Yadro energiyasini olish usullari. Atom energiyasi. Boshqa lug'atlarda "Yadro energiyasi" nima ekanligini ko'ring

1.Kirish

2.Radioaktivlik

3.Yadro reaktorlari

4. Termoyadroviy reaktorning muhandislik jihatlari

5.Yadro reaksiyasi. Yadro energiyasi.

6.Gamma-nurlanish

7.Yadro reaktori

8.Atom energiyasini qurish tamoyillari

9. Ertaga yadroviy sintez

10. Xulosa

11. Adabiyotlar

KIRISH: Fizika nimani o‘rganadi?

Fizika - tabiatning eng oddiy va ayni paytda eng umumiy qonunlarini, materiyaning tuzilishi va harakat qonunlarini o'rganadigan tabiat haqidagi fan. Fizika aniq fan sifatida tasniflanadi. Uning tushunchalari va qonuniyatlari tabiatshunoslikning asosini tashkil qiladi. Fizika va boshqa tabiiy fanlarni ajratib turuvchi chegaralar tarixan o'zboshimchalikdir. Umuman olganda, fizikaning eksperimental fan ekanligi umumiy qabul qilingan, chunki u kashf etgan qonunlar eksperimental tasdiqlangan ma'lumotlarga asoslanadi. Jismoniy qonunlar matematika tilida ifodalangan miqdoriy munosabatlar shaklida taqdim etiladi. Umuman olganda, fizika yangi faktlarni o'rnatish va gipotezalar va ma'lum fizik qonunlarni sinab ko'rish uchun tajribalar o'tkazish bilan shug'ullanadigan eksperimental va fizik qonunlarni shakllantirishga, ushbu qonunlar asosida tabiat hodisalarini tushuntirishga qaratilgan nazariy fanlarga bo'linadi. yangi hodisalarni bashorat qilish.

Fizikaning tuzilishi murakkab. U turli fanlar yoki bo'limlarni o'z ichiga oladi. O'rganilayotgan ob'ektlarga ko'ra elementar zarralar fizikasi, yadro fizikasi, atomlar va molekulalar fizikasi, gazlar va suyuqliklar fizikasi, plazma fizikasi, qattiq jismlar fizikasi farqlanadi. O'rganilayotgan materiya harakatining jarayonlari yoki shakllariga qarab, moddiy nuqtalar mexanikasi va qattiq moddalar, uzluksiz mexanika (shu jumladan akustika), termodinamika va statistik mexanika, elektrodinamika (shu jumladan optika), tortishish nazariyasi, kvant mexanikasi va kvant maydon nazariyasi. Olingan bilimlarning iste'molchi yo'nalishiga qarab, fundamental va amaliy fizika ajratiladi. Mexanik, akustik, elektr va optik tebranishlar va to'lqinlarni yagona nuqtai nazardan ko'rib chiqadigan tebranishlar va to'lqinlar haqidagi ta'limotni ajratish odatiy holdir. Fizika fizikaning barcha sohalarini qamrab oluvchi va fizik hodisalar va voqelik jarayonlarining mohiyatini toʻliq aks ettiruvchi fundamental fizikaviy tamoyillar va nazariyalarga asoslanadi.

Dajla, Furot va Nil (Bobil, Ossuriya, Misr) qirg'oqlarida paydo bo'lgan dastlabki tsivilizatsiyalardan arxitektura inshootlari, uy-ro'zg'or buyumlari, uy-ro'zg'or buyumlari bundan mustasno, jismoniy bilimlar sohasidagi yutuqlar haqida hech qanday dalil yo'q. va boshqalar. bilim mahsulotlari. Har xil turdagi inshootlarni qurishda, uy-ro'zg'or buyumlari, qurol-yarog'lar va boshqalarni yasashda odamlar ko'plab jismoniy kuzatishlar, texnik tajribalar va ularni umumlashtirishning ma'lum natijalaridan foydalanganlar. Aytishimiz mumkinki, ma'lum empirik jismoniy bilimlar mavjud edi, lekin jismoniy bilimlar tizimi mavjud emas edi.

Qadimgi Xitoyda jismoniy tushunchalar ham turli xil texnik faoliyat turlari asosida paydo bo'lgan, ular davomida turli xil texnologik retseptlar ishlab chiqilgan. Tabiiyki, birinchi navbatda mexanik tushunchalar ishlab chiqilgan. Shunday qilib, xitoylarda kuch (sizni harakatga keltiradigan narsa), reaktsiya (harakatni to'xtatadigan narsa), tutqich, blok, tarozilarni taqqoslash (standart bilan taqqoslash) haqida g'oyalar mavjud edi. Optika sohasida xitoyliklar "kamera obscura" da teskari tasvirni yaratish g'oyasiga ega edilar. Miloddan avvalgi VI asrda allaqachon. ular magnitlanish hodisalarini - temirning magnit tomonidan tortilishini bilishgan, buning asosida kompas yaratilgan. Akustika sohasida ular garmoniya qonunlarini va rezonans hodisalarini bilishgan. Ammo bu hali ham nazariy tushuntirishga ega bo'lmagan empirik g'oyalar edi.

IN Qadimgi Hindiston Naturfalsafiy g'oyalarning asosini besh element - yer, suv, olov, havo va efir haqidagi ta'limot tashkil etadi. haqida taxmin ham bor edi atom tuzilishi moddalar. Materiyaning og'irlik, suyuqlik, yopishqoqlik, elastiklik va boshqalar kabi xususiyatlari, harakat va uni keltirib chiqaradigan sabablar haqida original g'oyalar ishlab chiqilgan. 6-asrga kelib Miloddan avvalgi. Ba'zi sohalarda empirik fizik tushunchalar noyob nazariy konstruktsiyalarga (optikada, akustikada) aylanish tendentsiyasini ko'rsatadi.

Radioaktivlik yoki yadrolarning oʻz-oʻzidan yemirilishi hodisasini 1896-yilda fransuz fizigi A.Bekkerel kashf etgan.Uran va uning birikmalari shaffof boʻlmagan jismlar orqali oʻtuvchi nurlar yoki zarrachalar chiqarishini va fotoplastinkani yoritib turishini aniqlagan;Bekkerel radiatsiya intensivligi faqat uran kontsentratsiyasiga proportsionaldir va unga bog'liq emas tashqi sharoitlar(harorat, bosim) va uranning har qanday kimyoviy birikmalarda mavjudligi.

Ingliz fiziklari E.Rezerford va F.Soddi barcha radioaktiv jarayonlarda atom yadrolarining oʻzaro oʻzgarishlari sodir boʻlishini isbotladilar. kimyoviy elementlar. Magnit va elektr maydonlarida bu jarayonlarga hamroh boʻladigan nurlanish xossalarini oʻrganish shuni koʻrsatdiki, u a-zarralar (geliy yadrolari), b-zarrachalar (elektronlar) va g-nurlariga (juda qisqa toʻlqin uzunligi boʻlgan elektromagnit nurlanish) boʻlinadi.

G-kvant, a-, b- yoki boshqa zarrachalarni chiqaradigan atom yadrosi deyiladi radioaktiv yadro. Tabiatda 272 ta barqaror atom yadrolari mavjud. Boshqa barcha yadrolar radioaktivdir va ular deyiladi radioizotoplar.

Yadroning bog'lanish energiyasi uning tarkibiy qismlariga parchalanishga chidamliligini tavsiflaydi. Agar yadroning bog'lanish energiyasi uning parchalanish mahsulotlarining bog'lanish energiyasidan kam bo'lsa, bu yadro o'z-o'zidan parchalanishi mumkinligini anglatadi. Alfa parchalanishi paytida alfa zarralari deyarli barcha energiyani olib ketadi va uning faqat 2% ikkilamchi yadroga boradi. Alfa yemirilish vaqtida massa soni 4 birlikka, atom raqami esa ikki birlikka o'zgaradi.

Alfa zarrachaning dastlabki energiyasi 4-10 MeV ni tashkil qiladi. Alfa zarralari katta massa va zaryadga ega bo'lganligi sababli, ularning havodagi o'rtacha erkin yo'li qisqa. Misol uchun, uran yadrosi chiqaradigan alfa zarralari uchun havodagi o'rtacha erkin yo'l 2,7 sm, radiy chiqaradigan esa 3,3 sm.

Bu atom yadrosining massa raqamini o'zgartirmasdan atom raqamining o'zgarishi bilan boshqa yadroga aylanishi jarayonidir. b-emirilishning uch turi mavjud: elektron, pozitron va orbital elektronning atom yadrosi tomonidan tutilishi. Oxirgi parchalanish turi ham deyiladi TO-tutib olish, chunki bu holda yadroga eng yaqin elektron yutish ehtimoli katta TO chig'anoqlar. dan elektronlarning yutilishi L Va M chig'anoqlar ham mumkin, lekin kamroq. b-faol yadrolarning yarim yemirilish davri juda keng diapazonda o'zgarib turadi.

Hozirgi vaqtda ma'lum bo'lgan beta-faol yadrolarning soni bir yarim mingga yaqin, ammo ulardan faqat 20 tasi tabiiy ravishda uchraydigan beta-radioaktiv izotoplardir. Qolganlarning hammasi sun'iy ravishda olinadi.

Emirilish vaqtida chiqarilgan elektronlar kinetik energiyasining uzluksiz taqsimlanishi elektron bilan bir qatorda antineytrino ham ajralib chiqishi bilan izohlanadi. Agar antineytrinolar bo'lmasa, elektronlar qoldiq yadro impulsiga teng bo'lgan qat'iy belgilangan impulsga ega bo'lar edi. Spektrdagi keskin tanaffus beta-parchalanish energiyasiga teng kinetik energiya qiymatida kuzatiladi. Bunday holda, yadro va antineytrinoning kinetik energiyalari nolga teng bo'ladi va elektron reaktsiya paytida chiqarilgan barcha energiyani olib ketadi.

Elektron parchalanish vaqtida qoldiq yadro massa sonini saqlab qolgan holda, asl nusxadan kattaroq tartib raqamiga ega. Bu shuni anglatadiki, qoldiq yadroda protonlar soni bittaga ko'paygan va neytronlar soni, aksincha, kamaygan: N=A-(Z+1).

Pozitron parchalanishi paytida nuklonlarning to'liq soni saqlanib qoladi, ammo oxirgi yadroda dastlabkisiga qaraganda bir neytron ko'proq bo'ladi. Shunday qilib, pozitronning parchalanishini yadro ichidagi bir protonning pozitron va neytrinoning emissiyasi bilan neytronga aylanishi reaktsiyasi sifatida talqin qilish mumkin.

TO elektron suratga olish atomning o'z atomining orbital elektronlaridan birini yutish jarayoniga ishora qiladi. Yadroga eng yaqin orbitadan elektronni ushlash ehtimoli katta bo'lganligi sababli, elektronlar eng ko'p so'riladi. TO- chig'anoqlar. Shuning uchun bu jarayon ham deyiladi TO- qo'lga olish.

Elektronlarni tortib olish ehtimoli ancha past L-,M- chig'anoqlar. dan elektronni tortib olgandan keyin TO-qobiq, orbitadan orbitaga bir qator elektron o'tish sodir bo'ladi, yangi atom holati hosil bo'ladi va rentgen kvanti chiqariladi.

Barqaror yadrolar eng past energiyaga mos keladigan holatda bo'ladi. Bu holat asosiy deb ataladi. Biroq, atom yadrolarini turli zarralar yoki yuqori energiyali protonlar bilan nurlantirish orqali ularga ma'lum energiya o'tkazilishi va shuning uchun yuqori energiyaga mos keladigan holatlarga o'tishi mumkin. Bir muncha vaqt o'tgach, hayajonlangan holatdan asosiy holatga o'tib, atom yadrosi qo'zg'alish energiyasi etarlicha yuqori bo'lsa, zarrachani yoki yuqori energiyali elektromagnit nurlanishni - gamma kvantni chiqarishi mumkin.

Qo'zg'atilgan yadro diskret energiya holatlarida bo'lgani uchun gamma nurlanish chiziqli spektr bilan tavsiflanadi.

Og'ir yadrolarning bo'linishi natijasida bir nechta erkin neytronlar hosil bo'ladi. Bu og'ir elementlarni o'z ichiga olgan muhitda tarqaladigan neytronlar yangi erkin neytronlarning chiqishi bilan ularning bo'linishiga olib kelishi mumkin bo'lgan bo'linish zanjiri reaktsiyasini tashkil qilish imkonini beradi. Agar muhit shunday bo'lsa, yangi hosil bo'lgan neytronlar soni ko'paysa, bo'linish jarayoni ko'chki kabi kuchayadi. Agar keyingi parchalanish paytida neytronlar soni kamaygan bo'lsa, yadro zanjiri reaktsiyasi susayadi.

Statsionar zanjirli yadro reaksiyasini olish uchun neytronni yutuvchi har bir yadro boʻlinish paytida oʻrtacha bitta neytronni chiqaradi, bu esa ikkinchi ogʻir yadroning boʻlinishiga qarab ketadigan sharoitlarni yaratishi aniq.

Yadro reaktori - bu muayyan og'ir yadrolarning bo'linishining boshqariladigan zanjirli reaktsiyasi amalga oshiriladigan va saqlanadigan qurilma.

Reaktorda yadro zanjiri reaktsiyasi faqat qachon sodir bo'lishi mumkin ma'lum miqdor har qanday neytron energiyasida bo'linishi mumkin bo'lgan parchalanuvchi yadrolar. Parchalanuvchi materiallardan eng muhimi 235 U izotopi bo'lib, uning tabiiy urandagi ulushi atigi 0,714% ni tashkil qiladi.

238 U energiyasi 1,2 MeV dan oshadigan neytronlar tomonidan parchalanadigan bo'lsa-da, tabiiy urandagi tez neytronlarda o'z-o'zidan ta'minlangan zanjir reaktsiyasi 238 U yadrolarining tez neytronlar bilan noelastik o'zaro ta'sirining yuqori ehtimoli tufayli mumkin emas. Bunday holda, neytron energiyasi 238 U yadrolarning bo'linish energiyasidan past bo'ladi.

Moderatordan foydalanish 238 U da rezonans yutilishning pasayishiga olib keladi, chunki neytron moderator yadrolari bilan to'qnashuv natijasida rezonans energiyalari hududidan o'tishi va 235 U, 239 Pu, 233 U yadrolari tomonidan so'rilishi mumkin. neytron energiyasining kamayishi bilan uning bo'linish kesimi sezilarli darajada oshadi. Moderator sifatida past massa soni va kichik yutilish kesimiga ega bo'lgan materiallar (suv, grafit, berilliy va boshqalar) ishlatiladi.

Boʻlinish zanjiri reaksiyasini xarakterlash uchun koʻpayish omili K deb ataladigan kattalikdan foydalaniladi.Bu maʼlum avlod neytronlari sonining oldingi avlod neytronlari soniga nisbati. Statsionar boʻlinish zanjiri reaksiyasi uchun K=1. K = 1 kritik deb ataladigan naslchilik tizimi (reaktor). Agar K >1 bo'lsa, tizimdagi neytronlar soni ortadi va bu holda u yuqoridagi kritik deyiladi. K.da< 1 происходит уменьшение числа нейтронов, и система называется под критической. В стационарном состоянии реактора число вновь образующихся нейтронов равно числу нейтронов, покидающих реактор (нейтроны утечки) и поглощающихся в его пределах. В критическом реакторе присутствуют нейтроны всех энергий. Они образуют так называемый энергетический спектр нейтронов, который характеризует число нейтронов различных энергий в единице объема в любой точке реактора. Средняя энергия спектра нейтронов определяется долей замедлителя, делящихся ядер (ядра горючего) и других материалов, которые входят в состав активной зоны реактора. Если katta qism Termal neytronlar so'rilganda bo'linish sodir bo'lganligi sababli, bunday reaktor termal neytron reaktori deb ataladi. Bunday tizimdagi neytron energiyasi 0,2 eV dan oshmaydi. Agar reaktordagi bo'linishlarning aksariyati tez neytronlarning yutilishi orqali sodir bo'lsa, reaktor tez neytronli reaktor deb ataladi.

IN yadro Termal neytron reaktorida yadro yoqilg'isi bilan bir qatorda katta tarqalish kesimi va kichik yutilish kesimi bilan ajralib turadigan moderator-moddaning sezilarli massasi mavjud.

Reaktorning faol zonasi deyarli har doim, maxsus reaktorlar bundan mustasno, bir nechta neyronlarning bir qismini faol zonaga qaytaradigan reflektor bilan o'ralgan.

Tez neyron reaktorlarida faol zona ko'payish zonalari bilan o'ralgan. Ularda parchalanuvchi izotoplar to'planadi. Bundan tashqari, ko'payish zonalari ham reflektor sifatida xizmat qiladi.

Yadro reaktorida parchalanish mahsulotlari to'planadi, ular shlak deb ataladi. Shlaklarning mavjudligi erkin neytronlarning qo'shimcha yo'qotishlariga olib keladi.

Yadro reaktorlari yoqilg'i va moderatorning nisbiy joylashishiga qarab bir jinsli va geterogenga bo'linadi. Bir hil reaktorda yadro eritma, aralashma yoki eritma ko'rinishidagi yoqilg'i, moderator va sovutish suvining bir hil massasidir. Bloklar yoki yonilg'i agregatlari ko'rinishidagi yoqilg'i moderatorga joylashtirilgan, unda muntazam geometrik panjara hosil qiluvchi reaktor heterojen deb ataladi.

Reaktorning ishlashi davomida issiqlik chiqarib yuboruvchi elementlarda (yoqilg'i shtangalarida), shuningdek, uning barcha strukturaviy elementlarida turli miqdorda issiqlik chiqariladi. Bu, birinchi navbatda, bo'linish bo'laklari, ularning beta va gamma nurlanishining inhibisyonu, shuningdek, neyronlar bilan o'zaro ta'sir qiluvchi yadrolar va nihoyat, tez neyronlarning sekinlashishi bilan bog'liq. Yoqilg'i yadrosining bo'linishidan olingan bo'laklar yuzlab milliard daraja haroratga mos keladigan tezliklarga ko'ra tasniflanadi.

Haqiqatan ham, E = mu 2 = 3RT, bu erda E - bo'laklarning kinetik energiyasi, MeV; R = 1,38·10 -23 J/K - Boltsman doimiysi. 1 MeV = 1,6 10 -13 J ekanligini hisobga olsak, biz 1,6 10 -6 E = 2,07 10 -16 T, T = 7,7 10 9 E ni olamiz. Bo'laklarning bo'linishi uchun eng mumkin bo'lgan energiya qiymatlari engil bo'lak uchun 97 MeV va Og'ir fragment uchun 65 MeV. Keyin engil bo'lak uchun mos keladigan harorat 7,5 10 11 K, og'ir bo'lak uchun 5 10 11 K. Yadro reaktorida erishish mumkin bo'lgan harorat nazariy jihatdan deyarli cheksiz bo'lsa-da, amalda cheklovlar strukturaviy materiallarning maksimal ruxsat etilgan harorati bilan belgilanadi. va yoqilg'i elementlari.

