Միջուկային ռեակտորի շահագործման սկզբունքը. «խաղաղ» ատոմ Կարգավորում է ծանր ատոմների միջուկային տրոհման արագությունը

Հետ առաջ

Ուշադրություն. Սլայդների նախադիտումները միայն տեղեկատվական նպատակներով են և կարող են չներկայացնել շնորհանդեսի բոլոր հատկանիշները: Եթե ​​դուք հետաքրքրված եք այս աշխատանքով, խնդրում ենք ներբեռնել ամբողջական տարբերակը:

Դասի նպատակները.

• Ուսումնական: առկա գիտելիքների թարմացում; շարունակել հասկացությունների ձևավորումը՝ ուրանի միջուկների տրոհում, միջուկային շղթայական ռեակցիա, դրա առաջացման պայմաններ, կրիտիկական զանգված; ներդնել նոր հասկացություններ՝ միջուկային ռեակտոր, միջուկային ռեակտորի հիմնական տարրեր, միջուկային ռեակտորի կառուցվածքը և դրա գործունեության սկզբունքը, միջուկային ռեակցիայի կառավարումը, միջուկային ռեակտորների դասակարգումը և դրանց օգտագործումը.
• Ուսումնական: շարունակել զարգացնել դիտելու և եզրակացություններ անելու հմտությունները, ինչպես նաև զարգացնել ուսանողների ինտելեկտուալ կարողությունները և հետաքրքրասիրությունը.
• Ուսումնական: շարունակել ձևավորել վերաբերմունք ֆիզիկայի նկատմամբ որպես փորձարարական գիտության. զարգացնել բարեխիղճ վերաբերմունք աշխատանքի նկատմամբ, կարգապահություն և դրական վերաբերմունք գիտելիքի նկատմամբ:

Դասի տեսակը.նոր նյութ սովորելը.

Սարքավորումներ:մուլտիմեդիա տեղադրում.

Դասերի ժամանակ

1. Կազմակերպչական պահ.

Տղե՛րք։ Այսօր դասում մենք կկրկնենք ուրանի միջուկների տրոհումը, միջուկային շղթայական ռեակցիան, դրա առաջացման պայմանները, կրիտիկական զանգվածը, կիմանանք, թե ինչ է միջուկային ռեակտորը, միջուկային ռեակտորի հիմնական տարրերը, միջուկային ռեակտորի կառուցվածքը: և դրա գործունեության սկզբունքը, միջուկային ռեակցիայի վերահսկումը, միջուկային ռեակտորների դասակարգումը և դրանց օգտագործումը։

2. Ուսումնասիրված նյութի ստուգում.

1. Ուրանի միջուկների տրոհման մեխանիզմը.
2. Պատմեք մեզ միջուկային շղթայական ռեակցիայի մեխանիզմի մասին։
3. Բերե՛ք ուրանի միջուկի միջուկային տրոհման ռեակցիայի օրինակ:
4. Ի՞նչ է կոչվում կրիտիկական զանգված:
5. Ինչպե՞ս է շղթայական ռեակցիան տեղի ունենում ուրանի մեջ, եթե նրա զանգվածը կրիտիկականից փոքր է կամ կրիտիկականից մեծ:
6. Որքա՞ն է ուրանի 295 կրիտիկական զանգվածը, հնարավո՞ր է նվազեցնել կրիտիկական զանգվածը:
7. Ի՞նչ եղանակներով կարող եք փոխել միջուկային շղթայական ռեակցիայի ընթացքը:
8. Ո՞րն է արագ նեյտրոնների դանդաղեցման նպատակը:
9. Ինչ նյութեր են օգտագործվում որպես մոդերատորներ:
10. Ի՞նչ գործոնների շնորհիվ կարելի է ավելացնել ազատ նեյտրոնների քանակը ուրանի կտորում՝ դրանով իսկ ապահովելով դրանում ռեակցիայի առաջացման հնարավորությունը։

3. Նոր նյութի բացատրություն.

Տղերք, պատասխանեք այս հարցին՝ ո՞րն է ցանկացած ատոմակայանի հիմնական մասը։ ( միջուկային ռեակտոր)

Լավ արեցիր։ Այսպիսով, տղաներ, հիմա եկեք նայենք այս հարցին ավելի մանրամասն:

Պատմական անդրադարձ.

Իգոր Վասիլևիչ Կուրչատովը խորհրդային նշանավոր ֆիզիկոս է, ակադեմիկոս, 1943-1960 թվականներին ատոմային էներգիայի ինստիտուտի հիմնադիր և առաջին տնօրեն, ԽՍՀՄ ատոմային խնդրի գլխավոր գիտական ​​ղեկավար, միջուկային էներգիայի խաղաղ նպատակներով օգտագործման հիմնադիրներից մեկը։ . ՍՍՀՄ ԳԱ ակադեմիկոս (1943)։ Խորհրդային առաջին ատոմային ռումբը փորձարկվել է 1949 թվականին։ Չորս տարի անց հաջողությամբ փորձարկվեց աշխարհում առաջին ջրածնային ռումբը: Իսկ 1949 թվականին Իգոր Վասիլևիչ Կուրչատովը սկսեց աշխատել ատոմակայանի նախագծի վրա։ Ատոմակայանը ատոմային էներգիայի խաղաղ օգտագործման ավետաբերն է։ Նախագիծը հաջողությամբ ավարտվեց. 1954 թվականի հուլիսի 27-ին մեր ատոմակայանը դարձավ առաջինն աշխարհում։ Կուրչատովը երեխայի պես ուրախացավ և զվարճացավ։

Միջուկային ռեակտորի սահմանումը.

Միջուկային ռեակտորը սարքավորում է, որում իրականացվում և պահպանվում է որոշակի ծանր միջուկների տրոհման վերահսկվող շղթայական ռեակցիա։

Առաջին միջուկային ռեակտորը կառուցվել է 1942 թվականին ԱՄՆ-ում՝ Է.Ֆերմիի ղեկավարությամբ։ Մեր երկրում առաջին ռեակտորը կառուցվել է 1946 թվականին Ի.Վ. Կուրչատովի ղեկավարությամբ։

Միջուկային ռեակտորի հիմնական տարրերն են.

• միջուկային վառելիք (ուրանի 235, ուրան 238, պլուտոնիում 239);
• նեյտրոնային մոդերատոր (ծանր ջուր, գրաֆիտ և այլն);
• հովացուցիչ նյութ՝ ռեակտորի շահագործման ընթացքում առաջացած էներգիան հեռացնելու համար (ջուր, հեղուկ նատրիում և այլն);
• Վերահսկիչ ձողեր (բոր, կադմիում) - բարձր ներծծող նեյտրոններ
• Պաշտպանիչ պատյան, որը արգելափակում է ճառագայթումը (բետոնը երկաթյա լցոնիչով):

Գործողության սկզբունքը միջուկային ռեակտոր

Միջուկային վառելիքը գտնվում է միջուկում ուղղահայաց ձողերի տեսքով, որոնք կոչվում են վառելիքի տարրեր (վառելիքի տարրեր): Վառելիքի ձողերը նախատեսված են ռեակտորի հզորությունը կարգավորելու համար:

Յուրաքանչյուր վառելիքի ձողի զանգվածը զգալիորեն պակաս է կրիտիկական զանգվածից, ուստի շղթայական ռեակցիա չի կարող տեղի ունենալ մեկ ձողի մեջ: Այն սկսվում է այն բանից հետո, երբ ուրանի բոլոր ձողերը ընկղմվում են միջուկում:

Միջուկը շրջապատված է նյութի շերտով, որն արտացոլում է նեյտրոնները (ռեֆլեկտոր) և բետոնի պաշտպանիչ թաղանթով, որը փակում է նեյտրոնները և այլ մասնիկներ։

Ջերմության հեռացում վառելիքի բջիջներից: Հովացուցիչ նյութը՝ ջուրը, լվանում է ձողը, տաքացվում է մինչև 300°C բարձր ճնշման տակ և մտնում է ջերմափոխանակիչներ։

Ջերմափոխանակիչի դերն այն է, որ 300°C տաքացրած ջուրը ջերմություն է տալիս սովորական ջրին և վերածվում գոլորշու։

Միջուկային ռեակցիայի վերահսկում

Ռեակտորը կառավարվում է կադմիում կամ բոր պարունակող ձողերի միջոցով: Երբ ձողերը երկարացվում են ռեակտորի միջուկից, K > 1, իսկ երբ ամբողջությամբ հետ են քաշվում՝ K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Դանդաղ նեյտրոնային ռեակտոր.

Ուրանի-235 միջուկների ամենաարդյունավետ տրոհումը տեղի է ունենում դանդաղ նեյտրոնների ազդեցության տակ։ Նման ռեակտորները կոչվում են դանդաղ նեյտրոնային ռեակտորներ։ Երկրորդային նեյտրոնները, որոնք առաջանում են տրոհման ռեակցիայի արդյունքում, արագ են։ Որպեսզի դրանց հետագա փոխազդեցությունը շղթայական ռեակցիայի մեջ ուրանի-235 միջուկների հետ ամենաարդյունավետ լինի, դրանք դանդաղեցվում են՝ միջուկ ներմուծելով մոդերատոր՝ մի նյութ, որը նվազեցնում է նեյտրոնների կինետիկ էներգիան:

Արագ նեյտրոնային ռեակտոր.

Արագ նեյտրոնային ռեակտորները չեն կարող աշխատել բնական ուրանի վրա։ Ռեակցիան կարող է պահպանվել միայն հարստացված խառնուրդում, որը պարունակում է առնվազն 15% ուրանի իզոտոպ: Արագ նեյտրոնային ռեակտորների առավելությունն այն է, որ դրանց շահագործումն արտադրում է զգալի քանակությամբ պլուտոնիում, որն այնուհետ կարող է օգտագործվել որպես միջուկային վառելիք:

Միատարր և տարասեռ ռեակտորներ:

Միջուկային ռեակտորները, կախված վառելիքի և մոդերատորի հարաբերական տեղակայությունից, բաժանվում են միատարր և տարասեռ: Միատարր ռեակտորում միջուկը վառելիքի, մոդերատորի և հովացուցիչ նյութի միատարր զանգված է լուծույթի, խառնուրդի կամ հալման տեսքով: Այն ռեակտորը, որի մեջ բլոկների կամ վառելիքի հավաքների տեսքով վառելիքը տեղադրվում է մոդերատորի մեջ՝ դրանում ձևավորելով կանոնավոր երկրաչափական վանդակ, կոչվում է տարասեռ։

Ատոմային միջուկների ներքին էներգիայի փոխակերպումը էլեկտրական էներգիայի:

Միջուկային ռեակտորը ատոմակայանի (ԱԷԿ) հիմնական տարրն է, որը ջերմային միջուկային էներգիան վերածում է էլեկտրական էներգիայի։ Էներգիայի փոխակերպումը տեղի է ունենում հետևյալ սխեմայի համաձայն.

