In den USA, 30 km von Chicago entfernt, südwestlich der Metropole, liegt das Palos Nature Reserve. Bekannt ist es vor allem durch zwei Objekte, die sich in Red Gate Woods befinden. Der erste ist Standort A.

Dabei handelt es sich um ein 19 Hektar großes Grundstück, auf dem die Überreste des allerersten Kernreaktors der Menschheitsgeschichte liegen. Das zweite ist Grundstück M. Dies ist eine Deponie mit einer Größe von 1.800 Quadratmeter, wo der gesamte Reaktorabfall konzentriert wird.

Chicago Pile-1 oder CP-1 – so nannten die legendären Physiker Leo Szilardo und Enrico Fermi ihre Idee, die erste der Welt Kernreaktor. Es wurde unter der Überschrift „Top Secret“ im Spätherbst 1942 nach dem Projekt zur Umsetzung der Weltneuheit gebaut Atombombe auf dem Campus der University of Chicago. Dieses Experiment war nicht erfolgreich und die Bombe explodierte nicht. Doch dank der enormen Anstrengungen, die in die Herstellung der Bombe gesteckt wurden, trat die Menschheit in ein neues Zeitalter ein – das Zeitalter der Atomwaffen.

Die Hülle des Kernreaktors bestand aus einer Masse schwarzer Ziegel und Holzbalken. Es enthielt:
Graphit – wird zur Verlangsamung von Neutronen verwendet. Insgesamt wurden 360 Tonnen Graphit in den Reaktor gegeben;
Uranmetall – 5.400 kg;
Uranoxid – 45.000 kg.
Der Reaktor hatte absolut keinen Schutz. Wissenschaftler erwarteten, dass es mit geringer Leistung arbeiten würde. Es gab auch keinerlei Kühlsystem.
Bald nach seiner Gründung wurde der Reaktor abgebaut und außerhalb der Stadt in das Naturschutzgebiet Palos verlegt. Als es wieder zusammengebaut wurde, erhielt es einen neuen Namen – Chicago Pile-2 oder einfach CP-2.

Der CP-2 hatte mehr Leistung als sein Vorgänger, mehrere Kilowatt, und es wurde ein Strahlungsschild für ihn gebaut. Nach einiger Zeit wurde CP-2 um einen weiteren Reaktor (CP-3) erweitert. Diese beiden Reaktoren waren zehn Jahre lang in Betrieb, bevor sie 1954 abgeschaltet wurden.
Es wurde ein riesiges Loch gegraben, um Kernreaktoren zu begraben. Die gezielte Explosion trug dazu bei, dass CP-2 und CP-3 im Erdinneren in Vergessenheit gerieten. Alle zur Wartung der Reaktoren errichteten Gebäude wurden zerstört und auch begraben. Die Grabstätte war mit Schotter und Erde bedeckt und landschaftlich gestaltet.

Heute ist die Grabstätte anhand von Granitblöcken zu finden. Auf dem ersten steht Standort A, auf dem zweiten Grundstück M.

Kernreaktor, Funktionsprinzip, Betrieb eines Kernreaktors.

Jeden Tag verbrauchen wir Strom und denken nicht darüber nach, wie er erzeugt wird und wie er zu uns gelangt. Dennoch ist es einer der wichtigsten Teile der modernen Zivilisation. Ohne Strom gäbe es nichts – kein Licht, keine Wärme, keine Bewegung.

Jeder weiß, dass Strom in Kraftwerken erzeugt wird, auch in Kernkraftwerken. Das Herzstück jedes Kernkraftwerks ist Kernreaktor. Darauf werden wir uns in diesem Artikel konzentrieren.

Kernreaktor, ein Gerät, in dem eine kontrollierte Kette Kernreaktion mit Wärmeabgabe. Diese Geräte werden hauptsächlich zur Stromerzeugung und zum Antrieb großer Schiffe eingesetzt. Um uns die Leistung und Effizienz von Kernreaktoren vorzustellen, können wir ein Beispiel nennen. Während ein durchschnittlicher Kernreaktor 30 Kilogramm Uran benötigt, benötigt ein durchschnittliches Wärmekraftwerk 60 Waggons Kohle oder 40 Tanks Heizöl.

