım için yakıt döngüsüne geri döndürülebilir. Reaktörde bir kez kaldığı süre boyunca kullanılmadan kalan kullanılmış yakıttaki bölünebilir nüklidlerin miktarı, reaktör tipine ve yakıt tipine bağlıdır ve başlangıçta yüklenenlerin %50'sine kadar çıkabilir. Doğal olarak, böyle değerli "atık" kullanılmalıdır. Bu amaçla kullanılmış yakıtın (SFA) depolanması, taşınması ve kimyasal rejenerasyonu için özel teknik tesisler ve tesisler oluşturulmaktadır. SFA'lardan çıkarılan bölünebilir malzemeler, nükleer endüstrinin reaktörleri ve yakıt işletmeleri aracılığıyla iade edilebilir ve tekrar tekrar dolaştırılabilir: reaktörden boşaltılan yakıtın rejenerasyonunu (fisyon ürünlerinin ve safsızlıkların saflaştırılmasını) ve sonrasında yakıt döngüsüne geri dönmesini sağlayan radyokimyasal tesisler. bölünebilir nüklidlerle gerekli ek zenginleştirme; reaktörlerde ışınlanmayan, taze yakıta yenilenmiş yakıtın eklendiği yeni yakıt elemanlarının üretimi için metalurji tesisleri. Bu nedenle, nükleer enerji endüstrisinde yakıt tedarikinin karakteristik bir özelliği, teknik olasılık ve tek bir kalış koşullarında kullanılmayan uranyum ve plütonyumun bölünebilir ve verimli izotoplarının çevrime (geri dönüşüm) geri döndürülmesi (geri dönüşüm) ihtiyacıdır. reaktör. Kesintisiz yakıt tedariği sağlamak için yakıt çevrimi işletmelerinin gerekli kapasiteleri oluşturulmaktadır. Bir endüstri olarak nükleer enerjinin “kendi ihtiyaçlarını” karşılayan işletmeler olarak görülebilirler. Nükleer yakıt üreten reaktörlere dayalı nükleer enerji mühendisliği geliştirme konsepti, uranyum ve plütonyumun geri dönüşüm olasılığına dayanmaktadır. Ek olarak, uranyum ve plütonyumun geri dönüşümü, şu anda gelişmekte olan nükleer enerji endüstrisine hakim olan termal nötron reaktörleri için doğal uranyum ve uranyum zenginleştirme kapasitesi ihtiyacını önemli ölçüde azaltır. Kullanılmış yakıtın yeniden işlenmesi olmadığı sürece, uranyum ve plütonyumun geri dönüşümü yoktur. Bu, termik reaktörlerin yalnızca mayınlı ve işlenmiş uranyumdan elde edilen taze yakıtla çalıştırılabileceği ve kullanılmış yakıtın depolanacağı anlamına gelir.
Nükleer yakıt üretimi, bölünebilir malzemelerle birlikte verimli hammaddeler (238 U ve 232 Th) içeren, enerji üretimi için tasarlanmış hemen hemen her reaktörde gerçekleşir. Bazı özel reaktörler için süper zenginleştirilmiş (~ 90%) uranyum yakıtı kullanmanın varsayımsal durumunu dikkate almazsak, o zaman enerji endüstrisinde kullanılan tüm nükleer reaktörlerde kısmi olacak ve belirli koşullar oluşturulduğunda tamamlanacak. ve hatta nükleer yakıtın genişletilmiş yeniden üretimi - 235 U ile aynı yüksek kalorifik değere sahip plütonyum izotopları. Plütonyum, kimyasal işleme tesislerinde kullanılmış yakıttan saf haliyle ayrılabilir ve karışık uranyum-plütonyum yakıtı yapmak için kullanılabilir. Herhangi bir termal nötron reaktöründe plütonyum üretme olasılığı, herhangi bir nükleer santrali çift amaçlı bir işletme olarak nitelendirmeyi mümkün kılar: sadece termal ve elektrik enerjisi üretmek değil, aynı zamanda yeni bir nükleer yakıt - plütonyum üretmek. Bununla birlikte, plütonyumun rolü sadece kullanılmış yakıtta birikmesinde kendini göstermez. Ortaya çıkan bölünebilir plütonyum izotoplarının önemli bir kısmı reaktörde fisyona uğrayarak yakıt dengesini iyileştirir ve çekirdeğe yüklenen yakıtın yanmasında bir artışa katkıda bulunur. Günümüz fikirlerine göre en uygun olanı, hızlı nötron reaktörlerinde plütonyum kullanılmasıdır, burada kritik kütlede ve dolayısıyla 235 U'ya kıyasla yüklemede% 20-30 oranında bir kazanç sağlamayı ve elde etmeyi mümkün kılar. birliği aşan çok yüksek katsayılar. üreme. Termik nötron reaktörlerinin yakıt yükünde plütonyum kullanılması, kritik kütlede önemli bir kazanım elde etmeyi ve hızlı nötron reaktörlerinde olduğu gibi yüksek üreme oranları elde etmeyi mümkün kılmasa da, nükleer yakıt kaynaklarını artırarak büyük bir etki yaratır. .