Yadro reaktorining o'ziga xos xususiyati shundaki, parchalanish energiyasining 94% bir zumda issiqlikka aylanadi, ya'ni. reaktorning kuchi yoki undagi materiallarning zichligi sezilarli darajada o'zgarishiga vaqt topa olmaydigan vaqt ichida. Shuning uchun, reaktor quvvati o'zgarganda, issiqlik chiqishi kechiktirmasdan yoqilg'ining bo'linish jarayonini kuzatib boradi. Biroq, reaktor o'chirilganda, bo'linish tezligi o'nlab martadan ko'proq pasayganda, unda kechikkan issiqlik chiqarish manbalari (bo'linish mahsulotlaridan gamma va beta nurlanishi) qoladi, ular ustunlik qiladi.

Yadro reaktorining kuchi undagi neyronlarning oqim zichligiga mutanosibdir, shuning uchun har qanday quvvatga nazariy jihatdan erishish mumkin. Amalda, maksimal quvvat reaktorda chiqarilgan issiqlikni olib tashlash tezligi bilan belgilanadi. Zamonaviy quvvatli reaktorlarda o'ziga xos issiqlik chiqarish 10 2 - 10 3 MVt / m 3, vorteksli reaktorlarda - 10 4 - 10 5 MVt / m 3 ni tashkil qiladi.

Issiqlik reaktordan uning ichida aylanib yuradigan sovutish suvi orqali chiqariladi. Xarakterli xususiyat reaktor - parchalanish reaktsiyasi to'xtatilgandan keyin parchalanish issiqligi, bu reaktor yopilgandan keyin uzoq vaqt davomida issiqlikni olib tashlashni talab qiladi. Parchalanish issiqlik quvvati nominal quvvatdan sezilarli darajada kam bo'lsa-da, reaktor orqali sovutish suvi aylanishi juda ishonchli ta'minlanishi kerak, chunki parchalanish issiqligini nazorat qilib bo'lmaydi. Haddan tashqari qizib ketish va yonilg'i elementlarining shikastlanishiga yo'l qo'ymaslik uchun bir muncha vaqt ishlayotgan reaktordan sovutish suvini olib tashlash qat'iyan man etiladi.

Yadro energetikasi reaktori - bu yadro bo'linishining boshqariladigan zanjirli reaktsiyasi amalga oshiriladigan qurilma. og'ir elementlar, va bu holda chiqarilgan issiqlik energiyasi sovutish suvi tomonidan chiqariladi. Yadro reaktorining asosiy elementi yadrodir. U yadro yoqilg'isini o'z ichiga oladi va bo'linish zanjiri reaktsiyasini amalga oshiradi. Yadro - bu ma'lum bir tarzda joylashtirilgan yadro yoqilg'isini o'z ichiga olgan yoqilg'i elementlari to'plami. Termal neytron reaktorlari moderatordan foydalanadi. Yoqilg'i elementlarini sovutish uchun yadro orqali sovutish suvi pompalanadi. Ba'zi turdagi reaktorlarda moderator va sovutish suvi rolini bir xil modda, masalan, oddiy yoki og'ir suv bajaradi. Uchun

Reaktorning ishlashini nazorat qilish uchun yadroga neytronni yutish kesimi katta bo'lgan materiallardan tayyorlangan boshqaruv novdalari kiritiladi. Quvvat reaktorlarining yadrosi neytron reflektori bilan o'ralgan - yadrodan neytronlarning oqib chiqishini kamaytirish uchun moderator materiali qatlami. Bundan tashqari, reflektor tufayli neytron zichligi va energiya chiqishi yadro hajmi bo'ylab tenglashtiriladi, bu ma'lum bir zona o'lchami uchun ko'proq quvvat olish, yoqilg'ining bir xilda yonishini ta'minlash, reaktorning ishlash vaqtini oshirish imkonini beradi. yoqilg'ini ortiqcha yuklamasdan va issiqlikni olib tashlash tizimini soddalashtiring. Reflektor sekinlashtiruvchi va so'rilgan neytronlar va gamma kvantlarning energiyasi bilan isitiladi, shuning uchun uning sovishi ta'minlanadi. Yadro, reflektor va boshqa elementlar, odatda, biologik himoya bilan o'ralgan, muhrlangan korpus yoki korpusda joylashgan.

Reaktor yadrosi shunday loyihalashtirilishi kerakki, uning tarkibiy qismlarining reaktivlikning oshishiga olib keladigan ko'zda tutilmagan harakatlanish ehtimoli istisno qilinadi. Heterojen yadroning asosiy tarkibiy qismi yonilg'i elementi bo'lib, u asosan uning ishonchliligi, hajmi va narxini belgilaydi. Quvvat reaktorlari odatda po'lat yoki tsirkonyum qotishma qobig'iga o'ralgan siqilgan uran dioksidi granulalari ko'rinishidagi yoqilg'i bilan yonilg'i tayoqchalarini ishlatadi. Qulaylik uchun yonilg'i elementlari yadroviy reaktorning yadrosiga o'rnatilgan yonilg'i agregatlariga (FA) yig'iladi.

Issiqlik energiyasining asosiy ulushi yonilg'i tayoqlarida hosil bo'ladi va sovutish suviga o'tkaziladi. Og'ir yadrolarning bo'linishi paytida chiqarilgan barcha energiyaning 90% dan ortig'i yonilg'i elementlariga chiqariladi va yonilg'i elementlari atrofida oqadigan sovutish suvi tomonidan chiqariladi. Yoqilg'i tayoqlari juda og'ir issiqlik sharoitida ishlaydi: yonilg'i tayoqchasidan sovutish suvigacha bo'lgan maksimal issiqlik oqimi zichligi (1 - 2) 10 6 Vt / m 2 ga etadi, zamonaviy bug 'qozonlarida esa (2 - 3) 10 5 ga teng. Vt/m 2. Bundan tashqari, nisbatan kichik hajmdagi yadro yoqilg'isida, katta miqdorda issiqlik, ya'ni. Yadro yoqilg'isining energiya zichligi ham juda yuqori. Faol zonada solishtirma issiqlik chiqishi 10 8 -10 9 Vt/m 3 ga etadi, zamonaviy bug 'qozonlarida esa 10 7 Vt/m 3 dan oshmaydi.

Yoqilg'i tayoqlarining sirtidan o'tadigan katta issiqlik oqimlari va yoqilg'ining sezilarli energiya intensivligi yonilg'i tayoqlarining juda yuqori chidamliligi va ishonchliligini talab qiladi. Bundan tashqari, yonilg'i tayoqlarining ish sharoitlari qoplama yuzasida 300 - 600 C o ga yetadigan yuqori ish harorati, termal zarbalar, tebranishlar va neytron oqimining mavjudligi (oqim 10 27 ga etadi) bilan murakkablashadi. neytron/m 2).

Yoqilg'i elementlariga yuqori texnik talablar qo'yiladi: dizaynning soddaligi; sovutish suvi oqimida mexanik barqarorlik va mustahkamlik, o'lchamlar va zichlikni saqlashni ta'minlaydi; yonilg'i elementining strukturaviy materiali tomonidan past neytron yutilishi va yadrodagi minimal strukturaviy material; yadro yoqilg'isi va parchalanish mahsulotlarining ish haroratida yoqilg'i qoplamasi, sovutish suvi va moderator bilan o'zaro ta'sirining yo'qligi. Yoqilg'i elementining geometrik shakli sirt maydonining hajmga kerakli nisbatini va yonilg'i elementining butun yuzasidan sovutish suvi tomonidan issiqlikni olib tashlashning maksimal intensivligini ta'minlashi, shuningdek, yadro yoqilg'isi va yoqilg'ining katta yonishini kafolatlashi kerak. yuqori daraja parchalanish mahsulotlarini ushlab turish. Yoqilg'i elementlari radiatsiyaga chidamli bo'lishi kerak, kerakli o'lchamlarga va dizaynga ega bo'lib, qayta yuklash operatsiyalarini tezda bajarish qobiliyatini ta'minlaydi; yadro yoqilg'isini oddiy va tejamkor qayta tiklash va arzon narxlarga ega.

Xavfsizlik nuqtai nazaridan, yonilg'i tayoqlari qoplamalarining ishonchli mahkamligi yadroning butun ishlash muddati davomida (3-5 yil) va qayta ishlashga yuborilgunga qadar (1-3 yil) foydalanilgan yonilg'i tayoqlarini saqlash kerak. Yadroni loyihalashda yonilg'i elementlariga zarar etkazishning ruxsat etilgan chegaralarini (zarar miqdori va darajasi) oldindan belgilash va asoslash kerak. Yadro shunday yaratilganki, uning butun dizayn muddati davomida ishlaganda yonilg'i elementlarining shikastlanishi uchun belgilangan chegaralar oshib ketmaydi. Ushbu talablarning bajarilishi yadro dizayni, sovutish suvi sifati, issiqlikni olib tashlash tizimining xususiyatlari va ishonchliligi bilan ta'minlanadi. Ish paytida alohida yonilg'i elementlarining qoplamasining mahkamligi buzilishi mumkin. Bunday buzilishning ikki turi mavjud: gazsimon bo'linish mahsulotlari yonilg'i elementidan sovutgichga oqib chiqadigan mikro yoriqlar hosil bo'lishi (gaz zichligi turidagi nuqson); yoqilg'ining sovutish suvi bilan bevosita aloqasi mumkin bo'lgan nuqsonlarning paydo bo'lishi.

Yoqilg'i tayoqlarining ish sharoitlari asosan yadro konstruktsiyasi bilan belgilanadi, bu esa yonilg'i tayoqlarini joylashtirishning dizayn geometriyasini va harorat sharoitlari nuqtai nazaridan talab qilinadigan sovutish suvi taqsimotini ta'minlashi kerak. Reaktor quvvatdan ishlayotganda, issiqlikni ishonchli olib tashlashni kafolatlaydigan yadro orqali sovutish suvining barqaror oqimini ta'minlash kerak. Yadro reaktor boshqaruvidagi sensorlar bilan jihozlangan bo'lishi kerak, ular quvvat taqsimoti, neytron oqimi, yonilg'i tayog'ining harorat sharoitlari va sovutish suvi oqimi haqida ma'lumot beradi.

Quvvat reaktorining yadrosi shunday loyihalashtirilishi kerakki, neytronik va termal fizik jarayonlar o'rtasidagi o'zaro ta'sirning ichki mexanizmi ko'payish omilidagi har qanday buzilishlar uchun yangi xavfsiz quvvat darajasini o'rnatadi. Amalda, atom elektr stansiyasining xavfsizligi, bir tomondan, reaktorning barqarorligi (yadroning harorati va quvvati oshishi bilan ko'payish koeffitsientining pasayishi), ikkinchi tomondan, atom elektr stantsiyasining xavfsizligi bilan ta'minlanadi. avtomatik boshqaruv va himoya tizimining ishonchliligi.

Chuqurlikdagi xavfsizlikni ta'minlash uchun yadro konstruktsiyasi va yadro yoqilg'isining xususiyatlari yadroni yo'q qilish va yadro yoqilg'isini eritish paytida bo'linadigan materiallarning kritik massalari hosil bo'lish ehtimolini istisno qilishi kerak. Yadroni loyihalashda yadro sovutishining buzilishi bilan bog'liq bo'lgan har qanday holatlarda zanjir reaktsiyasini to'xtatish uchun neytron absorberini kiritish imkoniyati bo'lishi kerak.

Yonish, zaharlanish va harorat ta'sirini qoplash uchun katta hajmdagi yadro yoqilg'isini o'z ichiga olgan yadro bir nechta muhim massalarga ega. Shuning uchun yoqilg'ining har bir kritik hajmi reaktivlikni qoplash vositalari bilan ta'minlanishi kerak. Ular mahalliy tanqidiy massalar ehtimolini istisno qiladigan tarzda yadroga joylashtirilishi kerak.

Reaktorlar bo'linish reaktsiyasida ishtirok etuvchi neytronlarning energiya darajasiga ko'ra, yoqilg'i va moderatorni joylashtirish printsipi, mo'ljallangan maqsadi, moderator va sovutish suvi turi va ularning jismoniy holatiga ko'ra tasniflanadi.

Energetik neytronlar darajasiga ko'ra: reaktorlar tez neytronlarda, termal va oraliq (rezonans) energiyali neytronlarda ishlay oladi va shunga ko'ra termal, tez va oraliq neytronlar bo'yicha rektorlarga bo'linadi (ba'zan ular qisqalik uchun deyiladi). termal, tez va o'rta).

IN termal neytron reaktori Ko'pincha yadro bo'linishi bo'linuvchi izotoplarning yadrolari termal neytronlarni o'zlashtirganda sodir bo'ladi. Yadroning boʻlinishi asosan energiyalari 0,5 MeV dan katta boʻlgan neytronlar tomonidan amalga oshiriladigan reaktorlar tez neytron reaktorlari deyiladi. Oraliq neytronlarning parchalanuvchi izotoplar yadrolari tomonidan yutilishi natijasida ko'p bo'linishlar sodir bo'ladigan reaktorlar oraliq (rezonansli) neytron reaktorlari deb ataladi.

Hozirgi vaqtda termal neytron reaktorlari eng keng tarqalgan. Termal reaktorlar yadroda 1 dan 100 kg / m 3 gacha bo'lgan 235 U yadro yoqilg'isi konsentratsiyasi va moderatorning katta massalari mavjudligi bilan tavsiflanadi. Tez neytron reaktori yadro yoqilg'isi kontsentratsiyasi 235 U yoki 239 U 1000 kg / m 3 va yadroda moderatorning yo'qligi bilan tavsiflanadi.

Oraliq neytron reaktorlarida yadroda moderator juda kam bo'lib, undagi 235 U yadro yoqilg'isi konsentratsiyasi 100 dan 1000 kg/m3 gacha.

Termal neytron reaktorlarida yonilg'i yadrolarining bo'linishi tez neytronlar yadro tomonidan tutilganda ham sodir bo'ladi, lekin bu jarayonning ehtimolligi ahamiyatsiz (1 - 3%). Neytron moderatoriga bo'lgan ehtiyoj yoqilg'i yadrolarining samarali bo'linish kesimlari katta bo'lganlarga qaraganda past neytron energiyasida ancha katta bo'lishi bilan bog'liq.

Termal reaktorning yadrosida moderator bo'lishi kerak - yadrolari past massa soniga ega bo'lgan modda. Grafit, og'ir yoki engil suv, berilliy, organik suyuqliklar. Agar moderator og'ir suv yoki grafit bo'lsa, termal reaktor hatto tabiiy uranda ham ishlashi mumkin. Boshqa moderatorlar boyitilgan urandan foydalanishni talab qiladi. Reaktorning zarur kritik o'lchamlari yoqilg'ini boyitish darajasiga bog'liq, boyitish darajasi oshgani sayin ular kichikroq bo'ladi. Termal neytron reaktorlarining muhim kamchiliklari moderator, sovutish suvi, strukturaviy materiallar va parchalanish mahsulotlari tomonidan ushlanishi natijasida sekin neytronlarning yo'qolishidir. Shuning uchun bunday reaktorlarda moderator, sovutish suvi va konstruktiv materiallar sifatida sekin neytronlarni ushlash uchun kichik kesmali moddalardan foydalanish kerak.

IN oraliq neytron reaktorlari, bunda ko'pchilik bo'linish hodisalari energiyalari termal (1 eV dan 100 keV gacha) yuqori bo'lgan neytronlar tomonidan yuzaga keladi, moderator massasi termal reaktorlarga qaraganda kamroq. Bunday reaktorning ishlashining o'ziga xos xususiyati shundaki, yonilg'i bo'linish kesimida neytron bo'linishi ortib boradi. oraliq maydon konstruktiv materiallar va parchalanish mahsulotlarining yutilish kesimidan kamroq kamayadi. Shunday qilib, parchalanish hodisalari ehtimoli yutilish hodisalariga nisbatan ortadi. Strukturaviy materiallarning neytron xususiyatlariga qo'yiladigan talablar kamroq qat'iy va ularning diapazoni kengroq. Binobarin, oraliq neytron reaktorining yadrosi mustahkamroq materiallardan tayyorlanishi mumkin, bu esa reaktorning isitish yuzasidan o'ziga xos issiqlik chiqarilishini oshirish imkonini beradi. Oraliq reaktorlarda ko'ndalang kesimning kamayishi natijasida yoqilg'ining bo'linadigan izotop bilan boyitishi termal reaktorlarga qaraganda yuqori bo'lishi kerak. Oraliq neytron reaktorlarida yadro yoqilg'isining ko'payishi termal neytron reaktoriga qaraganda ko'proq.

Oraliq reaktorlarda sovutish suvi sifatida neytronlarni zaif o'rtacha tutadigan moddalar ishlatiladi. Masalan, suyuq metallar. Moderator grafit, berilliy va boshqalar.

Tez neytron reaktorining yadrosida yuqori boyitilgan yoqilg'i bilan yonilg'i tayoqchalari joylashtirilgan. Yadro yonilg'i xomashyosi (tushgan uran, toriy) bo'lgan yonilg'i elementlaridan tashkil topgan naslchilik zonasi bilan o'ralgan. Yadrodan chiqib ketgan neytronlar naslchilik zonasida yonilg'i xom ashyosi yadrolari tomonidan tutiladi, natijada yangi yadro yoqilg'isi hosil bo'ladi. Tez reaktorlarning alohida afzalligi - ularda yadro yoqilg'isini kengaytirilgan ko'paytirishni tashkil qilish imkoniyati, ya'ni. energiya ishlab chiqarish bilan bir vaqtda, yonib ketgan yadro yoqilg'isi o'rniga yangi yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish. Tez reaktorlar moderatorni talab qilmaydi va sovutish suvi neytronlarni sekinlashtirishi shart emas.

Yadroga yoqilg'ini joylashtirish usuliga ko'ra reaktorlar bir jinsli va geterogenga bo'linadi.

IN bir hil reaktor yadro yoqilg'isi, sovutish suyuqligi va moderator (agar mavjud bo'lsa) yaxshilab aralashtiriladi va bir xil jismoniy holatda, ya'ni. To'liq bir hil reaktorning yadrosi yadro yoqilg'isi, sovutish suyuqligi yoki moderatorning suyuq, qattiq yoki gazsimon bir hil aralashmasidir. Bir hil reaktorlar termal yoki tez neytron bo'lishi mumkin. Bunday reaktorda butun faol zona po'lat sferik korpus ichida joylashgan bo'lib, eritma yoki suyuq qotishma (masalan, uran sulfatining suvdagi eritmasi, uran sulfatining eritmasi) ko'rinishidagi yoqilg'i va moderatorning suyuq bir hil aralashmasini ifodalaydi. suyuq vismutdagi uran), bir vaqtning o'zida sovutish suvi sifatida xizmat qiladi.

Yadro bo'linish reaktsiyasi sferik reaktor idishidagi yoqilg'i eritmasida sodir bo'ladi, natijada eritma harorati ko'tariladi. Reaktorning yonuvchan eritmasi issiqlik almashtirgichga kiradi, u erda issiqlikni ikkilamchi konturning suviga o'tkazadi, sovutiladi va aylanma nasos orqali reaktorga qaytariladi. Yadro reaktsiyasi reaktordan tashqarida sodir bo'lmasligini ta'minlash uchun kontaktlarning zanglashiga olib keladigan quvurlari, issiqlik almashtirgich va nasosning hajmlari konturning har bir qismida joylashgan yoqilg'i hajmi kritikidan ancha past bo'lishi uchun tanlanadi. Gomogen reaktorlar heterojenlarga nisbatan bir qator afzalliklarga ega. Bu yadroning oddiy dizayni va uning minimal o'lchamlari, reaktorni to'xtatmasdan doimiy ravishda parchalanish mahsulotlarini olib tashlash va yangi yadro yoqilg'isini qo'shish qobiliyati, yoqilg'ini tayyorlashning qulayligi, shuningdek, reaktorni o'zgartirish orqali boshqarish mumkinligi. yadro yoqilg'isining kontsentratsiyasi.

