|
|
| Адроны | |
| Альфа-распад | |
| Альфа-частица | |
| Аннигиляция | |
| Антивещество | |
| Антинейтрон | |
| Антипротон | |
| Античастицы | |
| Атом | |
| Атомная единица массы | |
| Атомная электростанция | |
| Барионное число | |
| Барионы | |
| Бета-распад | |
| Бетатрон | |
| Бета-частицы | |
| Бозе – Эйнштейна статистика | |
| Бозоны | |
| Большой адронный коллайдер | |
| Большой Взрыв | |
| Боттом. |
|
| Брейта-Вигнера формула | |
| Быстрота | |
| Векторная доминантность | |
| Великое объединение | |
| Взаимодействие частиц | |
| Вильсона камера | |
| Виртуальные частицы | |
| Водорода атом | |
| Возбуждённые состояния ядер |
|
| Волновая функция | |
| Волновое уравнение | |
| Волны де Бройля | |
| Встречные пучки | |
| Гамильтониан | |
| Гамма-излучение | |
| Гамма-квант | |
| Гамма-спектрометр | |
| Гамма-спектроскопия | |
| Гаусса распределение | |
| Гейгера счётчик | |
| Гигантский дипольный резонанс | |
| Гиперядра | |
| Глюоны | |
| Годоскоп | |
| Гравитационное взаимодействие | |
| Дейтрон | |
| Деление атомных ядер | |
| Детекторы частиц | |
| Дирака уравнение | |
| Дифракция частиц | |
| Доза излучения | |
| Дозиметр | |
| Доплера эффект | |
| Единая теория поля | |
| Зарядовое сопряжение | |
| Зеркальные ядра | |
| Избыток массы (дефект массы) | |
| Изобары | |
| Изомерия ядерная | |
| Изоспин | |
| Изоспиновый мультиплет | |
| Изотопов разделение | |
| Изотопы | |
| Ионизирующее излучение | |
| Искровая камера | |
| Квантовая механика | |
| Квантовая теория поля | |
| Квантовые операторы | |
| Квантовые числа | |
| Квантовый переход | |
| Квант света | |
| Кварк-глюонная плазма | |
| Кварки | |
| Коллайдер | |
| Комбинированная инверсия | |
| Комптона эффект | |
| Комптоновская длина волны | |
| Конверсия внутренняя |
|
| Константы связи | |
| Конфайнмент | |
| Корпускулярно волновой дуализм |
|
| Космические лучи | |
| Критическая масса | |
| Лептоны | |
| Линейные ускорители | |
| Лоренца преобразования | |
| Лоренца сила | |
| Магические ядра | |
| Магнитный дипольный момент ядра |
|
| Магнитный спектрометр | |
| Максвелла уравнения | |
| Масса частицы | |
| Масс-спектрометр | |
| Массовое число | |
| Масштабная инвариантность | |
| Мезоны | |
| Мессбауэра эффект | |
| Меченые атомы | |
| Микротрон | |
| Нейтрино | |
| Нейтрон | |
| Нейтронная звезда | |
| Нейтронная физика | |
| Неопределённостей соотношения | |
| Нормы радиационной безопасности | |
| Нуклеосинтез | |
| Нуклид | |
| Нуклон | |
| Обращение времени | |
| Орбитальный момент | |
| Осциллятор | |
| Отбора правила | |
| Пар образование | |
| Период полураспада | |
| Планка постоянная | |
| Планка формула | |
| Позитрон | |
| Поляризация | |
| Поляризация вакуума | |
| Потенциальная яма | |
| Потенциальный барьер | |
| Принцип Паули | |
| Принцип суперпозиции | |
| Промежуточные W-, Z-бозоны | |
| Пропагатор | |
| Пропорциональный счётчик | |
| Пространственная инверсия | |
| Пространственная четность | |
| Протон | |
| Пуассона распределение | |
| Пузырьковая камера | |
| Радиационный фон | |
| Радиоактивность | |
| Радиоактивные семейства | |
| Радиометрия | |
| Расходимости | |
| Резерфорда опыт | |
| Резонансы (резонансные частицы) |
|
| Реликтовое микроволновое излучение |
|
| Светимость ускорителя | |
| Сечение эффективное | |
| Сильное взаимодействие | |
| Синтеза реакции | |
| Синхротрон | |
| Синхрофазотрон | |
| Синхроциклотрон | |
| Система единиц измерений | |
| Слабое взаимодействие | |
| Солнечные нейтрино | |
| Сохранения законы | |
| Спаривания эффект |
|
| Спин | |
| Спин-орбитальное взаимодействие | |
| Спиральность | |
| Стандартная модель | |
| Статистика | |
| Странные частицы | |
| Струи адронные | |
| Субатомные частицы | |
