Ядерный реактор: как он работает | Physics Elearnin скачать в хорошем качестве

Ядерный реактор: как он работает | Physics Elearnin

Ядерный реактор — как он работает | Видео Physics Elearnin Ядерные реакторы — это современные устройства, широко используемые для производства энергии, поскольку традиционные виды ископаемого топлива, такие как уголь, находятся на грани исчезновения. Ядерный реактор — источник интенсивного тепла, которое, в свою очередь, используется для выработки электроэнергии на атомной электростанции. Его принцип работы аналогичен принципу работы топки парогенератора; пар используется для вращения турбин электрогенераторной системы. Ядерный реактор состоит из трёх важнейших компонентов: тепловыделяющих элементов, замедлителя и регулирующих стержней. Топливные элементы обычно представляют собой тонкие стержни диаметром около 1 см и содержат делящиеся ядра, например, уран (235-92U или 238-92U). Количество этих стержней варьируется в зависимости от размера реактора. В крупных энергетических реакторах тысячи тепловыделяющих элементов размещаются близко друг к другу. Эта область, где размещаются эти тепловыделяющие элементы, называется активной зоной реактора. Эти тепловыделяющие элементы обычно погружены в воду, которая действует как замедлитель. Замедлитель предназначен для замедления энергетических нейтронов в ядерном реакторе, которые производятся топливными элементами в процессе деления ядра. Тепловые нейтроны с энергией около 0,04 электрон-вольта способны вызывать реакцию деления с 235-92U. В процессе реакции деления выделяются новые нейтроны с энергией около 1 МэВ. Эти нейтроны обычно не участвуют в другом процессе деления, поскольку сопровождаются огромным выделением энергии. В f-ct вероятность того, что эти нейтроны вызовут другую реакцию деления, в 500 раз меньше, чем вероятность для тепловых нейтронов. Именно здесь замедлитель чрезвычайно полезен. Замедлитель способен замедлять, или, другими словами, сдерживать, скорость этих высокоэнергетических нейтронов, чтобы их можно было использовать в цепной реакции для запуска множественных реакций деления других ядер 235-92U. Обычно в ядерных реакторах в качестве замедлителя используется обычная или тяжёлая вода, поскольку содержащиеся в ней дейтроны способны замедлять скорость нейтронов. Молекулы воды в замедлителе замедляют высокоэнергетические нейтроны, покидающие топливный элемент после деления ядра. Эти высокоэнергетические нейтроны сталкиваются с молекулами воды, теряя при каждом столкновении часть энергии и, следовательно, существенно замедляясь. Теперь, используя этот медленный нейтрон, можно инициировать новую реакцию деления, ударяя его о топливный элемент. Третья и самая важная часть ядерного реактора – это управляющие стержни. Для обеспечения стабильной выработки энергии в ядерном реакторе каждая реакция деления ядра должна инициировать другую реакцию деления и обеспечивать наличие резервного нейтрона, высвобождаемого для запуска цепной реакции. Управляя количеством резервных нейтронов, доступных в любой момент времени, можно контролировать скорость цепной реакции деления ядра. Этот контроль над реакцией деления можно осуществлять с помощью управляющих стержней. Основная функция регулирующих стержней — поглощать избыточные или неиспользуемые нейтроны в замедлителе для предотвращения дальнейшей реакции деления. Обычно такие регулирующие стержни изготавливаются из бора или кадмия. Для увеличения скорости реакции деления эти стержни можно извлечь из замедлителя. Таким образом, постоянный выход энергии может поддерживаться путем установки или извлечения регулирующих стержней из ядерного реактора. Теперь, изучив компоненты ядерного реактора, давайте разберемся с его работой. Обычно он заключен в экран из толстых бетонных стен. Он состоит из активной зоны реактора, насоса и теплообменника. Активная зона реактора и насос контактируют с водой, которая обычно используется в качестве теплообменника в реакторах. Из-за огромного количества тепла, выделяющегося в ходе реакции деления, окружающая вода нагревается и превращается в пар, который, в свою очередь, используется для вращения турбин. Таким образом, огромное количество тепловой энергии преобразуется в электрическую. Вода непрерывно подается в ядерный реактор и выводится из него с помощью насоса. Таким образом, ядерный реактор успешно генерирует ядерную энергию за счет реакции деления.