Biroq, bir hil reaktorlar ham jiddiy kamchiliklarga ega. Sxema bo'ylab aylanib yuradigan bir hil aralashma kuchli radioaktiv nurlanish chiqaradi, bu qo'shimcha himoyani talab qiladi va reaktorni boshqarishni murakkablashtiradi. Yoqilg'ining faqat bir qismi reaktorda bo'lib, energiya ishlab chiqarish uchun ishlatiladi, qolgan qismi esa tashqi quvurlar, issiqlik almashinuvchilari va nasoslarda. Sirkulyant aralashma reaktor va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tizimlari va qurilmalarining qattiq korroziya va eroziyasiga olib keladi. Suvning radiolizlanishi natijasida bir hil reaktorda portlovchi portlovchi aralashmaning hosil bo'lishi uni yoqish uchun asboblarni talab qiladi. Bularning barchasi bir hil reaktorlarning keng qo'llanilmasligiga olib keldi.

IN heterojen reaktor bloklar ko'rinishidagi yoqilg'i moderatorga joylashtiriladi, ya'ni. yoqilg'i va moderator fazoviy ravishda ajratilgan.

Hozirgi vaqtda energiya maqsadlarida faqat heterojen reaktorlar ishlab chiqilgan. Bunday reaktordagi yadro yoqilg'isi gazsimon, suyuq va qattiq holatda ishlatilishi mumkin. Biroq, endi heterojen reaktorlar faqat qattiq yoqilg'ida ishlaydi.

Mo''tadil moddaga qarab heterojen reaktorlar grafitli, engil suvli, og'ir suvli va organiklarga bo'linadi. Sovutish suyuqligining turiga ko'ra, heterojen reaktorlar engil suv, og'ir suv, gaz va suyuq metalldir. Reaktor ichidagi suyuq sovutgichlar bir fazali va ikki fazali holatda bo'lishi mumkin. Birinchi holda, reaktor ichidagi sovutish suvi qaynamaydi, ikkinchisida esa qaynaydi.

Yadrosida suyuq sovutish suvi harorati qaynash nuqtasidan past bo'lgan reaktorlar bosimli suv reaktorlari, ichida sovutish suvi qaynaydigan reaktorlar esa qaynoq suv reaktorlari deb ataladi.

Amaldagi moderator va sovutish suviga qarab, heterojen reaktorlar turli dizaynlarga muvofiq ishlab chiqilgan. Rossiyada atom energetikasi reaktorlarining asosiy turlari suv-suv va suv-grafitdir.

Dizayniga ko'ra reaktorlar idishli va kanalli reaktorlarga bo'linadi. IN tomir reaktorlari sovutish suvi bosimi korpus tomonidan amalga oshiriladi. Umumiy sovutish suvi oqimi reaktor idishi ichida oqadi. IN kanal reaktorlari Sovutish suyuqligi har bir kanalga yonilg'i moslamasi bilan alohida beriladi. Reaktor idishi sovutish suvi bosimi bilan yuklanmagan, bu bosim har bir alohida kanal tomonidan amalga oshiriladi.

Maqsadiga ko'ra yadro reaktorlari quvvat reaktorlari, konvertorlar va ko'paytirgichlar, tadqiqot va ko'p maqsadli, transport va sanoat bo'lishi mumkin.

Yadro energetika reaktorlari atom elektr stansiyalarida, kema elektr stansiyalarida, atom issiqlik va issiqlik elektr stantsiyalarida (NCHPP), shuningdek, atom issiqlik ta'minoti zavodlarida (GES) elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Tabiiy uran va toriydan ikkilamchi yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish uchun mo'ljallangan reaktorlar deyiladi konvertorlar yoki marta ko'paytiruvchilar. Konverter reaktorida ikkilamchi yadro yoqilg'isi dastlab iste'mol qilinganidan kamroq ishlab chiqaradi.

Ko'paytiruvchi reaktorda yadro yoqilg'isini kengaytirilgan ko'paytirish amalga oshiriladi, ya'ni. sarflanganidan ko'proq bo'ladi.

Tadqiqot reaktorlari neytronlarning materiya bilan o'zaro ta'siri jarayonlarini o'rganish, neytron va gamma nurlanish, radiokimyoviy va gamma nurlanishning intensiv maydonlarida reaktor materiallarining harakatini o'rganish uchun ishlatiladi. biologik tadqiqotlar, izotop ishlab chiqarish, yadro reaktorlari fizikasi bo'yicha eksperimental tadqiqotlar.

Reaktorlar turli xil quvvatlarga ega, statsionar yoki impulsli ish rejimlariga ega. Eng keng tarqalgani boyitilgan urandan foydalanadigan bosimli suv tadqiqot reaktorlaridir. Tadqiqot reaktorlarining issiqlik quvvati keng diapazonda o'zgarib turadi va bir necha ming kilovattga etadi.

Ko'p maqsadli reaktorlar energiya ishlab chiqarish va yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish kabi bir nechta maqsadlarga xizmat qiladigan reaktorlardir.

Agar keff >< 1, ряд благополучно сходится и по формуле суммы геометрической прогрессии имеем

qayerga<1 - коэффициент, равный отношению числа нейтронов, вызвавших деление, к полному их числу. Этот коэффициент зависит от конструкции установки, используемых материалов и т.д. Он надёжно вычисляется. В примерах k=0,6. Осталось выяснить, как можно получить первоначальный поток нейтронов N 0 . Для этого можно использовать ускоритель, дающий достаточно интенсивный поток протонов или других частиц, которые, реагируя с некоторой мишенью, порождают большое кол-во нейтронов. Действительно, например, при столкновении с массивной свинцовой мишенью каждый протон, ускоренный до энергии 1ГэВ (10 9 эВ), производит в результате развития ядерного каскада в среднем n = 22 нейтрона. Энергии их составляют несколько мега электрон -вольт, что как раз соответствует работе реактора на быстрых

sifatida

Termoyadroviy reaktorning muhandislik jihatlari:

Termoyadroviy tokamak reaktori quyidagi asosiy qismlardan iborat: magnit, kriogen va vakuum tizimlari, elektr ta'minoti tizimi, ko'rpa, tritiy sxemasi va himoyasi, plazmani qo'shimcha isitish va uni yoqilg'i bilan oziqlantirish tizimi, shuningdek masofadan boshqarish va texnik xizmat ko'rsatish. tizimi.

Magnit tizimda toroidal magnit maydonning sariqlari, plazmaning oqim va induksion isishi uchun induktor va divertorning ishlashi va plazma shnurining muvozanatini saqlash uchun zarur bo'lgan poloid magnit maydon hosil qiluvchi o'rashlar mavjud.

Joule yo'qotishlarini bartaraf etish uchun magnit tizim, yuqorida aytib o'tilganidek, butunlay supero'tkazuvchi bo'ladi. Magnit tizimning o'rashlari uchun niobiy - titan va niobiy - qalay qotishmalaridan foydalanish taklif etiladi.

Supero'tkazgichli reaktorning magnit tizimini yaratish IN 12 Tesla va taxminan 2 kA oqim zichligi termoyadroviy reaktorni ishlab chiqishdagi asosiy muhandislik muammolaridan biri bo'lib, uni yaqin kelajakda hal qilish kerak.

Kriogen tizim magnit tizimli kriostatni va qo'shimcha plazma isitish injektorlarida kriyopanellarni o'z ichiga oladi. Kriostat barcha sovutilgan tuzilmalar o'ralgan vakuum kamerasiga o'xshaydi. Magnit tizimning har bir bobini suyuq geliyga joylashtirilgan. Uning bug'lari suyuq geliy haroratida sirtlardan issiqlik oqimini kamaytirish uchun kriostat ichida joylashgan maxsus ekranlarni sovutadi. Kriogen tizimda ikkita sovutish sxemasi mavjud bo'lib, ulardan birida suyuq geliy aylanib yuradi, supero'tkazuvchi sariqlarning normal ishlashi uchun zarur bo'lgan haroratni taxminan 4 K, ikkinchisida esa - suyuq azot, harorati 80 - 95 K. Bu. sxema bo'limlarni sovutish uchun xizmat qiladi, qismlarni geliy va xona harorati bilan ajratadi.

Injektorlarning kriyopanellari suyuq geliy bilan sovutiladi va gazlarni yutish uchun mo'ljallangan, bu nisbatan yuqori vakuumda etarli nasos tezligini saqlashga imkon beradi.

Vakuum tizimi geliy, vodorod va aralashmalarni reaktorning ishlashi paytida divertor bo'shlig'idan yoki plazmani o'rab turgan bo'shliqdan, shuningdek impulslar orasidagi pauzalarda ish kamerasidan pompalanishini ta'minlaydi. Nasoslangan tritiyning atrof-muhitga chiqarilishiga yo'l qo'ymaslik uchun tizimda minimal miqdordagi aylanma tritiy bilan yopiq konturni ta'minlash kerak. Gazni turbomolekulyar nasoslar yordamida chiqarish mumkin, ularning unumdorligi bugungi kunda erishilganidan biroz oshishi kerak. Ish kamerasini keyingi impulsga tayyorlash uchun pauza davomiyligi 30 soniyadan oshmaydi.

Elektr ta'minoti tizimi reaktorning ishlash rejimiga sezilarli darajada bog'liq. Uzluksiz rejimda ishlaydigan tokamak uchun bu sezilarli darajada sodda. Impuls rejimida ishlaganda, birlashtirilgan elektr ta'minoti tizimi - tarmoq va motor-generatordan foydalanish tavsiya etiladi. Jeneratör quvvati impulsli yuklar bilan aniqlanadi va 10 6 kVt ga etadi.

Reaktor adyol ishchi kameraning birinchi devori orqasida joylashgan va DT reaktsiyasida hosil bo'lgan neytronlarni ushlash, "kuygan" tritiyni ko'paytirish va neytron energiyasini issiqlik energiyasiga aylantirish uchun mo'ljallangan. Gibrid termoyadroviy reaktorda adyol ham parchalanuvchi moddalarni ishlab chiqarishga xizmat qiladi. Ko'rpa - bu termoyadroviy reaktorni an'anaviy termoyadro qurilmasidan ajratib turadigan yangi narsa. Hozircha adyolni loyihalash va ishlatish tajribasi yo'q, shuning uchun litiy va uranli choyshablarning muhandislik va dizayn rivojlanishi talab qilinadi.

Tritiy sxemasi bir nechta mustaqil bloklardan iborat bo'lib, ular ish kamerasidan chiqarilgan gazni qayta tiklash, uni saqlash va plazma bilan to'ldirish uchun etkazib berish, ko'rpadan tritiyni olish va uni energiya tizimiga qaytarish, shuningdek tozalashni ta'minlaydi. chiqindi gazlar va undan chiqadigan havo.

Reaktor himoyasi radiatsiyaviy va biologikga bo'linadi. Radiatsiyadan himoyalanish neytron oqimini zaiflashtiradi va o'ta o'tkazgichlarda energiya chiqishini kamaytiradi. Magnit tizimning minimal energiya sarfi bilan normal ishlashi uchun neytron oqimini 10 s -10 6 marta zaiflashtirish kerak. Radiatsiya himoyasi adyol va toroidal maydon bobinlari o'rtasida joylashgan bo'lib, ish kamerasining butun yuzasini qoplaydi, yo'naltiruvchi kanallar va injektor kirishlari bundan mustasno. Tarkibiga qarab, himoya qalinligi 80-130 sm.

Biologik qalqon reaktor zali devorlariga to'g'ri keladi va qalinligi 200 - 250 sm bo'lgan betondan yasalgan bo'lib, u atrofdagi makonni radiatsiyadan himoya qiladi.

Qo'shimcha plazma isitish va uni yonilg'i bilan oziqlantirish tizimlari reaktor atrofida sezilarli joyni egallaydi. Agar plazmali isitish tez atomlarning nurlari bilan amalga oshirilsa, u holda radiatsiyaviy himoya butun injektorni o'rab olishi kerak, bu reaktor zalida uskunalarni joylashtirish va reaktorga xizmat ko'rsatish uchun noqulaydir. Yuqori chastotali oqimlarga ega isitish tizimlari bu ma'noda yanada jozibador, chunki ularning kirish qurilmalari (antennalari) yanada ixchamdir va generatorlar reaktor zalidan tashqarida o'rnatilishi mumkin. Tokamaklar bo'yicha tadqiqotlar va antenna konstruktsiyalarini ishlab chiqish bizga plazma isitish tizimini yakuniy tanlash imkonini beradi.

Boshqaruv tizimi termoyadroviy reaktorning ajralmas qismi hisoblanadi. Har qanday reaktorda bo'lgani kabi, reaktorni o'rab turgan kosmosdagi radioaktivlik darajasi juda yuqori bo'lganligi sababli, undagi nazorat va texnik xizmat ko'rsatish masofadan turib - ham ish paytida, ham to'xtash vaqtlarida amalga oshiriladi.

Termoyadroviy reaktorda radioaktivlik manbai, birinchidan, elektronlar va kam energiyali 7-kvantalar chiqishi bilan parchalanadigan tritiy (uning yarim yemirilish davri taxminan 13 yil), ikkinchidan, neytronlarning o'zaro ta'sirida hosil bo'lgan radioaktiv nuklidlardir. adyolning strukturaviy materiallari va ishlaydigan kameralar bilan. Ulardan eng keng tarqalganlari (po'lat, molibden va niobiy qotishmalari) uchun faollik ancha yuqori, ammo shunga qaramay shunga o'xshash quvvatdagi yadro reaktorlariga qaraganda taxminan 10-100 baravar kam. Kelajakda termoyadroviy reaktorda alyuminiy va vanadiy kabi past induksion faollikka ega materiallardan foydalanish rejalashtirilgan. Shu bilan birga, tokamak termoyadro reaktori masofaviy texnik xizmat ko'rsatishni hisobga olgan holda ishlab chiqilgan bo'lib, bu uning dizayniga qo'shimcha talablar qo'yadi. Xususan, u bir-biriga bog'langan bir xil bo'limlardan iborat bo'lib, ular turli xil standart bloklar (modullar) bilan to'ldiriladi. Bu, agar kerak bo'lsa, maxsus manipulyatorlar yordamida alohida komponentlarni nisbatan oson almashtirish imkonini beradi.

Yadro reaksiyalari. Yadro energiyasi.

Atom yadrosi

Atom yadrosi zaryadi Ze, massasi M, spin J, magnit va elektr quadrupol momenti Q, maʼlum radius R, izotonik spin T bilan xarakterlanadi va nuklonlar – proton va neytronlardan iborat.

Yadrodagi A nuklonlar soni deyiladi massa raqami. Z raqami chaqiriladi zaryad raqami yadro yoki atom raqami. Z protonlar sonini, A yadrodagi nuklonlar sonini aniqlagani uchun atom yadrosidagi neyronlar soni N=A-Z ga teng. Z bir xil, ammo A har xil bo'lgan atom yadrolari deyiladi izotoplar. Har bir Z qiymati uchun o'rtacha uchta barqaror izotop mavjud. Masalan, 28 Si, 29 Si, 30 Si Si yadrosining barqaror izotoplaridir. Barqaror izotoplarga qo'shimcha ravishda, ko'pchilik elementlarning cheklangan umri bilan ajralib turadigan beqaror izotoplari ham mavjud.

Bir xil massa soni A bo'lgan yadrolar deyiladi izobarlar, va bir xil miqdordagi neytronlar bilan - izotoonlar.

Barcha atom yadrolari barqaror va beqarorlarga bo'linadi. Barqaror yadrolarning xossalari cheksiz o'zgarishsiz qoladi. Beqaror yadrolar har xil turdagi transformatsiyalarga uchraydi.

Katta aniqlik bilan olib borilgan atom yadrolari massalarining eksperimental o'lchovlari shuni ko'rsatadiki, yadro massasi har doim uni tashkil etuvchi nuklonlarning massalari yig'indisidan kichikdir.

Bog'lanish energiyasi - bu yadroni uning tarkibiy nuklonlariga ajratish uchun sarflanishi kerak bo'lgan energiya.

Massa soni A bilan bog'liq bo'lgan bog'lanish energiyasi deyiladi nuklonlarning o'rtacha bog'lanish energiyasi atom yadrosida (nuklonga bog'lanish energiyasi).

Bog'lanish energiyasi barcha barqaror yadrolar uchun taxminan doimiy bo'lib, taxminan 8 MeV ga teng. 12 C yadrosi uchun o'rtacha bog'lanish energiyasi noldan (A = 1) 8 MeV gacha ko'tariladigan engil yadrolar hududi bundan mustasno.

Xuddi shunday, bir nuklonning bog'lanish energiyasi yadroning boshqa tarkibiy qismlariga nisbatan bog'lanish energiyasini kiritish uchun ishlatilishi mumkin.

Nuklonlarning o'rtacha bog'lanish energiyasidan farqli o'laroq, neyron va proton orasidagi bog'lanish energiyasining miqdori yadrodan yadroga farq qiladi.

Ko'pincha, bog'lovchi energiya o'rniga, bir miqdor chaqiriladi ommaviy nuqson va atom yadrosining massalari va massa soni o'rtasidagi farqga teng.

Gamma nurlanishi

Gamma nurlanish qisqa to'lqinli elektromagnit nurlanishdir. Elektromagnit to'lqinlar shkalasida u yuqori chastotalar mintaqasini egallagan qattiq rentgen nurlanishi bilan chegaralanadi. Gamma nurlanish juda qisqa to'lqin uzunligiga ega (lhn (n - ch nurlanish chastotasi, h - Plank doimiysi).

Gamma-nurlanish radioaktiv yadrolarning, elementar zarralarning parchalanishi, zarracha-antizarracha juftlarining yo'q bo'lib ketishi, shuningdek, tez zaryadlangan zarrachalarning materiyadan o'tishi jarayonida sodir bo'ladi.

Radioaktiv yadrolarning parchalanishi bilan birga keladigan gamma nurlanish yadro ko'proq qo'zg'aluvchan energiya holatidan kamroq qo'zg'aluvchan holatga yoki erga o'tganda chiqariladi. g kvantning energiyasi o'tish sodir bo'lgan holatlarning DE r energiya farqiga teng.