| Суперсимметрия | |
| Сферическая система координат | |
| Тёмная материя | |
| Термоядерные реакции | |
| Термоядерный реактор | |
| Тормозное излучение | |
| Трансурановые элементы | |
| Трек | |
| Туннельный эффект | |
| Ускорители заряженных частиц | |
| Фазотрон | |
| Фейнмана диаграммы | |
| Фермионы | |
| Формфактор | |
| Фотон | |
| Фотоэффект | |
| Фундаментальная длина | |
| Хиггса бозон | |
| Цвет | |
| Цепные ядерные реакции | |
| Цикл CNO | |
| Циклические ускорители | |
| Циклотрон | |
Чарм. Чармоний |
|
| Черенковский счётчик | |
| Черенковсое излучение | |
| Черные дыры | |
| Шредингера уравнение | |
| Электрический квадрупольный момент ядра |
|
| Электромагнитное взаимодействие | |
| Электрон | |
| Электрослабое взаимодействие | |
| Элементарные частицы | |
| Ядерная физика | |
| Ядерная энергия | |
| Ядерные модели | |
| Ядерные реакции | |
| Ядерный взрыв | |
| Ядерный реактор | |
| Ядра энергия связи | |
| Ядро атомное | |
| Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) |
msimagelist>
Ядерный (атомный) реактор
Nuclear reactor
| Схема ядерного реактора: 1 — ядерное топливо, 2 — замедлитель, 3 — отражатель нейтронов, 4 — защита, 5 — регулирующие стержни.  |
Ядерный (атомный) реактор
– установка, в которой осуществляется самоподдерживающаяся управляемая цепная
ядерная реакция деления. Ядерные реакторы используются в атомной энергетике
и в исследовательских целях. Основная часть реактора – его активная зона,
где происходит деление ядер и выделяется ядерная энергия. Активная зона,
имеющая обычно форму цилиндра объёмом от долей литра до многих кубометров,
содержит делящееся вещество (ядерное топливо) в количестве, превышающем
критическую массу. Ядерное топливо (уран, плутоний) размещается, как правило,
внутри тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), количество которых в активной
зоне может достигать десятков тысяч. ТВЭЛы сгруппированы в пакеты по несколько
десятков или сотен штук. Активная зона в большинстве случаев представляет
собой совокупность ТВЭЛов погружённых в замедляющую среду (замедлитель)
– вещество, за счёт упругих соударений с атомами которого энергия нейтронов,
вызывающих и сопровождающих деление, снижается до энергий теплового равновесия
со средой.
Такие “тепловые” нейтроны обладают повышенной способностью вызывать
деление. В качестве замедлителя обычно используется вода (в том числе и
тяжёлая, D2О) и графит. Активную зону реактора окружает отражатель
из материалов, способных хорошо рассеивать нейтроны. Этот слой возвращает
вылетающие из активной зоны нейтроны обратно в эту зону, повышая скорость
протекания цепной реакции и снижая критическую массу. Вокруг отражателя
размещают радиационную биологическую защиту из бетона и других материалов
для снижения излучения за пределами реактора до допустимого уровня.
В активной зоне в результате деления освобождается в виде тепла
огромная энергия. Она выводится из активной зоны с помощью газа, воды или
другого вещества (теплоносителя), которое постоянно прокачивается через
активную зону, омывая ТВЭЛы. Это тепло может быть использовано для создания
горячего пара, вращающего турбину электростанции.
Для управления скоростью протекания цепной реакции деления применяют
регулирующие стержни из материалов, сильно поглощающих нейтроны.
Введение
их в активную зону снижает скорость цепной реакции и при необходимости полностью
останавливает её, несмотря на то, что масса ядерного топлива превышает критическую.
По мере извлечения регулирующих стержней из активной зоны поглощение нейтронов
уменьшается, и цепная реакция может быть доведена до стадии самоподдерживающейся.
Первый реактор был пущен в США в 1942 г. В Европе первый реактор
был пущен в 1946 г. в СССР.
