核反应堆是由什么组成的构成要素和原理

　　随着我国核能事业的高速发展，2016年我国核电发电量已占到全国发电总量的3.56%，高效清洁的核电，成为我国能源结构中的重要组成部分。

　　原子能的使用几乎与核武器的制造同时开始。在军事发展过程中，开始研究将原子能用于和平目的的可能性，主要用于发电。和平利用核能的开始被认为是1954年，当时世界上第一座核电站在莫斯科附近的奥布宁斯克发射升空。

　　与核弹不同，核弹以原子核不受控制的裂变链式反应爆炸，同时释放大量能量，而受管制的核裂变反应发生在核反应堆中 - 燃料缓慢地给我们能量。因此，为了将原子裂变的连锁反应用于和平目的，科学家们必须弄清楚如何驯服它。

　　核电站是旨在产生电能的整个技术结构综合体。核反应发生在核电站的中心 - 核反应堆。但它根本不发电。

　　在核电站中，能量形式有三种相互转化：核能转化为热能，热能转化为机械能，机械能转化为电能。每个转型都有自己的技术“孤岛”——一个发生这些转型的设备综合体。让我们沿着技术链走下去，详细看看电力是如何诞生的。

　　它们的主要目的是维持产生电力的受控核反应。一些反应堆产生同位素。简而言之，它们是肠道中的装置，其中某些物质随着大量热能的释放而变成其他物质。这是一种“熔炉”，而不是传统的燃料，铀同位素被“燃烧”——U-235、U-238和钚（Pu）。

　　例如，与为几种类型的汽油设计的汽车不同，每种类型的放射性燃料都对应于其自己的反应堆类型。其中有两个 - 慢中子（使用U-235）和快速（使用U-238和Pu）中子。大多数核电站都配备了慢中子反应堆。除核电站外，这些设施还在研究中心、核潜艇和海水淡化厂“工作”。

　　好消息是，核反应是可以控制的。任务很简单 - 观察你的反应，控制，不要让铀衰变太快。说起来容易！

　　为了完成这项任务，发明了一种缓速器。慢化剂不是一种装置，而是一种通过与慢化剂分子反复碰撞来降低中子动能的物质。石墨棒和水 - 普通（H2O）或重（D2O） - 通常用作慢化剂。

　　结果。。。地球上有一个天然的核反应堆。它位于奥克洛铀矿床中。它在加蓬，在中非。在天然核反应堆中，铀的衰变过程在没有人为干预的情况下发生。但有一个警告：这个反应堆在十多亿年前冷却了。

　　原子“火焰”是看不见的，因为过程发生在核裂变的水平上。在链式反应过程中，重原子核衰变成较小的碎片，这些碎片处于激发态，成为中子和其他亚原子粒子的来源。但这个过程并没有就此结束。中子继续“”，结果释放出大量的能量，也就是说，发生的事情就是核电站的建造目的。

　　人员的主要任务是在控制棒的帮助下将链式反应保持在恒定的、可调节的水平。这是它与的主要区别，的核衰变过程是无法控制的，并且以强大的爆炸形式迅速进行。

　　让我们回到将核能转化为电能的过程。蒸汽发生器用于在核电站生产水蒸气。它们从反应堆接收热量，它与第一回路的冷却剂一起提供，并且需要蒸汽来转动蒸汽轮机。

　　蒸汽发生器用于两回路和三回路核电站。在单回路上，它们的作用由核反应堆本身发挥。这些是所谓的沸腾反应器，其中蒸汽直接在堆芯中产生，然后将其发送到涡轮机。在这种核电站的方案中，没有蒸汽发生器。拥有这种反应堆的发电厂的一个例子是日本福岛-1核电站。

　　第一回路的水，通过反应堆堆芯循环，洗涤燃料元件，加热到320-330°C的温度，但由于正常状态的水在1个大气压下已经在100°C的温度下沸腾，为了增加沸点，冷却剂的第一回路中的压力也增加了。在VVER型现代反应堆（压水动力反应堆 - 它们是世界核能的基础）中，第一回路中的压力达到160个大气压。