Nükleer enerjide, uranyuma ek olarak, toryum yakıt çevrimlerinin geliştirilmesi için fırsatlar vardır. Aynı zamanda, nükleer özelliklerinde 235 U'ya benzer olan 233 U'yu elde etmek için doğal izotop 232 Th kullanılır. Bununla birlikte, şu anda nükleer enerji mühendisliğinde uranyum-toryum döngüsünün herhangi bir önemli kullanımını beklemek zordur. . Bu, 238 U gibi 232 Th'nin yalnızca verimli, ancak bölünebilir bir malzeme olmadığı ve toryum işleme teknolojisinin bir takım spesifik özelliklere sahip olduğu ve henüz endüstriyel ölçekte hakim olmadığı gerçeğiyle açıklanmaktadır. Aynı zamanda, henüz doğal uranyum sıkıntısı da yok. Ayrıca, damızlık reaktörlerde verimli bir malzeme olarak kullanıma hazır atık uranyum depolarında sürekli bir birikim söz konusudur.
Enerji üretmek için oksitleyici ihtiyacının olmaması, hidrokarbonlara kıyasla nükleer enerji kullanmanın temel çevresel faydalarından biridir. Nükleer santrallerden kaynaklanan gaz emisyonları, esas olarak istasyonun havalandırma sistemlerinin ihtiyaçlarından kaynaklanmaktadır. Nükleer santrallerden farklı olarak, her yıl havaya milyonlarca metreküp yanıcı gaz salınmaktadır. Bunlar, her şeyden önce, gezegenin ozon tabakasını tahrip eden ve bitişik bölgelerin biyosferi üzerinde büyük bir yük oluşturan karbon, azot ve kükürt oksitlerini içerir.
Ne yazık ki nükleer enerjinin avantajlarının yanında dezavantajları da var. Bunlar, özellikle, bir nükleer reaktörün çalışması sırasında fisyon ve aktivasyon ürünlerinin oluşumunu içerir. Bu tür maddeler reaktörün çalışmasına müdahale eder ve radyoaktiftir. Bununla birlikte, üretilen radyoaktif atık miktarı sınırlıdır (termik santrallerden kaynaklanan atıklardan çok daha az büyüklükte). Ayrıca, saflaştırma, ekstraksiyon, şartlandırma, güvenli depolama ve imha için kanıtlanmış teknolojiler vardır. Kullanılmış yakıttan çıkarılan bir dizi radyoaktif izotop, endüstriyel ve diğer teknolojilerde aktif olarak kullanılmaktadır. SFA işleme teknolojilerinin daha da geliştirilmesiyle, ondan fisyon ürünlerinin çıkarılması için beklentiler de var - çok değerli nadir toprak elementleri.
Bir nükleer güç reaktörünün (a.z.EIAR) aktif bölgesi- bu, nükleer yakıtın sürekli kendi kendine devam eden zincirleme reaksiyonunun uygulanması ve daha sonraki kullanım amacıyla içinde üretilen ısının dengeli bir şekilde uzaklaştırılması için koşulların yapıcı bir şekilde düzenlendiği hacminin bir parçasıdır.
Bu tanımın bir termal ENR'nin çekirdeği ile ilgili anlamı düşünüldüğünde, böyle bir çekirdeğin temel bileşenlerinin nükleer yakıt, moderatör, soğutucu ve diğer yapısal malzemeler olduğu anlaşılabilir.İkincisi, nükleer yakıt ve nükleer yakıt ve çekirdekte moderatör ve çekirdeğin kendisi, bölge, mümkünse, katlanabilir bir teknolojik birimi temsil edecek şekilde, reaktörde hareketsiz bir şekilde sabitlenmelidir.
Nükleer yakıt genellikle aktif bölgedeki tüm bölünebilir çekirdeklerin toplamı olarak anlaşılır. NPP güç ünitelerinde operasyonun ilk aşamasında kullanılan termal ENR'lerin çoğu, saf uranyum yakıtı üzerinde çalışır, ancak kampanya sırasında, oluşumundan hemen sonra sürece dahil olan önemli miktarda ikincil nükleer yakıt - plütonyum-239 üretirler. reaktörde nötron çoğalmasının Bu nedenle, kampanyanın herhangi bir keyfi anında bu tür ENR'deki yakıt, üç bölünebilir bileşenin bir kombinasyonu olarak düşünülmelidir: 235U, 238U ve 239Pu. Uranyum-235 ve plütonyum-239, reaktör spektrumundaki herhangi bir enerjinin nötronları tarafından bölünebilirken, 238U, daha önce belirtildiği gibi, yalnızca eşiğin üzerinde hızlı (E > 1.1 MeV ile) nötronlar tarafından bölünebilir.