См. также
- Атомная энергетика
Ядерный реактор — принцип работы, устройство, схема
Принцип работы ядерного реактора
Принцип действия реактора можно описать в паре предложений:
Уран-235 распадается, вследствие чего выделяется большое количество тепловой энергии. Эта энергия кипятит воду, а возникший пар крутит турбину под давлением. Турбина, в свою очередь, вращает электрогенератор, который вырабатывает электричество.
Все, расходимся… Ладно, давайте разберемся более детально.
Уран-235 — это один из изотопов урана. Изотоп — это разновидность атома какого-либо вещества, которая отличается от обычного атома атомной массой. Конкретно уран-235 отличается от простого урана тем, что в ядре такого изотопа на три нейтрона меньше.
Из-за недостатка нейтронов ядро становится менее стабильным и распадается на две части, если разогнать и врезать в него нейтрон. При этой реакции вылетает еще парочка нейтронов. Эти нейтроны могут попасть в другое ядро урана-235 и расщепить его, после чего оттуда вылетит еще нейтрон, и так далее по цепочке. Такой процесс называется цепной ядерной реакцией.
Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова
Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков
Деление урана
Деление ядер урана под воздействием нейтронов открыли немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман в 1938 году.
Для эксперимента выбрали именно нейтроны потому, что они электрически нейтральны, то есть у них нет заряда. А раз нет заряда, то между протонами и нейтронами нет кулоновского отталкивания, и нейтроны легко проникают в ядро.
Когда нейтрон попадает в ядро урана-235, оно деформируется и становится вытянутым. Ядерные силы действуют на очень маленьких расстояниях, но не работают на больших. А вот электростатическое взаимодействие может происходить и на больших расстояниях. Поэтому ядерное взаимодействие не может противодействовать электростатическому отталкиванию противоположных частей вытянутого ядра, и последнее разрывается на части. При этом излучается та самая парочка нейтронов, о которых мы уже упоминали выше, а близкие по массе осколки разлетаются с большой скоростью.
Результаты деления ядра урана-235:
1. Распад на барий и криптон с выделением трех нейтронов:
2. Распад на ксенон и стронций с выделением двух нейтронов:
Еще больше наглядных примеров — на курсах по физике для 9 класса в онлайн-школе Skysmart.
Управляемая ядерная реакция
Естественная ядерная реакция происходит очень быстро — меньше, чем за секунду. Такая быстрая ядерная реакция провоцирует ядерный взрыв.
Хорошая новость заключается в том, что ядерной реакцией можно управлять. Задача проста — следи себе за реакцией, контролируй и не давай урану распадаться слишком быстро. Легко сказать!
Для выполнения этой задачи придумали замедлитель. Замедлитель — не устройство, а вещество, которое уменьшает кинетическую энергию нейтронов за счет многократного столкновения с молекулами замедлителя. В качестве замедлителя часто используют графитовые стержни и воду — обычную (H2O) или тяжелую (D2O).
Оказывается…
На Земле был природный ядерный реактор. Он находился в урановом месторождении Окло. Это в Габоне, в Центральной Африке. В природном ядерном реакторе процесс распада урана происходит без человеческого участия.
Но есть один нюанс: этот реактор остыл больше миллиарда лет назад.
Бесплатные занятия по английскому с носителем
Занимайтесь по 15 минут в день. Осваивайте английскую грамматику и лексику. Сделайте язык частью жизни.
Техническая реализация
Если вы хоть раз смотрели «Симпсонов» (или в вашем городе есть реактор), то знаете, как выглядят большие трубы, стоящие на территории атомной электростанции (АЭС). Эти трубы называются градирни и служат для быстрого охлаждения пара.
В момент распада ядро урана раскалывается на две части. Эти части разлетаются в разные стороны с огромной скоростью, но, несмотря на скорость, не улетают далеко. Они ударяются об атомы, которые находятся рядом, и кинетическая энергия переходит в тепловую. Количество теплоты от этих соударений нагревает воду, превращая ее в пар. Пар крутит турбину, а турбина крутит генератор, который вырабатывает электричество.
Вот и получается, что мы живем в стимпанке — все работает на пару.
АЭС
Если коротко, то атомная электростанция — это сооружение, которое производит электричество за счет ядерного реактора.
А если подробнее, то АЭС — это большой комплекс, во главе которого стоит ядерный реактор. Помимо реактора на АЭС есть турбина, генератор, трансформаторы для преобразования напряжения. В общем, это большая система.