　　然后，来自反应堆的这些非常热的水被泵通过蒸汽发生器泵送，在那里它散发出一些热量，然后再次返回反应堆。在蒸汽发生器中，该热量被传递到第二回路的水中。这就是所谓的工作介质的轮廓，即执行工作，将热能转化为机械能的介质。这种水的压力要低得多（第一回路压力的一半或更低），所以它沸腾了。在高压下产生的水蒸气进入涡轮叶片。

　　蒸汽发生器的蒸汽进入涡轮机，其中蒸汽能量转化为机械功。在蒸汽轮机中，压缩和加热的水蒸气的势能被转换为动能，而动能又被转换为机械功 - 涡轮轴的旋转，并且它已经旋转了发电机的转子。现在机械能已经变成了电能。

　　通过涡轮机的蒸汽进入冷凝器。在这里，蒸汽冷却，冷凝并变成水。沿着第二个回路，它进入蒸汽发生器，在那里它将再次变成蒸汽。冷凝器由来自外部开源的大量水冷却，例如水库或冷却池。正如我们所记得的，与第一回路的水，放射性，蒸汽轮机和冷凝器不相互作用，这有利于它们的修复，并在关闭和拆除站时减少放射性废物的数量。

　　活动区域。这是放置核燃料（散热剂）和慢化剂的区域。燃料原子（最常见的燃料是铀）发生裂变的连锁反应。慢化剂设计用于控制过程，并允许您执行所需的反应速度和强度。

　　中子反射器。反射器环绕磁芯。它由与缓速器相同的材料组成。事实上，这是一个盒子，其主要目的是防止中子离开核心进入环境。

　　热载体。冷却剂必须吸收燃料原子裂变过程中释放的热量，并将其转移到其他物质中。冷却剂在很大程度上决定了核电站的布置方式。当今最受欢迎的冷却剂是水。

　　核电站的设计意味着核电站使用复杂的复合燃料，而不是纯粹的化学元素。为了从装入核反应堆的天然铀中提取铀燃料，有必要进行许多操作。

　　铀由两种同位素组成，即它含有不同质量的原子核。它们以质子和中子同位素-235和同位素-238的数量命名。20世纪的研究人员开始从矿石中提取第235个铀，因为它更容易分解和转化。事实证明，这种铀在自然界中只有0.7%（剩余的百分比流向了第238种同位素）。

　　在这种情况下该怎么办？他们决定浓缩铀。铀浓缩是一个过程，当它留下许多必要的235x同位素和很少不必要的238x.铀浓缩器的任务是从0.7%制造几乎100%的铀-235。

　　铀可以使用两种技术进行浓缩 - 气体扩散或气体离心机。为了使用它们，从矿石中提取的铀被转化为气态。以气体的形式，它被富集。

　　浓缩铀气体被转化为固态-二氧化铀。这种纯净的固体第235铀看起来像大的白色晶体，后来被粉碎成铀粉。

　　铀片是实心金属垫圈，几厘米长。为了从铀粉中模塑出这种片剂，将其与增塑剂物质混合，提高了压片的质量。

　　压榨垫圈在1200摄氏度的温度下烘烤一天以上，使片剂具有特殊的强度和耐高温性。核电站如何工作直接取决于铀燃料的压缩和烘烤程度。

　　在钼盒中烘烤片剂，因为只有这种金属才能在超过一千五百度的“地狱”温度下不会融化。之后，用于核电站的铀燃料被认为是现成的。

　　反应堆堆芯看起来像一个巨大的圆盘或管道，壁上有孔（取决于反应堆的类型），比大5倍。在这些孔中有铀燃料，其原子进行所需的反应。

　　仅仅将燃料扔进反应堆是不可能的，好吧，如果你不想让整个空间站爆炸，并对附近的几个州造成后果。因此，铀燃料被放置在燃料元件中，然后收集在加油站中。这些缩写是什么意思？

