Курс лекций по физике ядерного реактора Аварийные ситуации Радиоактивные отходы Термоядерные реакторы Источники радиоактивного облучения

Атомная энергетика. Курс лекций по физике ядерного реактора

Пример с электрическим чайником

Последовательность действий при приготовлении чая показана на рис. 4.2. Сначала электрический чайник заполняется водой (а) и затем подключается к электросети (б). Когда вода в чайнике закипит (в), мы завариваем чай (г).

Изображенные на рис. 4.2 этапы можно представить более строго с научной точки зрения, используя графики (приведенные на рис. 4.3) следующих величин:

1. Количества воды, находящейся в чайнике - запаса воды.

2. Мощности, подводимой к нагревательному элементу.

3. Температуры воды.

4. Температуры поверхности нагревательного элемента.

5. Температуры спирали нагревательного элемента.

Как мы увидим, на простом примере электрического чайника можно продемонстрировать многие характерные особенности системы реактора. Поскольку в чайник извне не подается теплоноситель, то температура возрастает до тех пор, пока не будет достигнута точка кипения жидкости, после чего вода начинает испаряться. Частичное опустошение чайника (имитирующее аварию с потерей теплоносителя) приводит к возрастанию температуры поверхности нагревательного элемента. Последовательность событий, показанная на рис. 4.3, иллюстрирует случай повторного смачивания, или быстрого охлаждения, которое происходит, когда чайник возвращается в свое нормальное состояние и оставшаяся вода быстро охлаждает горячий нагревательный элемент с явно слышимым шипением. Более того, современные чайники снабжены системой обеспечения безопасности. К примеру, на чайник часто устанавливается устройство, выдергивающее штепсель посредством пружины, приводимой в действие биметаллической пластинкой в том случае, если вода полностью выкипела. Чайник же новейшей модели оборудуется устройством, которое регистрирует выделение пара и при закипании воды автоматически отключает чайник - это другой тип системы обеспечения безопасности.

Рис. 4.2. Охлаждение чайника

Рис. 4.3. Характеристики переходного процесса в электрическом чайнике:

1 - заполнение чайника водой; 2 - нагрев; 3 - выкипание воды; 4 - опустошение чайника; 5 -количество воды в чайнике; 6-мощность, подводимая к нагревательному элементу; 7 - включение; 8- выключение; 9 - температура центра нагревательного элемента; 10 - температура поверхности нагревательного элемента; 11 - обнажение нагревательного элемента; 12 - температура воды

Существенное различие между чайником и реактором заключается в том, что в случае чайника система обеспечения безопасности может полностью прекратить подачу энергии и перегрев происходит главным образом за счет энергии, запасенной в нагревательном элементе. В реакторе же тепловыделение продуктов распада с небольшой мощностью, определяемой рабочей мощностью реактора, продолжается и после его остановки.

Интересно также сравнить электрический чайник с реактором с точки зрения отказа системы обеспечения безопасности. Так, отбрасывание штепселя может произойти несколько раз за все время срока службы чайника, и сразу после этого может быть восстановлен рабочий режим. Однако если штепсель не будет отброшен (по причине, скажем, коррозии пружины), то продолжающийся нагрев элемента может привести к его расплавлению. Таким образом, отказ системы обеспечения безопасности влечет за собой необходимость серьезного ремонта чайника. Аналогичная ситуация может иметь место и в случае ядерного реактора.


На главную страницу. Реакторы атомных станций