Hayajonlangan holat

E1 yadrosining asosiy holati

Yadro tomonidan g-kvantning chiqishi radioaktiv o'zgarishlarning boshqa turlaridan farqli o'laroq, atom soni yoki massa sonining o'zgarishiga olib kelmaydi. Gamma nurlanish chiziqlarining kengligi juda kichik (~10 -2 eV). Darajalar orasidagi masofa chiziqlar kengligidan ko'p marta kattaroq bo'lganligi sababli, gamma nurlanish spektri chiziqli, ya'ni. bir qancha diskret chiziqlardan iborat. Gamma-nurlanish spektrlarini o'rganish yadrolarning qo'zg'aluvchan holatlarining energiyasini aniqlash imkonini beradi. Yuqori energiyali gamma nurlar ayrim elementar zarrachalarning parchalanishi paytida chiqariladi. Shunday qilib, dam olayotgan p 0 - mezonning parchalanishi paytida ~70 MeV energiyaga ega gamma nurlanish paydo bo'ladi. Elementar zarrachalarning parchalanishidan gamma nurlanishi ham chiziqli spektrni hosil qiladi. Biroq, parchalanadigan elementar zarralar ko'pincha yorug'lik tezligi bilan taqqoslanadigan tezlikda harakatlanadi. Natijada, Doppler chizig'ining kengayishi sodir bo'ladi va gamma nurlanish spektri keng energiya oralig'ida xiralashadi. Tez zaryadlangan zarralar materiyadan o'tganda hosil bo'ladigan gamma nurlanish ularning materiya atom yadrolarining Kulon maydoniga sekinlashishi natijasida yuzaga keladi. Bremsstrahlung gamma-nurlanish, bremsstrahlung rentgen nurlanishi kabi, uzluksiz spektr bilan tavsiflanadi, uning yuqori chegarasi zaryadlangan zarrachaning, masalan, elektronning energiyasiga to'g'ri keladi. Zaryadlangan zarracha tezlatgichlarida maksimal energiya bir necha o'n GeV gacha bo'lgan bremsstrahlung gamma-nurlanish hosil bo'ladi.

Yulduzlararo fazoda gamma-nurlanish yorug'lik kabi yumshoqroq uzun to'lqinli elektromagnit nurlanish kvantlarining kosmik jismlarning magnit maydonlari tomonidan tezlashtirilgan elektronlar bilan to'qnashuvi natijasida paydo bo'lishi mumkin. Bunday holda, tezkor elektron o'z energiyasini elektromagnit nurlanishga o'tkazadi va ko'rinadigan yorug'lik qattiqroq gamma nurlanishiga aylanadi.

Shunga o'xshash hodisa tezlatgichlarda hosil bo'lgan yuqori energiyali elektronlar lazerlar tomonidan yaratilgan kuchli yorug'lik nurlarida ko'rinadigan yorug'lik fotonlari bilan to'qnashganda, quruqlik sharoitida sodir bo'lishi mumkin. Elektron energiyani engil fotonga o'tkazadi, u g-kvantga aylanadi. Shunday qilib, yorug'likning alohida fotonlarini yuqori energiyali gamma-nurli kvantlarga aylantirish amalda mumkin.

Gamma nurlanishi katta penetratsion kuchga ega, ya'ni. sezilarli zaiflashmasdan materiyaning katta qalinligiga kira oladi. Gamma-nurlanishning moddalar bilan oʻzaro taʼsirida sodir boʻladigan asosiy jarayonlar fotoelektrik yutilish (fotoelektr effekti), Kompton sochilishi (Kompton effekti) va elektron-pozitron juftlarining hosil boʻlishidir. Fotoelektrik effekt paytida g-kvant atom elektronlaridan biri tomonidan yutiladi va g-kvant energiyasi (atomdagi elektronning bog'lanish energiyasini olib tashlagan holda) uchib ketayotgan elektronning kinetik energiyasiga aylanadi. atomdan. Fotoelektr effektining ehtimoli element atom raqamining beshinchi darajasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va gamma nurlanish energiyasining 3-darajasiga teskari proportsionaldir. Shunday qilib, og'ir elementlarda (Pb, U) kam energiyali g-nurlari (£ 100 keV) mintaqasida fotoelektr effekti ustunlik qiladi.

Kompton effekti bilan g-kvant atomda kuchsiz bog'langan elektronlardan biri tomonidan tarqaladi. Fotoelektr effektidan farqli o'laroq, Kompton effekti bilan g kvant yo'qolmaydi, faqat energiya (to'lqin uzunligi) va tarqalish yo'nalishini o'zgartiradi. Kompton effekti natijasida gamma nurlarining tor dastasi kengayadi va nurlanishning o'zi yumshoqroq bo'ladi (uzun to'lqin uzunligi). Komptonning sochilishining intensivligi moddaning 1 sm 3 qismidagi elektronlar soniga proportsionaldir va shuning uchun bu jarayonning ehtimoli moddaning atom raqamiga proportsionaldir. Kompton effekti atom soni past bo'lgan moddalarda va gamma nurlanish energiyasi atomlardagi elektronlarning bog'lanish energiyasidan oshib ketganda sezilarli bo'ladi. Shunday qilib, Pb holatida Komptonning tarqalish ehtimoli ~ 0,5 MeV energiyada fotoelektrik yutilish ehtimoli bilan taqqoslanadi. Al holatida Kompton effekti ancha past energiyalarda ustunlik qiladi.

Agar g-kvantning energiyasi 1,02 MeV dan oshsa, yadrolarning elektr maydonida elektron-pozitron juftlarini hosil qilish jarayoni mumkin bo'ladi. Juft hosil bo'lish ehtimoli atom raqamining kvadratiga proportsional bo'lib, hn ga ortadi. Shuning uchun hn ~10 MeV da har qanday moddada asosiy jarayon juft hosil bo'lishidir.

0,1 0,5 1 2 5 10 50

g-nurlarining energiyasi (MeV)

Teskari jarayon, elektron-pozitron juftligini yo'q qilish gamma nurlanish manbai hisoblanadi.

Moddadagi gamma-nurlanishning zaiflashishini tavsiflash uchun odatda yutilish koeffitsienti qo'llaniladi, bu absorberning X qalinligida tushgan gamma nurlanish nurining intensivligi I 0 zaiflashishini ko'rsatadi. e bir marta:

Bu yerda m 0 - gamma nurlanishning chiziqli yutish koeffitsienti. Ba'zan m 0 ning absorberning zichligiga nisbatiga teng bo'lgan massa yutilish koeffitsienti kiritiladi.

Gamma nurlanishning susayishining eksponensial qonuni gamma nurlanish nurlarining tor yo'nalishi uchun amal qiladi, har qanday jarayon, ham yutish, ham tarqalish, birlamchi nurning tarkibidan gamma nurlanishini olib tashlaydi. Biroq, yuqori energiyalarda materiyadan o'tadigan gamma-nurlanish jarayoni ancha murakkablashadi. Ikkilamchi elektronlar va pozitronlar yuqori energiyaga ega va shuning uchun o'z navbatida tormozlash va yo'q qilish jarayonlari tufayli gamma nurlanishini yaratishi mumkin. Shunday qilib, moddada ikkilamchi gamma-nurlanish, elektronlar va pozitronlarning o'zgaruvchan avlodlari paydo bo'ladi, ya'ni kaskadli yomg'ir rivojlanadi. Bunday dushdagi ikkilamchi zarralar soni dastlab qalinligi bilan ortadi va maksimal darajaga etadi. Biroq, keyin assimilyatsiya jarayonlari zarrachalarni ko'paytirish jarayonlaridan ustun kela boshlaydi va dush pasayadi. Gamma-nurlanishning dush hosil qilish qobiliyati uning energiyasi va tanqidiy energiya o'rtasidagi munosabatga bog'liq, shundan so'ng ma'lum bir moddadagi dush rivojlanish qobiliyatini deyarli yo'qotadi.

Eksperimental fizikada gamma-nurlanish energiyasini o'zgartirish uchun asosan ikkilamchi elektronlarning energiyasini o'lchashga asoslangan har xil turdagi gamma-spektrometrlar qo'llaniladi. Gamma-nurlanish spektrometrlarining asosiy turlari: magnitli, sintillyatsion, yarimo'tkazgichli, kristall diffraktsiyali.

Yadro gamma nurlanish spektrlarini o'rganish yadrolarning tuzilishi haqida muhim ma'lumotlarni beradi. Qattiq jismlarning xossalarini o'rganish uchun tashqi muhitning yadroviy gamma-nurlanish xususiyatlariga ta'siri bilan bog'liq ta'sirlarni kuzatishdan foydalaniladi.

Gamma nurlanishi texnologiyada, masalan, metall qismlardagi nuqsonlarni aniqlash uchun ishlatiladi - gamma nuqsonlarni aniqlash. Radiatsiya kimyosida gamma-nurlanish kimyoviy transformatsiyalarni, masalan, polimerizatsiya jarayonlarini boshlash uchun ishlatiladi. Gamma nurlanishi oziq-ovqat sanoatida oziq-ovqat mahsulotlarini sterilizatsiya qilish uchun ishlatiladi. Gamma nurlanishning asosiy manbalari tabiiy va sun'iy radioaktiv izotoplar, shuningdek elektron tezlatgichlardir.

Gamma nurlanishining organizmga ta'siri boshqa turdagi ionlashtiruvchi nurlanishning ta'siriga o'xshaydi. Gamma nurlanishi tanaga radiatsiyaviy zarar etkazishi, shu jumladan uning o'limiga olib kelishi mumkin. Gamma-nurlanish ta'sirining tabiati g-kvantalarning energiyasiga va nurlanishning fazoviy xususiyatlariga, masalan, tashqi yoki ichki nurlanishga bog'liq. Gamma nurlanishining nisbiy biologik samaradorligi 0,7-0,9 ni tashkil qiladi. Sanoat sharoitida (kichik dozalarda surunkali ta'sir qilish) gamma nurlanishining nisbiy biologik samaradorligi 1. Gamma nurlanishi tibbiyotda o'smalarni davolashda, binolarni, jihozlarni va dori-darmonlarni sterilizatsiya qilish uchun ishlatiladi. Gamma-nurlanish, shuningdek, keyinchalik iqtisodiy foydali shakllarni tanlash bilan mutatsiyalarni olish uchun ishlatiladi. Mikroorganizmlarning (masalan, antibiotiklar olish uchun) va o'simliklarning yuqori mahsuldor navlari shunday ko'paytiriladi.

Radiatsion terapiyaning zamonaviy imkoniyatlari, birinchi navbatda, masofaviy gamma-terapiya vositalari va usullari tufayli kengaydi. Gamma-nurlanishning kuchli sun’iy radioaktiv manbalaridan (kobalt-60, seziy-137), shuningdek, yangi gamma-dorilardan foydalanish bo‘yicha olib borilgan keng ko‘lamli ishlar natijasida masofaviy gamma-terapiya muvaffaqiyatlariga erishildi.

Masofaviy gamma terapiyasining katta ahamiyati, shuningdek, gamma-qurilmalarning qiyosiy qulayligi va ulardan foydalanish qulayligi bilan izohlanadi. Ikkinchisi, rentgen nurlari kabi, statik va harakatlanuvchi nurlanish uchun mo'ljallangan. Mobil nurlanish yordamida sog'lom to'qimalarning nurlanishini tarqatishda o'simtada katta dozani yaratishga intiladi. Penumbrani kamaytirish, maydonning homogenizatsiyasini yaxshilash, ko'r filtrlardan foydalanish va qo'shimcha himoya opsiyalarini qidirishga qaratilgan gamma qurilmalarining dizayni yaxshilandi.

Yadro nurlanishidan o‘simlikchilikda foydalanish qishloq xo‘jaligi o‘simliklarining metabolizmini o‘zgartirish, ularning mahsuldorligini oshirish, rivojlanishini tezlashtirish va sifatini yaxshilash uchun yangi, keng imkoniyatlar ochdi.

Radiobiologlarning birinchi tadqiqotlari natijasida ionlashtiruvchi nurlanish tirik organizmlarning o'sishi, rivojlanishi va metabolizmiga ta'sir qiluvchi kuchli omil ekanligi aniqlandi. Gamma nurlanish ta'sirida o'simliklar, hayvonlar yoki mikroorganizmlarning yaxshi muvofiqlashtirilgan metabolizmi o'zgaradi, fiziologik jarayonlarning borishi tezlashadi yoki sekinlashadi (dozaga qarab), o'sish, rivojlanish va hosil bo'lishida siljishlar kuzatiladi.

Shuni alohida ta'kidlash kerakki, gamma nurlanishi paytida radioaktiv moddalar urug'larga kirmaydi. Nurlangan urug'lar, ulardan yetishtirilgan hosil kabi, radioaktiv emas. Nurlanishning maqbul dozalari faqat o'simlikda sodir bo'ladigan normal jarayonlarni tezlashtiradi va shuning uchun ekishdan oldin nurlanishga duchor bo'lgan urug'lardan olingan ekinlardan foydalanishga qarshi har qanday qo'rquv yoki ogohlantirishlar mutlaqo asossizdir.

Qishloq xoʻjaligi mahsulotlarini saqlash muddatini oshirish va turli hasharotlar zararkunandalarini yoʻq qilish uchun ionlashtiruvchi nurlanish qoʻllanila boshlandi. Masalan, elevatorga yuklashdan oldin g‘alla kuchli nurlanish manbai o‘rnatilgan bunkerdan o‘tkazilsa, zararkunandalarning ko‘payishi ehtimoli yo‘q bo‘lib, donni hech qanday yo‘qotishlarsiz uzoq muddat saqlash mumkin bo‘ladi. Oziqlantiruvchi mahsulot sifatida donning o'zi nurlanishning bunday dozalarida o'zgarmaydi. Uni eksperimental hayvonlarning to'rt avlodi uchun oziq-ovqat sifatida ishlatish o'sishda, ko'payish qobiliyatida yoki normadan boshqa patologik og'ishlarda hech qanday og'ishlarga olib kelmadi.

Atom reaktori.

Reaktorning energiya manbai og'ir yadrolarning bo'linish jarayonidir. Eslatib o'tamiz, yadrolar nuklonlardan, ya'ni proton va neytronlardan iborat. Bunda Z protonlar soni yadroning Ze zaryadini aniqlaydi: u davriy sistemadagi elementning soniga teng, A yadrosining atom og'irligi esa proton va neytronlarning umumiy soniga teng. Protonlari bir xil, lekin neytronlari har xil bo'lgan yadrolar bir xil elementning turli izotoplari bo'lib, yuqori chap tomonda elementning atom og'irligi belgisi bilan ko'rsatilgan. Masalan, uranning quyidagi izotoplari mavjud: 238 U, 235 U, 233 U,...

M yadrosining massasi oddiygina uni tashkil etuvchi proton va neytronlarning massalari yig'indisiga teng emas, balki undan bog'lanish energiyasini aniqlaydigan M qiymatidan kichikdir.

(munosabatga muvofiq) M=Zm p + (A-Z)m n -(A)A, bu erda (A)c - nuklonga to'g'ri keladigan bog'lanish energiyasi. Qiymat (A) mos keladigan yadro tuzilishining tafsilotlariga bog'liq ... Biroq, uning atom og'irligiga bog'liq bo'lishining umumiy tendentsiyasi mavjud. Ya'ni, kichik tafsilotlarni e'tiborsiz qoldirib, biz bu bog'liqlikni kichiklar uchun ortib borayotgan silliq egri chiziq sifatida tasvirlashimiz mumkin. A, davriy jadvalning o'rtasida maksimal darajaga etadi va A ning maksimal qiymatlaridan keyin kattaroq qiymatlarga kamayadi. Tasavvur qilaylik, atom og'irligi A va massasi M bo'lgan og'ir yadro ikkita A 1 va A 2 yadrolariga bo'linadi. mos ravishda M 1 va M 2 massalari va A 1 + A 2 A ga teng yoki undan bir oz kamroq, chunki parchalanish jarayonida bir nechta neytronlar chiqishi mumkin. Aniqlik uchun A 1 + A 2 = A holatini olaylik. Boshlang'ich yadro va ikkita oxirgi yadro massalari o'rtasidagi farqni ko'rib chiqamiz va biz A 1 = A 2 deb faraz qilamiz, shuning uchun (A 1) = (A 2), M = M- M 1 -M 2 =-(A)A+ (A 1)(A 1 +A 2) =A((A 1)- (A 1)). Agar A davriy sistemaning oxiridagi og'ir yadroga to'g'ri kelsa, u holda A 1 o'rtada joylashgan va maksimal qiymatga ega (A 2). Bu M>0 degan ma'noni anglatadi va shuning uchun bo'linish jarayonida E d =Mc 2 energiya ajralib chiqadi. Og'ir yadrolar uchun, masalan, uran yadrolari uchun ((A 1) - (A))c 2 = 1 MeV. Shunday qilib, A = 200 da biz E d = 200 MeV ni taxmin qilamiz. Eslatib o'tamiz, elektron-volt (eV) 1V potentsial farqi (1eV = 1,6*10 -19 J) ta'sirida elementar zaryad tomonidan olingan energiyaga teng energiyaning tizimdan tashqari birligidir. Masalan, yadro boʻlinishida ajralib chiqadigan oʻrtacha energiya 235 U

E d = 180 MeV = 180 10 6 eV.

Shunday qilib, og'ir yadrolar potentsial energiya manbalari hisoblanadi. Biroq, o'z-o'zidan yadro bo'linishi juda kamdan-kam hollarda sodir bo'ladi va amalda hech qanday ahamiyatga ega emas. Agar neytron og'ir yadroga tegsa, bo'linish jarayoni keskin tezlashishi mumkin. Bu hodisa turli yadrolar uchun har xil intensivlikda sodir bo'ladi va jarayonning samarali kesimi bilan o'lchanadi. Keling, qanday samarali tasavvurlar aniqlanganligini va ular muayyan jarayonlarning ehtimolliklari bilan qanday bog'liqligini eslaylik. Tasavvur qilaylik, zarrachalar dastasi (masalan, neytronlar) ma'lum jismlardan tashkil topgan nishonga tushayotganini, aytaylik yadrolar. Nurdagi neytronlar soni N 0, hajm birligidagi yadrolar zichligi (1 sm 3) bo'lsin. Keling, ma'lum bir turdagi hodisalar, masalan, maqsadli yadrolarning bo'linishi bilan qiziqaylik. Keyin bunday hodisalarning soni N N=N 0 nl eff formulasi bo'yicha aniqlanadi, bu erda l - maqsad uzunligi va eff - berilgan energiya bilan bo'linish jarayonining (yoki boshqa har qanday jarayonning) kesmasi deyiladi. , tushgan neytronlarning energiyasiga mos keladi. Oldingi formuladan ko'rinib turibdiki, samarali kesma maydonning o'lchamiga ega (sm 2). Bu mutlaqo tushunarli geometrik ma'noga ega: bu platforma bo'lib, unga kirish orqali bizni qiziqtiradigan jarayon sodir bo'ladi. Shubhasiz, agar kesma katta bo'lsa, jarayon jadal davom etadi va kichik kesma bu maydonga tushish ehtimoli past bo'ladi, shuning uchun bu holda jarayon kamdan-kam uchraydi.

Shunday qilib, ma'lum bir yadro uchun bo'linish jarayoni uchun etarlicha katta samarali kesmaga ega bo'lsak ham, bo'linish paytida ikkita katta A 1 va A 2 bo'laklari bilan bir qatorda bir nechta neytronlar chiqishi mumkin. Qo'shimcha neytronlarning o'rtacha soni ko'paytirish koeffitsienti deb ataladi va k bilan belgilanadi. Keyin reaksiya sxema bo'yicha ketadi

n+A A 1 +A 2 +kn.