• ուրանի միջուկների ներքին էներգիան -
• նեյտրոնների և միջուկային բեկորների կինետիկ էներգիա -
• ջրի ներքին էներգիան -
• գոլորշու ներքին էներգիա -
• գոլորշու կինետիկ էներգիա -
• տուրբինի ռոտորի և գեներատորի ռոտորի կինետիկ էներգիան -
• Էլեկտրական էներգիա.

Միջուկային ռեակտորների օգտագործումը.

Կախված իրենց նպատակից՝ միջուկային ռեակտորները կարող են լինել ուժային ռեակտորներ, փոխարկիչներ և բուծիչներ, հետազոտական ​​և բազմաֆունկցիոնալ, տրանսպորտային և արդյունաբերական:

Միջուկային էներգիայի ռեակտորներն օգտագործվում են ատոմակայաններում, նավերի էլեկտրակայաններում, միջուկային համակցված ջերմային և էլեկտրակայաններում և միջուկային ջերմամատակարարման կայաններում էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար:

Բնական ուրանի և թորիումից երկրորդային միջուկային վառելիք արտադրելու համար նախատեսված ռեակտորները կոչվում են փոխարկիչներ կամ բուծիչներ: Փոխարկիչի ռեակտորում երկրորդային միջուկային վառելիքը արտադրում է ավելի քիչ, քան սկզբում սպառվել է:

Սելեկցիոն ռեակտորում իրականացվում է միջուկային վառելիքի ընդլայնված վերարտադրություն, այսինքն. ստացվում է ավելին, քան ծախսվել է։

Հետազոտական ​​ռեակտորներն օգտագործվում են նյութի հետ նեյտրոնների փոխազդեցության գործընթացներն ուսումնասիրելու, ռեակտորային նյութերի վարքագիծը նեյտրոնային և գամմա ճառագայթման ինտենսիվ դաշտերում, ռադիոքիմիական և կենսաբանական հետազոտությունների, իզոտոպների արտադրության և միջուկային ռեակտորների ֆիզիկայի փորձարարական հետազոտությունների համար:

Ռեակտորներն ունեն տարբեր հզորություններ, անշարժ կամ իմպուլսային աշխատանքային ռեժիմներ: Բազմաֆունկցիոնալ ռեակտորներն այն ռեակտորներն են, որոնք ծառայում են մի քանի նպատակների, ինչպիսիք են էներգիա արտադրելը և միջուկային վառելիք արտադրելը:

Բնապահպանական աղետներ ատոմակայաններում

• 1957 - վթար Մեծ Բրիտանիայում
• 1966 - միջուկի մասնակի հալեցում Դեթրոյթի մոտ ռեակտորի սառեցման ձախողումից հետո:
• 1971 - շատ աղտոտված ջուր մտավ ԱՄՆ գետ
• 1979 թվական՝ ԱՄՆ-ի ամենամեծ վթարը
• 1982 - ռադիոակտիվ գոլորշու արտանետում մթնոլորտ
• 1983 - սարսափելի վթար Կանադայում (ռադիոակտիվ ջուրը հոսում էր 20 րոպե՝ մեկ տոննա րոպեում)
• 1986 - վթար Մեծ Բրիտանիայում
• 1986 - վթար Գերմանիայում
• 1986 - Չեռնոբիլի ատոմակայան
• 1988 - հրդեհ Ճապոնիայի ատոմակայանում

Ժամանակակից ատոմակայանները հագեցած են անհատական ​​համակարգիչներով, սակայն նախկինում, նույնիսկ վթարից հետո, ռեակտորները շարունակում էին աշխատել, քանի որ չկար ավտոմատ անջատման համակարգ։

4. Նյութի ամրացում.

1. Ինչ է կոչվում միջուկային ռեակտորը:
2. Ի՞նչ է միջուկային վառելիքը ռեակտորում:
3. Ո՞ր նյութն է ծառայում որպես նեյտրոնային մոդերատոր միջուկային ռեակտորում:
4. Ո՞րն է նեյտրոնային մոդերատորի նպատակը:
5. Ինչի համար են օգտագործվում հսկիչ ձողերը: Ինչպե՞ս են դրանք օգտագործվում:
6. Ի՞նչ է օգտագործվում որպես հովացուցիչ նյութ միջուկային ռեակտորներում:
7. Ինչո՞ւ է անհրաժեշտ, որ ուրանի յուրաքանչյուր ձողի զանգվածը կրիտիկական զանգվածից փոքր լինի:

5. Թեստի կատարում.

1. Ի՞նչ մասնիկներ են մասնակցում ուրանի միջուկների տրոհմանը:
   A. պրոտոններ;
   B. նեյտրոններ;
   B. էլեկտրոններ;
   G. հելիումի միջուկներ.
2. Ուրանի ո՞ր զանգվածն է կարևոր:
   Ա. ամենամեծը, որի դեպքում հնարավոր է շղթայական ռեակցիա.
   B. ցանկացած զանգված;
   B. ամենափոքրը, որի դեպքում հնարավոր է շղթայական ռեակցիա.
   D. զանգվածը, որի դեպքում ռեակցիան կդադարի:
3. Որքա՞ն է ուրանի 235 կրիտիկական զանգվածը:
   A. 9 կգ;
   B. 20 կգ;
   B. 50 կգ;
   G. 90 կգ.
4. Հետևյալ նյութերից ո՞րը կարող է օգտագործվել միջուկային ռեակտորներում որպես նեյտրոնային մոդերատորներ.
   A. գրաֆիտ;
   B. կադմիում;
   B. ծանր ջուր;
   G. բոր.
5. Որպեսզի միջուկային շղթայական ռեակցիա տեղի ունենա ատոմակայանում, նեյտրոնների բազմապատկման գործակիցը պետք է լինի.
   Ա.-ն հավասար է 1-ի;
   B. ավելի քան 1;
   V. 1-ից պակաս:
6. Միջուկային ռեակտորներում ծանր ատոմների միջուկների տրոհման արագությունը վերահսկվում է.
   Ա. կլանիչով ձողերն իջեցնելիս նեյտրոնների կլանման պատճառով.
   B. ջերմության հեռացման ավելացման շնորհիվ հովացուցիչ նյութի արագության բարձրացման հետ.
   Բ. սպառողներին էլեկտրաէներգիայի մատակարարման ավելացման միջոցով.
   Գ. միջուկում միջուկային վառելիքի զանգվածը վառելիքով հանելիս նվազեցնելով.
7. Էներգիայի ի՞նչ փոխակերպումներ են տեղի ունենում միջուկային ռեակտորում:
   Ա. ատոմային միջուկների ներքին էներգիան վերածվում է լուսային էներգիայի.
   Բ. ատոմային միջուկների ներքին էներգիան վերածվում է մեխանիկական էներգիայի.
   Բ. ատոմային միջուկների ներքին էներգիան վերածվում է էլեկտրական էներգիայի.
   Դ. Պատասխաններից ոչ մեկը ճիշտ չէ:
8. 1946 թվականին Խորհրդային Միությունում կառուցվեց առաջին միջուկային ռեակտորը։ Ո՞վ էր այս նախագծի ղեկավարը:
   A. S. Կորոլև;
   Բ.Ի.Կուրչատով;
   Վ.Դ.Սախարով;
   Գ.Ա.Պրոխորով.
9. Ո՞ր ճանապարհն եք առավել ընդունելի համարում ատոմակայանների հուսալիությունը բարձրացնելու և արտաքին միջավայրի աղտոտումը կանխելու համար։
   Ա. ռեակտորների մշակում, որոնք կարող են ավտոմատ կերպով սառեցնել ռեակտորի միջուկը՝ անկախ օպերատորի կամքից.
   Բ. ԱԷԿ-ի շահագործման գրագիտության, ԱԷԿ շահագործողների մասնագիտական ​​պատրաստվածության մակարդակի բարձրացում.
   Բ. Ատոմակայանների ապամոնտաժման և ռադիոակտիվ թափոնների վերամշակման բարձր արդյունավետ տեխնոլոգիաների մշակում.
   D. ռեակտորների տեղակայումը գետնի խորքում;
   Դ. հրաժարվել ատոմակայան կառուցելուց և շահագործելուց.
10. Շրջակա միջավայրի աղտոտման ո՞ր աղբյուրներն են կապված ատոմակայանների շահագործման հետ:
    Ա. ուրանի արդյունաբերություն;
    Բ. տարբեր տեսակի միջուկային ռեակտորներ.
    Բ. ռադիոքիմիական արդյունաբերություն;
    Դ. ռադիոակտիվ թափոնների մշակման և հեռացման տեղամասեր.
    D. ռադիոնուկլիդների օգտագործումը ազգային տնտեսության մեջ.
    E. միջուկային պայթյուններ.

Պատասխանները 1 B; 2 Վ; 3 Վ; 4 A, B; 5 Ա; 6 Ա; 7 Վ;. 8 B; 9 B.V; 10 A, B, C, D, E.

6. Դասի ամփոփում.