В бытовом употреблении АЭС часто приравнивают к ядерному реактору, и это нельзя назвать неправильным. Просто ядерный реактор — босс в этой движухе, поэтому он и определяет все остальное. 😉
Кстати, когда будете играть в крокодила, загадайте атомную электростанцию. Будет забавно, проверено.
Чернобыльская АЭС
Когда речь заходит о ядерной энергетике, многие невольно вспоминают катастрофу на Чернобыльской АЭС и поэтому ошибочно считают, что ядерный реактор — зло.
Но по большому счету, реактор — это очень дорогой чайник. Дым, который валит из труб АЭС и пугает прохожих, на самом деле не дым, а пар.
В результате работы ядерного реактора действительно образуются радиоактивные отходы, и они могут быть опасны, если с ними неправильно обращаться. Часть этих отходов перерабатывают для дальнейшего использования, а часть приходится держать в хранилищах, чтобы они не причинили вред человеку и окружающей среде.
Шок-контент 😱
Ядерная энергия — самый экологически чистый вид энергии на сегодняшний день.
Атомные электростанции выбрасывают в атмосферу только пар, им необходимо небольшое количество топлива, а еще они занимают малую площадь и при правильном использовании безопасны. Тем не менее, после аварии на Чернобыльской АЭС многие страны приостановили развитие атомной энергетики.
Первая авария на Чернобыльской АЭС произошла в 1982 году. Во время пробного пуска разрушился один из технологических каналов реактора, была деформирована графитовая кладка активной зоны.
Пострадавших не было, но последствия ликвидировали около трех месяцев.
В 1986 году произошло ЧП в известном всему миру четвертом энергоблоке. В этом самом энергоблоке проводились испытания турбогенератора. Система аварийного охлаждения была планово отключена, поэтому, когда реактор не смогли остановить, эта система не спасла АЭС от взрыва и пожара.
Взрыв и его последствия не говорят о том, что ядерная энергетика вредна. На самом деле даже бананы радиоактивны, потому что в них содержатся радиоактивные изотопы. Но даже съев около сотни бананов массой 150 г, вы получите всего лишь нормальную суточную дозу радиации. Чтобы банановая радиация навредила человеку, ему придется съесть не меньше тонны. То же и с ядерными реакциями — они приносят вред только в том случае, если их не контролировать.
Виды современных реакторов
Сегодня существует несколько видов ядерных реакторов, но используют в основном два — гомогенные и гетерогенные:
- в гомогенных реакторах ядерное горючее и замедлитель перемешаны;
- в гетерогенных реакторах ядерное горючее и замедлитель находятся отдельно друг от друга.
Еще бывают реакторы, в которых для получения энергии используют уран-238, а не уран-235. Но в таких реакторах сложно отводить тепло, поэтому они довольно редки.
Использование атомной энергии
Атомная энергия используется не только в ядерных реакторах. Например, существуют корабли и подводные лодки, которые работают на атомной энергии.
В начале XXI века из-за высоких цен на нефть были очень актуальны поиски способов использования ядерной энергии. Тогда появились разработки по компактным атомным электростанциям, которые могут работать десятилетиями без обслуживания и к тому же безопасны.
Кроме того, ученые работают над ядерными методами для диагностики и лечения онкологических заболеваний. Есть исследования, которые подтверждают, что радиоактивные изотопы могут уничтожать раковые клетки.
Ядерные реакторы: объяснение, схема и использование
Огромное количество энергии содержится в ядрах атомов.
Например, один килограмм урана-235 может дать в два-три миллиона раз больше энергии, чем эквивалентный килограмм угля! Если бы беспокойство общества по поводу безопасности можно было уменьшить, а технологию усовершенствовать, то атомная энергетика освободила бы нас от зависимости от наших ограниченных запасов загрязняющих ископаемых видов топлива .
Атомная энергия имеет несколько преимуществ по сравнению с невозобновляемыми источниками энергии . Хотя отходы, производимые ядерными реакторами, токсичны, радиоактивные отходы в конечном итоге распадаются на безвредные вещества , такие как свинец, даже если на это может уйти до 1 миллиона лет. Кроме того, ядерное топливо, такое как уран, намного плотнее, , чем традиционное ископаемое топливо, поэтому физически производится на меньше отходов. Наконец, зеленые возобновляемые источники энергии, такие как солнечная или ветровая энергия не могут производить почти столько же энергии, сколько ядерная энергия, и обычно зависят от погодных условий .