Uranyum nükleer yakıtının ana özelliği, tüm uranyum çekirdekleri arasındaki uranyum-235 çekirdeğinin oranını (veya yüzdesini) ifade eden ilk zenginleştirmesidir (x). Uranyumun %99,99'undan fazlası 235 U ve 238 U olmak üzere iki izotoptan oluştuğundan, zenginleştirme değeri:
x= N 5 /N U \u003d N 5 / (N 5 +N 8) (4.1.1)
Doğal metalik uranyum 235 U çekirdeğinin yaklaşık %0,71'ini içerir ve %99,28'den fazlası 238 U'dur.
NPP reaktörleri, deniz taşımacılığı nükleer santrallerinin reaktörlerinde %1,8 ÷ %5,2'ye kadar zenginleştirilmiş uranyum kullanır, nükleer yakıtın ilk zenginleşmesi %20 ÷ 45'tir. Nükleer santrallerde düşük zenginleştirilmiş yakıt kullanımı ekonomik hususlarla açıklanmaktadır: zenginleştirilmiş yakıt üretimi teknolojisi karmaşıktır, enerji yoğundur, karmaşık ve hacimli ekipman gerektirir ve bu nedenle pahalı bir teknolojidir.
Metalik uranyum, termal olarak kararsızdır, nispeten düşük sıcaklıklarda allotropik dönüşümlere tabidir ve kimyasal olarak kararsızdır ve bu nedenle güç reaktörleri için bir yakıt olarak kabul edilemez. Bu nedenle, uranyum reaktörlerde tamamen metalik formda değil, diğer kimyasal elementlerle kimyasal (veya metalurjik) bileşikler şeklinde kullanılır. Bu bağlantılara denir yakıt kompozisyonlar.
Reaktör teknolojisindeki en yaygın yakıt bileşimleri şunlardır:
UO 2, U 3 O 8, UC, UC 2, UN, U 3 Si, (UAl 3) Si, UBe 13.
Yakıt bileşiminin diğer kimyasal elementine ne ad verilir? yakıt tiner
Listelenen yakıt bileşimlerinin ilk ikisinde, seyreltici oksijendir, ikinci ikisinde - karbon, sırasıyla azot, silikon, silikonlu alüminyum ve berilyum.
Seyreltici için ana gereksinimler, reaktördeki moderatör için olanlarla aynıdır: yüksek elastik saçılma mikro kesitine ve termal ve rezonans nötronlar için muhtemelen daha düşük bir absorpsiyon mikro kesitine sahip olmalıdır.
Nükleer güç reaktörlerinde en yaygın yakıt bileşimi, uranyum dioksit(UO 2) ve seyrelticisi - oksijen - yukarıdaki tüm gereksinimleri tam olarak karşılar .
Dioksitin erime noktası (2800) Ö C) ve yüksek termal kararlılığı, Yüksek sıcaklık 2200 ° C'ye kadar izin verilen çalışma sıcaklığına sahip yakıt
Nükleer santraller - nükleer santraller termik santrallerdir. Nükleer santrallerde kontrollü nükleer reaksiyonların enerjisi kaynak olarak kullanılır. NGS güç ünitelerinin birim kapasitesi 1,5 GW'a ulaşıyor.
Nükleer santraller için ortak yakıt olarak kullanılır sen- uranyum. Fisyon reaksiyonu, bir nükleer santralin ana ünitesinde - bir nükleer reaktörde gerçekleştirilir. Nükleer maddenin fisyonunun zincirleme reaksiyonu, elektrik üretmek için kullanılan önemli miktarda termal enerjiyi serbest bırakır.
Uranyum çekirdeklerinin bölünmesi hızlı nötronlar üretir. Fisyon hızı bir zincirleme reaksiyondur, nükleer santrallerde moderatörler tarafından düzenlenir: ağır su veya grafit. Nötronlar büyük miktarda termal enerji içerir. Soğutucu aracılığıyla, enerji buhar jeneratörüne girer. Yüksek basınçlı buhar, turbo jeneratörlere gönderilir. Ortaya çıkan elektrik, trafolara ve ardından dağıtım cihazlarına gider. Elektriğin bir kısmı bir nükleer santralin (NGS) kendi ihtiyaçlarını karşılamaya yöneliktir. Nükleer santrallerde soğutucunun sirkülasyonu pompalar tarafından sağlanır: ana ve kondensat. Nükleer santrallerden gelen aşırı ısı, soğutma kulelerine gönderilir.