Ի՞նչ նոր բան սովորեցիք այսօր դասարանում:

Ի՞նչը ձեզ դուր եկավ դասի մեջ:

Ի՞նչ հարցեր ունեք։

ՇՆՈՐՀԱԿԱԼՈՒԹՅՈՒՆ ԴԱՍՈՒՄ ՁԵՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔԻ ՀԱՄԱՐ:

Այն բանից հետո, երբ իրականացվեց անվերահսկելի շղթայական ռեակցիա, որը հնարավորություն տվեց ստանալ հսկայական էներգիա, գիտնականները խնդիր դրեցին իրականացնել վերահսկվող շղթայական ռեակցիա։ Վերահսկվող շղթայական ռեակցիայի էությունը նեյտրոնները կառավարելու ունակության մեջ է: Այս սկզբունքը հաջողությամբ կիրառվել է ատոմակայաններում (ԱԷԿ):

Ուրանի միջուկների տրոհման էներգիան օգտագործվում է ատոմակայաններում (ԱԷԿ): Ուրանի տրոհման գործընթացը շատ վտանգավոր է։ Ուստի միջուկային ռեակտորները շրջապատված են խիտ պաշտպանիչ պատերով։ Ռեակտորների ընդհանուր տեսակը ճնշման տակ գտնվող ջուրն է:

Հովացուցիչ նյութը ջուր է: Սառը ջուրը ռեակտոր է մտնում շատ բարձր ճնշման տակ, ինչը թույլ չի տալիս եռալ։

Սառը ջուրը, որն անցնում է ռեակտորի միջուկով, նաև հանդես է գալիս որպես մոդերատոր՝ դանդաղեցնելով արագ նեյտրոնները, որպեսզի նրանք հարվածեն ուրանի միջուկներին և առաջացնեն շղթայական ռեակցիա:

Միջուկային վառելիքը (ուրանը) գտնվում է միջուկում՝ վառելիքի հավաքման ձողերի տեսքով։ Համագումարի վառելիքի ձողերը փոխարինվում են հսկիչ ձողերով, որոնք կարգավորում են միջուկային տրոհման արագությունը՝ կլանելով արագ նեյտրոնները։

Պառակտումը մեծ քանակությամբ ջերմություն է թողնում: Տաքացած ջուրը միջուկից դուրս է գալիս 300°C ճնշման տակ և մտնում է էլեկտրակայան, որտեղ տեղակայված են գեներատորներ և տուրբիններ։

Ռեակտորից տաք ջուրը տաքացնում է երկրորդական շղթայի ջուրը մինչև եռալ: Գոլորշին ուղղվում է դեպի տուրբինի շեղբերները և պտտվում այն։ Պտտվող լիսեռը էներգիա է փոխանցում գեներատորին: Գեներատորում մեխանիկական ռոտացիոն էներգիան վերածվում է էլեկտրական էներգիայի։ Գոլորշին սառչում է, և ջուրը վերադառնում է ռեակտոր:

Այս բարդ գործընթացների արդյունքում ատոմակայանը արտադրում է էլեկտրական հոսանք։

Ինչպես տեսնում եք, տրոհվող իզոտոպը գտնվում է ռեակտորի միջուկում տեղակայված վառելիքի ձողերում՝ ձևավորելով կրիտիկական զանգված։ Միջուկային ռեակցիան վերահսկվում է բորից կամ կադմիումից պատրաստված հսկիչ ձողերի միջոցով: Հսկիչ ձողերը, ինչպես վառելիքի ձողերը, գտնվում են ռեակտորի միջուկում և, ինչպես ջուրը կլանող սպունգը, գործում են նեյտրոնների վրա՝ կլանելով դրանք։ ԱԷԿ-ի օպերատորը, կարգավորելով ռեակտորի միջուկում կարգավորող ձողերի քանակը, վերահսկում է միջուկային գործընթացի արագությունը. նա դանդաղեցնում է այն՝ իջեցնելով կառավարման ձողերը ռեակտորի միջուկը; կամ արագացնում է ձողերը բարձրացնելով:

Թվում է, թե ամեն ինչ հրաշալի է. միջուկային էներգիան էլեկտրաէներգիայի անսպառ բարձր տեխնոլոգիական աղբյուր է և դա ապագան է։ Այդպես էին մտածում մարդիկ մինչև 1986 թվականի օգոստոսի 26-ը։ Չեռնոբիլի ատոմակայանի չորրորդ էներգաբլոկի վթարը գլխիվայր շուռ տվեց ամեն ինչ. «խաղաղ» ատոմը պարզվեց, որ այնքան էլ խաղաղ չէր, եթե արհամարհանքով վերաբերվեին։

Այս մասին բավականին շատ նյութեր են գրվել։ Այստեղ տրվելու է աղետի քվինտեսանսը (խտացված էությունը)։

Չեռնոբիլի ատոմակայանի 4-րդ էներգաբլոկի վթարի հիմնական պատճառները.

1. Տուրբոգեներատորի վատթարացման վերաբերյալ տեխնոլոգիական փորձի անբավարար մտածված ծրագիր.
2. RBMK միջուկային ռեակտորի մշակողների սխալ հաշվարկները, որտեղ զգալի դեր է խաղացել միջուկում ռեակտիվության պահուստի վերաբերյալ կառավարման համակարգում գործառնական տեղեկատվության բացակայությունը.
3. Ատոմակայանի անձնակազմի «ազատությունները», որոնք իրականացրել են փորձը և թույլ են տվել շեղումներ կատարվող աշխատանքների կանոնակարգից։

Այս ամենը միասին հանգեցրեց աղետի։ Չեռնոբիլի իրադարձությունները հետաքննող մասնագետների մեջ կար այսպիսի բանաձև. «Օպերատորներին հաջողվել է պայթեցնել ագրեգատը, և ռեակտորը թույլ է տվել դա անել». Չեռնոբիլի մեղքի մի մասը պատկանում է գրեթե բոլորին, և ֆիզիկոսներին, ովքեր հաշվարկներ են կատարում՝ օգտագործելով պարզեցված մոդելներ, և տեղադրողներին, ովքեր անզգուշորեն զոդում են կարերը, և օպերատորներին, ովքեր իրենց թույլ են տալիս անտեսել աշխատանքային կանոնակարգերը:

Չեռնոբիլի վթարի անատոմիան մի խոսքով

1. Ռեակտորի հզորությունը թույլատրվել է նվազեցնել մինչև շատ փոքր արժեք (անվանական արժեքի մոտ 1%-ը)։ Սա «վատ» է ռեակտորի համար, քանի որ այն ընկնում է «յոդի փոսը» և սկսվում է ռեակտորի քսենոնային թունավորումը։ «Նորմալ» մոտեցման համաձայն՝ անհրաժեշտ էր անջատել ռեակտորը, սակայն այս դեպքում տուրբինի քայքայման փորձը չէր իրականացվի՝ դրանից բխող բոլոր վարչական հետևանքներով։ Արդյունքում Չեռնոբիլի ԱԷԿ-ի անձնակազմը որոշել է մեծացնել ռեակտորի հզորությունը և շարունակել փորձարկումը։

2. Վերոնշյալ նյութից պարզ է դառնում, որ ատոմակայանի օպերատորը կարող է վերահսկել միջուկային ռեակցիայի արագությունը (ռեակտորի հզորությունը)՝ տեղափոխելով կառավարման ձողերը ռեակտորի միջուկ: Ռեակտորի հզորությունը մեծացնելու համար (փորձն ավարտելու համար) ռեակտորի միջուկից հանվել են գրեթե բոլոր հսկիչ ձողերը։

Որպեսզի ավելի պարզ լինի այն ընթերցողի համար, ով ծանոթ չէ «միջուկային նրբություններին», մենք կարող ենք տալ հետևյալ անալոգիան զսպանակի վրա կախված բեռի հետ.

• Բեռը (ավելի ճիշտ՝ նրա դիրքը) ռեակտորի հզորությունն է.
• Զսպանակը բեռը կառավարելու միջոց է (ռեակտորի հզորությունը)։
• Նորմալ դիրքում բեռը և զսպանակը գտնվում են հավասարակշռության մեջ՝ բեռը գտնվում է որոշակի բարձրության վրա, իսկ զսպանակը ձգվում է որոշակի չափով։
• Երբ ռեակտորի հզորությունը խափանվեց («յոդի փոս»), բեռը իջավ գետնին (և շատ ուժեղ գնաց):
• Ռեակտորը «դուրս բերելու» համար օպերատորը «քաշեց զսպանակը» (հանեց կառավարման ձողերը, բայց անհրաժեշտ էր անել ճիշտ հակառակը՝ մտցնել բոլոր ձողերը և անջատել ռեակտորը, այսինքն՝ բաց թողնել զսպանակը, որպեսզի բեռը ընկնում է գետնին): Բայց բեռ-զսպանակային համակարգը որոշակի իներցիա ունի, և որոշ ժամանակ անց այն բանից հետո, երբ օպերատորը սկսեց զսպանակը վեր քաշել, բեռը շարունակում է շարժվել դեպի ներքև: Իսկ օպերատորը շարունակում է վեր քաշվել:
• Վերջապես, բեռը հասնում է ամենացածր կետին, և (արդեն պարկեշտ) զսպանակային ուժերի ազդեցության տակ այն սկսում է շարժվել դեպի վեր՝ ռեակտորի հզորությունը սկսում է կտրուկ աճել։ Բեռը ավելի ու ավելի արագ է թռչում դեպի վեր (չվերահսկվող շղթայական ռեակցիա՝ հսկայական ջերմության արտազատմամբ), և օպերատորն այլևս ոչինչ չի կարող անել բեռի վերընթաց շարժման իներցիան մարելու համար։ Արդյունքում բեռը հարվածում է օպերատորի ճակատին։

Այո, Չեռնոբիլի ատոմակայանի օպերատորները, որոնք թույլ տվեցին էներգաբլոկը պայթել, վճարեցին իրենց սխալի համար ամենաբարձր գինը՝ իրենց կյանքը։

Ինչո՞ւ Չեռնոբիլի ԱԷԿ-ի անձնակազմն այդպես վարվեց։ Պատճառներից մեկն այն էր, որ միջուկային ռեակտորի կառավարման համակարգը օպերատորին չէր տրամադրում օպերատիվ տեղեկատվություն ռեակտորում տեղի ունեցող վտանգավոր գործընթացների մասին։

Ա.Ս. Դյատլովն այսպես է սկսում իր գիրքը «Չեռնոբիլ. ինչպես եղավ»:

1986 թվականի ապրիլի 26-ին, մեկ ժամ, քսաներեք րոպե, քառասուն վայրկյան, Չեռնոբիլի ատոմակայանի թիվ 4 էներգաբլոկի հերթափոխի վերահսկիչ Ալեքսանդր Ակիմովը հրամայեց անջատել ռեակտորը կատարված աշխատանքների ավարտից հետո։ նախքան պլանային վերանորոգման համար էներգաբլոկը անջատելը: Հրամանը տրվել է հանգիստ աշխատանքային միջավայրում, կենտրոնացված կառավարման համակարգը չի գրանցում մեկ վթարային կամ նախազգուշական ազդանշան ռեակտորի կամ սպասարկման համակարգերի պարամետրերի շեղումների մասին: Ռեակտորի օպերատոր Լեոնիդ Թոփթունովը հանել է AZ կոճակի գլխարկը, որը պաշտպանում է պատահական սխալ սեղմումից, և սեղմել է կոճակը։ Այս ազդանշանով ռեակտորի կառավարման 187 ձողեր սկսեցին շարժվել դեպի միջուկ: Մնեմոնիկ տախտակի վրա լույսի լույսերը վառվեցին, և ձողի դիրքի ցուցիչների սլաքները սկսեցին շարժվել: Ալեքսանդր Ակիմովը, կիսով չափ շրջվելով դեպի ռեակտորի կառավարման վահանակը, նկատեց դա և տեսավ, որ AR անհավասարակշռության ցուցիչների «նապաստակները» «ձախ են նետվել» (նրա արտահայտությունը), ինչպես որ պետք է լիներ, ինչը նշանակում էր նվազում ռեակտորի հզորությունը, շրջվեց դեպի անվտանգության վահանակը, որի հետևում ես նկատեցի փորձի ժամանակ:
Բայց հետո տեղի ունեցավ մի բան, որը նույնիսկ ամենադաժան երևակայությունը չէր կարող կանխատեսել։ Մի փոքր նվազումից հետո ռեակտորի հզորությունը հանկարծ սկսեց աճել անընդհատ աճող արագությամբ, և տագնապի ազդանշաններ հայտնվեցին։ Լ.Թոփթունովը բղավել է իշխանության արտակարգ բարձրացման մասին. Բայց նա ոչինչ անել չի կարողացել։ Նրան մնում էր միայն սեղմած պահել AZ կոճակը, կառավարման ձողերը մտան ակտիվ գոտի: Նա իր տրամադրության տակ այլ միջոց չունի։ Եվ մնացած բոլորը նույնպես: Ա. Ակիմովը կտրուկ բղավել է. «Փակե՛ք ռեակտորը»։ Նա ցատկեց դեպի կառավարման վահանակը և անջատեց հսկիչ ձողերի էլեկտրամագնիսական ճարմանդները: Գործողությունը ճիշտ է, բայց անօգուտ: Ի վերջո, CPS-ի տրամաբանությունը, այսինքն՝ նրա տրամաբանական սխեմաների բոլոր տարրերը, ճիշտ աշխատեցին, ձողերը մտան գոտի։ Հիմա պարզ է՝ AZ կոճակը սեղմելուց հետո ճիշտ գործողություններ չեն եղել, փրկության միջոցներ չեն եղել։ Այլ տրամաբանությունը ձախողվեց:
Կարճ ընդմիջումով հաջորդել են երկու հզոր պայթյուն։ AZ ձողերը դադարեցին շարժվել՝ անգամ կես ճանապարհը չանցնելով։ Նրանք գնալու այլ տեղ չունեին։
Մեկ ժամ, քսաներեք րոպե, քառասունյոթ վայրկյան, ռեակտորը ավերվել է արագընթաց նեյտրոնների օգտագործմամբ հոսանքի արագացման արդյունքում: Սա փլուզում է, վերջնական աղետ, որը կարող է տեղի ունենալ էներգետիկ ռեակտորում: Նրանք դա չեն հասկացել, չեն նախապատրաստվել, բլոկում և կայարանում տեղայնացման տեխնիկական միջոցներ չեն տրամադրվել...

Այսինքն՝ աղետից մի քանի վայրկյան առաջ անձնակազմը նույնիսկ չի էլ կասկածել մոտեցող վտանգի մասին։ Այս ամբողջ անհեթեթ իրավիճակի վերջը վթարային կոճակի սեղմումն էր, որից հետո պայթյուն տեղի ունեցավ՝ դու վազում ես մեքենայով, իսկ խոչընդոտի դիմաց սեղմում ես արգելակը, բայց մեքենան էլ ավելի է արագանում և բախվում արգելքին։ Արդարության համար պետք է ասել, որ արտակարգ իրավիճակների կոճակը սեղմելը ոչ մի կերպ չէր կարող ազդել իրավիճակի վրա, դա ընդամենը մի քանի վայրկյանով արագացրեց ռեակտորի անխուսափելի պայթյունը, բայց փաստը մնում է փաստ. Արտակարգ իրավիճակների պաշտպանությունը պայթեցրել է ռեակտորը !

Ճառագայթման ազդեցությունը մարդկանց վրա

Ինչո՞ւ են տեխնածին միջուկային աղետները (էլ չեմ խոսում միջուկային զենքի մասին) այդքան վտանգավոր:

Ի հավելումն հսկայական քանակությամբ էներգիայի արտազատմանը, որը հանգեցնում է մեծ ավերածությունների, միջուկային ռեակցիաները ուղեկցվում են ճառագայթմամբ և, որպես հետևանքով, տարածքի ճառագայթային աղտոտմամբ:

Ինչու է ճառագայթումը այդքան վնասակար կենդանի օրգանիզմի համար: Եթե ​​այն նման վնաս չբերեր բոլոր կենդանի արարածներին, ապա բոլորը վաղուց մոռացած կլինեին Չեռնոբիլի վթարի մասին, իսկ ատոմային ռումբերը աջ ու ձախ նետված կլինեին։

Ճառագայթումը ոչնչացնում է կենդանի օրգանիզմի բջիջները երկու եղանակով.

1. ջեռուցման պատճառով (ճառագայթման այրվածք);
2. բջիջների իոնացման պատճառով (ճառագայթային հիվանդություն):

Ռադիոակտիվ մասնիկները և բուն ճառագայթումն ունեն բարձր կինետիկ էներգիա։ Ճառագայթումը առաջացնում է ջերմություն: Այս ջերմությունը, որը նման է արևայրուքին, առաջացնում է ճառագայթային այրում՝ ոչնչացնելով մարմնի հյուսվածքը:

Ծանր միջուկների տրոհման նեյտրոնային միջուկային ռեակցիան, ինչպես արդեն նշվեց, միջուկային ռեակտորների հիմնական և կենտրոնական ռեակցիան է։ Հետևաբար, իմաստ ունի հենց սկզբից ծանոթանալ տրոհման ռեակցիայի ֆիզիկական հասկացություններին և դրա առանձնահատկություններին, որոնք այս կամ այն ​​կերպ իրենց հետքն են թողնում ամենաբարդ տեխնիկական համալիրի կյանքի և առօրյա կյանքի բոլոր ասպեկտների վրա, որոնք. կոչվում է Ատոմային էլեկտրակայան։

Տեսողական պատկերներում ուրանի-235 միջուկի տրոհման գաղափարը տրված է Նկար 2.6-ում:

Զանգվածի նեյտրոնային միջուկ Ա գրգռված բաղադրյալ միջուկ Ճեղքման բեկորներ

տրոհման նեյտրոններ

Նկ.2.6. 235 U միջուկային տրոհման սխեմատիկ ներկայացում:

Այս գծապատկերի հիման վրա տրոհման ռեակցիայի ընդհանրացված «հավասարումը» (որը ավելի շուտ տրամաբանական է, քան խիստ մաթեմատիկական) կարելի է գրել հետևյալ կերպ.

235 U + 1 n  (236 U) *  (F 1)* + (F 2)* +  5. 1 n + a + b + c + E

- (F 1)* և (F 2)* - խորհրդանշական նշանակումներ հուզվածտրոհման բեկորներ (ցուցանիշը (*) այսուհետ նշանակում է անկայուն, գրգռված կամ ռադիոակտիվ տարրեր). բեկորը (F 1)* ունի զանգված A 1 և լիցք Z 1, բեկորը (F 2)* ունի զանգված A 2 և լիցք Z 2;

-  5. 1 n նշանակված է  5 տրոհման նեյտրոններ, որոնք արձակվում են միջինում ուրանի-235 միջուկի յուրաքանչյուր տրոհման իրադարձության ժամանակ;

- ,  և  - -մասնիկներ, -մասնիկներ և -քվանտաներ, որոնց միջին թվերը ուրանի-235 միջուկի տրոհման մեկ գործողության համար համապատասխանաբար հավասար են a, b և c;

E-ն էներգիայի միջին քանակն է, որն ազատվում է տրոհման ակտում:

Եվս մեկ անգամ շեշտենք՝ վերը գրված արտահայտությունը բառի խիստ իմաստով հավասարում չէ. ավելի շուտ, դա պարզապես հեշտ հիշվող նշագրման ձև է, որն արտացոլում է նեյտրոնային տրոհման ռեակցիայի հիմնական հատկանիշները.

ա) տրոհման բեկորների ձևավորում.

բ) տրոհման ժամանակ նոր ազատ նեյտրոնների առաջացումը, որն այսուհետ համառոտ կանվանենք. տրոհման նեյտրոններ;

գ) տրոհման բեկորների ռադիոակտիվությունը, որն առաջացնում է դրանց հետագա փոխակերպումը ավելի կայուն կազմավորումների, ինչը առաջացնում է մի շարք կողմնակի ազդեցություններ՝ դրական, օգտակար և բացասական, որոնք պետք է հաշվի առնել միջուկային ռեակտորներ նախագծելիս, կառուցելիս և շահագործելիս.

դ) տրոհման ժամանակ էներգիայի արտազատումը տրոհման ռեակցիայի հիմնական հատկությունն է, որը հնարավորություն է տալիս ստեղծել. եռանդուն միջուկային ռեակտոր.

Վերևում թվարկված ֆիզիկական գործընթացներից յուրաքանչյուրը, որն ուղեկցում է տրոհման ռեակցիան, որոշակի դեր է խաղում ռեակտորում և ունի իր գործնական իմաստը. Ուստի եկեք ավելի մանրամասն ճանաչենք նրանց։

2.2.1. տրոհման բեկորների ձևավորում:Միջուկային տրոհման մեկ գործողության մասին կարելի է որոշակիորեն խոսել որպես երևույթ պատահականնկատի ունենալով, որ ուրանի ծանր միջուկը, որը բաղկացած է 92 պրոտոնից և 143 նեյտրոնից, սկզբունքորեն ունակ է բաժանվել տարբեր ատոմային զանգվածներով բեկորների։ Այս դեպքում միջուկը 2, 3 կամ ավելի բեկորների բաժանելու հնարավորությունը գնահատելուն կարելի է մոտենալ հավանականական միջոցներով։ Ըստ բերված տվյալների՝ միջուկի երկու բեկորների բաժանվելու հավանականությունը ավելի քան 98% է, հետևաբար, տրոհումների ճնշող մեծամասնությունն ավարտվում է ուղիղ երկու բեկորների ձևավորմամբ։

Ճեղքման արտադրանքի սպեկտրոսկոպիկ ուսումնասիրությունները հայտնաբերել են ավելի քան 600 որակապես տարբեր տրոհման բեկորներ տարբեր ատոմային զանգվածներով: Եվ ահա, ակնհայտ վթարի ժամանակ, մեծ թվով դիվիզիաներով, անմիջապես հայտնվեց մեկը ընդհանուր օրինաչափությունորը հակիրճ կարելի է արտահայտել հետևյալ կերպ.