Объяснение и основы ядерных реакторов
Ядерный реактор является сердцем любой n атомной электростанции . Однако вне основного реактора атомная электростанция вырабатывает электроэнергию удивительно похожим образом на угольную электростанцию. В конечном итоге энергия, высвобождаемая в результате ядерных реакций внутри реактора, просто используется для нагревать и кипятить воду. Затем пар производит механической работы для вращения турбины до выработки электроэнергии . Затем пар охлаждается внутри конденсатора для повторного использования в реакторе. Атомные электростанции являются примером теплового двигателя .
Схема производства электроэнергии на атомной электростанции, Flickr CC BY-NC-SA 2.0
Существует два метода нагрева воды с использованием ядерных реакций.
Первый — деление ядра , где родительское ядро равно расщепленному на два дочерних ядра . Масса двух дочерних ядер всегда на меньше, чем родительского ядра, эта недостающая масса высвобождается в виде энергии.
Второй возможный метод нагрева ядерный синтез , где два легких атомных ядра соединяются вместе и сливаются в одно ядро . Подобно делению, ядро, образовавшееся в результате реакции синтеза, имеет имеет меньшую массу , чем два исходных ядра. Оставшаяся масса высвобождается в виде энергии.
Чтобы точно определить, сколько энергии высвобождается в обеих этих ядерных реакциях, мы должны обратиться к самому известному уравнению во всей физике. Уравнение Эйнштейна! Это помогает нам понять, как масса может быть преобразована в энергию.
, где энергия, масса и скорость света.
Чтобы рассчитать энергию, выделяющуюся в результате реакции ядерного деления, вы должны определить разницу в массе между родительским ядром и дочерними ядрами. (В этом вам может помочь периодическая таблица). Уравнение Эйнштейна показывает, что вы можете затем умножить эту разницу масс на скорость света в квадрате, чтобы получить массу, которая была преобразована в энергию в ходе реакции.
Примеры ядерных реакторов
По состоянию на март 2022 года в настоящее время в Великобритании эксплуатируется 11 ядерных реакторов в 5 различных местах. Атомная энергетика произвела более 16% потребностей страны в энергии в 2020 году, и этот процент растет благодаря недавно введенным льготам и субсидиям со стороны правительства. Список действующих атомных электростанций в Великобритании включает Hinkley Point B, Hartlepool, Heysham 1, Heysham 2, Torness и Sizewell B.
Реактор ядерного деления
В реакции ядерного деления родительское ядро расщепляется с образованием двух дочерних ядер.
Разница в массе до и после реакции превращается непосредственно в энергию. Наиболее распространенным типом ядерного топлива, используемого в реакторах деления, является уран-235. К сожалению, энергия, выделяющаяся при расщеплении всего лишь одного атома урана-235, составляет всего лишь атома урана-235. Это незначительно по сравнению с нашими современными потребностями в энергии, поскольку среднему дому в Великобритании требуется около джоулей энергии в год. К счастью, всего в одном килограмме урана содержится непостижимо большое количество атомов урана-235. Так как же нам расщепить более одного атомного ядра одновременно? Ответ цепные ядерные реакции .
Деление урана-235 на его дочерние продукты, адаптировано из изображения Wikimedia Commons CC-BY-SA-3.0
Внутри ядерного реактора, когда нейтрон поглощается изотопом урана-235, он ненадолго становится ураном -236. U-236 чрезвычайно нестабилен и быстро распадается на два дочерних ядра, Цезий-140 и Рубидий-92, выделяя при этом энергию.
Однако два дочерних ядра являются , а не единственными продуктами ядерного деления. Также испускаются два или три нейтрона. Если источник уранового топлива достаточно плотный, то эти нейтроны могут затем поглощаться другими изотопами U-235, вызывая расщепление большего количества ядер в дальнейших реакциях ядерного деления, высвобождая больше энергии!