Nükleer santraller - Nükleer santraller atmosfere baca gazı salmaz. Nükleer santrallerde kül ve cüruf şeklinde atık yoktur. Nükleer santrallerdeki problemler aşırı ısı ve radyoaktif atıkların depolanmasıdır. İnsanları ve atmosferi radyoaktif emisyonlardan korumak için nükleer santraller özel önlemler alır:
Nükleer santraller sıhhi koruma bölgesi ile çevrilidir.
Nükleer enerji, elektrik üretmenin modern ve hızla gelişen bir yoludur. Nükleer santrallerin nasıl düzenlendiğini biliyor musunuz? Nükleer santralin çalışma prensibi nedir? Bugün ne tür nükleer reaktörler var? Bir nükleer santralin çalışma şemasını ayrıntılı olarak ele almaya, bir nükleer reaktörün tasarımını incelemeye ve atomik elektrik üretme yönteminin ne kadar güvenli olduğunu bulmaya çalışacağız.
Herhangi bir istasyon, yerleşim bölgesinden uzakta kapalı bir alandır. Kendi topraklarında birkaç bina var. En önemli bina reaktör binası, yanında reaktörün kontrol edildiği türbin salonu ve güvenlik binası.
Nükleer reaktör olmadan plan imkansız. Bir atomik (nükleer) reaktör, bu süreçte zorunlu enerji salınımı ile nötron fisyonunun zincir reaksiyonunu organize etmek için tasarlanmış bir nükleer santralin cihazıdır. Ancak bir nükleer santralin çalışma prensibi nedir?
Tüm reaktör tesisi, reaktörü gizleyen ve bir kaza durumunda nükleer reaksiyonun tüm ürünlerini içerecek olan büyük bir beton kule olan reaktör binasına yerleştirilmiştir. Bu büyük kuleye muhafaza, hermetik kabuk veya muhafaza denir.
Yeni reaktörlerdeki muhafaza bölgesi 2 kalın beton duvar - kabuklara sahiptir.
80 cm kalınlığında bir dış kabuk, muhafaza alanını dış etkilerden korur.
1 metre 20 cm kalınlığındaki iç kabuk, cihazında betonun mukavemetini neredeyse üç kat artıran ve yapının parçalanmasına izin vermeyecek özel çelik kablolara sahiptir. İçeride, muhafaza için ek koruma görevi görecek ve bir kaza durumunda reaktör içeriğinin muhafaza alanının dışına çıkmasını önleyecek şekilde tasarlanmış ince bir özel çelik levha ile kaplanmıştır.
Bir nükleer santralin böyle bir cihazı, 200 tona kadar olan bir uçağın düşmesine, 8 büyüklüğünde bir depreme, kasırga ve tsunamiye dayanabilir.
İlk basınçlı muhafaza, 1968'de Amerikan nükleer santrali Connecticut Yankee'de inşa edildi.
Muhafaza alanının toplam yüksekliği 50-60 metredir.
Bir nükleer reaktörün çalışma prensibini ve dolayısıyla bir nükleer santralin çalışma prensibini anlamak için reaktörün bileşenlerini anlamanız gerekir.
Nükleer santral ne işe yarar? Nükleer santraller için yakıt, radyoaktif özelliklere sahip kimyasal elementlerdir. Tüm nükleer santrallerde uranyum böyle bir elementtir.
İstasyonların tasarımı, nükleer santrallerin saf bir kimyasal element üzerinde değil, karmaşık kompozit yakıt üzerinde çalıştığını ima eder. Ve bir nükleer reaktöre yüklenen doğal uranyumdan uranyum yakıtı çıkarmak için birçok manipülasyon yapmanız gerekir.
zenginleştirilmiş uranyum
Uranyum iki izotoptan oluşur, yani farklı kütlelere sahip çekirdekler içerir. Proton ve nötron izotop -235 ve izotop-238 sayısı ile adlandırıldılar. 20. yüzyılın araştırmacıları, çünkü cevherden uranyum 235 çıkarmaya başladılar. ayrıştırmak ve dönüştürmek daha kolaydı. Doğada bu tür uranyumun sadece% 0,7'si olduğu ortaya çıktı (kalan yüzdeler 238. izotopa gitti).
Bu durumda ne yapmalı? Uranyumu zenginleştirmeye karar verdiler. Uranyum zenginleştirme, çok sayıda gerekli 235x izotopun ve birkaç gereksiz 238x izotopun kaldığı bir süreçtir. Uranyum zenginleştiricilerin görevi, %0.7'den neredeyse %100 uranyum-235 yapmaktır.