Bu jarayonda tug'ilgan neytronlar, o'z navbatida, A yadrolari bilan reaksiyaga kirishadi, bu esa yangi bo'linish reaktsiyalarini beradi va yangi, hatto. kattaroq raqam neytronlar. Agar k > 1 bo'lsa, bunday zanjirli jarayon kuchayib borayotgan intensivlik bilan sodir bo'ladi va juda katta miqdordagi energiya ajralib chiqishi bilan portlashga olib keladi. Ammo bu jarayonni nazorat qilish mumkin. Hamma neytronlar ham A yadrosiga tushishi shart emas: ular reaktorning tashqi chegarasi orqali chiqib ketishi yoki reaktorga maxsus kiritilgan moddalarga singib ketishi mumkin. Shunday qilib, k ning qiymati 1 ga teng bo'lgan va faqat bir oz oshib ketadigan ma'lum bir k effga kamaytirilishi mumkin. Keyin hosil bo'lgan energiyani olib tashlashingiz mumkin va reaktorning ishlashi barqaror bo'ladi. Biroq, bu holda reaktor kritik rejimda ishlaydi. Energiyaning tarqalishi bilan bog'liq muammolar ortib borayotgan zanjirli reaktsiyaga va falokatga olib keladi. Barcha operatsion tizimlarda xavfsizlik choralari mavjud, ammo baxtsiz hodisalar yuzaga kelishi ehtimoli juda kam va afsuski, sodir bo'ladi.

Yadro reaktori uchun ishchi modda qanday tanlanadi? Yoqilg'i xujayralari katta samarali bo'linish kesimiga ega bo'lgan izotop yadrolarini o'z ichiga olishi kerak. Bo'limning o'lchov birligi 1 ombor = 10 -24 sm 2. Biz kesma qiymatlarining ikkita guruhini ko'ramiz: (233 U, 235 U, 239 Pu) va kichik (232 Th, 238 U). Farqni tasavvur qilish uchun bo‘linish hodisasi sodir bo‘lishi uchun neytron qancha masofani bosib o‘tishini hisoblab chiqamiz. Buning uchun N=N 0 nl eff formulasidan foydalanamiz. N=N 0 =1 uchun bizda bu yerda n - yadrolarning zichligi, , bu erda p - odatiy zichlik va m =1,66*10 -24 g - atom massa birligi. Uran va toriy uchun n = 4,8. 10 22 sm 3. Keyin 235 U uchun biz l = 10 sm, va 232 Th l = 35 m. Shunday qilib, parchalanish jarayonini haqiqiy amalga oshirish uchun 233 U, 235 U, 239 Pu kabi izotoplardan foydalanish kerak. 235 U izotopi asosan 238 U dan iborat bo'lgan tabiiy uran tarkibida oz miqdorda bo'ladi, shuning uchun 235 U izotop bilan boyitilgan uran odatda yadro yoqilg'isi sifatida ishlatiladi.Bu holda reaktorning ishlashi davomida sezilarli miqdorda yana bir parchalanuvchi izotop ishlab chiqariladi - 239 Pu. Plutoniy reaktsiyalar zanjiri orqali hosil bo'ladi

238 U + n () 239 U () 239 Np () 239 Pu,

bu erda fotonning emissiyasini anglatadi va sxema bo'yicha parchalanish

Bu erda Z yadroning zaryadini aniqlaydi, shuning uchun parchalanish paytida u bir xil A, elektron elektron va v-elektron antineytrinoga ega bo'lgan davriy jadvalning keyingi elementiga to'g'ri keladi. Shuni ham ta'kidlash kerakki, bo'linish jarayoni natijasida hosil bo'lgan A 1, A 2 izotoplari, qoida tariqasida, yarim yemirilish muddati bir yildan yuz minglab yillargacha bo'lgan radioaktivdir, shuning uchun yoqilg'i bo'lgan atom elektr stantsiyalari chiqindilari. , juda xavfli va saqlash uchun maxsus choralar talab qiladi Bu erda geologik saqlash muammosi paydo bo'ladi, bu esa millionlab yillar davomida ishonchlilikni ta'minlashi kerak. Kritik rejimda yadro reaktorlarining ishlashiga asoslangan yadro energetikasining yaqqol afzalliklariga qaramay, uning jiddiy kamchiliklari ham mavjud. Bu, birinchidan, Chernobilga o'xshash avariyalar xavfi, ikkinchidan, radioaktiv chiqindilar muammosi. Atom energiyasi uchun subkritik rejimda ishlaydigan reaktorlardan foydalanish taklifi birinchi muammoni to'liq hal qiladi va ikkinchisini hal qilishni sezilarli darajada osonlashtiradi.

Energiya kuchaytirgich sifatida subkritik rejimdagi yadro reaktori.

Tasavvur qilaylik, biz samarali neytronlarni ko'paytirish omili keff birlikdan bir oz kamroq bo'lgan yadroviy reaktorni yig'dik. Keling, bu qurilmani doimiy tashqi neytron oqimi N 0 bilan nurlantiramiz. Keyin har bir neytron (k effda hisobga olinadigan chiqarilgan va so'rilganlar minus) bo'linishni keltirib chiqaradi, bu esa qo'shimcha N 0 k 2 eff oqimini beradi. Bu raqamdan har bir neytron yana o'rtacha k eff neytronlarini hosil qiladi, bu esa qo'shimcha N 0 k eff oqimini beradi va hokazo. Shunday qilib, parchalanish jarayonlarini hosil qiluvchi neytronlarning umumiy oqimi teng bo'lib chiqadi

N = N 0 (1 + k eff + k 2 eff + k 3 eff + ...) = N 0 k n eff.

Agar keff > 1 bo'lsa, bu formuladagi qatorlar ajralib chiqadi, bu bu holda jarayonning tanqidiy xatti-harakatining aksidir. Agar k eff< 1, ряд благополучно сходится и по формуле суммы геометрической прогрессии имеем

Vaqt birligida energiya chiqishi (kuch) keyin bo'linish jarayonida energiyaning chiqishi bilan aniqlanadi,

qayerga<1 - коэффициент, равный отношению числа нейтронов, вызвавших деление, к полному их числу. Этот коэффициент зависит от конструкции установки, используемых материалов и т.д. Он надёжно вычисляется. В примерах k=0,6. Осталось выяснить, как можно получить первоначальный поток нейтронов N 0 . Для этого можно использовать ускоритель, дающий достаточно интенсивный поток протонов или других частиц, которые, реагируя с некоторой мишенью, порождают большое кол-во нейтронов. Действительно, например, при столкновении с массивной свинцовой мишенью каждый протон, ускоренный до энергии 1ГэВ (10 9 эВ), производит в результате развития ядерного каскада в среднем n = 22 нейтрона. Энергии их составляют несколько мега электрон -вольт, что как раз соответствует работе реактора на быстрых

neytronlar Tezlatgich oqimi orqali neytron oqimini tasavvur qilish qulay

Bu erda e - protonlarning zaryadi, elementar elektr zaryadiga teng. Energiyani elektron-voltlarda ifodalaganimizda, bu biz E = eV ko'rinishini qabul qilamiz, degan ma'noni anglatadi, bu erda V bu energiyaga mos keladigan potentsial bo'lib, elektron-voltda energiya bo'lgani kabi ko'p voltni o'z ichiga oladi. Bu shuni anglatadiki, oldingi formulani hisobga olgan holda, biz energiya chiqarish formulasini qayta yozishimiz mumkin sifatida

Nihoyat, o'rnatishning kuchini shaklda ifodalash qulay

bu erda V - tezlatgichning energiyasiga mos keladigan potentsial, shuning uchun taniqli formula bo'yicha VI tezlatgich nurining kuchi: P 0 = VI va oldingi formulada R 0 - k eff = 0,98 uchun koeffitsient. , bu ishonchli subkritiklik chegarasini ta'minlaydi. Boshqa barcha miqdorlar ma'lum va 1 GeV proton tezlatgich energiyasi uchun bizda mavjud . Biz 120 daromad oldik, bu, albatta, juda yaxshi. Biroq, oldingi formulaning koeffitsienti tezlatgichda ham, elektr energiyasini ishlab chiqarishda ham energiya yo'qotishlari to'liq bo'lmagan ideal holatga mos keladi. Haqiqiy koeffitsientni olish uchun oldingi formulani tezlatgichning samaradorligi r y va issiqlik elektr stantsiyasining samaradorligi r e bilan ko'paytirish kerak. U holda R=r y r e R 0 bo'ladi. Tezlanish samaradorligi ancha yuqori bo'lishi mumkin, masalan, energiya 1 GeV r y = 0,43 bo'lgan yuqori tokli siklotronning haqiqiy loyihasida. Energiya ishlab chiqarish samaradorligi 0,42 ga teng bo'lishi mumkin. Yakuniy real daromad R = r y r e R 0 = 21,8, bu hali ham juda yaxshi, chunki tezlatgichning ishlashini ta'minlash uchun o'rnatish tomonidan ishlab chiqarilgan energiyaning atigi 4,6% qaytarilishi kerak. Bunday holda, reaktor faqat tezlatgich yoqilganda ishlaydi va nazoratsiz zanjir reaktsiyasi xavfi yo'q.

Yadro energiyasini qurish printsipi.

Ma'lumki, dunyodagi hamma narsa molekulalardan iborat

oʻzaro taʼsirlarning murakkab komplekslaridir

yig'layotgan atomlar. Molekulalar eng kichik zarralardir

uning xususiyatlarini saqlaydigan moddalar. Molekulalarning tarkibi

turli kimyoviy elementlarning atomlarini o'z ichiga oladi.

Kimyoviy elementlar bir turdagi atomlardan tashkil topgan.

Kimyoviy elementning eng kichik zarrasi bo'lgan atom

u "og'ir" yadrodan iborat bo'lib, elektr atrofida aylanadi.

Atomlarning yadrolari musbat birikmalardan hosil bo'ladi

zaryadlangan protonlar va neytral neytronlar.

Nuklonlar deb ataladigan bu zarrachalar birga ushlab turiladi

qisqa masofali tortishish kuchlari ta'sirida yadrolarda,

mezon almashinuvi natijasida yuzaga keladigan,

kichikroq massali zarralar.

X element yadrosi yoki X-A sifatida belgilanadi, masalan, uran U-235 -,

Bu erda Z - yadro zaryadi, protonlar soniga teng, yadroning atom raqamini aniqlaydi, A - yadroning massa soni, ga teng.

proton va neytronlarning umumiy soni.

Protonlari bir xil, ammo neytronlari har xil bo'lgan elementlarning yadrolari izotoplar deyiladi (masalan, uran).

U-235 va U-238 ikkita izotopiga ega); N=const da yadrolar, z=var - izobarlar.

Vodorod yadrolari, protonlar, shuningdek, neytronlar, elektronlar (beta zarralari) va bitta geliy yadrolari (alfa zarralari deb ataladi) yadro tuzilmalaridan tashqarida avtonom ravishda mavjud bo'lishi mumkin. Kosmosda harakatlanadigan va yadrolarning ko'ndalang o'lchamlari tartibidagi masofalarda yadrolarga yaqinlashadigan bunday yadrolar yoki boshqa elementar zarralar, ular aytganidek, yadrolar bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin. Bunda zarrachalar yadrolar tomonidan tutilishi mumkin yoki to'qnashuvdan so'ng ular harakat yo'nalishini o'zgartirib, kinetik energiyaning bir qismini yadroga berishi mumkin. Bunday o'zaro ta'sirlar yadro reaktsiyalari deb ataladi. Yadroga kirmagan reaksiya elastik sochilish deyiladi.

Zarracha tutilgandan so'ng, birikma yadrosi qo'zg'aluvchan holatda bo'ladi. Yadro bir necha usulda qo'zg'alishdan "ozod qilishi" mumkin - boshqa zarracha va gamma nurlarini chiqarish yoki ikkita teng bo'lmagan qismga bo'linish. Yakuniy natijalarga ko'ra, reaktsiyalar ajralib turadi - tutilish, noelastik tarqalish, bo'linish, proton yoki alfa zarrachalarining chiqishi bilan yadroviy transformatsiya.

Yadroviy transformatsiyalar paytida ajralib chiqadigan qo'shimcha energiya ko'pincha gamma-nurlari oqimi shaklida bo'ladi.

Reaksiya ehtimoli ma'lum turdagi reaktsiyaning "ko'ndalang kesimi" ning o'lchami bilan tavsiflanadi.

Og'ir yadrolarning bo'linishi tutilish vaqtida sodir bo'ladi

neytronlar. Shu bilan birga, yangi zarralar chiqariladi

va uzatilgan yadroviy bog'lanish energiyasi

parchalanish qismlari. Bu fundamental hodisa

30-yillarning oxirida nemis olimlari tomonidan kashf etilgan

asos solgan mashhur Han va Strassman tomonidan

atom energiyasidan amaliy foydalanish uchun.

Og'ir elementlarning yadrolari - uran, plutoniy va boshqalar termal neytronlarni intensiv ravishda o'zlashtiradi. Neytronni ushlash harakatidan so'ng, ehtimollik ~ 0,8 bo'lgan og'ir yadro parchalar yoki bo'linish mahsulotlari deb ataladigan teng bo'lmagan massaning ikki qismiga bo'linadi. Bunda tez neytronlar chiqariladi (har bir boʻlinish hodisasi uchun oʻrtacha 2,5 neytron), manfiy zaryadlangan beta zarralar va neytral gamma kvantlar, yadrodagi zarrachalarning bogʻlanish energiyasi esa boʻlinish boʻlaklari, neytronlar va atomlarning kinetik energiyasiga aylanadi. boshqa zarralar. Keyinchalik bu energiya moddani tashkil etuvchi atomlar va molekulalarning termal qo'zg'alishiga sarflanadi, ya'ni. atrofdagi materiyani isitish uchun.

Yadro bo'linishidan so'ng, parchalanish paytida hosil bo'lgan yadrolarning bo'laklari beqaror bo'lib, bir qator ketma-ket radioaktiv o'zgarishlarga uchraydi va biroz kechikish bilan "kechiktirilgan" neytronlarni, ko'p miqdordagi alfa, beta va gamma zarralarini chiqaradi. Boshqa tomondan, ba'zi fragmentlar neytronlarni intensiv ravishda yutish qobiliyatiga ega.

Yadro reaktori - bu atom energiyasining chiqishi bilan og'ir yadrolarning bo'linishining o'z-o'zini ta'minlaydigan zanjirli reaktsiyasi amalga oshiriladigan texnik qurilma. Yadro reaktori yadro va himoya korpusida joylashgan reflektordan iborat.Yadro tarkibida yonilg'i tarkibidagi himoya qoplamasi va moderator ko'rinishidagi yadro yoqilg'isi mavjud. Yoqilg'i xujayralari odatda ingichka tayoqchalar shaklida bo'ladi. Ular shamlardan yig'iladi va qopqoqlarga o'raladi. Bunday prefabrik kompozitsiyalar yig'ilishlar yoki kassetalar deb ataladi.

Sovutish suyuqligi yonilg'i elementlari bo'ylab harakatlanadi, bu yadroviy o'zgarishlarning issiqligini o'zlashtiradi. Yadroda isitiladigan sovutish suvi nasoslarning ishlashi yoki Arximed kuchlarining ta'siri ostida aylanish davri bo'ylab harakatlanadi va issiqlik almashtirgich yoki bug 'generatoridan o'tib, issiqlikni tashqi kontaktlarning zanglashiga olib keladi.

Issiqlikning uzatilishi va uning tashuvchilari harakati oddiy diagramma shaklida ifodalanishi mumkin:

1.Reaktor

2. Issiqlik almashtirgich, bug 'generatori

3. Bug 'turbinasi zavodi

4. Generator

5. Kondensator

Sanoat jamiyatining rivojlanishi ishlab chiqarish va iste'molning doimiy o'sib borayotgan darajasiga asoslanadi

har xil turdagi energiya.

Ma'lumki, issiqlik va elektr energiyasini ishlab chiqarish qazib olinadigan yoqilg'ilarni yoqish jarayoniga asoslangan.

energiya resurslari -

• moy

yadro energetikasida esa neytronlarning yutilishi jarayonida uran va plutoniy atomlari yadrolarining boʻlinishi.

Insoniyat uchun zarur bo'lgan energiya miqdorini ishlab chiqarish uchun qazilma energiya manbalari, metallar, suv, havo iste'moli ishlab chiqarish va iste'mol qilish ko'lami juda katta va, afsuski, resurs zaxiralari cheklangan. Organik tabiiy energiya resurslarining tez kamayib ketishi muammosi ayniqsa dolzarbdir.

1 kg tabiiy uran 20 tonna ko'mir o'rnini bosadi.

Jahon energiya zahiralari 355 Q deb baholanadi, bu erda Q Q = 2,52 * 1017 kkal = 36 * 109 tonna standart yoqilg'i / tce / ga teng bo'lgan issiqlik energiyasining birligi, ya'ni. kaloriyali qiymati 7000 kkal / kg bo'lgan yoqilg'i, shuning uchun energiya zaxiralari 12,8 * 1012 t.e.

Ushbu miqdorning taxminan 1/3 qismi, ya'ni. ~ 4,3*1012 t.e.f. yonilg'i qazib olishning o'rtacha narxida zamonaviy texnologiya yordamida qazib olinishi mumkin. Boshqa tomondan, zamonaviy energiya ehtiyojlari yiliga 1,1 * 1010 t.e.ni tashkil etadi va yiliga 3-4% gacha o'sib bormoqda, ya'ni. har 20 yilda ikki barobar.

Organik qazilma resurslar, hatto energiya iste'moli o'sishining mumkin bo'lgan sekinlashishini hisobga olsak ham, kelgusi asrda asosan sarflanishini taxmin qilish oson.

Aytgancha, oltingugurt miqdori taxminan 2,5% bo'lgan qazilma ko'mir va neft yoqilganda, har yili 400 million tonnagacha hosil bo'lishini ta'kidlaymiz. oltingugurt dioksidi va azot oksidi, ya'ni. taxminan 70 kg. yiliga yer aholisiga to'g'ri keladigan zararli moddalar.

Atom yadrosi energiyasidan foydalanish va yadro energetikasini rivojlantirish bu muammoning jiddiyligini engillashtiradi.

Haqiqatan ham, bizning asrimizni atomga aylantirgan neytron tutilishi natijasida og'ir yadrolarning bo'linishi kashfiyoti energiya qazib olinadigan yoqilg'i zahiralariga muhim yadro yoqilg'isi xazinasi qo'shdi. Yer qobig'idagi uran zaxiralari 1014 tonnani tashkil qiladi. Biroq, bu boylikning asosiy qismi tarqoq holatda - granit va bazaltlarda. Dunyo okeani suvlarida uran miqdori 4*109 tonnaga etadi. Biroq, qazib olish arzon bo'lishi mumkin bo'lgan nisbatan kam miqdordagi boy uran konlari ma'lum. Shu bois, zamonaviy texnologiya va qulay narxlarda qazib olinadigan uran resurslarining massasi 108 tonnaga baholanmoqda. Uranga bo'lgan yillik talab zamonaviy hisob-kitoblarga ko'ra 104 tonna tabiiy uranni tashkil qiladi. Shunday qilib, bu zaxiralar, akademik A.P. Aleksandrov aytganidek, "deyarli cheksiz vaqtga yonilg'i tanqisligidan Damokl qilichini olib tashlashga" imkon beradi.