Диаграмма цепной ядерной реакции, flickr CC BY 2.0
На приведенной выше диаграмме видно, что при делении приведенного выше примера ядра образуются 3 новых нейтрона, которые, в свою очередь, поглощаются еще тремя атомными ядрами. Эти ядра тоже разделятся, испустив в общей сложности 9 новых нейтронов! Таким образом, если каждый случай деления производит 3 новых нейтрона, то количество реакций деления будет утрояться в каждом новом поколении (при условии, что все испускаемые нейтроны действительно сталкиваются с атомным ядром).
| Generation | Number of Fission Reactions |
| 1st | 1 |
| 2nd | 3 |
| 3rd | 9 |
| 4th | 27 |
| 5th |
81 |
| 10th |
19,683 |
| 50th |
2. |
4 x 10 23 Из приведенной выше таблицы видно, как цепная ядерная реакция может быстро выйти из-под контроля, высвобождая огромное количество энергии за очень короткое время . Именно так работает ядерное оружие. неуправляемая цепная ядерная реакция , которая приводит к катастрофическому взрыву. Ясно, что для удовлетворения наших потребностей в энергии мы должны были бы иметь возможность регулировать эту реакцию, чтобы контролировать количество высвобождаемой энергии.
Схема ядерного реактора
Чтобы понять, как управлять цепной ядерной реакцией для использования в наших силовых установках, мы должны изучить конструкцию ядерного реактора деления . Реактор деления имеет механизмы, разработанные для замедления цепной реакции, чтобы мы могли извлечь точное количество энергии, желаемое . Это особенно полезно, поскольку потребности Великобритании в электроэнергии в национальной сети меняются в зависимости от множества различных факторов, включая время суток, погоду, сезон и т.
д.
Основные компоненты ядерного реактора, Wikimedia Commons CC-BY-2.5
Ядерный реактор содержит много важных частей. Источник ядерного топлива (уран, плутоний, торий и т.д.) содержится в топливных стержнях , которые заключены в графитовый замедлитель . Графит между топливными стержнями замедляет любые испускаемые нейтроны, что делает их на более вероятными для поглощения ядерным топливом в другом стержне, что вызовет более высокую скорость ядерного деления.
Основным механизмом, контролирующим скорость цепной ядерной реакции внутри ядерного реактора, являются стержни управления . Обычно они изготавливаются из таких элементов, как серебро или бор, которые могут легко поглощать нейтроны без расщепления . Таким образом, цепной ядерной реакцией можно управлять, опуская или поднимая эти регулирующие стержни. Вы можете замедлить скорость реакции, понизив стержни управления дальше в активную зону.
Наоборот, вы можете увеличить скорость реакции, постепенно удаляя регулирующие стержни. Имея несколько управляющих стержней, легко контролировать процесс деления в реальном времени.
Радиационная защита (обычно из бетона) используется для защиты внешней среды от радиоактивных и вредных дочерних продуктов реакций деления. Энергия, вырабатываемая ядерным делением в реакторе, используется для нагрева воды, поэтому пар может выполнять полезную работу, вращая паровую турбину, которая в конечном итоге используется для выработки электроэнергии.
Реактор ядерного синтеза
В реакции ядерного синтеза два атомных ядра сталкиваются вместе и объединяются в одно ядро. Разница в массе до и после реакции синтеза преобразуется непосредственно в энергию. Ядерный синтез питает наше Солнце, где каждую секунду происходит почти бесчисленное количество термоядерных реакций. Затем разница масс излучается в виде энергии.
Ядерный синтез может производить огромное количество энергии, в несколько раз больше , чем деление .
Топливо, используемое в синтезе, чрезвычайно распространено и дешево, в отличие от более тяжелых радиоактивных элементов, используемых в делении. Кроме того, ни один из продуктов синтеза сам по себе не является радиоактивным, поэтому термоядерная электростанция будет зеленым и возобновляемым источником энергии . Наконец, ядерный термоядерный реактор будет неспособным иметь ядерный расплав даже с человеческими ошибками, поэтому они будут намного безопаснее.
Тогда очевидно, что много энергии можно извлечь путем ядерного синтеза. Вас может шокировать тот факт, что в настоящее время существует ноль ядерных термоядерных реактора в мире, чтобы помочь производить нашу электроэнергию! Чтобы произошел синтез, необходимо преодолеть силу отталкивания между двумя положительно заряженными атомными ядрами . Два ядра должны быть достаточно близки, чтобы ядерное взаимодействие было достаточно сильным, достаточно сильным, чтобы вызвать ядерный синтез.
Для этого необходима среда с чрезвычайно высокой температурой и давлением , как внутри звезды.