Prototyp Kernreaktor wurde im Dezember 1942 in den USA unter der Leitung von E. Fermi gebaut. Es war der sogenannte „Chicago Stack“. Chicago Pile (später das Wort„Pfahl“ bedeutet neben anderen Bedeutungen auch „Kernreaktor“. Es erhielt diesen Namen, weil es einem großen Stapel übereinander angeordneter Graphitblöcke ähnelte.

Zwischen den Blöcken befanden sich kugelförmige „Arbeitsflüssigkeiten“ aus natürlichem Uran und seinem Dioxid.

In der UdSSR wurde der erste Reaktor unter der Leitung von Akademiker I.V. gebaut. Der F-1-Reaktor war am 25. Dezember 1946 in Betrieb. Der Reaktor war kugelförmig und hatte einen Durchmesser von etwa 7,5 Metern. Es verfügte über kein Kühlsystem und arbeitete daher mit sehr geringer Leistung.

Die Forschungen gingen weiter und am 27. Juni 1954 ging in Obninsk das weltweit erste Kernkraftwerk mit einer Leistung von 5 MW in Betrieb.

Das Funktionsprinzip eines Kernreaktors.

Beim Zerfall von Uran U 235 wird Wärme freigesetzt, begleitet von der Freisetzung von zwei bis drei Neutronen. Laut Statistik – 2,5. Diese Neutronen kollidieren mit anderen Uranatomen U235. Während einer Kollision verwandelt sich Uran U 235 in ein instabiles Isotop U 236, das fast sofort in Kr 92 und Ba 141 + dieselben 2-3 Neutronen zerfällt. Der Zerfall geht mit der Freisetzung von Energie in Form von Gammastrahlung und Wärme einher.

Dies wird als Kettenreaktion bezeichnet. Durch die Spaltung von Atomen nimmt die Zahl der Zerfälle zu geometrischer Verlauf, was letztlich zu einer nach unseren Maßstäben blitzschnellen Freisetzung einer riesigen Energiemenge führt – eine Atomexplosion entsteht als Folge einer unkontrollierbaren Kettenreaktion.

Allerdings in Kernreaktor wir beschäftigen uns mit kontrollierte Kernreaktion. Wie dies möglich wird, wird im Folgenden beschrieben.

Der Aufbau eines Kernreaktors.

Derzeit gibt es zwei Arten von Kernreaktoren: WWER (wassergekühlter Leistungsreaktor) und RBMK (Hochleistungskanalreaktor). Der Unterschied besteht darin, dass RBMK ein Siedereaktor ist, während WWER Wasser unter einem Druck von 120 Atmosphären verwendet.

WWER 1000-Reaktor 1 - Steuerungssystemantrieb; 2 - Reaktorabdeckung; 3 - Reaktorkörper; 4 - Block Schutzrohre(BZT); 5 - Welle; 6 - Kerngehäuse; 7 - Brennelemente (FA) und Steuerstäbe;

Jeder industrielle Kernreaktor ist ein Kessel, durch den Kühlmittel fließt. In der Regel handelt es sich dabei um gewöhnliches Wasser (weltweit etwa 75 %), flüssigen Graphit (20 %) und schweres Wasser (5 %). Für Versuchszwecke wurde Beryllium verwendet und es wurde angenommen, dass es sich um einen Kohlenwasserstoff handelt.

TVEL– (Brennelement). Dabei handelt es sich um Stäbe in einer Zirkoniumhülle mit Nioblegierung, in deren Inneren sich Urandioxidtabletten befinden.

TVEL-Raktor RBMK. Design des RBMK-Reaktor-Brennelements: 1 - Stopfen; 2 - Urandioxid-Tabletten; 3 - Zirkoniumschale; 4 - Frühling; 5 - Buchse; 6 - Trinkgeld.