Zamonaviy sanoat jamiyatining yana bir muhim muammosi tabiatni, toza suvni va havoni saqlashni ta'minlashdir.

Olimlar qazib olinadigan yoqilg'ilarning yonishi natijasida karbonat angidrid chiqindilari va sayyoramizdagi iqlimning shunga mos ravishda global isishi natijasida yuzaga keladigan "issiqxona effekti" haqida yaxshi ma'lum. Va havoning ifloslanishi, kislotali yomg'ir va daryolardan zaharlanish muammolari ko'plab hududlarda juda muhim nuqtaga yaqinlashdi.

Yadro energetikasi kislorodni iste'mol qilmaydi va normal ish paytida ahamiyatsiz emissiyaga ega. Agar yadroviy energiya an'anaviy energiya o'rnini bossa, global isishning jiddiy ekologik oqibatlari bo'lgan "issiqxona" ehtimoli yo'qoladi.

Atom energetikasi dunyoning deyarli barcha hududlarida o'zining iqtisodiy samaradorligini isbotlagani nihoyatda muhim holatdir. Bundan tashqari, atom elektr stantsiyalarida katta hajmdagi energiya ishlab chiqarishda ham, atom energiyasi alohida transport muammolarini keltirib chiqarmaydi, chunki u ahamiyatsiz transport xarajatlarini talab qiladi, bu jamiyatlarni doimiy ravishda katta miqdordagi qazib olinadigan yoqilg'ini tashish yukidan ozod qiladi.

Yadro reaktorlari bir necha guruhlarga bo'linadi:

neytron spektrining o'rtacha energiyasiga qarab - tez, oraliq va issiqlikka;

yadroning dizayn xususiyatlariga ko'ra - idishga va kanalga;

sovutish suvi turi bo'yicha - suv, og'ir suv, natriy;

moderator turi bo'yicha - suv, grafit, og'ir suv va boshqalar.

Energiya maqsadlarida elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun quyidagilar qo'llaniladi:

bosim ostida qaynamaydigan yoki qaynayotgan suvli suv-suv reaktorlari;

qaynoq suv bilan yoki karbonat angidrid bilan sovutilgan uran-grafit reaktorlari,

og'ir suv kanali reaktorlari va boshqalar.

Kelajakda suyuq metallar (natriy va boshqalar) bilan sovutilgan tez neytron reaktorlari keng qo'llaniladi; unda biz yonilg'i ishlab chiqarish rejimini tubdan amalga oshiramiz, ya'ni. U-235 iste'mol qilinadigan plutoniy izotoplari sonidan oshib ketadigan Pu-239 plutoniyning parchalanuvchi izotoplarini yaratish. Yoqilg'ining ko'payishini tavsiflovchi parametr plutoniy koeffitsienti deb ataladi. Bu neytronni tutib olgan va U-235 ga bo'linish yoki nurlanish o'zgarishiga uchragan U-235 ning bitta atomiga U-238da neytronni tutib olish reaktsiyalarida qancha Pu-239 atomlari hosil bo'lishini ko'rsatadi.

Bosimli suv reaktorlari jahon energetika reaktorlari parkida muhim o'rinni egallaydi. Ular dengiz flotida ham yer usti kemalari, ham suv osti kemalari uchun quvvat manbalari sifatida keng qo'llaniladi. Bunday reaktorlar nisbatan ixcham, sodda va ishonchli ishlaydi. Bunday reaktorlarda sovutish suvi va neytron moderatori bo'lib xizmat qiladigan suv nisbatan arzon, agressiv emas va yaxshi neytronik xususiyatlarga ega.

Bosimli suv reaktorlari suv-suv yoki engil suv reaktorlari deb ham ataladi. Ular olinadigan qopqoqli silindrsimon yuqori bosimli idish shaklida ishlab chiqariladi. Ushbu idishda (reaktor tanasi) yonilg'i agregatlari (yoqilg'i kassetalari) va boshqaruv va himoya tizimining harakatlanuvchi elementlaridan tashkil topgan yadro joylashgan. Suv korpusga quvurlar orqali kiradi, yadro ostidagi bo'shliqqa beriladi, yonilg'i elementlari bo'ylab vertikal ravishda yuqoriga qarab harakatlanadi va chiqish quvurlari orqali aylanish pallasiga chiqariladi. Yadro reaktsiyalarining issiqligi bug 'generatorlarida past bosimli ikkilamchi suvga o'tkaziladi. Suvning sxema bo'ylab harakatlanishi aylanma nasoslarning ishlashi yoki issiqlik ta'minoti stantsiyalari uchun reaktorlarda bo'lgani kabi, tabiiy aylanishning harakatlantiruvchi bosimi tufayli ta'minlanadi.

Ertaga yadroviy sintez.

"Ertaga uchun", birinchi navbatda, o'z-o'zini ta'minlaydigan sintezga erishish mumkin bo'lgan tokamaklarning keyingi avlodini yaratish rejalashtirilgan. Shu maqsadda I.V.Kurchatov nomidagi Atom energiyasi instituti va D.V.Efremov nomidagi Elektrofizika asbob-uskunalari ilmiy-tadqiqot institutida Eksperimental termoyadroviy reaktor (OTR) ishlab chiqilmoqda.

OTRda maqsad reaksiyani shunday darajada ushlab turishdan iboratki, chiqayotgan foydali energiyaning sarflangan energiyaga nisbati (Q bilan belgilanadi) bittadan katta yoki hech bo'lmaganda teng bo'lsin: Q = 1. Bu holat Q=5 bo'lgan tijorat reaktorini yaratish yo'lida tizimning barcha elementlarini sinovdan o'tkazishning jiddiy bosqichidir. Mavjud hisob-kitoblarga ko'ra, faqat Q ning ushbu qiymatida termoyadroviy energiya manbasining o'zini o'zi ta'minlashga erishiladi, bunda barcha xizmat ko'rsatish jarayonlari, shu jumladan ijtimoiy va maishiy xarajatlar qoplanadi. Ayni paytda Amerika TFTR Q=0,2-0,4 qiymatiga erishdi.

Boshqa muammolar ham bor. Misol uchun, birinchi devor - ya'ni toroidal vakuum kamerasining qobig'i - butun tuzilishning eng qizg'in, tom ma'noda uzoq davom etadigan qismi. OTRda uning hajmi taxminan 300 m 3, sirt maydoni esa taxminan 400 m 2 ni tashkil qiladi. Devor atmosfera bosimiga va magnit maydondan kelib chiqadigan mexanik kuchlarga bardosh bera oladigan darajada mustahkam bo'lishi va issiqlik oqimlarini plazmadan toroidning tashqi tomonida aylanib yuradigan suvga sezilarli harorat farqisiz o'tkazish uchun etarlicha nozik bo'lishi kerak. Uning optimal qalinligi 2 mm. Tanlangan materiallar ostenitik po'latlar yoki nikel va titanium qotishmalari.

Euratom ko'p jihatdan OTR ga o'xshash NET (Next Europeus Tor) ni o'rnatishni rejalashtirmoqda; bu JET va T-15 dan keyin tokamaklarning keyingi avlodi.

NET 1994-1999 yillarda qurilishi kerak edi. Tadqiqotning birinchi bosqichi 3-4 yil davomida amalga oshirilishi rejalashtirilgan.

Ular, shuningdek, NETdan keyingi avlod haqida gapirishmoqda - bu an'anaviy ravishda DEMO deb ataladigan "haqiqiy" termoyadroviy reaktor. Biroq, hatto NET bilan ham hamma narsa aniq emas, chunki bir nechta xalqaro inshootlarni qurish rejalashtirilgan.

Shamol energiyasi

Shamol energiyasi - shamol energiyasidan foydalanishga ixtisoslashgan energiya tarmog'i - atmosferadagi havo massalarining kinetik energiyasi. Shamol energiyasi quyosh faolligining natijasi bo'lganligi sababli, u qayta tiklanadigan energiya turi sifatida tasniflanadi. shamol energetikasini hali an'anaviy atom, gidro va issiqlik elektr stansiyalariga munosib raqobatchi deb bo'lmaydi. O'rtacha atom elektr stantsiyasi taxminan 1,3 ming MVt elektr energiyasini ishlab chiqaradi - bu dunyodagi eng yirik to'rtta shamol elektr stantsiyasidan ko'proq.

Amerika shamol energetikasi assotsiatsiyasi ma'lumotlariga ko'ra, shamol elektr stansiyasini qurish qiymati bir MVt uchun 1 million dollargacha kamaydi, bu taxminan atom elektr stansiyasini qurish narxiga teng. Investitsion samaradorlik nuqtai nazaridan shamol elektr stansiyalari faqat gaz elektr stansiyalaridan ustundir (1 MVt uchun 600 ming dollar). Biroq, gazdan farqli o'laroq, shamol energiyasi bepul. Shamol generatorlari fotoalbom yoqilg'ilarni iste'mol qilmaydi. 1 MVt quvvatga ega shamol generatorining 20 yil davomida ishlashi taxminan 29 ming tonna ko'mir yoki 92 ming barrel neftni tejash imkonini beradi. 1 MVt quvvatga ega shamol generatori atmosferaga yillik chiqindilarni 1800 tonna CO2, 9 tonna SO2 va 4 tonna azot oksidiga kamaytiradi.

Uning yadro energetikasidan katta ustunligi shundaki, sarflangan yoqilg'ini saqlash va qayta ishlash muammosi yo'q. Yigirma yil davomida shamol energiyasining narxi bir kilovatt uchun 40 dan 5 tsentgacha pasayganiga va neft, gaz, ko'mir yoqish va atom energiyasidan foydalanish natijasida ishlab chiqarilgan elektr energiyasi narxiga juda yaqin bo'lganiga qaramay (AQShda, uning narxi kilovatt uchun 2 ... 3 sent), bu bo'shliqni bartaraf etish qiyin bo'ladi.

1978 yildan beri Qo'shma Shtatlar ushbu sohadagi tadqiqotlar uchun 11 milliard dollardan ortiq davlat mablag'larini sarfladi, ammo bunday sarmoyalarning natijalari hozirgacha yomon edi. Hozirgi vaqtda toza energiya AQShning barcha elektr stansiyalarida ishlab chiqariladigan elektr energiyasining 8% dan ko'pini tashkil etmaydi. AQSh Energetika vazirligi ma'lumotlariga ko'ra, uning ulushi 2025 yilga borib atigi 0,5 foizga oshadi. Bundan GESlar tomonidan ishlab chiqarilgan energiyani ayirib tashlasak, bu ko'rsatkichlar yanada tezlashadi - 2001 yilda 2,1 foiz va 2025 yilda 3,3 foiz.

Yadro energetikasi - atom energiyasini ishlab chiqarish va undan foydalanish bilan shug'ullanadigan energiya tarmog'i (ilgari "Yadro energiyasi" atamasi ishlatilgan).

Odatda, yadro energiyasini olish uchun uran-235 yoki plutoniy yadrolarining bo'linishining yadroviy zanjirli reaktsiyasi qo'llaniladi. Neytron urilganda yadrolar bo'linib, yangi neytronlar va parchalanish bo'laklarini hosil qiladi. Parchalanish neytronlari va parchalanish fragmentlari yuqori kinetik energiyaga ega. Bo'laklarning boshqa atomlar bilan to'qnashuvi natijasida bu kinetik energiya tezda issiqlikka aylanadi.

Energetikaning har qanday sohasida asosiy manba yadro energetikasi (masalan, gidroelektr va fotoalbom yonilg'i elektr stansiyalarida quyosh yadro reaksiyalari energiyasi, geotermal elektr stansiyalardagi radioaktiv parchalanish energiyasi) bo'lsa-da, atom energiyasi faqat boshqariladigan energiyadan foydalanishni nazarda tutadi. yadroviy reaktorlardagi reaktsiyalar.

Atom energiyasi atom elektr stantsiyalarida ishlab chiqariladi, yadro muzqaymoqlarida, atom suv osti kemalarida ishlatiladi; Qo'shma Shtatlar kosmik kemalar uchun yadro dvigatelini yaratish dasturini amalga oshirmoqda, bundan tashqari, samolyotlar uchun yadro dvigatelini yaratishga urinishlar qilingan.

Yadro energetikasi qizg'in munozaralar mavzusi bo'lib qolmoqda. Atom energiyasi tarafdorlari va muxoliflari uning xavfsizligi, ishonchliligi va iqtisodiy samaradorligini baholashda keskin farq qiladi. Yadro yoqilg'isining elektr energiyasi ishlab chiqarishdan oqib chiqishi va undan yadroviy qurol ishlab chiqarish uchun ishlatilishi haqida keng tarqalgan fikr mavjud.

Eynshteyn o'zining tenglamasida energiya va massa o'rtasidagi bog'liqlikni o'rnatdi:

bu erda c = 300 000 000 m / s - yorug'lik tezligi;

Shunday qilib, 70 kg og'irlikdagi odamning tanasi energiyani o'z ichiga oladi

RBMK-1000 reaktor zavodi bu miqdorda energiya ishlab chiqaradi ikki ming ajratilgan yadro massasi. Albatta, massani energiyaga to'liq aylantirish hali juda uzoq, ammo oddiy tarozilar tomonidan aniqlanmaydigan reaktordagi yoqilg'i massasining bunday o'zgarishi juda katta energiya olish imkonini beradi. RBMK-1000 reaktorida bir yil uzluksiz ishlaganda yoqilg'i massasining o'zgarishi taxminan 0,3 g ni tashkil qiladi, lekin ajralib chiqadigan energiya 3 000 000 (uch million) tonna ko'mir yoqilganda bilan bir xil bo'ladi.% yil ishlagan. Asosiy muammo - massani foydali energiyaga aylantirishni o'rganishdir. Insoniyat yadroviy parchalanish energiyasidan harbiy va tinch maqsadlarda foydalanishni o'zlashtirib, bu muammoni hal qilish uchun birinchi qadamni qo'ydi. Birinchi taxminga ko'ra, yadro reaktorida sodir bo'ladigan jarayonlarni yadrolarning uzluksiz bo'linishi deb ta'riflash mumkin. Bunday holda, butun yadroning bo'linishdan oldingi massasi hosil bo'lgan bo'laklarning massasidan kattaroqdir. Farqi taxminan 0,1 ni tashkil qiladi

Quvvat.

Amalda, energiya manbai haqida gapirganda, biz odatda uning kuchiga qiziqamiz. Qurilayotgan uyning beshinchi qavatiga mingta g‘ishtni kran bilan yoki zambil bilan ikki ishchi yordamida ko‘tarish mumkin. Ikkala holatda ham bajarilgan ish va sarflangan energiya bir xil, faqat energiya manbalarining kuchi farqlanadi. Ta'rif:Quvvat energiya manbai (mashina), bu vaqt birligi uchun olingan (bajarilgan ish) energiya miqdori.

quvvat = energiya (ish) / vaqt

o'lcham [J/sek = Vt]

Energiyani tejash qonuni

Yuqorida aytib o'tilganidek, bizni o'rab turgan dunyoda energiyaning bir turdan ikkinchisiga uzluksiz o'zgarishi mavjud. To'pni uloqtirib, biz mexanik energiyaning bir turdan ikkinchisiga o'tish zanjiriga sabab bo'ldik. Saqlayotgan to'p energiyaning saqlanish qonunini aniq ko'rsatadi:

Energiya hech qayerga g'oyib bo'lmaydi yoki yo'q joydan paydo bo'lmaydi, u faqat bir turdan ikkinchisiga o'tishi mumkin.

To'p, bir necha marta sakrashdan so'ng, oxir-oqibat sirtda harakatsiz qoladi. Dastlab unga o'tkazilgan mexanik energiya quyidagilarga sarflanganligi sababli:

a) to'p harakatlanadigan havo qarshiligini engib o'tish (havoning issiqlik energiyasiga aylanadi)

b) to'pni va zarba yuzasini isitish. (shaklning o'zgarishi har doim isitish bilan birga keladi, alyuminiy sim qayta-qayta egilganida qanday qizib ketishini unutmang)

Energiya konvertatsiyasi

Energiyani o'zgartirish va ishlatish qobiliyati insoniyatning texnik rivojlanishining ko'rsatkichidir. Inson tomonidan qo'llaniladigan birinchi energiya konvertorini yelkan deb hisoblash mumkin - suv orqali harakat qilish uchun shamol energiyasidan foydalanish, yanada rivojlangan shamol va suv tegirmonlarida shamol va suvdan foydalanish. Bug 'dvigatelining ixtirosi va amalga oshirilishi texnologiyada haqiqiy inqilobni amalga oshirdi. Zavod va fabrikalardagi bug 'dvigatellari mehnat unumdorligini keskin oshirdi. Lokomotivlar va motorli kemalar quruqlik va dengiz orqali tashishni tezroq va arzonlashtirdi. Dastlabki bosqichda bug 'dvigatellari issiqlik energiyasini aylanadigan g'ildirakning mexanik energiyasiga aylantirish uchun xizmat qildi, undan turli xil uzatmalar (vallar, kasnaklar, kamarlar, zanjirlar) yordamida energiya mashina va mexanizmlarga o'tkazildi.

Elektr mashinalari, elektr energiyasini mexanik energiyaga aylantiruvchi dvigatellar va mexanik energiyadan elektr energiyasi ishlab chiqaruvchi generatorlarning keng joriy etilishi texnologiya rivojlanishida yangi sakrashni ko'rsatdi. Energiyani uzoq masofalarga elektr energiyasi shaklida uzatish imkoniyati paydo bo'ldi va butun bir sanoat, energetika sohasi tug'ildi.

Hozirgi vaqtda elektr energiyasini inson hayoti uchun zarur bo'lgan har qanday energiya turiga aylantirish uchun mo'ljallangan ko'plab qurilmalar yaratilgan: elektr motorlari, elektr isitgichlar, yoritish lampalari va elektr energiyasidan bevosita foydalanadiganlar: televizorlar, qabul qiluvchilar va boshqalar.

AES (bir halqali reaktor bilan)

Atom energetikasining rivojlanish tarixi

SSSRda 1954-yil 27-iyunda Obninskda quvvati 5 MVt boʻlgan dunyodagi birinchi uchuvchi atom elektr stansiyasi ishga tushirilgan. Bungacha atom yadrosining energiyasi birinchi navbatda harbiy maqsadlarda ishlatilgan. Birinchi atom elektr stantsiyasining ishga tushirilishi energetikaning yangi yo'nalishining ochilishini belgilab berdi, bu atom energiyasidan tinch maqsadlarda foydalanish bo'yicha 1-xalqaro ilmiy-texnikaviy konferentsiyada (1955 yil avgust, Jeneva) e'tirof etilgan.

1958 yilda Sibir atom elektr stansiyasining 100 MVt quvvatga ega 1-navbati ishga tushirildi (umumiy loyiha quvvati 600 MVt). Xuddi shu yili Beloyarsk sanoat atom elektr stantsiyasining qurilishi boshlandi va 1964 yil 26 aprelda 1-bosqichning generatori (100 MVt) Sverdlovsk energetika tizimiga, 200 quvvatga ega 2-agregatga tok berdi. MVt 1967 yil oktyabr oyida ishga tushirildi. Beloyarsk AESning o'ziga xos xususiyati bug'ning to'g'ridan-to'g'ri yadroviy reaktorda (kerakli parametrlar olinmaguncha) haddan tashqari qizib ketishi bo'lib, unda deyarli hech qanday o'zgartirishlarsiz an'anaviy zamonaviy turbinalardan foydalanish imkonini berdi.