Uranyum iki teknoloji kullanılarak zenginleştirilebilir - gaz difüzyonu veya gaz santrifüjü. Kullanımları için, cevherden çıkarılan uranyum gaz haline dönüştürülür. Gaz halinde zenginleştirilmiştir.
uranyum tozu
Zenginleştirilmiş uranyum gazı katı bir duruma - uranyum dioksite dönüştürülür. Bu saf katı uranyum 235, daha sonra uranyum tozuna ezilen büyük beyaz kristallere benziyor.
Uranyum tabletleri
Uranyum peletleri, birkaç santimetre uzunluğunda katı metal pullardır. Bu tür tabletleri uranyum tozundan kalıplamak için bir madde ile karıştırılır - bir plastikleştirici, tablet presleme kalitesini artırır.
Preslenmiş rondelalar, tabletlere yüksek sıcaklıklara karşı özel bir güç ve direnç kazandırmak için bir günden fazla 1200 santigrat derece sıcaklıkta pişirilir. Bir nükleer santralin doğrudan çalışma şekli, uranyum yakıtının ne kadar iyi sıkıştırıldığına ve pişirildiğine bağlıdır. 
Tabletler molibden kutularında pişirilir çünkü. sadece bu metal, bir buçuk bin derecenin üzerindeki "cehennem" sıcaklıklarda erimez. Bundan sonra nükleer santraller için uranyum yakıtı hazır kabul edilir.
Reaktör çekirdeği, bir insan vücudundan 5 kat daha büyük, duvarlarında (reaktör tipine bağlı olarak) delikler bulunan devasa bir disk veya boruya benziyor. Bu delikler, atomları istenen reaksiyonu gerçekleştiren uranyum yakıtı içerir.
Tüm istasyonun patlamasını ve birkaç yakın eyalet için sonuçları olan bir kazayı istemiyorsanız, basitçe bir reaktöre yakıt atmak imkansızdır. Bu nedenle, uranyum yakıtı yakıt çubuklarına yerleştirilir ve daha sonra yakıt tertibatlarında toplanır. Bu kısaltmalar ne anlama geliyor?
Zirkonyum, refrakterlik ve korozyon önleyici özelliklerinden dolayı yakıt çubuklarının üretimi için bir malzeme olarak seçilmiştir.
Yakıt elemanlarının tipi, reaktörün tipine ve yapısına bağlıdır. Kural olarak, yakıt çubuklarının yapısı ve amacı değişmez, borunun uzunluğu ve genişliği farklı olabilir. 
Makine, bir zirkonyum tüpüne 200'den fazla uranyum peleti yükler. Toplamda, yaklaşık 10 milyon uranyum peleti reaktörde aynı anda çalışır.
FA - yakıt grubu. NPP çalışanları, yakıt gruplarını demetler olarak adlandırır.
Aslında, bunlar birbirine bağlanmış birkaç TVEL'dir. Yakıt tertibatları, bir nükleer santralin çalıştığı hazır nükleer yakıttır. Bir nükleer reaktöre yüklenen yakıt gruplarıdır. Bir reaktöre yaklaşık 150 - 400 yakıt grubu yerleştirilmiştir.
Yakıt tertibatının hangi reaktörde çalışacağına bağlı olarak farklı şekillerde gelirler. Demetler bazen kübik, bazen silindirik, bazen altıgen şeklinde katlanır.
4 yıllık çalışma için bir yakıt grubu, 670 vagon kömür, 730 tank doğal gaz veya 900 tank petrol ile aynı miktarda enerji üretir.
Bugün yakıt grupları ağırlıklı olarak Rusya, Fransa, ABD ve Japonya'daki fabrikalarda üretilmektedir.
Nükleer santrallere yakıtın başka ülkelere ulaştırılması için, yakıt grupları uzun ve geniş metal borularla kapatılır, borulardan hava pompalanır ve özel makinelerle kargo uçaklarına teslim edilir.
Nükleer santraller için nükleer yakıt, çok ağırdır, tk. uranyum gezegendeki en ağır metallerden biridir. Özgül ağırlığı çeliğinkinin 2,5 katıdır.
Nükleer santralin çalışma prensibi nedir? Nükleer santrallerin çalışma prensibi, radyoaktif bir maddenin - uranyum atomlarının fisyonunun zincirleme reaksiyonuna dayanır. Bu reaksiyon bir nükleer reaktörün çekirdeğinde gerçekleşir.
Nükleer fiziğin karmaşıklığına girmezseniz, bir nükleer santralin çalışma prensibi şöyle görünür:
Nükleer reaktör başlatıldıktan sonra, uranyumun reaksiyona girmesini engelleyen yakıt çubuklarından emici çubuklar çıkarılır.
Çubuklar çıkarılır çıkarılmaz uranyum nötronları birbirleriyle etkileşmeye başlar.
