Атомный реактор: принцип работы, характеристики, описание. Как устроены ядерные реакторы, как добывают электричество с помощью них? ( 7 фото )

Для обычного человека современные высокотехнологичные устройства настолько таинственны и загадочны, что впору им поклоняться, как древние поклонялись молнии. Школьные уроки физики, изобилующие математическими выкладками, не решают проблему. А ведь рассказать интересно можно даже про атомный реактор, принцип работы которого понятен даже подростку.


Как работает атомный реактор?

Принцип действия данного высокотехнологического устройства выглядит следующим образом:

При поглощении нейтрона ядерное топливо (чаще всего это уран-235 или плутоний-239) происходит деление атомного ядра;

Высвобождается кинетическая энергия, гамма-излучение и свободные нейтроны;

Кинетическая энергия преобразуется в тепловую (когда ядра сталкиваются с окружающими атомами), гамма-излучение поглощается самим реактором и превращается также в тепло;

Часть из образованных нейтронов поглощается атомами топлива, что вызывает цепную реакцию. Для управления ей используются поглотители и замедлители нейтронов;

С помощью теплоносителя (вода, газ или жидкий натрий) происходит отвод тепла от места прохождения реакции;

Находящийся под давлением пар от нагретой воды используется для приведения во вращение паровых турбин;

С помощью генератора механическая энергия вращения турбин преобразуется в переменный электрический ток.

Ядерный реактор внутри

Подходы к классификации

Оснований для типологии реакторов может быть множество:

По типу ядерной реакции. Деление (все коммерческие установки) или синтез (термоядерная энергетика, имеет распространение лишь в некоторых НИИ);

По теплоносителю. В абсолютном большинстве случаев с этой целью используется вода (кипящая или тяжелая). Иногда используются альтернативные решения: жидкий металл (натрий, свинец-висмутовый сплав, ртуть), газ (гелий, углекислый газ или азот), расплавленная соль (фторидные соли);

По поколению. Первое – ранние прототипы, которые не имели никакого коммерческого смысла. Второе – большинство ныне используемых АЭС, которые были построены до 1996 года. Третье поколение отличается от предыдущего лишь небольшими усовершенствованиями. Работа над четвертым поколением еще ведется;

По агрегатному состоянию топлива (газовое пока существует только на бумаге);

По целям использования (для производства электричества, пуска двигателя, производства водорода, опреснения, трансмутации элементов, получение нейронного излучения, теоретические и следовательские цели).

АЭС в России

Устройство атомного реактора

Основными компонентами реакторов на большинстве электростанций являются:

Закажите капсульную кофемашину

Бесплатная доставка по РФ. Большой выбор моделей кофемашин и кофе в капсулах.

КофеКофемашиныАксессуары и десертыГде купить

nespresso.com

Кофемашины Philips

Готовьте ароматный эспрессо или капучино одним нажатием кнопки!

Кофемашины PhilipsФильтр AquaCleanЗащита от накипи

philips.ru

Мини котельные по низким ценам!

Производство и монтаж «под ключ» Мощность от 30 до 30000кВт. Доставка по РФ

КейсыПреимуществаКаталогРасчет стоимости

kotelnyi-zavod.ru

Гейзерная кофеварка De Longhi

Выбирайте от 6 397 руб. Экономия до 30%!

market.yandex.ru

Яндекс.Директ

Ядерное топливо – вещество, которое необходимо для производства тепла для энергетических турбин (как правило, низкообогащенный уран);

Активная зона ядерного ректора – именно здесь проходит ядерная реакция;

Замедлитель нейтронов – снижает скорость быстрых нейтронов, превращая их в тепловые нейтроны;

Пусковой нейтронный источник – используется для надежного и стабильного пуска ядерной реакции;

Поглотитель нейтронов – имеются на некоторых электростанциях для снижения высокой реакционной способности свежего топлива;

Нейтронная гаубица – используется для повторного инициирования реакции после выключения;

Охлаждающая жидкость (очищенная вода);

Управляющие стержни – для регулирования скорости деления ядер урана или плутония;

Водный насос – перекачивает воду в паровой котел;

Паровая турбина – превращает тепловую энергию пара во вращательную механическую;

Градирня – устройство для отвода лишнего тепла в атмосферу;

Система приема и хранения радиоактивных отходов;

Системы безопасности (аварийные дизель-генераторы, устройства для аварийного охлаждения активной зоны).