1964 yil sentyabr oyida Novovoronej AESning 210 MVt quvvatga ega 1-agregati ishga tushirildi. Ushbu AESda 1 kVt soat elektr energiyasining narxi (har qanday elektr stantsiyasining ishlashining eng muhim iqtisodiy ko'rsatkichi) muntazam ravishda pasayib ketdi: u 1,24 tiyinni tashkil etdi. 1965 yilda 1,22 tiyin. 1966 yilda 1,18 tiyin. 1967 yilda 0,94 tiyin. 1968 yilda Novovoronej AESning birinchi bloki nafaqat sanoat maqsadlarida, balki atom energetikasining imkoniyatlari va afzalliklarini, atom elektr stantsiyalarining ishonchliligi va xavfsizligini ko'rsatish uchun ko'rgazmali ob'ekt sifatida qurilgan. 1965 yil noyabr oyida Ulyanovsk viloyatining Melekess shahrida quvvati 50 MVt bo'lgan "qaynoq" tipidagi suv-suv reaktori bo'lgan atom elektr stantsiyasi ishga tushdi; reaktor bir konturli konstruktsiyaga muvofiq yig'ildi. , stantsiyaning tartibini osonlashtirish. 1969 yil dekabr oyida Novovoronej AESning ikkinchi bloki (350 MVt) ishga tushirildi.

Chet elda 1956-yilda Kalder Xollda (Angliya) quvvati 46 MVt boʻlgan birinchi sanoat atom elektr stansiyasi ishga tushirildi.Bir yildan soʻng Shipportportda (AQSh) quvvati 60 MVt boʻlgan atom elektr stansiyasi ishga tushdi.

Suv bilan sovutilgan yadro reaktoriga ega bo'lgan atom elektr stantsiyasining sxematik diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. 2. Reaktor yadrosida 1 ajralib chiqadigan issiqlik 1-konturning suvi (sovutish suvi) tomonidan olib tashlanadi, u reaktor orqali sirkulyatsiya pompasi 2 orqali pompalanadi. Reaktordan qizdirilgan suv issiqlik almashtirgichga (bug 'generatoriga) kiradi 3. , bu erda reaktorda hosil bo'lgan issiqlikni suvning 2-chi davriga o'tkazadi. 2-konturning suvi bug 'generatorida bug'lanadi va hosil bo'lgan bug 4-turbinaga kiradi.

Ko'pincha atom elektr stantsiyalarida 4 turdagi issiqlik neytron reaktorlari qo'llaniladi: 1) moderator va sovutish suvi sifatida oddiy suvli suv-suv reaktorlari; 2) suv sovutgichi va grafit moderatorli grafit-suv; 3) suv sovutgichli og'ir suv va moderator sifatida og'ir suv; 4) gazli sovutgich va grafit moderatorli grafit-gaz.

Asosan ishlatiladigan reaktor turini tanlash, asosan, reaktor qurishda to'plangan tajriba, shuningdek, zarur sanoat uskunalari, xom ashyo zahiralari va boshqalar mavjudligi bilan belgilanadi.SSSRda, asosan, grafit-suv va suv bilan sovutilgan reaktorlar. qurilgan. AQSh atom elektr stantsiyalarida bosimli suv reaktorlari eng ko'p qo'llaniladi. Angliyada grafit gazli reaktorlardan foydalaniladi. Kanadaning atom energetika sanoatida og'ir suv reaktorlari bo'lgan atom elektr stansiyalari ustunlik qiladi.

Sovutish suyuqligining turi va agregat holatiga qarab, atom elektr stantsiyasining u yoki bu termodinamik sikli yaratiladi. Termodinamik tsiklning yuqori harorat chegarasini tanlash yadro yoqilg'isini o'z ichiga olgan yonilg'i elementlari (yoqilg'i elementlari) qoplamalarining ruxsat etilgan maksimal harorati, yadro yoqilg'isining ruxsat etilgan harorati, shuningdek qabul qilingan sovutish suvi xususiyatlari bilan belgilanadi. ma'lum turdagi reaktor uchun. Issiqlik reaktori suv bilan sovutiladigan atom elektr stantsiyalarida odatda past haroratli bug 'sikllaridan foydalaniladi. Gaz bilan sovutilgan reaktorlar boshlang'ich bosim va haroratning oshishi bilan nisbatan tejamkor bug 'devrlaridan foydalanishga imkon beradi. Ushbu ikki holatda atom elektr stantsiyasining issiqlik sxemasi 2-devrli: sovutish suvi 1-konturda, bug '-suv davri esa 2-konturda aylanadi. Qaynayotgan suv yoki yuqori haroratli gazli sovutish suvi bo'lgan reaktorlar bilan bitta konturli issiqlik atom elektr stantsiyasini qurish mumkin. Qaynayotgan suv reaktorlarida suv yadroda qaynaydi, hosil bo'lgan bug'-suv aralashmasi ajratiladi va to'yingan bug' to'g'ridan-to'g'ri turbinaga yuboriladi yoki qizib ketish uchun birinchi navbatda yadroga qaytariladi (3-rasm). Yuqori haroratli grafit-gaz reaktorlarida an'anaviy gaz turbinasi aylanishidan foydalanish mumkin. Bu holda reaktor yonish kamerasi vazifasini bajaradi.

Reaktorning ishlashi jarayonida yadro yoqilg'isida bo'linadigan izotoplarning kontsentratsiyasi asta-sekin kamayadi, ya'ni yonilg'i tayoqchalari yonib ketadi. Shuning uchun, vaqt o'tishi bilan ular yangilari bilan almashtiriladi. Yadro yoqilg'isi masofadan boshqariladigan mexanizmlar va qurilmalar yordamida qayta yuklanadi. Ishlatilgan yoqilg'i tayoqlari ishlatilgan yoqilg'i hovuziga o'tkaziladi va keyin qayta ishlashga yuboriladi.

Reaktor va unga xizmat ko'rsatish tizimlari quyidagilarni o'z ichiga oladi: biologik himoyaga ega reaktorning o'zi, issiqlik almashtirgichlar, nasoslar yoki sovutish suvini aylantiruvchi gazni puflash moslamalari; aylanish sxemasining quvurlari va armaturalari; yadro yoqilg'isini qayta yuklash uchun qurilmalar; maxsus tizimlar shamollatish, favqulodda sovutish va boshqalar.

Dizaynga qarab, reaktorlar o'ziga xos xususiyatlarga ega: idish reaktorlarida yonilg'i tayoqchalari va moderator korpus ichida joylashgan bo'lib, sovutish suvi to'liq bosimini ko'taradi; kanal reaktorlarida sovutish suvi bilan sovutilgan yonilg'i tayoqlari yupqa devorli korpusga o'ralgan moderatorga kiradigan maxsus quvur kanallariga o'rnatiladi. Bunday reaktorlar SSSRda qo'llaniladi (Sibir, Beloyarsk atom elektr stansiyalari va boshqalar).

Atom elektr stantsiyasi xodimlarini radiatsiya ta'siridan himoya qilish uchun reaktor biologik himoya bilan o'ralgan, uning asosiy materiallari beton, suv va serpantin qumidir. Reaktor sxemasi uskunasi to'liq muhrlangan bo'lishi kerak. Mumkin bo'lgan sovutish suvi oqishi joylarini kuzatib borish uchun tizim taqdim etilgan; kontaktlarning zanglashiga olib kelishi va uzilishlar sodir bo'lishi radioaktiv chiqindilarga olib kelmasligi va atom elektr stansiyasi binolari va uning atrofidagi hududning ifloslanishiga olib kelmasligini ta'minlash uchun choralar ko'rilmoqda. Reaktor sxemasi uskunalari, odatda, yopiq qutilarga o'rnatiladi, ular AES binolarining qolgan qismidan biologik himoya bilan ajratiladi va reaktorning ishlashi paytida saqlanmaydi. Atom elektr stantsiyasining qarovsiz xonalaridan radioaktiv havo va oz miqdordagi sovutish suvi bug'lari, kontaktlarning zanglashiga olib kelishi sababli, maxsus shamollatish tizimi orqali chiqariladi, bunda tozalash filtrlari va gaz sig'imlari mavjud. havoning ifloslanishi. AES xodimlari tomonidan radiatsiyaviy xavfsizlik qoidalariga rioya etilishi dozimetriya nazorati xizmati tomonidan nazorat qilinadi.

Reaktorni sovutish tizimida avariyalar sodir bo'lgan taqdirda, haddan tashqari qizib ketishning oldini olish va yonilg'i novdasi qobiqlari muhrlarining ishdan chiqishini oldini olish uchun yadro reaktsiyasini tez (bir necha soniya ichida) bostirish ta'minlanadi; Favqulodda sovutish tizimi avtonom quvvat manbalariga ega.

Biologik himoya, maxsus ventilyatsiya va favqulodda sovutish tizimlari va radiatsiya monitoringi xizmati mavjudligi AESda ishlaydigan xodimlarni radioaktiv nurlanishning zararli ta'siridan to'liq himoya qilish imkonini beradi.

Atom elektr stantsiyasining turbinali xonasining jihozlari issiqlik elektr stantsiyasining turbinali xonasining jihozlariga o'xshaydi. Ko'pgina atom elektr stantsiyalarining o'ziga xos xususiyati nisbatan past parametrli, to'yingan yoki biroz qizib ketgan bug'dan foydalanishdir.

Bunday holda, bug 'tarkibidagi namlik zarralari tomonidan turbinaning so'nggi bosqichlari pichoqlarini eroziya bilan shikastlanishining oldini olish uchun turbinaga ajratuvchi moslamalar o'rnatiladi. Ba'zan masofaviy ajratgichlar va oraliq bug'li super qizdirgichlardan foydalanish kerak. Sovutish suvi va uning tarkibidagi aralashmalar reaktor yadrosidan o'tayotganda faollashtirilganligi sababli, turbina xonasi jihozlarining dizayn yechimi va bir devirli atom elektr stantsiyalarining turbinali kondensator sovutish tizimi sovutish suvi oqishi ehtimolini butunlay yo'q qilishi kerak. . Yuqori bug 'parametrlari bo'lgan ikki pallali atom elektr stantsiyalarida turbina xonasining jihozlariga bunday talablar qo'yilmaydi.

Atom elektr stantsiyasining jihozlarini joylashtirishga qo'yiladigan o'ziga xos talablar quyidagilardan iborat: radioaktiv muhit bilan bog'liq bo'lgan aloqalarning minimal mumkin bo'lgan uzunligi, reaktor poydevori va yuk ko'taruvchi tuzilmalarining mustahkamligini oshirish, binolarni ventilyatsiya qilishni ishonchli tashkil etish. Shaklda. Beloyarsk AES bosh binosining kanalli grafit-suv reaktori bo'lgan qismini ko'rsatadi. Reaktor zalida biologik himoyaga ega reaktor, zaxira yonilg'i tayoqchalari va boshqaruv uskunalari mavjud. Atom elektr stantsiyasi reaktor-turbin bloki printsipiga muvofiq tuzilgan. Turbina generatorlari va ularga xizmat ko'rsatish tizimlari turbina xonasida joylashgan. Dvigatel va reaktor xonalari o'rtasida yordamchi uskunalar va zavodni boshqarish tizimlari joylashgan.

Atom elektr stansiyasining samaradorligi uning asosiy texnik ko'rsatkichlari bilan belgilanadi: reaktorning quvvat birligi, samaradorlik, yadroning energiya intensivligi, yadro yoqilg'isining yonishi, AESning o'rnatilgan quvvatidan yiliga foydalanish darajasi. Atom elektr stansiyasining quvvati oshgani sayin unga oʻziga xos kapital qoʻyilmalar (oʻrnatilgan kVt narxi) issiqlik elektr stansiyalariga qaraganda keskin kamayadi. Bu katta blokli energiya bloklari bo'lgan yirik atom elektr stantsiyalarini qurish istagining asosiy sababidir. Atom elektr stansiyalari iqtisodiyoti uchun ishlab chiqarilgan elektr energiyasi tannarxidagi yoqilg'i komponentining ulushi 30-40% (issiqlik elektr stansiyalarida 60-70%) bo'lishi xosdir. Shuning uchun yirik atom elektr stansiyalari an’anaviy yoqilg‘i zaxiralari cheklangan sanoatlashgan hududlarda, kichik quvvatli atom elektr stansiyalari esa borish qiyin yoki chekka hududlarda, masalan, qishloqdagi atom elektr stansiyalarida keng tarqalgan. Odatda 12 MVt elektr quvvatiga ega Bilibino (Yakut Avtonom Sovet Sotsialistik Respublikasi). Ushbu atom elektr stansiyasi reaktorining issiqlik quvvatining bir qismi (29 MVt) issiqlik ta'minotiga sarflanadi. Elektr energiyasi ishlab chiqarishdan tashqari, atom elektr stantsiyalari dengiz suvini tuzsizlantirish uchun ham qo'llaniladi. Shunday qilib, 150 MVt elektr quvvatiga ega Shevchenko atom elektr stantsiyasi (Qozog'iston SSR) Kaspiy dengizidan kuniga 150 ming tonnagacha suvni tuzsizlantirish (distillash yo'li bilan) uchun mo'ljallangan.

Ko'pgina sanoati rivojlangan mamlakatlarda (SSSR, AQSH, Angliya, Fransiya, Kanada, Germaniya, Yaponiya, Sharqiy Germaniya va boshqalar) prognozlarga ko'ra, 1980 yilga kelib mavjud va qurilayotgan atom elektr stansiyalarining quvvati o'nlab gigavattgacha oshiriladi. 1967 yilda nashr etilgan BMT Xalqaro Atom Agentligi ma'lumotlariga ko'ra, 1980 yilga borib dunyodagi barcha atom elektr stansiyalarining o'rnatilgan quvvati 300 GVt ga etadi.

Sovet Ittifoqi termal neytron reaktorlari bilan yirik quvvat bloklarini (1000 MVtgacha) ishga tushirish bo'yicha keng qamrovli dasturni amalga oshirmoqda. 1948-49 yillarda sanoat atom elektr stantsiyalari uchun tez neytron reaktorlari ustida ish boshlandi. Bunday reaktorlarning fizik xususiyatlari yadro yoqilg'isini kengaytirilgan ko'paytirishni amalga oshirishga imkon beradi (naslchilik koeffitsienti 1,3 dan 1,7 gacha), bu nafaqat 235U, balki 238U va 232Th xom ashyolaridan ham foydalanishga imkon beradi. Bundan tashqari, tez neytron reaktorlari moderatorni o'z ichiga olmaydi, o'lchamlari nisbatan kichik va katta yukga ega. Bu SSSRda tez reaktorlarni jadal rivojlantirish istagini tushuntiradi. Tezkor reaktorlarni tadqiq qilish uchun ketma-ket BR-1, BR-2, BR-Z, BR-5 va BFS eksperimental va tajriba reaktorlari qurildi. Olingan tajriba namunaviy stansiyalardagi tadqiqotlardan Shevchenkoda (BN-350) va Beloyarsk AESda (BN-600) sanoat tez neytronli atom elektr stansiyalarini loyihalash va qurishga o‘tishga olib keldi. Kuchli atom elektr stantsiyalari uchun reaktorlar ustida tadqiqotlar olib borilmoqda, masalan, Melekessda BOR-60 uchuvchi reaktori qurilgan.

Bir qator rivojlanayotgan mamlakatlarda (Hindiston, Pokiston va boshqalar) ham yirik atom elektr stansiyalari qurilmoqda.

Atom energiyasidan tinch maqsadlarda foydalanishga bagʻishlangan 3-xalqaro ilmiy-texnikaviy konferensiyada (1964, Jeneva) atom energetikasini keng rivojlantirish koʻpchilik mamlakatlar uchun asosiy muammoga aylangani qayd etildi. 1968 yil avgust oyida Moskvada bo'lib o'tgan VII Jahon energetika konferentsiyasi (WIREC-VII) atom energetikasining keyingi bosqichda (shartli ravishda 1980-2000 yillar) rivojlanish yo'nalishini tanlash muammolarining dolzarbligini tasdiqladi. elektr energiyasining asosiy ishlab chiqaruvchilardan biri.

Yadro reaktsiyasining energiyasi atom yadrosida to'plangan. Atom koinotdagi barcha materiyani tashkil etuvchi mayda zarradir.

Yadro bo'linishidan olinadigan energiya miqdori juda katta va elektr energiyasini yaratish uchun ishlatilishi mumkin, lekin birinchi navbatda u atomdan ajralib chiqishi kerak.

Energiya olish

Yadro reaktsiyasi energiyasidan foydalanish elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun atom bo'linishini nazorat qila oladigan uskunalar orqali amalga oshiriladi.

Reaktorlar va energiya ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan yoqilg'i ko'pincha uran elementining granulalaridir. Yadro reaktorida uran atomlari parchalanishga majbur bo'ladi. Atomlar bo'linganda, parchalanish mahsulotlari deb ataladigan mayda zarrachalarni chiqaradi. Bo'linish mahsulotlari boshqa uran atomlariga ta'sir qilib, ajralib chiqadi - zanjir reaktsiyasi boshlanadi. Ushbu zanjir reaktsiyasidan ajralib chiqadigan yadro energiyasi issiqlik hosil qiladi. Yadro reaktorining issiqligi uni juda qizdiradi, shuning uchun u sovishi kerak. Texnologik jihatdan eng yaxshi sovutish suvi odatda suvdir, lekin ba'zi yadroviy reaktorlar suyuq metall yoki erigan tuzlardan foydalanadi. Yadrodan isitiladigan sovutish suvi bug' hosil qiladi. Bug 'bug' turbinasiga ta'sir qiladi, uni aylantiradi. Turbina elektr energiyasini ishlab chiqaradigan generatorga mexanik uzatish orqali ulanadi.
Reaktorlar ishlab chiqariladigan issiqlik miqdoriga moslashtirilishi mumkin bo'lgan nazorat tayoqlari yordamida boshqariladi. Nazorat tayoqlari yadro parchalanishi natijasida hosil bo'lgan mahsulotlarning bir qismini o'zlashtirish uchun kadmiy, gafniy yoki bor kabi materiallardan tayyorlanadi. Reaksiyani boshqarish uchun zanjir reaktsiyasi paytida rodlar mavjud. Rodlarni olib tashlash zanjir reaktsiyasini yanada rivojlantirishga va ko'proq elektr energiyasini yaratishga imkon beradi.

Dunyodagi elektr energiyasining qariyb 15 foizi atom elektr stansiyalarida ishlab chiqariladi.

Qo'shma Shtatlarda 100 dan ortiq reaktor mavjud, ammo AQSh elektr energiyasining katta qismini qazib olinadigan yoqilg'i va gidroelektr energiyasidan ishlab chiqaradi.

Rossiyada 10 ta atom elektr stantsiyasida 33 ta energetika bloki mavjud - bu mamlakat energiya balansining 15% ni tashkil qiladi.

Litva, Fransiya va Slovakiya elektr energiyasining katta qismini atom elektr stansiyalaridan iste’mol qiladi.