Որոշակի ատոմային զանգվածի բեկորի հայտնվելու հավանականությունը որոշակի նուկլիդի զանգվածային տրոհման ժամանակ այս տրոհվող նուկլիդին բնորոշ խիստ սահմանված արժեք է։

Այս քանակությունը սովորաբար կոչվում է հատուկ բեկորային ելք , որը նշվում է փոքր հունարեն տառով  ես(գամմա) ենթագրով - քիմիական տարրի խորհրդանիշ, որի միջուկն այս հատվածն է, կամ իզոտոպի խորհրդանիշ:

Օրինակ, ֆիզիկական փորձերի ժամանակ արձանագրվել է, որ քսենոն-135-ի (135 Xe) բեկորը միջինում հայտնվում է երեք դեպքում 235 U միջուկի յուրաքանչյուր հազար տրոհման դեպքում։ Սա նշանակում է, որ 135 Xe բեկորների հատուկ եկամտաբերությունը կազմում է

 Xe= 3/1000 = բոլոր բաժանումների 0,003,

և 235 U միջուկի մեկ տրոհման իրադարձության առնչությամբ  Xe = 0,003 = 0,3% - արժեքը հավանականությունը, որ տրոհումը կհանգեցնի բեկորի ձևավորմանը 135 Հե

Տարբեր ատոմային զանգվածների տրոհման բեկորների առաջացման օրինաչափության հստակ գնահատականը տրված է բեկորների հատուկ թողունակության կորերով (նկ. 2.7):

10

70 80 90 100 110 120 130 140 150 A, a.m.u.

Բրինձ. 2.7. Տարբեր ատոմային զանգվածների տրոհման բեկորների առանձնահատուկ ելքեր

235 U (պինդ գիծ) և 239 Pu (հատված գիծ) միջուկների տրոհման ժամանակ։

Այս կորերի բնույթը թույլ է տալիս եզրակացնել հետևյալը.

ա) տրոհման ժամանակ առաջացած բեկորների ատոմային զանգվածները, դեպքերի ճնշող մեծամասնությունում, գտնվում են 70  165 ամու սահմաններում։ Ավելի թեթև և ծանր բեկորների տեսակարար ելքը շատ փոքր է (չի գերազանցում 10 -4%)։

բ) Միջուկների սիմետրիկ տրոհումը (այսինքն՝ տրոհվելը հավասար զանգվածի երկու բեկորների) չափազանց հազվադեպ է.

գ) Ամենից հաճախ ձևավորված թոքերըբեկորներ զանգվածային թվերով 83  104 ամու սահմաններում։ Եվ ծանրբեկորներ A = 128  149 a.m.u. (դրանց կոնկրետ եկամտաբերությունը 1% կամ ավելի է):

դ) 239 Pu-ի տրոհումը ջերմային նեյտրոնների ազդեցությամբ հանգեցնում է մի քանիսի առաջացման. ավելի խիստբեկորներ՝ համեմատած 235 U տրոհման բեկորների հետ։

*) Հետագայում, երբ ուսումնասիրում ենք ռեակտորի կինետիկան և դրա թունավորման և խարամման գործընթացները, մենք մեկ անգամ չէ, որ պետք է անդրադառնանք բազմաթիվ տրոհման բեկորների հատուկ եկամտաբերության արժեքներին՝ դիֆերենցիալ հավասարումներ կազմելիս, որոնք նկարագրում են. ռեակտորի միջուկում ֆիզիկական գործընթացները.

Այս արժեքի հարմարությունն այն է, որ իմանալով տրոհման ռեակցիայի արագությունը (վառելիքի բաղադրության միավորի ծավալի վրա տրոհումների քանակը միավոր ժամանակում), հեշտ է հաշվարկել ցանկացած տրոհման բեկորների ձևավորման արագությունը, որոնց կուտակումը. ռեակտորում այս կամ այն ​​կերպ ազդում է նրա աշխատանքի վրա.

i-րդ ​​հատվածի առաջացման արագությունը =  ես  (տրոհման ռեակցիայի արագությունը)

Եվ ևս մեկ նշում՝ կապված տրոհման բեկորների առաջացման հետ. Ճեղքման ժամանակ առաջացած տրոհման բեկորներն ունեն բարձր կինետիկ էներգիաներ.Փոխանցելով դրանց կինետիկ էներգիան վառելիքի բաղադրության միջավայրի ատոմների հետ բախումների ժամանակ, դրանով տրոհման բեկորները բարձրացնել ատոմների և մոլեկուլների կինետիկ էներգիայի միջին մակարդակը,որը, կինետիկ տեսության գաղափարներին համապատասխան, մեր կողմից ընկալվում է որպես ջերմաստիճանի բարձրացումվառելիքի կազմը կամ ինչպես դրա մեջ ջերմության առաջացում.

Ռեակտորում ջերմության մեծ մասն առաջանում է այս կերպ։

Սա ատոմային էներգիայի ռեակտորի շահագործման գործընթացում բեկորների առաջացման որոշակի դրական դերն է։

2.2.2. տրոհման նեյտրոնների արտադրություն։Ծանր միջուկների տրոհման գործընթացին ուղեկցող առանցքային ֆիզիկական երևույթն է երկրորդական արագ նեյտրոնների արտանետում գրգռված տրոհման բեկորներով,հակառակ դեպքում կանչեց արագ նեյտրոններկամ տրոհման նեյտրոններ.

Այս երեւույթի նշանակությունը (բացահայտել են Ֆ. Ժոլիոտ-Կյուրին և նրա գործընկերները՝ Ալբանոն և Կովարսկի - 1939 թ.) անհերքելի է. դրա շնորհիվ է, որ ծանր միջուկների տրոհման ժամանակ հայտնվում են նոր ազատ նեյտրոններ, որոնք փոխարինում են տրոհման պատճառ հանդիսացողներին. այս նոր նեյտրոնները կարող են փոխազդել վառելիքի այլ տրոհվող միջուկների հետ և առաջացնել դրանց տրոհում, որին հաջորդում է նոր տրոհվող նեյտրոնների արտանետումը և այլն:Այսինքն՝ տրոհման նեյտրոնների առաջացման շնորհիվ հնարավոր է դառնում կազմակերպել ժամանակի ընթացքում միմյանց հաջորդող միատեսակ տրոհումների գործընթաց՝ առանց արտաքին աղբյուրից վառելիք պարունակող միջավայրին ազատ նեյտրոնների մատակարարման։ Նման առաքման դեպքում, պարզ ասած, ոչ անհրաժեշտ, քանի դեռ գտնված են այն «գործիքները», որոնց օգնությամբ իրականացվում է միջուկային տրոհումը այստեղ, հենց այս միջավայրում, կապված վիճակում տրոհվող միջուկներում; կապակցված նեյտրոնները «գործի դնելու» համար անհրաժեշտ է միայն դրանք ազատել, այսինքն՝ միջուկը պետք է բաժանել բեկորների, այնուհետև բեկորներն իրենք կլրացնեն ամեն ինչ. նեյտրոններն իրենց կազմից՝ խանգարելով դրանց կայունությանը, և դա տեղի կունենա 10 -15 - 10 -13 վ կարգի ժամանակում՝ մեծության կարգով համընկնում է այն ժամանակի հետ, երբ բարդ միջուկը մնում է գրգռված վիճակում: Այս համընկնումը ծնեց այն գաղափարը, որ առաջանում են տրոհման նեյտրոններ ոչ թե տրոհման ավարտից հետո նեյտրոններով գերհագեցած գրգռված տրոհման բեկորներից, այլ անմիջապես այն կարճ ժամանակահատվածում, որի ընթացքում տեղի է ունենում միջուկային տրոհում։Այսինքն՝ ոչ հետոբաժանման ակտ, և ընթացքումայս արարքը, կարծես միջուկի ոչնչացման հետ միաժամանակ։ Նույն պատճառով այս նեյտրոնները հաճախ կոչվում են արագ նեյտրոններ.

Տարբեր ատոմային զանգվածների կայուն միջուկներում պրոտոնների և նեյտրոնների հնարավոր համակցությունների վերլուծությունը (հիշեք կայուն միջուկների դիագրամը) և դրանց համեմատությունը տրոհման արտադրանքի որակական կազմի հետ ցույց տվեց, որ. ձևավորման հավանականությունըկայուն Ճեղքման ժամանակ բեկորները շատ քիչ են։Սա նշանակում է, որ բեկորների ճնշող մեծամասնությունը ծնվում է անկայունև կարող է արձակել մեկ, երկու, երեք կամ նույնիսկ ավելի «լրացուցիչ» տրոհման նեյտրոններ՝ իրենց կայունության համար, և պարզ է, որ յուրաքանչյուր հատուկ գրգռված բեկոր պետք է արձակի ձեր սեփականը, խիստ սահմանված,տրոհման նեյտրոնների «հավելյալ» թիվը դրա կայունության համար։

Բայց քանի որ մեծ թվով տրոհումներ ունեցող յուրաքանչյուր բեկոր ունի խիստ սահմանված հատուկ ելք, ապա որոշակի մեծ թվով տրոհումների դեպքում որոշակի կլինի նաև ձևավորված յուրաքանչյուր տեսակի տրոհման բեկորների քանակը, և, հետևաբար, տրոհման նեյտրոնների քանակը, որոնք արտանետվում են: Յուրաքանչյուր տեսակի բեկորները նույնպես որոշակի կլինեն, և սա նշանակում է, որ դրանց ընդհանուր թիվը նույնպես որոշակի կլինի: Բաժանելով տրոհումների ժամանակ արտադրված նեյտրոնների ընդհանուր թիվը այն տրոհումների քանակի վրա, որոնցում դրանք առաջացել են, մենք պետք է ստանանք. տրոհման նեյտրոնների միջին քանակը, որոնք արտանետվում են մեկ տրոհման ժամանակ, որը, ելնելով վերը նշված պատճառաբանությունից, նույնպես պետք է խստորեն սահմանվի և հաստատուն յուրաքանչյուր տեսակի տրոհվող նուկլիդի համար:Հատվող նուկլիդի այս ֆիզիկական հաստատունը նշանակված է  .

