Принцип построения атомной энергетики.
Элементы ядерной физики.
Как известно, все в мире состоит из молекул, которые представляют собой сложные комплексы взаимодействующих атомов. Молекулы - это наименьшие частицы вещества, сохраняющие его свойства. В состав молекул входят атомы различных химических элементов.
Химические элементы состоят из атомов одного типа. Атом, мельчайшая частица химического элемента, состоит из "тяжелого" ядра и вращающихся вокруг электронов.
Ядра атомов образованы совокупностью положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Эти частицы, называемые нуклонами, удерживаются в ядрах коротко действующими силами притяжения, возникающими за счет обменов мезонами, частицами меньшей массы.
Ядро элемента X обозначают как:
или X-A, например уран U-235:
где Z - заряд ядра, равный числу протонов, определяющий атомный номер ядра
A - массовое число ядра, равное суммарному числу протонов и нейтронов.
Ядра элементов с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов называются изотопами (например, уранимеет два изотопа U-235 и U-238); ядра при N=const, z=var - изобарами.
Ядра водорода, протоны, а также нейтроны, электроны (бета-частицы) и одиночные ядра гелия (называемые альфа-частицами), могут существовать автономно вне ядерных структур.
Такие ядра или иначе элементарные частицы, двигаясь в пространстве и приближаясь к ядрам на расстояния порядка поперечных размеров ядер, могут взаимодействовать с ядрами, как говорят участвовать в реакции. При этом частицы могут захватываться ядрами, либо после столкновения - менять направление движения, отдавать ядру часть кинетической энергии. Такие акты взаимодействия называются ядерными реакциями. Реакция без проникновения внутрь ядра называется упругим рассеянием.
После захвата частицы составное ядро находится в возбужденном состоянии. "Освободиться" от возбуждения ядро может несколькими способами - испустить какую-либо другую частицу и гамма-квант, либо разделиться на две неравные части. Соответственно конечным результатам различают реакции - захвата, неупругого рассеяния, деления, ядерного превращения с испусканием протона или альфа-частицы.
Дополнительная энергия, освобождаемая при ядерных превращениях, часто имеет вид потоков гамма-квантов.
Вероятность реакции характеризуется величиной "поперечного сечения" реакции данного типа. Деление тяжелых ядер происходит при захвате нейтронов. При этом испускаются новые частицы и освобождается энергия связи ядра, передаваемая осколкам деления. Это фундаментальное явление было открыто в конце 30-ых годов немецким и учеными Ганом и Штрасманом, что заложило основу для практического использования ядерной энергии.
Ядра тяжелых элементов - урана, плутония и некоторых других интенсивно поглощают тепловые нейтроны. После акта захвата нейтрона, тяжелое ядро с вероятностью ~0,8 делится на две неравные по массе части, называемые осколками или продуктами деления. При этом испускаются - быстрые нейтроны/ (в среднем около 2,5 нейтронов на каждый акт деления), отрицательно заряженные бета-частиц и нейтральные гамма-кванты, а энергия связи частиц в ядре преобразуется в кинетическую энергию осколков деления, нейтронов и других частиц. Эта энергия затем расходуется на тепловое возбуждение составляющих вещество атомов и молекул, т.е. на разогревание окружающего вещества.
После акта деления ядер рожденные при делении осколки ядер, будучи нестабильными, претерпевают ряд последовательных радиоактивных превращений и с некоторым запаздыванием испускают "запаздывающие" нейтроны, большое число альфа, бета и гамма-частиц. С другой стороны некоторые осколки обладают способностью интенсивно поглощать нейтроны.
Ядерный реактор - это техническая установка, в которой осуществляется самоподдерживающаяся цепная реакция деления тяжелых ядер с освобождением ядерной энергии. Ядерный реактор состоит из активной зоны и отражателя, размещенных в защитном корпусе. Активная зона содержит ядерное топливо в виде топливной композиции в защитном покрытии и замедлитель. Топливные элементы обычно имеют вид тонких стержней. Они собраны в пучки и заключены в чехлы. Такие сборные композиции называются сборками или кассетами.
Вдоль топливных элементов двигается теплоноситель, который воспринимает тепло ядерных превращений. Нагретый в активной зоне теплоноситель двигается по контуру циркуляции за счет работы насосов либо под действием сил Архимеда и, проходя через теплообменник, либо парогенератор, отдает тепло теплоносителю внешнего контура.
Перенос тепла и движения его носителей можно представить в виде простой схемы:
1.Реактор
2.Теплообменник, парогенератор
3.Паротурбинная установка
4.Генератор
5.Конденсатор
6.Насос
II. 2. Классификация ядерных реакторов.
Ядерные реакторы делятся на несколько групп:
в зависимости от средней энергии спектра нейтронов:
1. быстрые
2. промежуточные
3. тепловые
по конструктивным особенностям активной зоны:
1. корпусные
2. канальные
по типу теплоносителя:
1. водяные
2. тяжеловодные
3. натриевые
по типу замедлителя:
1. водяные
2. графитовые
3. тяжеловодные
4. и др.
Для энергетических целей, для производства электроэнергии применяются:
1. водоводяные реакторы с некипящей или кипящей водой под давлением,
2. уран-графитовые реакторы с кипящей водой или охлаждаемые углекислым газом,
3. тяжеловодные канальные реакторы и др .
В будущем будут широко применяться реакторы на быстрых нейтронах, охлаждаемые жидкими металлами (натрий и др.); в которых принципиально реализуем режим воспроизводства топлива, т.е. создания количества делящихся изотопов плутония Pu-239 превышающего количество расходуемых изотопов урана U-235. Параметр, характеризующий воспроизводство топлива называется плутониевым коэффициентом. Он показывает, сколько актов атомов Pu-239 создается при реакциях захвата нейтронов в U-238 на один атом U-235, захватившего нейтрон и претерпевшего деление или радиационное превращение в U-235.
Охлаждение пара.
Охлаждение дренажа.
Тепло дренажа используется для подогрева конденсата, поступающего в аппарат.
- с коллекторной системой
В части регенеративного подогрева питательной воды, находящейся под действием питательных насосов используются подогреватели с коллекторной системой.
Аппарат выдерживает 5-6 сборок-разборок.
Отличается
надежной работой и малой чувствительностью к колебаниям нагрузки. Реализуется
при условии 
- обеспечивается невскипание воды в трубках (нет кавитации и гидроударов).
Схемы отвода дренажей.
На надежность влияет схема отвода дренажей греющего пара из регенеративных подогревателей.
Схемы отвода дренажей должны отвечать требованиям:
надежность работы при всех режимах и их изменениях, при пусках и остановах;
минимальные необратимые потери от смешивания потоков теплоносителей и от вытеснения нижерасположенных отборов;
высокая степень автоматизации и наличие надежной защиты при неисправностях и аварийных режимах.