Сила, отталкивающая два положительно заряженных ядра, которые необходимо преодолеть для ядерного синтеза, Wikimedia Commons CC-BY-2.5
К сожалению, количество энергии, необходимое для искусственного создания этой среды, требует на больше энергии на , чем мы получаем от синтеза сам. Ученые и инженеры добились устойчивого прогресса в решении этой проблемы за последние несколько десятилетий, но в настоящее время термоядерные реакторы существуют только как экспериментальная технология.
Ученые решили, что в любом будущем ядерном термоядерном реакторе топливом, вероятно, будут два разных изотопа водорода, дейтерий и тритий. Это топливо может плавиться при более низких температурах, чем другие источники, и выделяет больше энергии, чем многие другие реакции синтеза. Кроме того, дейтерий легко найти в морской воде, и хотя тритий редко встречается в природе, его можно легко и дешево производить искусственно.
Ядра дейтерия (D) содержат 1 протон и 1 нейтрон каждое, а тритий (T) содержит 1 протон и 2 нейтрона каждое. Когда дейтерий и тритий подвергаются слиянию, они сливаются в обычное ядро гелия, высвобождая один нейтрон и много полезной энергии!
Ядерные реакторы — основные выводы
- В ядрах атомов содержится огромное количество энергии, которую мы можем использовать для производства электроэнергии.
- Атомные электростанции производят меньше отходов, чем ископаемое топливо, и радиоактивные отходы в конечном итоге распадаются на безвредные вещества. Кроме того, они могут генерировать гораздо больше электроэнергии, чем возобновляемые источники энергии, такие как энергия солнца, ветра или приливов.
- Энергия, выделяющаяся при ядерной реакции, используется для нагрева воды, как и другие типы электростанций. Нагретая вода превращается в пар, который использует механическую работу для вращения турбины. В конечном итоге турбина вырабатывает электричество. Затем пар можно охладить в конденсаторе для повторного использования в реакторе.
- При делении ядер одно более тяжелое атомное ядро распадается на два дочерних ядра. Суммарная масса дочерних ядер всегда меньше родительского ядра. Разница масс преобразуется в энергию.
- При ядерном синтезе два легких атомных ядра вынуждены вместе сливаться в одно ядро. Масса образовавшегося ядра всегда меньше массы исходных двух ядер. Разница масс преобразуется в энергию.
- Цепные ядерные реакции используются для одновременного расщепления более чем одного атома. Неуправляемые цепные реакции используются в оружии, а управляемые цепные реакции используются на атомных электростанциях.
- Ядерные реакторы деления состоят из многих важных частей. Топливные стержни, регулирующие стержни, графитовый замедлитель и радиационная защита.
- Ядерный синтез может дать в несколько раз больше энергии, чем ядерное деление. Топливо в изобилии и дешевое, и в процессе не образуются радиоактивные отходы. Термоядерные электростанции также безопаснее, чем электростанции деления.
- Для ядерного синтеза требуется среда с высокой температурой и давлением, чтобы преодолеть силу отталкивания между двумя положительными ядрами.
Затем пар можно охладить в конденсаторе для повторного использования в реакторе. 
Термоядерные электростанции также безопаснее, чем электростанции деления. Ядерный реактор | Определение, история и компоненты
ядерный реактор
Посмотреть все СМИ
- Ключевые люди:
-
Вернер Гейзенберг
Игорь Васильевич Курчатов
Хайман Дж. Риковер
Ирен Жолио-Кюри
Фредерик Жолио-Кюри
- Похожие темы:
-
термоядерный реактор
реактор-размножитель
экранирование
штырь
ядерное топливо
Просмотреть весь связанный контент →
Резюме
Прочтите краткий обзор этой темы
ядерный реактор , любое из класса устройств, которые могут инициировать и контролировать самоподдерживающуюся серию ядерных делений. Ядерные реакторы используются в качестве исследовательских инструментов, в качестве систем для производства радиоактивных изотопов и, прежде всего, в качестве источников энергии для атомных электростанций.
Принцип работы
Ядерные реакторы работают по принципу ядерного деления, процесса, при котором тяжелое атомное ядро расщепляется на два меньших фрагмента. Ядерные фрагменты находятся в очень возбужденном состоянии и испускают нейтроны, другие субатомные частицы и фотоны. Испущенные нейтроны могут затем вызвать новые деления, которые, в свою очередь, дадут больше нейтронов и так далее. Такая непрерывная самоподдерживающаяся серия делений представляет собой цепную реакцию деления. При этом выделяется большое количество энергии, и эта энергия является основой ядерных энергетических систем.