Ըստ 1998 թվականի տվյալների (այս հաստատունի արժեքը պարբերաբար թարմացվում է ամբողջ աշխարհում ֆիզիկական փորձերի վերլուծության արդյունքների հիման վրա) ջերմային նեյտրոնների ազդեցության տակ տրոհման ժամանակ

Ուրան-235-ի համար  5 = 2.416,

Պլուտոնիում-239-ի համար  9 = 2.862,

Պլուտոնիում-241-ի համար  1 = 2,938 և այլն:

Օգտակար է վերջին դիտողությունը՝  հաստատունի արժեքը էապես կախված է տրոհում առաջացնող նեյտրոնների կինետիկ էներգիայի մեծությունից և վերջինիս աճի հետ այն մեծանում է մոտավորապես E-ի ուղիղ համեմատությամբ։

Երկու ամենակարևոր տրոհվող նուկլիդների համար (E) մոտավոր կախվածությունները նկարագրված են էմպիրիկ արտահայտություններով.

Ուրան-235-ի համար  5 (E) = 2.416 + 0.1337 Ե;

Պլուտոնիում-239-ի համար  9 (E) = 2.862 + 0.1357 Ե.

*) Նեյտրոնային էներգիան E փոխարինված է [MeV]-ով:

Այսպիսով,  հաստատունի արժեքը, որը հաշվարկվում է այս էմպիրիկ բանաձևերի միջոցով, տարբեր նեյտրոնային էներգիաներում կարող է հասնել հետևյալ արժեքներին.

Այսպիսով, առանձնահատուկ տրոհվող նուկլիդների տրոհման ժամանակ արտանետվող տրոհման նեյտրոնների առաջին բնութագիրը բնորոշ է. տրոհման նեյտրոնների միջին թիվը, որոնք արտադրվում են տրոհման իրադարձության ժամանակ .

Փաստ է, որ բոլոր տրոհվող նուկլիդների համար  > 1, ստեղծում է իրագործելիության նախադրյալ շղթա նեյտրոնային տրոհման ռեակցիա: Հասկանալի է, որ իրականացնել ինքնապահպանվող տրոհման շղթայական ռեակցիաանհրաժեշտ է պայմաններ ստեղծել, որպեսզի մեկտրոհման ակտով ստացված  նեյտրոններից անպայման զանգահարելմեկ այլ միջուկի հաջորդ բաժանումը և հանգիստ ( - 1) նեյտրոններ ինչ-որ կերպ բացառվում է միջուկային տրոհման գործընթացից։Հակառակ դեպքում, բաժանումների ինտենսիվությունը ժամանակի ընթացքում կմեծանա ձնահյուսի պես (ինչը տեղի է ունենում. ատոմային ռումբ).

Քանի որ այժմ հայտնի է, որ հաստատունի արժեքը  տրոհում առաջացնող նեյտրոնների էներգիայի ավելացման հետ մեկտեղ առաջանում է տրամաբանական հարց՝ ինչ կինետիկ էներգիայով. ծնվածտրոհման նեյտրոններ?

Այս հարցի պատասխանը տալիս է տրոհման նեյտրոնների երկրորդ հատկանիշը, որը կոչվում է տրոհման նեյտրոնների էներգետիկ սպեկտրըև ներկայացնում է տրոհման նեյտրոնների բաշխման ֆունկցիան նրանց կինետիկ էներգիաների վրա:

Եթե ​​միջավայրի միավորի (1 սմ3) ծավալում ժամանակի որոշակի պահի հայտնվում է nբոլոր հնարավոր էներգիաների տրոհման նեյտրոնները, ապա նորմալացված էներգիայի սպեկտրը E էներգիայի քանակի ֆունկցիան է, որի արժեքը E-ի ցանկացած որոշակի արժեքի դեպքում ցույց է տալիս Այս բոլոր նեյտրոնների ո՞ր մասն են (համամասնությունը) նեյտրոնները՝ էներգիային մոտ dE տարրական միջակայքի էներգիայովԵ. Այսինքն՝ խոսքը արտահայտության մասին է

Բավական ճշգրիտ նկարագրված է տրոհման նեյտրոնների էներգիայի բաշխումը Վաթի սպեկտրային ֆունկցիան(Վատ):

n(Ե) = 0.4839
, (2.2.2)

որի գրաֆիկական նկարազարդումն է Նկ. 2.8: հաջորդ էջում։

Ուոթի սպեկտրը ցույց է տալիս, որ թեև տրոհման նեյտրոնները արտադրվում են շատ տարբեր էներգիաներով, դրանք գտնվում են շատ լայն տիրույթում, նեյտրոնների մեծ մասն ունի սկզբնական էներգիա,հավասար է Ե nv = 0,7104 ՄԷՎ, որը համապատասխանում է Վաթի սպեկտրային ֆունկցիայի առավելագույնին։ Իմաստով այս արժեքն է տրոհման նեյտրոնների ամենահավանական էներգիան։

Մեկ այլ մեծություն, որը բնութագրում է տրոհման նեյտրոնների էներգիայի սպեկտրը տրոհման նեյտրոնների միջին էներգիան , այսինքն՝ էներգիայի այն քանակությունը, որը կունենար յուրաքանչյուր տրոհման նեյտրոնը, եթե բոլոր տրոհման նեյտրոնների ընդհանուր իրական էներգիան հավասարապես բաժանվեր նրանց միջև.

E av =  E n(E) dE /  n(E) dE (2.2.3)

(2.2.2) արտահայտությունը (2.2.3) փոխարինելով, ստացվում է տրոհման նեյտրոնների միջին էներգիայի արժեքը.

Ե ամուսնացնել = 2.0 ՄէՎ

Իսկ սա նշանակում է, որ գրեթե ամեն ինչծնվում են տրոհման նեյտրոններ արագ(այսինքն էներգիաներով Ե > 0.1 MeV) Սակայն քիչ արագ նեյտրոններ են արտադրվում համեմատաբար բարձր կինետիկ էներգիաներով (1%-ից պակաս), չնայած որ տրոհման նեյտրոնների նկատելի քանակն առաջանում է մինչև 18-20 էներգիայով։ MeV.

0 1 2 3 4 5 E, MeV

Նկ.2.8. տրոհման նեյտրոնների էներգիայի սպեկտրը Վատ սպեկտրն է։

Տարբեր տրոհվող նուկլիդների տրոհման նեյտրոնային սպեկտրները տարբերվում են միմյանցից թեթեւակի. Ենթադրենք, 235 U և 239 Pu նուկլիդների համար, որոնք մեզ հիմնականում հետաքրքրում են, տրոհման նեյտրոնների միջին էներգիաների արժեքները (ուղղված են ֆիզիկական փորձերի արդյունքների հիման վրա).

E av = 1,935 MeV - 235 U-ի համար և E av = 2,00 MeV - 239 Pu-ի համար

տրոհման նեյտրոնների սպեկտրի միջին էներգիայի արժեքը աճում է նեյտրոնների տրոհում առաջացնող էներգիայի ավելացման հետ, սակայն այդ աճը աննշան է(առնվազն 10-12 ՄէՎ-ի սահմաններում): Սա թույլ է տալիս անտեսել այն և մոտավորապես հաշվարկել տրոհման նեյտրոնների էներգետիկ սպեկտրը համազգեստ տարբեր միջուկային վառելիքների և տարբեր սպեկտրի (արագ, միջանկյալ և ջերմային) ռեակտորների համար։

Ուրան-238-ի համար, չնայած նրա տրոհման շեմային բնույթին, տրոհման նեյտրոնների սպեկտրը նույնպես գործնականում համընկնում է արտահայտության հետ.(2.2.2), և տրոհման նեյտրոնների միջին քանակի կախվածությունը  8 տրոհում առաջացնող նեյտրոնների էներգիայից - նաև գործնականում գծայինշեմից բարձր էներգիաների դեպքում ( Ե Պ = 1.1 MeV):

 8 (E) = 2.409 + 0.1389Ե. (2.2.4)

2.2.3. տրոհման բեկորների ռադիոակտիվությունը:Արդեն ասվել է, որ հայտնաբերվել են մոտ 600 տեսակի տրոհման բեկորներ, որոնք տարբերվում են զանգվածով և պրոտոնային լիցքով, և որ գործնականում. Բոլորը նրանք ծնվում ենշատ հուզված .

Հարցն ավելի է բարդանում նրանով, որ դրանք կրում են զգալի հուզմունք և հետո տրոհման նեյտրոնների արտանետում. Հետևաբար, կայունության բնական ցանկությամբ, նրանք շարունակում են ավելորդ էներգիան «թափել» հիմնական վիճակի մակարդակից մինչև այս մակարդակի հասնելը:

Այս արտանետումն իրականացվում է բոլոր տեսակի ռադիոակտիվ ճառագայթման բեկորների հաջորդական արտանետմամբ (ալֆա, բետա և գամմա ճառագայթում), իսկ տարբեր բեկորների համար տարբեր տեսակի ռադիոակտիվ քայքայում են առաջանում տարբեր հաջորդականությամբ և (արժեքների տարբերության պատճառով): քայքայման հաստատունների ) ձգվում են ժամանակի տարբեր աստիճաններով։

Այսպիսով, գործող միջուկային ռեակտորում ոչ միայն գործընթացը խնայողություններռադիոակտիվ բեկորները, այլեւ դրանց շարունակական ընթացքը վերափոխումմեծ թիվ է հայտնի շղթաներհաջորդական փոխակերպումներ, որոնք, ի վերջո, հանգեցնում են կայուն միջուկների ձևավորմանը, սակայն այս բոլոր գործընթացները տարբեր ժամանակներ են պահանջում, որոշ շղթաների համար՝ շատ կարճ, իսկ մյուսների համար՝ բավականին երկար։

Հետևաբար, ռադիոակտիվ ճառագայթումը ոչ միայն ուղեկցում է տրոհման ռեակցիան աշխատանքայինռեակտորը, բայց նաև արտանետվում են վառելիքից երկար ժամանակ այն անջատվելուց հետո:

Այս գործոնը, առաջին հերթին, առաջացնում է ֆիզիկական վտանգի հատուկ տեսակ՝ վտանգ անձնակազմի ազդեցությունը,ռեակտորի տեղադրման սպասարկումը, որը համառոտ կոչվում է ճառագայթման վտանգ. Սա ստիպում է ռեակտորի կայանի նախագծողներին ապահովել դրա շրջակա միջավայրը: կենսաբանական պաշտպանություն,տեղադրել այն շրջակա միջավայրից մեկուսացված սենյակներում և ձեռնարկել մի շարք այլ միջոցներ՝ վերացնելու մարդկանց վտանգավոր ազդեցության և շրջակա միջավայրի ռադիոակտիվ աղտոտման հնարավորությունը:

Երկրորդ, ռեակտորի փակվելուց հետո ռադիոակտիվ ճառագայթման բոլոր տեսակները, չնայած ինտենսիվության նվազմանը, շարունակում են փոխազդել միջուկի նյութերի հետ և, ինչպես իրենց տրոհման բեկորներն իրենց ազատ գոյության սկզբնական շրջանում, փոխանցում են իրենց կինետիկ էներգիան։ միջուկային միջավայրի ատոմները, ավելացնելով նրանց միջին կինետիկ էներգիան:Այն է ռեակտորում նրա անջատումից հետո քայքայման ջերմություն .