TVEL verfügt außerdem über ein Federsystem zum Halten der Brennstoffpellets auf dem gleichen Niveau, was eine genauere Regulierung der Eintauch-/Entfernungstiefe des Brennstoffs in den Kern ermöglicht. Sie sind zu sechseckigen Kassetten zusammengebaut, die jeweils mehrere Dutzend Brennstäbe enthalten. Das Kühlmittel fließt durch die Kanäle in jeder Kassette.

Die Brennstäbe in der Kassette sind grün hervorgehoben.

Kraftstoffkassettenbaugruppe.

Der Reaktorkern besteht aus Hunderten vertikal angeordneten Kassetten, die durch eine Metallhülle miteinander verbunden sind – einen Körper, der auch die Rolle eines Neutronenreflektors spielt. Zwischen den Kassetten sind in regelmäßigen Abständen Steuerstäbe und Reaktornotschutzstäbe eingefügt, die bei Überhitzung den Reaktor abschalten sollen.

Lassen Sie uns als Beispiel Daten zum WWER-440-Reaktor geben:

Die Controller können sich auf und ab, im Sturzflug oder umgekehrt bewegen und dabei die aktive Zone verlassen, in der die Reaktion am intensivsten ist. Dafür sorgen leistungsstarke Elektromotoren in Verbindung mit einer Steuerung. Die Notschutzstäbe sollen im Notfall den Reaktor abschalten, in den Kern fallen und weitere freie Neutronen absorbieren.

Jeder Reaktor verfügt über einen Deckel, durch den gebrauchte und neue Kassetten geladen und entladen werden.

Eine Wärmedämmung wird üblicherweise oben auf dem Reaktorbehälter angebracht. Die nächste Hürde ist der biologische Schutz. Dabei handelt es sich in der Regel um einen Bunker aus Stahlbeton, dessen Eingang durch eine Luftschleuse mit versiegelten Türen verschlossen ist. Der biologische Schutz soll verhindern, dass im Falle einer Explosion radioaktiver Dampf und Teile des Reaktors in die Atmosphäre gelangen.

Nukleare Explosion in moderner Reaktoräußerst unwahrscheinlich. Denn der Brennstoff wird ganz leicht angereichert und in Brennelemente aufgeteilt. Selbst wenn der Kern schmilzt, kann der Kraftstoff nicht so aktiv reagieren. Das Schlimmste, was passieren kann, ist eine thermische Explosion wie in Tschernobyl, als der Druck im Reaktor solche Werte erreichte, dass das Metallgehäuse einfach platzte und der 5.000 Tonnen schwere Reaktordeckel einen umgekehrten Sprung machte und das Dach durchbrach den Reaktorraum und gibt Dampf nach außen ab. Wäre das Kernkraftwerk Tschernobyl mit einem geeigneten biologischen Schutz wie dem heutigen Sarkophag ausgestattet gewesen, hätte die Katastrophe die Menschheit viel weniger gekostet.

Betrieb eines Kernkraftwerks.

Kurz gesagt: So sieht Raboboa aus.

Kernkraftwerk. (Anklickbar)

Nach dem Eintritt in den Reaktorkern mittels Pumpen wird das Wasser von 250 auf 300 Grad erhitzt und verlässt die „andere Seite“ des Reaktors. Dies wird als erster Kreislauf bezeichnet. Anschließend wird es zum Wärmetauscher geleitet, wo es auf den zweiten Kreislauf trifft. Anschließend strömt der unter Druck stehende Dampf auf die Turbinenschaufeln. Turbinen erzeugen Strom.

Die Bedeutung der Kernenergie in der modernen Welt

Die Kernenergie hat in den letzten Jahrzehnten große Fortschritte gemacht und ist für viele Länder zu einer der wichtigsten Stromquellen geworden. Gleichzeitig sollte daran erinnert werden, dass hinter der Entwicklung dieses Sektors der Volkswirtschaft die enormen Anstrengungen von Zehntausenden von Wissenschaftlern, Ingenieuren und einfachen Arbeitern stehen, die alles tun, um sicherzustellen, dass das „friedliche Atom“ nicht zum „friedlichen Atom“ wird eine echte Bedrohung für Millionen von Menschen. Der eigentliche Kern eines jeden Kernkraftwerks ist der Kernreaktor.

