Термоядерный синтез Физические основы ядерного синтеза Токамак Реакторная технология Перспективы термоядерной энергетики Атомные реакторы на быстрых нейтронах Корпус ядерного реактора

Атомные реакторы Реакторная технология


Известно, что как оружейный материал 239Pu гораздо более эффективен, нежели 235U.

Рассмотрим более подробно аварийные ситуации, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации термоядерного реактора.

Ядерные материалы и изделия Развитие ядерной индустрии невозможно без создания специальных материалов со специфическими (и уникальными!) свойствами. Ядерные материала можно разделить на два класса: функциональные и конструкционные.

Сечение деления характеризует вероятность деления ядра нейтроном. От того, какая доля ядер не участвует в процессе деления, зависит выход энергии на один поглощенный нейтрон. Число нейтронов, испускаемых в одном акте деления, важно с точки зрения поддержания цепной реакции.

Керамическое топливо - ядерное топливо, состоящее из тугоплавких соединений, например, оксидов, карбидов, нитридов.

Силумин - лёгкие литейные сплавы алюминия (основа) с кремнием (3 - 13%, иногда до 26%) и некоторыми другими элементами (Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be).

Топливо для реакторов на тепловых нейтронах При правильном выборе замедлителя реактор на тепловых нейтронах может работать на любом топливе - от природного урана до обогащенного урана и плутония. Топливо для ВВЭР В топливных таблетках для реакторов ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 в качестве выгорающего поглотителя используется гадолиний (содержание оксида гадолиния варьируется в интервале 3 - 8% масс). Существующая технология позволяет добиться гомогенного распределения гадолиния по топливной таблетке и образованием твердого раствора оксида гадолиния в оксиде урана. В топливных таблетках стремятся образовать однородную пористую структуру, избегая маленьких и больших пор, и добиться однородных размеров зерен.

Топливо для реакторов на быстрых нейтронах В реакторах на быстрых нейтронах при подборе конструкционных и технологических материалов избегают применения веществ с низким массовым числом, которые могут замедлить нейтроны.

Наилучшим замедлителем является водород, поскольку его масса почти равна массе нейтрона и, следовательно, нейтрон при соударении с водородом теряет наибольшее количество энергии.

Поглотитель нейтронов - материал, с которым нейтроны интенсивно взаимодействуют посредством реакций, приводящих к исчезновению нейтронов как свободных частиц.

Теплоноситель - флюид (гелий, воздух, углекислый газ, вода, водяной пар, органическая жидкость, жидкий металл, расплав солей), циркулирующий через активную зону, чтобы вынести тепло, генерируемое в ней делением и радиоактивным распадом, к парогенераторам или теплообменникам, где это тепло передается теплоносителю второго контура.

Под действием ионизирующего излучения происходит разложение воды (радиолиз) с участием следующих реакций

Натрий является хорошим теплоносителем, но у него есть недостатки: в нем наводится радиоактивность, у него низкая теплоемкость, он химически активен и затвердевает при комнатной температуре

Атомные реакторы на быстрых нейтронах в некоторых странах запрещают из-за накопления плутония, противопоставляя им термоядерные реакторы, как не производящие плутоний и в этом смысле не представляющие интерес для террористов. Но, как мы убедились, в термоядерном реакторе производительность получения изотопов в десять раз выше, чем в реакторе деления. Достаточно 10% всех нейтронов термоядерного реактора «незаметно» направить в урановые блочки, как он превратится в могучий производитель плутония, притом кондиционного, в отличие от засоренного многими изотопами реакторного плутония АЭС (с производительностью 1 т на Гвт(э).

Не следует забывать и о тонне трития на ТЯЭС. Ведь именно тритий лежит в основе конструкции наиболее опасных типов термоядерного оружия, а для их создания нужны весьма небольшие его количества. Всё это превращает ТЯЭС, с точки зрения ядерного нераспространения, в опаснейший объект, требующий, как минимум, строжайшего международного контроля.

Теперь попытаемся разобраться в главном вопросе: может ли реакция D-T, даже став управляемой, вообще использоваться в энергетике? Нет! - отвечают скептики. Мало добиться управляемого выделения энергии, ее еще нужно снять, превратить в тепло и электричество. В атомном реакторе 80% энерговыделения приходится на атомы отдачи продуктов деления. Их пробеги малы, и вся энергия отдачи идет на нагрев теплоносителя. В D-T - реакции 90% энергии уносится 14 МэВ-ными нейтронами. Чтобы утилизировать энергию их надо остановить. А как вы это сделаете? Побеги таких нейтронов огромны, на их замедление и поглощение потребуется огромные толщи материала, и, следовательно, огромные тепловые потери. Многие полагают, что превращение энергии сверхбыстрых нейтронов в тепловую представляет собой практически не разрешимую задачу. Можно, конечно, на пути нейтронов поставить уран или какой-либо иной делящийся нуклид, но тогда вы получите гибридный реактор, (композицию из термоядерного и атомного реактора), сложив вредные экологические последствия двух устройств. К тому же, атомные реакторы и без всякого термояда прекрасно работают. Зачем на АЭС тащить огромные термоядерные системы, начиненные взрывоопасным водородом, токсичным тритием, криогенным и высоковольтным оборудованием и еще Бог знает чем? Повысится ли при этом эффективность работы атомного реактора - большой вопрос, а вот опасность его возрастет неимоверно. Так что атомной энергетике термояд даром не нужен.... Преобразование солнечной радиации в электрический ток К концу XX столетия человечество разработало и освоило ряд принципов преобразования тепловой энергии в электрическую энергию. Их можно условно разделить на машинные и безмашинные методы. Последние часто называют методами прямого преобразования энергии, поскольку в них отсутствует стадия преобразования тепловой энергии в механическую работу.

Оптимисты верят в компромисс - сочетание в одном гибридном реакторе элементов с реакциями деления и синтеза с целью создания подкритического (физически безопасного) реактора, что может оказаться выгоднее, чем их раздельное использование. Ну, может быть..

До сих пор мы обсуждали штатную работу термоядерного реактора, рассмотрим теперь некоторые аварийные ситуации.

Термоядерный реактор-токамак и реактор с лазерным удержанием содержит ряд специфических элементов в своей конструкции, которые, по сравнению с реакторами деления, характеризуются другими принципами работы, что вносит свои особенности в причины возникновения, ход развития и последствия аварийных ситуаций. Эти особенности можно сформулировать следующим образом:

большие вакуумные объёмы; - электромагнитная система большой мощности;

наличие большого количества криожидкости и конструкционных материалов при криогенных температурах, если электромагнитная система сверхпроводящая (для магнитных ТЯР)

наличие трития в количестве, значительно превышающем его содержание в любых известных реакторах деления;

циклический характер работы.


На главную