Nötronlar çarpıştığında atomik seviyede mini bir patlama meydana gelir, enerji açığa çıkar ve yeni nötronlar doğar, zincirleme reaksiyon oluşmaya başlar. Bu işlem ısıyı serbest bırakır.
Isı, soğutucuya aktarılır. Soğutucunun türüne bağlı olarak, türbini döndüren buhar veya gaza dönüşür.
Türbin bir elektrik jeneratörünü çalıştırır. Aslında, elektrik üreten odur.
Süreci takip etmezseniz, uranyum nötronları, reaktör patlayana ve tüm nükleer santral paramparça olana kadar birbirleriyle çarpışabilir. Bilgisayar sensörleri süreci kontrol eder. Reaktördeki sıcaklık artışını veya basınçtaki değişikliği algılarlar ve reaksiyonları otomatik olarak durdurabilirler.
Nükleer santrallerin çalışma prensibi ile termik santrallerin (termik santraller) arasındaki fark nedir?
Çalışmadaki farklılıklar sadece ilk aşamalardadır. Nükleer santrallerde, soğutucu uranyum yakıt atomlarının fisyonundan ısı alır, termik santrallerde soğutucu organik yakıtın (kömür, gaz veya yağ) yanmasından ısı alır. Uranyum atomları veya kömürlü gaz ısı saldıktan sonra, nükleer santrallerin ve termik santrallerin çalışma şemaları aynıdır.
Bir nükleer santralin nasıl çalıştığı, nükleer reaktörünün nasıl çalıştığına bağlıdır. Bugün, nöronların spektrumuna göre sınıflandırılan iki ana tip reaktör vardır:
Termal reaktör olarak da adlandırılan yavaş bir nötron reaktörü.
Çalışması için zenginleştirme, uranyum tabletlerinin oluşturulması vb. Aşamalardan geçen 235 uranyum kullanılır. Bugün, yavaş nötron reaktörleri büyük çoğunlukta.
Hızlı nötron reaktörü.
Bu reaktörler gelecek, çünkü doğada bir düzine kuruş olan uranyum-238 üzerinde çalışıyorlar ve bu elementi zenginleştirmek gerekli değil. Bu tür reaktörlerin dezavantajı, yalnızca tasarım, yapım ve başlatma için çok yüksek maliyetlerdir. Bugün hızlı nötron reaktörleri sadece Rusya'da çalışıyor.
Hızlı nötron reaktörlerindeki soğutucu cıva, gaz, sodyum veya kurşundur. 
Bugün dünyadaki tüm nükleer santraller tarafından kullanılan yavaş nötron reaktörleri de çeşitli tiplerde gelir.
IAEA organizasyonu (Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı), dünya nükleer endüstrisinde en sık kullanılan kendi sınıflandırmasını oluşturmuştur. Bir nükleer santralin çalışma prensibi büyük ölçüde soğutucu ve moderatör seçimine bağlı olduğundan, IAEA sınıflandırmasını bu farklılıklara dayandırmıştır.
Kimyasal bir bakış açısından, döteryum oksit ideal bir düzenleyici ve soğutucudur, çünkü atomları, diğer maddelere kıyasla uranyum nötronlarıyla en etkili şekilde etkileşime girer. Basitçe söylemek gerekirse, ağır su görevini minimum kayıp ve maksimum sonuçla yerine getirir. Ancak, üretimi paraya mal olurken, bizim için her zamanki “hafif” ve tanıdık suyu kullanmak çok daha kolay.
Bir nükleer santral reaktörünün en az 3 yıl inşa edilmesi ilginç!
Bir reaktör inşa etmek için, bir insanı öldürebilecek akımın milyon katı olan 210 kilo amperlik bir elektrik akımıyla çalışan ekipmana ihtiyacınız var.
Bir nükleer reaktörün bir kabuğu (yapısal eleman) 150 ton ağırlığındadır. Bir reaktörde bu tür 6 element vardır.
basınçlı su reaktörü
Nükleer santralin genel olarak nasıl çalıştığını zaten öğrendik, “her şeyi çözmek” için en popüler basınçlı su nükleer reaktörünün nasıl çalıştığını görelim.
Bugün tüm dünyada 3+ nesil basınçlı su reaktörleri kullanılmaktadır. En güvenilir ve güvenli olarak kabul edilirler.
Toplamda çalıştıkları tüm yıllar boyunca dünyadaki tüm basınçlı su reaktörleri 1000 yıldan fazla sorunsuz çalışma kazanmayı başarmış ve hiçbir zaman ciddi sapmalar vermemiştir. 
Nükleer santrallerin basınçlı su reaktörlerine dayalı yapısı, damıtılmış suyun 320 dereceye kadar ısıtılan yakıt çubukları arasında dolaştığını ima eder. Buhar haline geçmesini önlemek için 160 atmosferlik bir basınç altında tutulur. NPP şeması buna birincil su diyor.