Geschichte der Entstehung eines Kernreaktors

Das erste Gerät dieser Art wurde auf dem Höhepunkt des Zweiten Weltkriegs in den USA vom berühmten Wissenschaftler und Ingenieur E. Fermi gebaut. Wegen seiner ungewöhnlich aussehend Dieser Kernreaktor, der einem Stapel übereinander gestapelter Graphitblöcke ähnelt, wurde Chicago Stack genannt. Es ist erwähnenswert, dass dieses Gerät mit Uran betrieben wurde, das direkt zwischen den Blöcken platziert wurde.

Errichtung eines Kernreaktors in der Sowjetunion

In unserem Land wurde auch den Nuklearfragen verstärkte Aufmerksamkeit geschenkt. Obwohl sich die Hauptbemühungen der Wissenschaftler auf die militärische Nutzung des Atoms konzentrierten, nutzten sie die gewonnenen Ergebnisse aktiv für friedliche Zwecke. Der erste Kernreaktor mit dem Codenamen F-1 wurde Ende Dezember 1946 von einer Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung des berühmten Physikers I. Kurtschatow gebaut. Sein wesentlicher Nachteil war das Fehlen eines Kühlsystems, sodass die freigesetzte Energie äußerst unbedeutend war. Gleichzeitig vollendeten sowjetische Forscher ihre begonnene Arbeit, die bereits acht Jahre später zur Eröffnung des weltweit ersten Atomkraftwerks in der Stadt Obninsk führte.

Funktionsprinzip des Reaktors

Ein Kernreaktor ist äußerst komplex und gefährlich technisches Gerät. Sein Funktionsprinzip beruht auf der Tatsache, dass beim Zerfall von Uran mehrere Neutronen freigesetzt werden, die wiederum ausschlagen Elementarteilchen aus benachbarten Uranatomen. Bei dieser Kettenreaktion wird eine erhebliche Menge Energie in Form von Wärme und Gammastrahlen freigesetzt. Gleichzeitig sollte man die Tatsache berücksichtigen, dass die Spaltung von Uranatomen stattfinden wird, wenn diese Reaktion in keiner Weise kontrolliert wird kurze Zeit kann zu einer starken Explosion mit unerwünschten Folgen führen.

Damit die Reaktion innerhalb genau definierter Grenzen abläuft, ist die Konstruktion eines Kernreaktors von großer Bedeutung. Derzeit ist jede dieser Strukturen eine Art Kessel, durch den Kühlmittel fließt. In dieser Funktion wird normalerweise Wasser verwendet, es gibt jedoch Kernkraftwerke, die flüssigen Graphit oder schweres Wasser verwenden. Hunderte spezieller sechseckiger Kassetten sind aus einem modernen Kernreaktor nicht mehr wegzudenken. Sie enthalten brennstofferzeugende Elemente, durch deren Kanäle Kühlmittel fließen. Diese Kassette ist mit einer speziellen Schicht beschichtet, die Neutronen reflektieren und so die Kettenreaktion verlangsamen kann

Kernreaktor und sein Schutz

Es verfügt über mehrere Schutzstufen. Zusätzlich zum Körper selbst ist er mit einer speziellen Wärmedämmung und einem biologischen Schutz auf der Oberseite versehen. Aus technischer Sicht handelt es sich bei diesem Bauwerk um einen mächtigen Stahlbetonbunker, dessen Türen möglichst dicht verschlossen sind.

Seite 1

Der erste in der Sowjetunion gebaute Kernreaktor (Uran-Graphit) wurde mit natürlichem Uran ohne besondere Kühlung betrieben.  