Устройство атомного реактора - основные узлы

Как устроены последние модели

Последнее 4-е поколение реакторов будет доступно для коммерческой эксплуатации не раньше 2030 года. В настоящее время принцип и устройство их работы находятся на этапе разработки. Согласно современным данным, эти модификации будут отличаться от существующих моделей такими преимуществами:

Система быстрого газового охлаждения. Предполагается, что в качестве охлаждающего вещества будет использован гелий. Согласно проектной документации, таким образом можно охлаждать реакторы с температурой 850 °С. Для работы при таких высоких температурах потребуется и специфическое сырье: композитные керамические материалы и актинидные соединения;

В качестве первичного теплоносителя возможно использование свинца или свинцово-висмутового сплава. Эти материалы имеют низкий показатель нейтронного поглощения и относительно низкую температуру плавления;

Также в качестве основного теплоносителя может использоваться смесь из расплавленных солей. Тем самым удастся работать при более высоких температурах, чем современные аналоги с водяным охлаждением.

Последние модели с водяным охлаждением

Естественные аналоги в природе

Ядерный реактор воспринимается в общественном сознании исключительно как продукт высоких технологий. Однако по факту первое такое устройство имеет природное происхождение. Оно было обнаружено в регионе Окло, что в центральноафриканском государстве Габон:

Реактор был образован из-за подтопления урановых пород подземными водами. Они выступили как нейтронные замедлители;

Тепловая энергия, выделяющаяся при распаде урана, превращает воду в пар, и цепная реакция останавливается;

После падения температуры охлаждающей жидкости все повторяется вновь;

Если бы жидкость не выкипала и не останавливала течение реакции, человечество бы столкнулось с новой природной катастрофой;

Самоподдерживаемое деление ядер началось в этом реакторе около полутора миллиардов лет назад. За это время было выделено около 0,1 миллиона ватт выходной мощности;

Подобное чудо света на Земле является единственным известным. Появление новых невозможно: доля урана-235 в природном сырье намного ниже уровня, необходимого для поддержания цепной реакции.

Естественный источник урана в Осло

Сколько атомных реакторов в Южной Корее?

Бедная на природные ресурсы, но промышленно развитая и перенаселенная Республика Корея испытывает чрезвычайную потребность в энергии. На фоне отказа Германии от мирного атома эта страна возлагает большие надежды на обуздание ядерных технологий:

Планируется, что к 2035 году доля электроэнергии, генерируемой на АЭС, достигнет 60%, а совокупное производство – более 40 гигаватт;

Страна не имеет атомного оружия, но исследования по ядерной физике ведутся непрерывно. Корейские ученые разработали проекты современных реакторов: модульные, водородные, с жидким металлом и др.;

Успехи местных исследователей позволяют продавать технологии за рубеж. Ожидается, что в ближайшие 15-20 лет страна экспортирует 80 таких установок;

Но по состоянию на сегодняшний день большая часть АЭС сооружена при содействии американских или французских ученых;

Количество действующих станций относительно невелико (только четыре), но каждая из них располагает значительным числом реакторов – в совокупности 40, причем эта цифра будет расти.

При бомбардировке нейтронами ядерное топливо приходит в цепную реакцию, в результате которой образуется огромное количество тепла. Находящаяся в системе вода забирает это тепло и превращается в пар, который вращает турбины, производящие электричество. Вот простая схема работы атомного реактора, мощнейшего источника энергии на Земле.