Isınan su buhar jeneratörüne girer ve ısısını ikincil devrenin suyuna verir, ardından tekrar reaktöre "geri döner". Dışa doğru, birincil su devresinin boruları diğer borularla temas halinde gibi görünüyor - ikinci devrenin suyu, birbirlerine ısı aktarıyorlar, ancak sular temas etmiyor. Tüpler temas halinde.
Böylece, elektrik üretme sürecine daha fazla katılacak olan ikincil devrenin suyuna radyasyon girme olasılığı hariç tutulur.
Nükleer santrallerin çalışma prensibini öğrendikten sonra, güvenliğin nasıl düzenlendiğini anlamalıyız. Günümüzde nükleer santrallerin tasarımı, güvenlik kurallarına daha fazla dikkat edilmesini gerektirmektedir.
Nükleer santral güvenliğinin maliyeti, santralin toplam maliyetinin yaklaşık %40'ı kadardır. 
NPP şeması, radyoaktif maddelerin salınımını önleyen 4 fiziksel engel içerir. Bu engellerin ne yapması gerekiyor? Doğru zamanda, nükleer reaksiyonu durdurabilmeli, çekirdekten ve reaktörün kendisinden sürekli ısı tahliyesini sağlayabilmeli ve muhafazadan (koruma bölgesi) radyonüklidlerin salınmasını önleyebilmelidir.
Pek çok koruma derecesine sahip bir nükleer santral inşa edilmesine rağmen, reaktör çekirdeğinin doğru zamanda soğutulması mümkün değilse ve yakıt sıcaklığı 2600 dereceye yükselirse, güvenlik sisteminin son umudu devreye girer. - sözde eriyik kapanı.
Gerçek şu ki, böyle bir sıcaklıkta reaktör kabının dibi eriyecek ve nükleer yakıtın ve erimiş yapıların tüm kalıntıları reaktör çekirdeğinin üzerinde asılı duran özel bir "cam" içine akacaktır.
Eriyik kapanı soğutulur ve ateşe dayanıklıdır. Fisyon zincir reaksiyonunu kademeli olarak durduran "kurbanlık malzeme" ile doldurulur.
Bu nedenle, NPP şeması, herhangi bir kaza olasılığını neredeyse tamamen dışlayan birkaç derece koruma anlamına gelir.
2011 yılında Novosibirsk Kimyasal Konsantre Tesisi, dünya lityum-7 izotop tüketiminin (1300 kg) %70'ini üretip satarak tesis tarihinde yeni bir rekor kırdı. Ancak, NCCP'nin ana ürünü nükleer yakıttır.
Bu cümle, Novosibirsk sakinlerinin zihinlerinde etkileyici ve korkutucu bir etkiye sahiptir ve onları işletme hakkında her şeyi hayal etmeye zorlar: üç ayaklı işçilerden ve ayrı bir yeraltı şehrinden radyoaktif rüzgara.
Peki, şehir içinde nükleer yakıt üreten Novosibirsk'teki en gizemli tesisin çitlerinin ardında gerçekte ne gizli?
JSC "Novosibirsk Kimyasal Konsantreler Fabrikası", Rusya'da ve yurtdışında nükleer santraller ve araştırma reaktörleri için dünyanın önde gelen nükleer yakıt üreticilerinden biridir. Metalik lityum ve tuzlarının tek Rus üreticisi. Rosatom State Corporation'ın TVEL Fuel Company'nin bir parçasıdır.
Yakıt tertibatlarının yapıldığı atölyeye geldik - nükleer güç reaktörlerine yüklenen yakıt tertibatları. Bu nükleer santraller için nükleer yakıttır. Üretime girmek için sabahlık, şapka, kumaştan yapılmış galoşlar ve yüzünüze “Petal” takmanız gerekiyor.
Uranyum içeren malzemelerle ilgili tüm işler dükkanda yoğunlaşıyor. Bu teknolojik kompleks, NCCP için ana olanlardan biridir (nükleer santraller için FA'ler, OJSC NCCP tarafından satılan ürünlerin yapısında yaklaşık %50'yi işgal eder).
Daha sonra yakıt peletlerinin üretildiği uranyum dioksit tozu üretim sürecinin kontrol edildiği kontrol odası.
İşçiler rutin bakım yapıyor: belirli aralıklarla en yeni ekipman bile durduruluyor ve kontrol ediliyor. Atölyenin kendisinde her zaman çok fazla hava vardır - egzoz havalandırması sürekli çalışır.
Bu bikonlar uranyum dioksit tozunu depolar. Tabletin daha iyi sıkıştırılmasını sağlayan tozu ve plastikleştiriciyi karıştırırlar.