Der erste Kernreaktor, der unter der Leitung von Fermi gebaut wurde, wurde 1942 in Betrieb genommen. Als Rohstoffe und spaltbare Stoffe in den Reaktoren werden U-235, Pu-239, U-238 und Th-232 verwendet. Im natürlichen Uranisotopengemisch kommt das Isotop U-238 vor. Um die in einem Reaktor ablaufenden Prozesse zu verstehen natürliche Mischung Isotope müssen die in § 18.8 genannten Unterschiede in den Bedingungen berücksichtigt werden, unter denen die Spaltung der Kerne beider Uranisotope stattfindet. Diese Neutronen können nur die Spaltung von U-235-Kernen bewirken. Die wenigen schnellen Neutronen, deren Energie die Spaltungsaktivierungsenergie des U-238-Kerns übersteigt, unterliegen eher einer inelastischen Streuung, und ihre Energie liegt in der Regel unter der Spaltungsschwelle des U-238-Kerns. Infolge einer Reihe von Kollisionen mit Urankernen verlieren Neutronen in kleinen Mengen Energie, werden langsamer und erfahren Strahlungseinfang durch U-238-Kerne oder werden von U-235-Kernen absorbiert. Die Absorption von Neutronen durch U-235-Kerne fördert die Entwicklung einer Kettenreaktion, während ihre Absorption durch U-238-Kerne Neutronen aus der Kettenreaktion entfernt und zum Abbruch der Reaktionsketten führt. Berechnungen zeigen, dass in einem natürlichen Gemisch von Uranisotopen die Wahrscheinlichkeit eines Kettenabbruchs die Wahrscheinlichkeit einer Reaktionsverzweigung übersteigt und sich weder mit schnellen noch mit langsamen Neutronen eine Spaltkettenreaktion entwickeln kann.  

Der erste Kernreaktor, der unter der Leitung von Fermi gebaut wurde, wurde 1942 in Betrieb genommen. Als Rohstoffe und spaltbare Stoffe in den Reaktoren werden U-235, Pu-239, U-238 und Th-232 verwendet. Im natürlichen Uranisotopengemisch ist das Isotop U-238 140-mal mehr enthalten als das Isotop U-235. Um die in einem Reaktor mit einem natürlichen Isotopengemisch ablaufenden Prozesse zu verstehen, müssen die in § 18.8 genannten Unterschiede in den Bedingungen berücksichtigt werden, unter denen die Spaltung der Kerne beider Uranisotope stattfindet. Diese Neutronen können nur die Spaltung von U-235-Kernen bewirken. Die wenigen schnellen Neutronen, deren Energie die Spaltungsaktivierungsenergie des U-238-Kerns übersteigt, unterliegen eher einer inelastischen Streuung, und ihre Energie liegt in der Regel unter der Spaltungsschwelle des U-238-Kerns. Infolge einer Reihe von Kollisionen mit Urankernen verlieren Neutronen in kleinen Mengen Energie, werden langsamer und erfahren Strahlungseinfang durch U-238-Kerne oder werden von U-235-Kernen absorbiert. Die Absorption von Neutronen durch U-235-Kerne fördert die Entwicklung einer Kettenreaktion, während ihre Absorption durch U-238-Kerne Neutronen aus der Kettenreaktion entfernt und zum Abbruch der Reaktionsketten führt. Berechnungen zeigen, dass in einem natürlichen Gemisch von Uranisotopen die Wahrscheinlichkeit eines Kettenabbruchs die Wahrscheinlichkeit einer Reaktionsverzweigung übersteigt und sich weder mit schnellen noch mit langsamen Neutronen eine Spaltkettenreaktion entwickeln kann.  

Die ersten Kernreaktoren wurden gebaut, um den dringenden Anforderungen des Produktionsprogramms gerecht zu werden. Atomwaffen; Diese Anforderungen dominieren seit 10 Jahren die Reaktorkonstruktion. Reaktoren für militärische Zwecke dienten im Wesentlichen nur der Produktion von Plutonium, wobei die Hauptbemühungen auf die Abtrennung von Plutonium aus natürlichem oder gering angereichertem Uran gerichtet waren. Die Brennelemente in solchen Reaktoren waren üblicherweise in Hüllen aus Aluminium- oder Magnesiumlegierungen eingeschlossen.  