　　燃料元件的类型取决于反应堆的类型和结构。通常，燃料元件的结构和用途不会改变，管的长度和宽度可能会有所不同。

　　事实上，这些是几个固定在一起的燃料元件。燃料是一种现成的核燃料，核电站在其上运行。它是装载到核反应堆中的燃料。大约150到400个加油站被放置在一个反应堆中。根据FUEL将在哪个反应堆中工作，它们有不同的形状。有时横梁折叠成立方体，有时折叠成圆柱形，有时折叠成六边形。

　　一个燃料站运行4年，产生的能量与燃烧670辆运煤车，730个天然气罐或900个装满石油的储罐时的能量相同。

　　为了将核电站的燃料输送到其他国家，加油站被密封在又长又宽的金属管道中，空气从管道中抽出，并通过特殊机器输送到货机的木板上。

　　在了解了核电站的运行原理之后，我们必须了解安全是如何运作的。如今，核电站的设计需要更加关注安全规则。

　　在核电站的方案中，铺设了4个物理屏障，防止放射性物质的释放。这些障碍应该怎么做？在正确的时间，可以停止核反应，以确保不断从堆芯和反应堆本身中除去热量，以防止放射性核素释放到安全壳（密封区）之外。

　　第一个障碍是铀片的强度。重要的是，它们不会在核反应堆高温的影响下坍塌。在许多方面，核电站如何工作取决于铀片在制造的初始阶段如何“烘烤”。如果烘烤铀燃料片是错误的，那么铀原子在反应堆中的反应将是不可预测的。

　　第二个障碍是燃料元件的密封性。锆管应该密封，如果密封性被打破，那么充其量反应堆会损坏，工作将停止，最坏的情况是 - 一切都会飞到空中。

　　第三个屏障是一个坚固的钢制反应堆容器（相同的大塔 - hermoson），它本身“容纳”所有放射性过程。船体将被损坏 - 辐射将进入大气层。

　　第四道屏障是应急保护棒。在磁芯上方，带有慢化剂的棒悬浮在磁铁上，磁铁可以在2秒内吸收所有中子并停止链式反应。

　　如果尽管设计了具有许多防护等级的核电站，但不可能在正确的时间冷却反应堆堆芯，并且燃料温度上升到2600度，那么安全系统的最后希望就会发挥作用 - 所谓的熔体陷阱。

　　事实是，在这个温度下，反应堆容器的底部将熔化，核燃料和熔融结构的所有残余物将流入悬挂在反应堆堆芯上方的特殊“玻璃”中。

　　核电站如何工作取决于其核反应堆如何工作。今天，有两种主要类型的反应堆根据神经元的光谱进行分类：慢中子反应堆，也称为热反应堆。

　　这些反应堆是未来的，因为它们在铀-238上工作，铀-238在本质上是一毛钱一打，这种元素不需要浓缩。这种反应堆的缺点只是在设计，建造和发射的成本非常高。今天，快中子反应堆只在俄罗斯运行。

　　原子能机构（国际原子能机构）组织已经建立了自己的分类，该分类最常用于世界核能。由于核电厂的工作原理在很大程度上取决于冷却剂和减速剂的选择，原子能机构根据这些差异进行分类。

　　压水堆（压水反应堆）是一种压水反应堆。在独联体国家，这种反应堆被称为VVER的缩写。普通水被用作冷却剂和减速剂。压水反应堆是世界上最常见的（约占所有反应堆的62%）。

　　BWR（沸水反应器）是沸水反应器或沸水反应器。核电站在这种反应堆上的运行原理与VVER上的核电站的工作原理非常相似。沸腾反应器也使用普通水，其特点只是在堆芯中立即产生蒸汽。在压水反应器中，水首先被加热，然后经过几个阶段后转化为蒸汽，在沸腾的反应器中，热量立即释放到沸水中，沸水立即变成热蒸汽。