В атомной бомбе цепная реакция предназначена для увеличения интенсивности до тех пор, пока большая часть материала не расщепится. Это увеличение происходит очень быстро и приводит к чрезвычайно быстрым, чрезвычайно энергичным взрывам, характерным для таких бомб. В ядерном реакторе цепная реакция поддерживается на контролируемом, почти постоянном уровне. Ядерные реакторы устроены так, что они не могут взорваться, как атомные бомбы.
Большая часть энергии деления — примерно 85 процентов — высвобождается в течение очень короткого времени после того, как процесс произошел. Остальная часть энергии, произведенной в результате события деления, поступает от радиоактивного распада продуктов деления, которые представляют собой осколки деления после того, как они испустили нейтроны. Радиоактивный распад — это процесс, при котором атом достигает более стабильного состояния; процесс распада продолжается даже после прекращения деления, и его энергия должна учитываться в любой правильной конструкции реактора.
Britannica Quiz
Знаете ли вы, какой афроамериканский изобретатель создал какой продукт?
Кто изобрел противогаз? Кто изобрел первую форму домашней системы безопасности? Проверьте свои знания. Пройди тест.
Ход цепной реакции определяется вероятностью того, что нейтрон, выделившийся при делении, вызовет последующее деление. Если количество нейтронов в реакторе уменьшится за определенный период времени, скорость деления уменьшится и в конечном итоге упадет до нуля.
В этом случае реактор будет находиться в так называемом подкритическом состоянии. Если с течением времени популяция нейтронов поддерживается с постоянной скоростью, скорость деления останется постоянной, и реактор будет находиться в так называемом критическом состоянии. Наконец, если популяция нейтронов со временем будет увеличиваться, скорость деления и мощность увеличатся, и реактор окажется в сверхкритическом состоянии.
Перед запуском реактора нейтронная популяция близка к нулю. Во время пуска реактора операторы удаляют управляющие стержни из активной зоны, чтобы способствовать делению в активной зоне реактора, фактически временно переводя реактор в сверхкритическое состояние. Когда реактор приближается к номинальному уровню мощности, операторы частично вставляют регулирующие стержни, со временем уравновешивая количество нейтронов. В этот момент реактор поддерживается в критическом состоянии, или в так называемом стационарном режиме. Когда реактор должен быть остановлен, операторы полностью вставляют регулирующие стержни, препятствуя возникновению деления и переводя реактор в подкритическое состояние.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас
Управление реактором
Обычно в ядерной промышленности используется параметр реактивности, который является мерой состояния реактора по отношению к тому, где он был бы, если бы находился в критическом состоянии. Реактивность положительна, когда реактор находится в сверхкритическом состоянии, равна нулю при критичности и отрицательна, когда реактор находится в подкритическом состоянии. Реактивность можно контролировать различными способами: добавляя или удаляя топливо, изменяя соотношение нейтронов, выходящих из системы, к тем, которые остаются в системе, или изменяя количество поглотителя, конкурирующего с топливом за нейтроны. В последнем методе количество нейтронов в реакторе регулируется путем изменения поглотителей, которые обычно имеют форму подвижных регулирующих стержней (хотя в менее распространенной конструкции операторы могут изменять концентрацию поглотителя в теплоносителе реактора).
С другой стороны, изменения утечки нейтронов часто происходят автоматически. Например, увеличение мощности приведет к уменьшению плотности теплоносителя реактора и, возможно, к его закипанию. Это уменьшение плотности теплоносителя увеличит утечку нейтронов из системы и, таким образом, снизит реактивность — процесс, известный как отрицательная обратная связь по реактивности. Утечка нейтронов и другие механизмы отрицательной обратной связи реактивности являются жизненно важными аспектами конструкции безопасного реактора.
Типичное взаимодействие деления происходит порядка одной пикосекунды (10 −12 секунды). Эта чрезвычайно высокая скорость не дает оператору реактора достаточно времени, чтобы наблюдать за состоянием системы и реагировать соответствующим образом. К счастью, управлению реактором помогает присутствие так называемых запаздывающих нейтронов, которые представляют собой нейтроны, испускаемые продуктами деления через некоторое время после того, как произошло деление.
Добавить комментарий