Der erste Kernreaktor wurde Ende 1942 in den USA vom italienischen Physiker Fermi gebaut.  

Der erste Kernreaktor wurde Ende 1942 von Fermi und seinen Kollegen in den USA aus Uran und Graphit gebaut.  

In unserem Land wurden die ersten Kernreaktoren für schnelle Neutronen gebaut – das Kernkraftwerk Belojarsk sowie das Kernkraftwerk in der Stadt Schewtschenko. Damit der Reaktor seine Auslegungskapazität erreicht, ist es notwendig, dass nahezu das gesamte Np (T/z 2 35 Tage) in Pu umgewandelt wird. Darüber hinaus muss das entstehende Pu vom restlichen ursprünglichen Uran und den Fragmentierungselementen getrennt werden. Daher ist die Chemie von Kernreaktoren sehr komplex.  

Kettenreaktion am Beispiel von Dominosteinen.

Die ersten Kernreaktoren wurden während des Zweiten Weltkriegs entwickelt.  

Der erste Kernreaktor war nicht zur Energieerzeugung gedacht, sondern zur Anhäufung von Materialien und Wissen.  

Der erste Uran-Kernreaktor kritischer Größe wurde an der Universität von Chicago installiert. Zu diesem Zeitpunkt wurden bereits etwa 6 Tonnen reines Uran produziert; Uran und Graphit wurden in aufeinanderfolgenden Schichten – insgesamt 57 Schichten – verlegt, in denen Löcher für Cadmium-Einstellstäbe gelassen wurden.  

Obwohl der erste Kernreaktor erst vor zwölf Jahren in Betrieb genommen wurde, konnten über diese außergewöhnlichen Anlagen bereits ganze Bände geschrieben werden. Heute gibt es sie auf der ganzen Welt – in der Sowjetunion und den Vereinigten Staaten von Amerika, in Frankreich und Kanada, in Norwegen und England Verschiedene Arten Reaktoren. Einige von ihnen dienen Forschungszwecken, andere erzeugen Energie und wieder andere sind echte Fabriken zur Herstellung riesiger Mengen verschiedener radioaktiver Isotope. Lassen Sie uns zumindest kurz auf die Konstruktion und den Betrieb von Kernreaktoren eingehen.  

In den ersten Kernreaktoren wurde Spezialgraphit als Moderator verwendet. In Graphit (Dichte 1,67) legt ein Neutron zwischen Kollisionen mit Kohlenstoffkernen durchschnittlich 2,53 cm zurück und verliert dabei 0,158 seiner Energie. Folglich beträgt die Moderationsfähigkeit 0,0625 und während einer Reise von 1 cm durch Graphit verliert das schnelle Neutron 6–25 % seiner Energie.  

Heute machen wir eine kleine Reise in die Welt Kernphysik. Das Thema unserer Exkursion wird ein Kernreaktor sein. Sie erfahren, wie es funktioniert, welche physikalischen Prinzipien ihm zugrunde liegen und wo dieses Gerät eingesetzt wird.

Die Geburt der Kernenergie

Der weltweit erste Kernreaktor wurde 1942 in den USA gebaut experimentelle Gruppe von Physikern unter der Leitung des Preisträgers Nobelpreis Enrico Fermi. Gleichzeitig führten sie eine selbsterhaltende Reaktion der Uranspaltung durch. Der Atomgeist wurde freigelassen.

Der erste sowjetische Atomreaktor wurde 1946 in Betrieb genommen. und acht Jahre später erzeugte das weltweit erste Kernkraftwerk in der Stadt Obninsk Strom. Der leitende wissenschaftliche Leiter der Arbeit in der Kernenergieindustrie der UdSSR war herausragender Physiker Igor Wassiljewitsch Kurtschatow.