Հեշտ է հասկանալ, որ անջատման պահին ռեակտորում մնացորդային ջերմության արտանետման հզորությունը ուղիղ համեմատական ​​է ռեակտորի աշխատանքի ընթացքում այդ պահին կուտակված բեկորների քանակին, և դրա անկման արագությունը հետագայում որոշվում է. այս բեկորների կես կյանքը: Ասվածից հետևում է մեկ այլ բան բացասականտրոհման բեկորների ռադիոակտիվությամբ պայմանավորված գործոն. անհրաժեշտություներկարաժամկետսառչում ռեակտորի միջուկը անջատվելուց հետոմնացորդային ջերմությունը հեռացնելու համար, և դա կապված է էլեկտրաէներգիայի զգալի սպառման և շրջանառության սարքավորումների շարժիչի ծառայության հետ:

Այսպիսով, ռեակտորում տրոհման ժամանակ ռադիոակտիվ բեկորների առաջացումը հիմնականում երևույթ է բացասական, բայց... ամեն ամպ ունի արծաթե ծածկ։

Ճեղքման բեկորների ռադիոակտիվ փոխակերպումների մեջ կարելի է տեսնել նաև դրականասպեկտը, որ միջուկային ռեակտորները բառացիորեն պարտական ​​են իրենց գոյությանը . Փաստն այն է, որ տրոհման բեկորների մեծ բազմազանությունից կա մոտ 60 տեսակ, որոնք առաջին -քայքայվելուց հետո դառնում են. նեյտրոնակտիվ , ունակ է արտանետել այսպես կոչված ուշացածնեյտրոններ. Համեմատաբար քիչ ուշացած նեյտրոններ են արտանետվում ռեակտորում (առաջացած նեյտրոնների ընդհանուր թվի մոտ 0,6%-ը), սակայն դրանց գոյության շնորհիվ է, որ հնարավոր է. անվտանգ կառավարում միջուկային ռեակտոր; Սրանում կհամոզվենք միջուկային ռեակտորի կինետիկան ուսումնասիրելիս։

2.2.4. Էներգիայի արտազատում տրոհման ժամանակ:Միջուկային տրոհման ռեակցիան ֆիզիկայում Ա.Էյնշտեյնի՝ զանգվածի և էներգիայի փոխհարաբերության մասին վարկածի հստակ հաստատումներից մեկն է, որը միջուկային տրոհման հետ կապված ձևակերպված է հետևյալ կերպ.

Միջուկային տրոհման ժամանակ արձակված էներգիայի քանակն ուղիղ համեմատական ​​է զանգվածային թերության չափին, և այս հարաբերության մեջ համաչափության գործակիցը լույսի արագության քառակուսին է.

E=  մս 2

Միջուկային տրոհման ժամանակ զանգվածի ավելցուկը (թերությունը) սահմանվում է որպես տրոհման ռեակցիայի սկզբնական արտադրանքի մնացած զանգվածների (այսինքն՝ միջուկ և նեյտրոն) և միջուկային տրոհման արդյունքում առաջացող արգասիքների (տրոհման բեկորներ, տրոհում) գումարի տարբերություն։ նեյտրոններ և այլ միկրոմասնիկներ, որոնք արտանետվում են ինչպես տրոհման գործընթացում, այնպես էլ դրանից հետո):

Սպեկտրոսկոպիկ վերլուծությունը հնարավորություն է տվել որոշել տրոհման արտադրանքի մեծ մասը և դրանց հատուկ եկամտաբերությունը: Այս հիման վրա պարզվեց, որ հաշվարկելն այնքան էլ դժվար չէ մասնավորուրանի-235 միջուկների տրոհման տարբեր արդյունքների զանգվածային արատների մեծությունը և դրանցից հաշվարկել մեկ տրոհման ժամանակ արձակված էներգիայի միջին քանակությունը, որը, պարզվեց, մոտ է

mc 2 = 200 ՄՎ

Բավական է համեմատել այս արժեքը էներգիայի հետ, որը թողարկվում է ամենաէնդոթերմիկներից մեկի ակտի ժամանակ քիմիականռեակցիաներ - հրթիռային վառելիքի օքսիդացման ռեակցիաներ (10 էՎ-ից պակաս արժեք) - հասկանալ, որ մանրադիտակային օբյեկտների (ատոմների, միջուկների) մակարդակում 200 MeV - շատ բարձր էներգիաայն առնվազն ութ կարգով (100 միլիոն անգամ) ավելի մեծ է, քան քիմիական ռեակցիաներից ստացված էներգիան։

Ճեղքման էներգիան ցրվում է այն ծավալից, որտեղ միջուկային տրոհումը տեղի է ունեցել տարբեր նյութերի միջոցով կրողներտրոհման բեկորներ, տրոհման նեյտրոններ, - և -մասնիկներ, -քվանտա և նույնիսկ նեյտրինոներ և հականեյտրիններ:

235 U և 239 Pu միջուկների տրոհման ժամանակ նյութական կրիչների միջև տրոհման էներգիայի բաշխումը տրված է Աղյուսակ 2.1-ում:

Աղյուսակ 2.1. Ուրանի-235 և պլուտոնիում-239 միջուկների տրոհման էներգիայի բաշխումը տրոհման արտադրանքների միջև:

Ճեղքման էներգիայի տարբեր բաղադրիչները վերածվում են ջերմության ոչ միևնույն ժամանակ:

Առաջին երեք բաղադրիչները վերածվում են ջերմության 0,1 վրկ-ից պակաս ժամանակում (հաշված բաժանման պահից) և, հետևաբար, կոչվում են. ջերմության արտանետման ակնթարթային աղբյուրներ.

- և - տրոհման արտադրանքներից ճառագայթները արտանետվում են գրգռված բեկորներով. ամենատարբեր կիսամյակները(վայրկյան մի քանի կոտորակներից մինչև մի քանի տասնյակ օր, եթե հաշվի առնենք միայն հատվածներ նկատելի կոնկրետ եկամտաբերություն), և հետևաբար վերը նշված գործընթացը քայքայման ջերմություն, որը հենց առաջանում է տրոհման արտադրատեսակների ռադիոակտիվ արտանետումներով, կարող է տևել տասնյակ օր ռեակտորի անջատումից հետո:

*) Շատ կոպիտ գնահատականների համաձայն, ռեակտորում մնացորդային ջերմության արտանետման հզորությունը նրա անջատումից հետո նվազում է առաջին րոպեին` 30-35%-ով, ռեակտորի անջատման առաջին ժամից հետո այն կազմում է հզորության մոտավորապես 30%-ը: որտեղ ռեակտորը աշխատել է մինչև անջատումը, իսկ կայանման առաջին օրվանից հետո՝ մոտավորապես 25 տոկոս: Հասկանալի է, որ նման պայմաններում ռեակտորի հարկադիր սառեցման դադարեցումը բացառվում է, քանի որ Նույնիսկ միջուկում հովացուցիչ նյութի շրջանառության կարճաժամկետ դադարեցումը հղի է վառելիքի տարրերի ջերմային ոչնչացման վտանգով: Միայն ռեակտորի հարկադիր սառեցումից մի քանի օր հետո, երբ մնացորդային ջերմության արտանետման հզորությունը նվազում է բնական կոնվեկցիայի պատճառով հեռացված հովացուցիչ նյութի մակարդակին, կարող է դադարեցվել առաջնային շղթայի շրջանառությունը:

Երկրորդ գործնական հարցը ինժեների համար. որտեղ և ո՞ր մասն է տրոհման էներգիան վերածվում ջերմության ռեակտորում? - քանի որ դա պայմանավորված է դրա տարբեր ներքին մասերից հավասարակշռված ջերմության հեռացում կազմակերպելու անհրաժեշտությամբ, որոնք նախագծված են տարբեր տեխնոլոգիական ձևավորումներով:

Վառելիքի կազմը, որը պարունակում է տրոհվող նուկլիդներ, պարունակվում է կնքված պատյաններում, որոնք կանխում են ձևավորված բեկորների արտազատումը վառելիքի տարրերի (վառելիքի տարրեր) վառելիքի բաղադրամասից դեպի հովացուցիչ նյութ, որը սառեցնում է դրանք: Եվ եթե աշխատող ռեակտորում տրոհման բեկորները չեն հեռանում վառելիքի տարրերից, ապա պարզ է, որ բեկորների և թույլ թափանցող  մասնիկների կինետիկ էներգիաները վերածվում են ջերմության։ վառելիքի ձողերի ներսում.

տրոհման նեյտրոնների և  ճառագայթման էներգիաները վերածվում են ջերմության միայն վառելիքի տարրերի ներսում մասամբնեյտրոնների ներթափանցման ունակությունը և -ճառագայթումը առաջացնում է ներծծումիրենց սկզբնական կինետիկ էներգիայի մեծ մասը իրենց ծննդավայրերից:

Տրոհման էներգիայի ճշգրիտ արժեքը և դրա ստացված ջերմության մասնաբաժինը վառելիքի տարրերի ներսում մեծ գործնական նշանակություն ունի, ինչը թույլ է տալիս հաշվարկել մեկ այլ գործնական կարևոր հատկանիշ. հատուկ ծավալային ջերմության արտանետում վառելիքի ձողերի վառելիքում (ք v).

Օրինակ, եթե հայտնի է, որ վառելիքի տարրի վառելիքի բաղադրության 1 սմ 3-ում, 1 վրկ. Ռ զ ուրանի-235 միջուկների տրոհումները, ապա ակնհայտ է. յուրաքանչյուր վայրկյան առաջացած ջերմային էներգիայի քանակը այս միավորի ծավալում (= 1 սմ 3 վառելիքի ջերմային հզորությունը) հատուկ ծավալային ջերմության արտանետումն է (կամ էներգիայի ինտենսիվությունը) վառելիք, և այս արժեքը հավասար կլինի.