Yadro yoqilg'isi energiya ishlab chiqarish uchun ishlatiladi

Uran yadroviy reaktsiya energiyasini ishlab chiqarish uchun eng ko'p ishlatiladigan yoqilg'idir. Buning sababi shundaki, uran atomlari nisbatan oson parchalanadi. U-235 deb nomlangan ishlab chiqarilgan uranning o'ziga xos turi kam uchraydi. U-235 dunyodagi uranning bir foizdan kamrog'ini tashkil qiladi.

Uran Avstraliya, Kanada, Qozog'iston, Rossiya, O'zbekistonda qazib olinadi va uni ishlatishdan oldin qayta ishlash kerak.

Yadro yoqilg'isi qurol yaratish uchun ishlatilishi mumkinligi sababli, ishlab chiqarish uran yoki plutoniy yoki boshqa yadro yoqilg'isini import qilish uchun Yadro qurollarini tarqatmaslik to'g'risidagi shartnomaga bo'ysunadi. Shartnoma yoqilg'idan tinch maqsadlarda foydalanishga yordam beradi, shuningdek, ushbu turdagi qurollarning tarqalishini cheklaydi.

Oddiy reaktor har yili taxminan 200 tonna uran ishlatadi. Murakkab jarayonlar uran va plutoniyning bir qismini qayta boyitish yoki qayta ishlash imkonini beradi. Bu qazib olish, qazib olish va qayta ishlash miqdorini kamaytiradi.

Yadro energiyasi va odamlar

Yadroviy energiya uylar, maktablar, korxonalar va shifoxonalarni quvvatlantirish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan elektr energiyasini ishlab chiqaradi.

Elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun birinchi reaktor AQShning Aydaxo shtatida qurilgan va 1951 yilda eksperimental ravishda o'zini quvvatlay boshlagan.

1954 yilda Rossiyaning Obninsk shahrida odamlarni energiya bilan ta'minlash uchun mo'ljallangan birinchi atom elektr stantsiyasi yaratilgan.

Yadro reaktsiyasi energiyasini olish uchun reaktorlarni qurish yuqori darajadagi texnologiyani talab qiladi va faqat yadro qurollarini tarqatmaslik to'g'risidagi shartnomani imzolagan davlatlar zarur bo'lgan uran yoki plutoniyni olishlari mumkin. Shu sabablarga ko'ra ko'pchilik atom elektr stansiyalari dunyoning rivojlangan mamlakatlarida joylashgan.

Atom elektr stansiyalari qayta tiklanadigan, ekologik toza resurslar ishlab chiqaradi. Ular havoni ifloslantirmaydi va issiqxona gazlarini chiqarmaydi. Ular shahar yoki qishloq joylarida qurilishi mumkin va ular atrofidagi muhitni tubdan o'zgartirmaydi.

Elektr stansiyalarining radioaktiv moddalari

Radioaktiv material p Reaktor xavfsiz, chunki u sovutish minorasi deb ataladigan alohida tuzilmada sovutiladi. Bug' yana suvga aylanadi va yana elektr energiyasi ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. Haddan tashqari bug' shunchaki atmosferaga qayta ishlanadi, u erda toza suv kabi zararli emas.

Biroq, yadroviy reaktsiyaning energiyasi radioaktiv material shaklida qo'shimcha mahsulotga ega. Radioaktiv material - bu beqaror yadrolar to'plami. Bu yadrolar o'z energiyasini yo'qotadi va ular atrofidagi ko'plab materiallarga, shu jumladan tirik organizmlarga va atrof-muhitga ta'sir qilishi mumkin. Radioaktiv moddalar o'ta zaharli bo'lib, kasallikni keltirib chiqaradi, saraton, qon kasalliklari va suyaklarning parchalanishi xavfini oshiradi.

Radioaktiv chiqindilar - bu yadro reaktorining ishlashidan qolgan narsa.

Radioaktiv chiqindilar radioaktiv chang bilan aloqa qilgan ishchilar, asboblar va matolar kiyadigan himoya kiyimlarini qoplaydi. Radioaktiv chiqindilar uzoq umr ko'radi. Kiyim va asboblar kabi materiallar ming yillar davomida radioaktiv bo'lib qolishi mumkin. Hukumat bu materiallar boshqa narsalarni ifloslantirmaslik uchun qanday yo'q qilinishini tartibga soladi.

Amaldagi yoqilg'i va tayoqlar juda radioaktivdir. Amaldagi uran granulalari katta suzish havzalariga o'xshash maxsus idishlarda saqlanishi kerak.Ba'zi o'simliklar foydalanadigan yoqilg'ini yer usti quruq saqlash tanklarida saqlaydi.

Yoqilg'i sovutadigan suv radioaktivlik bilan aloqa qilmaydi va shuning uchun xavfsizdir.

Bir oz boshqacha ishlash printsipiga ega bo'lganlar ham ma'lum.

Yadro energiyasidan foydalanish va radiatsiya xavfsizligi

Yadro reaktsiyasi energiyasidan foydalanish tanqidchilari radioaktiv chiqindilarni saqlash joylari sizib chiqishi, yorilishi yoki qulab tushishidan xavotirda. Keyin radioaktiv material joy yaqinidagi tuproq va er osti suvlarini ifloslantirishi mumkin. Bu hududdagi odamlar va tirik organizmlar uchun jiddiy sog'liq muammolariga olib kelishi mumkin. Hamma odamlar evakuatsiya qilinishi kerak edi.

1986 yilda Chernobilda, Ukrainada sodir bo'lgan voqea. To‘rtinchi atom reaktorining elektr stansiyalaridan birida bug‘ning portlashi uni vayron qildi va yong‘in chiqdi. Radioaktiv zarrachalar buluti hosil boʻlib, ular yerga tushdi yoki shamol bilan siljiydi va zarralar yomgʻir sifatida tabiatdagi suv aylanishiga kirdi. Radioaktiv chiqindilarning katta qismi Belarusiyaga to'g'ri keldi.

Chernobil fojiasining ekologik oqibatlari darhol yuzaga keldi. Sayt atrofida kilometr uzoqlikda qarag'ay o'rmoni qurib qoldi va o'lik qarag'aylarning qizil rangi bu hududga Qizil o'rmon laqabini berdi. Yaqin atrofdagi Pripyat daryosining baliqlari radioaktiv bo'lib qolgan va odamlar uni yeya olmaydilar. Qoramol va otlar nobud boʻldi. Tabiiy ofatdan keyin 100 mingdan ortiq odam evakuatsiya qilingan, biroq Chernobil qurbonlari sonini aniqlash qiyin.

Radiatsion zaharlanishning ta'siri faqat ko'p yillar o'tgach paydo bo'ladi. Saraton kabi kasalliklar uchun manbani aniqlash qiyin.

Yadro energetikasining kelajagi

Reaktorlar energiya ishlab chiqarish uchun atomlarning bo'linishi yoki bo'linishidan foydalanadilar.

Yadro reaktsiyasi energiyasi atomlarni birlashtirish yoki birlashtirish orqali ham ishlab chiqarilishi mumkin. Ishlab chiqarishda. Quyosh, masalan, geliy hosil qilish uchun doimo vodorod atomlarining yadroviy sinteziga uchraydi. Sayyoramizdagi hayot Quyoshga bog'liq bo'lganligi sababli, bo'linish Yerdagi hayotni mumkin deb aytishimiz mumkin.

Atom elektr stansiyalari haligacha yadroviy termoyadroviy (fusion) orqali energiyani xavfsiz va ishonchli ishlab chiqarish imkoniyatiga ega emas, ammo olimlar yadro sintezini o‘rganmoqdalar, chunki bu jarayon energiyaning muqobil shakli sifatida xavfsiz va tejamkorroq bo‘lishi mumkin.

Yadro reaktsiyasining energiyasi juda katta va odamlar tomonidan ishlatilishi kerak.

Kirish

1939 yilda birinchi marta uran atomini parchalash mumkin edi. Yana 3 yil o'tdi va AQShda boshqariladigan yadroviy reaktsiyani amalga oshirish uchun reaktor yaratildi. Keyin 1945 yilda Atom bombasi ishlab chiqarilgan va sinovdan o'tgan va 1954 yilda. Mamlakatimizda dunyodagi birinchi atom elektr stansiyasi ishga tushirildi. Bularning barchasida atom yadrosining parchalanishining ulkan energiyasi ishlatilgan. Atom yadrolarining birlashishi natijasida undan ham kattaroq energiya ajralib chiqadi. 1953 yilda SSSRda birinchi marta termoyadro bombasi sinovdan o'tkazildi va inson quyoshda sodir bo'ladigan jarayonlarni takrorlashni o'rgandi. Hozircha yadroviy sintezdan tinch maqsadlarda foydalanish mumkin emas, ammo buning imkoni bo'lsa, odamlar milliardlab yillar davomida o'zlarini arzon energiya bilan ta'minlaydilar. Ushbu muammo so'nggi 50 yil ichida zamonaviy fizikaning eng muhim yo'nalishlaridan biri bo'ldi.

Yadro energiyasi atom yadrolarining parchalanishi yoki birlashishi paytida chiqariladi. Har qanday energiya - fizik, kimyoviy yoki yadroviy - ishni bajarish, issiqlik yoki radiatsiya chiqarish qobiliyati bilan namoyon bo'ladi. Har qanday tizimda energiya doimo saqlanib qoladi, lekin u boshqa tizimga o'tkazilishi yoki shakli o'zgarishi mumkin.

Taxminan 1800 yilgacha yog'och asosiy yoqilg'i edi. Yog'och energiyasi o'simliklar hayoti davomida saqlanadigan quyosh energiyasidan olinadi. Sanoat inqilobidan beri odamlar ko'mir va neft kabi minerallarga bog'liq bo'lib, ularning energiyasi ham quyosh energiyasidan olingan. Ko'mir kabi yoqilg'i yoqilganda, ko'mir tarkibidagi vodorod va uglerod atomlari havoning kislorod atomlari bilan birlashadi. Suvli yoki karbonat angidrid paydo bo'lganda, kilogramm uchun taxminan 1,6 kilovatt-soat yoki uglerod atomiga taxminan 10 elektron voltga teng bo'lgan yuqori harorat chiqariladi. Bu energiya miqdori atomlarning elektron tuzilishining o'zgarishiga olib keladigan kimyoviy reaktsiyalar uchun xosdir. Issiqlik shaklida chiqarilgan energiyaning bir qismi reaktsiyani davom ettirish uchun etarli.

Atom elektronlar bilan o'ralgan kichik, massiv, musbat zaryadlangan yadrodan iborat. Yadro atom massasining asosiy qismini tashkil qiladi. U juda kuchli yadro kuchlari bilan bog'langan neytronlar va protonlardan (umuman nuklon deb ataladi) iborat bo'lib, elektronlarni yadroga bog'laydigan elektr kuchlaridan ancha katta. Yadroning energiyasi uning neytronlari va protonlarini yadro kuchlari tomonidan qanchalik kuchli ushlab turishi bilan belgilanadi. Nuklon energiyasi - yadrodan bir neytron yoki protonni olib tashlash uchun zarur bo'lgan energiya. Agar ikkita yengil yadro qoʻshilib ogʻirroq yadro hosil qilsa yoki ogʻir yadro ikkita yengilroq yadroga boʻlinsa, ikkalasi ham katta miqdorda energiya chiqaradi.

Millionlab elektron voltlarda o'lchanadigan yadro energiyasi quyidagi reaktsiyada ikkita vodorod (deyteriy) izotoplari birlashganda ikkita engil yadroning sintezi natijasida hosil bo'ladi:

Bunday holda, massasi 3 amu bo'lgan geliy atomi hosil bo'ladi. , erkin neytron va 3,2 MeV yoki 5,1 * 10 6 J (1,2 * 10 3 kal).

Yadro energiyasi og'ir yadro (masalan, uran-235 izotopining yadrosi) neytronning yutilishi tufayli parchalanganda ham hosil bo'ladi:

Natijada seziy-140, rubidiy-93, uchta neytron va 200 MeV yoki 3,2 10 16 J (7,7 10 8 kal) ga parchalanadi. Yadro bo'linish reaktsiyasi shunga o'xshash kimyoviy reaktsiyaga qaraganda 10 million marta ko'proq energiya chiqaradi.

Yadro sintezi

Yadro energiyasining chiqishi energiya egri chizig'ining pastki uchida ikkita engil yadro bitta og'irroq yadroga birlashganda sodir bo'lishi mumkin. Quyosh kabi yulduzlar chiqaradigan energiya ularning chuqurligidagi bir xil sintez reaktsiyalarining natijasidir.

Katta bosim va 15 million daraja C 0 haroratda. U erda mavjud bo'lgan vodorod yadrolari (1) tenglamaga muvofiq birlashtiriladi va ularning sintezi natijasida quyosh energiyasi hosil bo'ladi.

Yadro sinteziga birinchi marta 1930-yillarning boshlarida Yerda erishilgan. Siklotronda - elementar zarrachalarning tezlatgichida - deyteriy yadrolarini bombardimon qilish amalga oshirildi. Bunday holda, yuqori harorat ajralib chiqdi, ammo bu energiyadan foydalanish mumkin emas edi. 1950-yillarda termoyadroviy qurol sinovlarida birinchi marta termoyadroviy energiyaning keng ko'lamli, ammo nazoratsiz chiqarilishi AQSh, Sovet Ittifoqi, Buyuk Britaniya va Frantsiya tomonidan namoyish etildi. Biroq, bu elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatib bo'lmaydigan qisqa muddatli va boshqarib bo'lmaydigan reaktsiya edi.

Parchalanish reaktsiyalarida elektr zaryadiga ega bo'lmagan neytron uran-235 kabi bo'linadigan yadroga osongina yaqinlashadi va reaksiyaga kirishadi. Oddiy termoyadroviy reaksiyada esa reaksiyaga kirishuvchi yadrolar musbat elektr zaryadiga ega va shuning uchun Kulon qonuni bilan qaytariladi, shuning uchun yadrolar birlashishi uchun Kulon qonuniga taalluqli kuchlarni yengish kerak. Bu reaksiyaga kirishayotgan gazning harorati bo'lganda sodir bo'ladi - ancha yuqori 50 dan 100 million daraja C 0 gacha. Bu haroratda deyteriy va tritiyning og'ir vodorod izotoplari gazida sintez reaktsiyasi sodir bo'ladi:

taxminan 17,6 MeV chiqaradi. Energiya birinchi navbatda geliy-4 va neytronning kinetik energiyasi sifatida namoyon bo'ladi, lekin tez orada o'zini atrofdagi materiallar va gazda yuqori harorat sifatida namoyon qiladi.

Agar shunday yuqori haroratda gaz zichligi 10 -1 atmosfera (ya'ni deyarli vakuum) bo'lsa, u holda faol geliy-4 o'z energiyasini atrofdagi vodorodga o'tkazishi mumkin. Shunday qilib, yuqori harorat saqlanadi va o'z-o'zidan sintez reaktsiyasi paydo bo'lishi uchun sharoitlar yaratiladi. Bunday sharoitlarda "yadroviy ateşleme" sodir bo'ladi.

Boshqariladigan termoyadro termoyadroviy sintezi uchun shart-sharoitlarga erishish bir qancha asosiy muammolar bilan to'sqinlik qilmoqda. Birinchidan, siz gazni juda yuqori haroratga qizdirishingiz kerak. Ikkinchidan, etarlicha uzoq vaqt davomida reaksiyaga kirishuvchi yadrolar sonini nazorat qilish kerak. Uchinchidan, chiqarilgan energiya miqdori gazni isitish va zichligini cheklash uchun sarflanganidan ko'proq bo'lishi kerak. Keyingi muammo bu energiyani saqlash va uni elektr energiyasiga aylantirishdir.

Hatto 100 000 C 0 haroratda ham barcha vodorod atomlari to'liq ionlanadi. Gaz elektr neytral strukturadan iborat: musbat zaryadlangan yadrolar va manfiy zaryadlangan erkin elektronlar. Bu holat plazma deb ataladi.

Plazma sintez uchun etarlicha issiq, ammo oddiy materiallarda topilmaydi. Plazma juda tez soviydi va harorat farqi tufayli idishning devorlari vayron bo'ladi. Biroq, plazma magnit maydon chiziqlari atrofida aylanadigan zaryadlangan yadrolar va elektronlardan iborat bo'lganligi sababli, plazma magnit maydon bilan chegaralangan hududda konteyner devorlari bilan reaksiyaga kirishmasdan saqlanishi mumkin.

Har qanday boshqariladigan termoyadroviy qurilmada energiya chiqishi plazmani cheklash va isitish uchun zarur bo'lgan energiyadan oshib ketishi kerak. Bu holat plazmani ushlab turish vaqti t va uning zichligi n taxminan 10 14 dan oshganda bajarilishi mumkin. Aloqalar tn > 10 14 Louson mezoni deyiladi.

1950-yildan beri AQSH, SSSR, Buyuk Britaniya, Yaponiya va boshqa mamlakatlarda koʻplab magnitli plazmani saqlash sxemalari sinovdan oʻtkazildi. Termoyadroviy reaktsiyalar kuzatildi, ammo Louson mezoni kamdan-kam hollarda 10 12 dan oshdi. Biroq, SSSRda dastlab Igor Tamm va Andrey Saxarov tomonidan taklif qilingan bitta qurilma, "Tokamak" (bu nom ruscha so'zlarning qisqartmasi: Magnetic Coils bilan TOroidal CHAMBER) 1960-yillarning boshida yaxshi natijalarni bera boshladi.

Tokamak - bu kuchli toroidal magnit maydonni yaratadigan sariqlarni o'z ichiga olgan toroidal vakuum kamerasi. Taxminan 50 000 Gauss toroidal magnit maydoni bu kamera ichida kuchli elektromagnitlar tomonidan saqlanadi. Transformator sariqlari orqali plazmada bir necha million amperlik uzunlamasına oqim hosil bo'ladi. Yopiq magnit maydon chiziqlari plazmani barqaror ravishda cheklaydi.

Kichik eksperimental Tokamakning muvaffaqiyati asosida 1980-yillarning boshlarida bir nechta laboratoriyalarda ikkita katta qurilma qurilgan, ulardan biri AQShning Prinston universitetida va biri SSSRda. Tokamakda yuqori plazma harorati kuchli toroidal oqimning qarshiligi tufayli issiqlikning chiqishi natijasida, shuningdek neytral nur kiritilganda qo'shimcha isitish natijasida yuzaga keladi, bu birgalikda olovga olib kelishi kerak.

Boshqa mumkin bo'lgan yo'l sintez energiyasini olish - shuningdek, inertial xususiyatlarga ega. Bunday holda, yoqilg'i - tritiy yoki deyteriy - pulsli lazer nurlari bilan bir necha tomondan bombardimon qilingan mayda to'p ichida joylashgan. Bu to'pning portlashiga olib keladi, bu esa yoqilg'ini yoqadigan termoyadro reaktsiyasini keltirib chiqaradi. Qo'shma Shtatlar va boshqa joylarda bir nechta laboratoriyalar hozirda bu imkoniyatni o'rganmoqda. Termoyadroviy tadqiqotlardagi taraqqiyot istiqbolli bo'ldi, ammo iste'mol qilinganidan ko'ra ko'proq energiya ishlab chiqaradigan barqaror termoyadroviy reaktsiya uchun amaliy tizimlarni yaratish muammosi hal qilinmagan va ko'proq vaqt va kuch talab qiladi.