Seitdem haben sich mehrere Generationen von Kernreaktoren verändert, die Hauptelemente ihres Designs sind jedoch unverändert geblieben.

Anatomie eines Kernreaktors

Bei dieser Kernanlage handelt es sich um einen dickwandigen Stahltank mit einem zylindrischen Fassungsvermögen von mehreren Kubikzentimetern bis zu vielen Kubikmetern.

In diesem Zylinder befindet sich das Allerheiligste - Reaktorkern. Hier findet die Kettenreaktion der Kernspaltung statt.

Schauen wir uns an, wie dieser Prozess abläuft.

Insbesondere Kerne schwerer Elemente Uran-235 (U-235), Unter dem Einfluss eines kleinen Energiestoßes können sie in zwei Fragmente mit ungefähr gleicher Masse zerfallen. Der Erreger dieses Prozesses ist das Neutron.

Bei den Fragmenten handelt es sich meist um Barium- und Kryptonkerne. Jeder von ihnen trägt eine positive Ladung, sodass die Coulomb-Abstoßungskräfte sie dazu zwingen, auseinanderzufliegen verschiedene Seiten mit etwa 1/30 der Lichtgeschwindigkeit. Diese Fragmente sind Träger enormer kinetischer Energie.

Für die praktische Nutzung von Energie ist es notwendig, dass ihre Freisetzung selbsterhaltend erfolgt. Kettenreaktion, Die fragliche Spaltung ist besonders interessant, da jedes Spaltungsereignis mit der Emission neuer Neutronen einhergeht. Im Durchschnitt werden pro anfänglichem Neutron 2-3 neue Neutronen erzeugt. Die Zahl der spaltbaren Urankerne nimmt lawinenartig zu, wodurch enorme Energie freigesetzt wird. Wenn dieser Prozess nicht kontrolliert wird, kommt es zu einer nuklearen Explosion. Es findet in ... statt .

Zur Regulierung der Neutronenzahl Materialien, die Neutronen absorbieren, werden in das System eingebracht, Gewährleistung einer reibungslosen Energiefreisetzung. Als Neutronenabsorber werden Cadmium oder Bor verwendet.

Wie kann man die enorme kinetische Energie von Fragmenten eindämmen und nutzen? Für diese Zwecke wird das Kühlmittel verwendet, d.h. Eine spezielle Umgebung bewegt sich, in der die Fragmente abgebremst und extrem erhitzt werden hohe Temperaturen. Ein solches Medium kann gewöhnliches oder schweres Wasser, flüssige Metalle (Natrium) sowie einige Gase sein. Um den Übergang des Kühlmittels in einen Dampfzustand zu vermeiden, im Kern wird unterstützt Hoher Drück(bis zu 160 atm). Aus diesem Grund bestehen die Reaktorwände aus zehn Zentimeter dickem Spezialstahl.

Wenn Neutronen über den Kernbrennstoff hinaus entweichen, kann die Kettenreaktion unterbrochen werden. Daher gibt es eine kritische Masse an spaltbarem Material, d. h. seine Mindestmasse, bei der eine Kettenreaktion aufrechterhalten wird. Dies hängt von verschiedenen Parametern ab, unter anderem vom Vorhandensein eines Reflektors, der den Reaktorkern umgibt. Es dient dazu, das Eindringen von Neutronen zu verhindern Umfeld. Das gebräuchlichste Material hierfür Strukturelement ist Graphit.

Die im Reaktor ablaufenden Prozesse gehen mit der Freisetzung der gefährlichsten Strahlungsart einher – der Gammastrahlung. Um diese Gefahr zu minimieren, ist es mit einem Strahlenschutz ausgestattet.

Wie funktioniert ein Kernreaktor?

Kernbrennstoffe, sogenannte Brennstäbe, werden in den Reaktorkern eingebracht. Dabei handelt es sich um Tabletten aus zerkleinerbarem Material, die in dünne Röhrchen von etwa 3,5 m Länge und 10 mm Durchmesser gefüllt werden.