ք v = 0.9 .  Ե . Ռ զ (2.2.5)

Ռեակտորի միջուկում վառելիքի տարրերից դուրս ջերմության տեսքով ստացվող տրոհման էներգիայի մասնաբաժինը կախված է դրա տեսակից և կառուցվածքից և գտնվում է տրոհման ընդհանուր էներգիայի (6  9)%-ի սահմաններում: (Օրինակ, VVER-1000-ի համար այս արժեքը մոտավորապես 8,3% է, իսկ RBMK-1000-ի համար մոտ 7%):

Այսպիսով, ընդհանուր ջերմության արտանետման մասնաբաժինը տրոհման ընդհանուր էներգիայի միջուկի ծավալում կազմում է 0,96  0,99, այսինքն. տեխնիկական ճշգրտությամբ համընկնում է ընդհանուր տրոհման էներգիայի հետ։

Այսպիսով, ռեակտորի միջուկի մեկ այլ տեխնիկական բնութագրիչ.

- միջուկի միջին էներգիայի ինտենսիվությունը(q v) az - միջուկի միավորի ծավալով ստացված ջերմային հզորություն.

(q v) az = (0.96-0.99)  Ե . Ռ զ   Ե . Ռ զ (2.2.6)

Քանի որ էներգիան 1 է MeV SI համակարգում այն ​​համապատասխանում է 1.602: 10 -13 թթ Ջ, ապա ռեակտորի միջուկի էներգիայի ինտենսիվության արժեքը.

(ք v) ազ  3.204. 10 -11 թթ Ռ զ .

Հետևաբար, եթե հայտնի է միջուկի ծավալի նկատմամբ էներգիայի միջին ինտենսիվության արժեքը, ապա ռեակտորի ջերմային հզորությունըակնհայտորեն կլինի.

Ք էջ= (ք v) ազ. Վ ազ 3.204. 10–11 . Ռ զ . Վ ազ [Վ] (2.2.7)

Ռեակտորի ջերմային հզորությունը ուղիղ համեմատական ​​է Միջին արագությունը

տրոհման ռեակցիաները իր միջուկում:

Գործնական հետևանք : Ցանկանու՞մ եք, որ ռեակտորը աշխատիկայուն հզորության մակարդակ? -Ստեղծեք այնպիսի պայմաններ, որ իր ակտիվ գոտում տեղի ունենա տրոհման ռեակցիա ժամանակի ընթացքում հաստատուն միջին արագությամբ:Ձեզ անհրաժեշտ է ավելացնել (նվազեցնել) ռեակտորի հզորությունը: - Գտեք համապատասխանաբար մեծացնելու (կամ նվազեցնելու) ռեակցիայի արագությունըդե լենիյա.Սա միջուկային ռեակտորի հզորությունը վերահսկելու առաջնային իմաստն է։

Դիտարկված հարաբերություններն ու եզրակացությունները ակնհայտ են թվում միայն ամենապարզ դեպքում, երբ ռեակտորում վառելիքի բաղադրիչը մեկ ուրան-235 է: Այնուամենայնիվ, կրկնելով ռեակտորի հիմնավորումը բազմաբաղադրիչվառելիքի բաղադրությունը, առավել ընդհանուր դեպքում հեշտ է ստուգել տրոհման ռեակցիայի միջին արագության և ռեակտորի ջերմային հզորության համաչափությունը:

Այսպիսով, ռեակտորի ջերմային հզորությունը և ջերմության բաշխում իր միջուկումուղիղ համեմատական ​​են տրոհման ռեակցիայի արագության բաշխմանը ռեակտորի միջուկի վառելիքի կազմի ծավալի վրա։

Բայց ասվածից պարզ է դառնում նաև, որ տրոհման ռեակցիայի արագությունը պետք է կապված լինի առանցքային միջավայրում ազատ նեյտրոնների քանակի հետ, քանի որ հենց նրանք են (ազատ նեյտրոնները) առաջացնում տրոհման ռեակցիաներ, ճառագայթման գրավում, ցրում և այլ նեյտրոնային ռեակցիաներ։ Այլ կերպ ասած, տրոհման ռեակցիայի արագությունը, միջուկում էներգիայի արտանետումը և ռեակտորի ջերմային հզորությունը պետք է հստակորեն կապված լինեն. նեյտրոնային դաշտի բնութագրերըիր ծավալով։

Ջերմային (դանդաղ) նեյտրոններ օգտագործող միջուկային ռեակտորի սխեմատիկ դիագրամը ներկայացված է նկ. 5.1-ում, այստեղ 1 - հսկիչ ձողեր, 2 - կենսաբանական պաշտպանություն, 3 - ջերմային պաշտպանություն, 4 - մոդերատոր, 5 - միջուկային վառելիք (վառելիքի ձողեր):

Երբ նեյտրոնը հարվածում է ուրանի 235 իզոտոպի միջուկին, այն բաժանվում է երկու մասի և մի քանի (2,5-3) նոր երկրորդական նեյտրոններ են արտանետվում։. Որպեսզի միջուկային ռեակտորում պահպանվի շղթայական ռեակցիան, անհրաժեշտ է, որ միջուկային վառելիքի զանգվածը ռեակտորի միջուկում լինի ոչ պակաս, քան կրիտիկական։ Ռեակտորը պետք է պարունակի այս քանակությունը 235 Uայնպես որ, միջին հաշվով, յուրաքանչյուր տրոհման իրադարձության արդյունքում առաջացող նեյտրոններից առնվազն մեկը կարող է առաջացնել հաջորդ տրոհման իրադարձությունը, նախքան այն հեռանալը ռեակտորի միջուկից:

Նկար 5.1. Ջերմային նեյտրոնային միջուկային ռեակտորի սխեմատիկ դիագրամ

Եթե ​​նեյտրոնների թիվը պահպանվի հաստատուն, ապա տրոհման ռեակցիան կունենա անշարժ բնույթ. Որքան բարձր է գոյություն ունեցող նեյտրոնների քանակի կայուն վիճակի մակարդակը, այնքան մեծ է ռեակտորի հզորությունը։ 1 ՄՎտ հզորությունը համապատասխանում է շղթայական ռեակցիայի, որի ժամանակ 1 վայրկյանում տեղի է ունենում 3 10 16 բաժանում։

Եթե ​​նեյտրոնների քանակն ավելանա, տեղի կունենա ջերմային պայթյուն, եթե այն պակասի, ռեակցիան կդադարի։ Ռեակցիայի արագությունը վերահսկվում է օգտագործելով հսկիչ ձողեր 1.

Միջուկային ռեակտորի ներկայիս վիճակը կարելի է բնութագրել որպես արդյունավետ նեյտրոնների բազմապատկման գործակիցկամ ռեակտիվություն, որոնք փոխկապակցված են հարաբերություններով.

Այս քանակությունների համար բնորոշ են հետևյալ արժեքները.

· - շղթայական ռեակցիան ավելանում է ժամանակի ընթացքում, ռեակտորը գտնվում է գերկրիտիկական վիճակում, նրա ռեակտիվությունը.

· , - միջուկային տրոհումների թիվը հաստատուն է, ռեակտորը գտնվում է կայուն կրիտիկական վիճակում։

Միջուկային ռեակտորը կարող է երկար ժամանակ աշխատել տվյալ հզորությամբ միայն այն դեպքում, եթե այն գործարկման սկզբում ունի ռեակտիվության պաշար: Միջուկային ռեակտորի աշխատանքի ընթացքում վառելիքում տրոհման բեկորների կուտակման պատճառով փոխվում է նրա իզոտոպային և քիմիական բաղադրությունը, ձևավորվում են տրանսուրանի տարրեր՝ հիմնականում Pu։ Ռեակտորում տեղի ունեցող գործընթացները նվազեցնում են ատոմային միջուկների տրոհման շղթայական ռեակցիայի հնարավորությունը։

Շղթայական ռեակցիան պահպանելու և իրականացնելու համար անհրաժեշտ է սահմանափակել նեյտրոնների կլանումը ռեակտորի միջուկը շրջապատող նյութերի կողմից։ Սա ձեռք է բերվում նյութերի օգտագործմամբ (կենսաբանական 2 և ջերմային 3 պաշտպանության համար), որոնք առնվազն մասամբ (իդեալականորեն 50%) արտացոլում են նեյտրոնները, այսինքն. չի կլանել դրանք: Հատկապես կարևոր է հովացուցիչ նյութի ընտրությունը, որն օգտագործվում է միջուկից դեպի տուրբին ջերմություն փոխանցելու համար:

Տրոհման արդյունքում առաջացած նեյտրոնները կարող են լինել արագ (բարձր արագությամբ) կամ դանդաղ (ջերմային): Դանդաղ նեյտրոնը միջուկով գրավելու հավանականությունը 235 Uև դրա հետագա պառակտումն ավելի մեծ է, քան արագ նեյտրոնինը: Հետեւաբար, վառելիքի ձողերը 5 շրջապատված են հատուկ մոդերատորներով 4, որոնք դանդաղեցնում են նեյտրոնները՝ թույլ կլանելով դրանք: Ռեակտորից նեյտրոնների արտահոսքը նվազեցնելու համար այն հագեցած է ռեֆլեկտորով։ Առավել հաճախ օգտագործվող մոդերատորներն ու ռեֆլեկտորները գրաֆիտ են, ծանր ( D2O), սովորական ջուր և այլն։

Անշարժ գոյություն ունեցող նեյտրոնների թիվը որոշում է գոյացած միջուկային տրոհման բեկորների քանակը, որոնք հսկայական արագությամբ հեռանում են տարբեր ուղղություններով։ Բեկորների արգելակումը հանգեցնում է վառելիքի և վառելիքի ձողերի պատերի տաքացմանը: Այս ջերմությունը հեռացնելու համար ռեակտորը սնվում է հովացուցիչ նյութ, որի ջեռուցումը ռեակտորի նպատակն է։ Հաճախ գործառույթները կատարում է նույն նյութը, օրինակ՝ սովորական ջուրը հովացուցիչ նյութ, մոդերատոր և ռեֆլեկտոր. Ջուրը ռեակտորին մատակարարվում է օգտագործելով հիմնական շրջանառության պոմպեր(MCP):