Yakıt peletlerinin sıkıştırılmasını sağlayan bir kurulum. Çocukların bir kalıba bastırarak kumdan kek yapması gibi, burada da: bir uranyum peleti basınç altında preslenir.
Tavlama için fırına gönderilmeyi bekleyen peletli molibden tekne. Tavlamadan önce tabletler yeşilimsi bir renk tonuna ve farklı bir boyuta sahiptir.
Toz, tablet ve çevre teması en aza indirilmiştir: tüm işler kutularda gerçekleştirilir. İçerideki bir şeyi düzeltmek için kutuların içine özel eldivenler yerleştirilmiştir.
Yukarıdaki meşaleler hidrojen yakıyor. Tabletler, 20 saatten fazla hidrojen indirgeyen bir ortamda en az 1750 derecelik bir sıcaklıkta fırınlarda tavlanır.
Siyah dolaplar, molibden teknenin çeşitli sıcaklık bölgelerinden geçtiği hidrojen yüksek sıcaklıklı fırınlardır. Damper açılır ve alevlerin kaçtığı yerden bir molibden tekne fırına girer.
Bitmiş tabletler, kesinlikle tanımlanmış bir boyutta olmaları gerektiği için parlatılır. Ve çıkışta, müfettişler her tableti çip, çatlak, kusur olmaması için kontrol eder.
4.5 g ağırlığındaki bir tablet, 640 kg yakacak odun, 400 kg kömür, 360 metreküp enerji salınımına eşdeğerdir. m gaz, 350 kg yağ.
Bir hidrojen fırınında tavlamadan sonra uranyum dioksit tabletleri.
Burada zirkonyum tüpler uranyum dioksit peletleri ile doldurulur. Çıkışta, yakıt elemanlarını (yaklaşık 4 m uzunluğunda) - yakıt elemanlarını bitirdik. Yakıt düzenekleri zaten yakıt çubuklarından, yani nükleer yakıttan monte ediliyor.
Şehrin sokaklarındaki bu tür soda makineleri artık bulunamıyor, belki de sadece NZHK'de. Sovyet zamanlarında çok yaygın olmalarına rağmen.
Bu makinede cam yıkanabilir ve ardından karbonatlı, durgun veya soğutulmuş su ile doldurulabilir.
2010 yılında Doğal Kaynaklar ve Çevre Koruma Dairesi'nin değerlendirmesine göre, NCCP'nin çevre kirliliği üzerinde önemli bir etkisi yoktur.
Bir çift safkan tavuk, atölyenin topraklarında bulunan masif ahşap bir kuş kafesinde sürekli yaşar ve yumurta bırakır.
İşçiler bir yakıt montajı için bir çerçeve kaynağı yapıyor. Yakıt gruplarının modifikasyonuna bağlı olarak çerçeveler farklıdır.
Fabrikada 2277 kişi çalışıyor, personelin yaş ortalaması 44,3, %58'i erkek. Ortalama maaş 38.000 rubleyi aşıyor.
Büyük tüpler, reaktör koruma kontrol sistemi için kanallardır. Daha sonra bu çerçeveye 312 yakıt çubuğu takılacaktır.
CHPP-4, NZHK'nin yanında yer almaktadır. Ekolojistlere atıfta bulunarak, tesisin temsilcileri bir termik santralin yılda NCCP'den 7,5 kat daha fazla radyoaktif madde yaydığını bildirdi.
Tesis ve nükleer enerji endüstrisinin emektarı olan montaj tesisatçısı Viktor Pustozerov'un 2 İşçi Zaferi Nişanı var
TVS için baş ve gövde. 312 yakıt çubuğunun tümü zaten çerçevede olduğunda, en sonunda kurulurlar.
Son kontrol: bitmiş yakıt grupları, yakıt çubukları arasındaki mesafenin aynı olması için özel problarla kontrol edilir. Kontrolörler çoğunlukla kadındır, bu çok zahmetli bir iştir.
Bu tür kaplarda, yakıt tertibatları tüketiciye gönderilir - her birinde 2 kaset. İçeride kendi rahat keçe yatakları var.
JSC NCCP tarafından üretilen nükleer santraller için yakıt Rus nükleer santrallerinde kullanılmakta ve ayrıca Ukrayna, Bulgaristan, Çin, Hindistan ve İran'a tedarik edilmektedir. Yakıt tertibatlarının maliyeti ticari bir sırdır.
NCCP'de çalışmak, herhangi bir endüstriyel kuruluşta çalışmaktan daha tehlikeli değildir. Çalışanların sağlık durumları sürekli izlenmektedir. Son yıllarda işçiler arasında tek bir meslek hastalığı vakası tespit edilmemiştir.