　　LWGR（轻水石墨反应堆）是一种石墨水反应堆，GWR，WRG或铀石墨反应堆。石墨在这种类型的反应器中用作慢化剂，普通水用作冷却剂。该核电站的运行计划在世界上首次启动，以石墨水反应堆为基础。今天，这种反应堆很少使用，其中大多数位于俄罗斯。

　　PHWR（加压重水反应堆）是一种重水反应堆。在这种反应堆中，重水（D2O）被用作冷却剂和减速剂，否则称为重氢水或氧化氘。

　　从化学角度来看，氧化氘是一种理想的慢化剂和冷却剂，因为与其他物质相比，其原子与铀中子的相互作用最有效。简而言之，重水以最小的损失和最大的结果执行其任务。然而，它的生产需要花钱，而通常的“光”和熟悉的水对我们来说更容易使用。

　　还有一些反应堆使用铀-238而不是铀-235来产生能量。但是在这样的反应堆中，很难去除热量，因此它们非常罕见。

　　其中之一是“布雷斯特”，其开发是在“突破”项目的框架内进行的。目前的开式循环系统使用低浓缩铀，留下大量乏燃料以巨大的成本被掩埋。“布雷斯特” - 快中子反应堆在闭合循环中是独一无二的。

　　“布雷斯特”以高度的安全性而著称。即使在最严重的事故中，它也永远不会“爆裂”，非常经济和环保，因为它重复使用其“更新”的铀。也不可能将其用于生产武器级钚，这为其出口开辟了最广阔的前景。

　　VVER-1200是“3+”一代的创新反应堆，容量为1150兆瓦。由于其独特的技术能力，它几乎具有绝对的操作安全性。反应堆配备了大量被动安全系统，即使在自动模式下没有电源的情况下也能工作。

　　其中之一是被动式除热系统，当反应器完全断电时，该系统会自动激活。在这种情况下，提供紧急液压能力。随着第一回路中的异常压降，大量含有硼的水开始供应到反应堆，从而熄灭核反应并吸收中子。

　　另一种技术诀窍位于保护壳的底部 - 熔体的“陷阱”。然而，如果由于事故，活动区“泄漏”，“陷阱”将不允许保护壳坍塌，并将防止放射性产物进入地下。

　　当谈到核能时，许多人不知不觉地回忆起切尔诺贝利核电站的灾难，因此错误地认为核反应堆是的。

　　但总的来说，反应堆是一个非常昂贵的水壶。从核电站的管道中冒出并吓坏路人的烟雾并不是真正的烟雾，而是蒸汽。

　　由于核反应堆的运行，确实会产生放射性废物，如果处理不当，可能会很危险。这些废物的一部分被回收用于进一步使用，有些必须保存在储存中，以免对人类和环境造成伤害。

　　核电站只向大气中排放蒸汽，它们需要少量的燃料，而且它们也占用很小的面积，如果使用得当，是安全的。然而，在切尔诺贝利核电站事故发生后，许多国家暂停了核能的发展。

　　切尔诺贝利核电站的第一次事故发生在1982年。在试射过程中，反应堆的一个技术通道坍塌，堆芯的石墨砌体变形。没有人员伤亡，但后果在大约三个月内被消除。

　　1986年，世界著名的第四动力装置发生紧急情况。在这个动力装置中，对涡轮发电机进行了测试。紧急冷却系统经常被关闭，因此当反应堆无法停止时，该系统无法挽救核电站的爆炸和火灾。

　　爆炸及其后果并不意味着核电是有害的。事实上，即使是香蕉也是放射性的，因为它们含有放射性同位素。但即使吃了大约一百根重达150克的香蕉，你也只能得到正常剂量的每日辐射。为了让香蕉辐射伤害一个人，他必须至少吃一吨。核反应也是如此 - 它们只有在不受控制的情况下才会造成伤害。

　　在二十一世纪初，由于高油价，寻找利用核能的方法非常重要。然后是紧凑型核电站的发展，这些核电站可以在没有维护的情况下运行数十年，并且也是安全的。