Hunderte ähnlicher Brennelemente werden im Kern platziert und werden zu Quellen thermischer Energie, die während der Kettenreaktion freigesetzt werden. Das die Brennstäbe umströmende Kühlmittel bildet den ersten Kreislauf des Reaktors.

Auf hohe Parameter erhitzt, wird es in einen Dampferzeuger gepumpt, wo es seine Energie an das Wasser im Sekundärkreislauf überträgt und es in Dampf umwandelt. Der entstehende Dampf dreht den Turbogenerator. Der von dieser Einheit erzeugte Strom wird an den Verbraucher weitergeleitet. Und der durch Wasser aus dem Kühlbecken gekühlte Abdampf gelangt in Form von Kondensat zurück zum Dampferzeuger. Der Zyklus ist abgeschlossen.

Dieser Zweikreisbetrieb einer Kernanlage verhindert das Eindringen von Strahlung, die die im Kern ablaufenden Prozesse über seine Grenzen hinaus begleitet.

Im Reaktor findet also eine Kette von Energieumwandlungen statt: Kernenergie des spaltbaren Materials → in kinetische Energie von Fragmenten → Wärmeenergie Kühlmittel → kinetische Energie der Turbine → und im Generator in elektrische Energie umgewandelt.

Unvermeidliche Energieverluste führen zu Der Wirkungsgrad von Kernkraftwerken ist mit 33-34 % relativ niedrig.

Neben der Erzeugung elektrischer Energie in Kernkraftwerken werden Kernreaktoren zur Herstellung verschiedener radioaktiver Isotope, für die Forschung in vielen Bereichen der Industrie und zur Untersuchung der zulässigen Parameter von Industriereaktoren eingesetzt. Transportreaktoren, die Energie für Fahrzeugmotoren liefern, erfreuen sich immer größerer Verbreitung.

Arten von Kernreaktoren

Typischerweise werden Kernreaktoren mit U-235-Uran betrieben. Sein Inhalt ist jedoch natürliches Material extrem klein, nur 0,7 %. Der Großteil des natürlichen Urans ist das Isotop U-238. Nur langsame Neutronen können in U-235 eine Kettenreaktion auslösen, und das U-238-Isotop wird nur durch schnelle Neutronen gespalten. Durch die Kernspaltung entstehen sowohl langsame als auch schnelle Neutronen. Schnelle Neutronen, die im Kühlmittel (Wasser) eine Hemmung erfahren, werden langsam. Die Menge des U-235-Isotops in natürlichem Uran ist jedoch so gering, dass auf seine Anreicherung zurückgegriffen werden muss, um seine Konzentration auf 3-5 % zu bringen. Dieses Verfahren ist sehr teuer und wirtschaftlich unrentabel. Außerdem wird die Zeit knapp natürliche Ressourcen Die Lebensdauer dieses Isotops wird auf nur 100–120 Jahre geschätzt.

Daher in der Nuklearindustrie Es gibt einen allmählichen Übergang zu Reaktoren, die mit schnellen Neutronen arbeiten.

Ihr Hauptunterschied besteht darin, dass sie flüssige Metalle als Kühlmittel verwenden, die Neutronen nicht verlangsamen, und U-238 als Kernbrennstoff verwendet. Die Kerne dieses Isotops durchlaufen eine Kette von Kernumwandlungen in Plutonium-239, das wie U-235 einer Kettenreaktion unterliegt. Das heißt, Kernbrennstoff wird reproduziert, und zwar in Mengen, die seinen Verbrauch übersteigen.

Nach Meinung von Experten Die Reserven des Isotops Uran-238 sollen für 3000 Jahre reichen. Diese Zeit reicht aus, damit die Menschheit genügend Zeit hat, andere Technologien zu entwickeln.

Probleme der Kernenergienutzung

Zusammen mit offensichtliche Vorteile Angesichts der Kernenergie ist das Ausmaß der mit dem Betrieb kerntechnischer Anlagen verbundenen Probleme nicht zu unterschätzen.

Der erste ist Entsorgung radioaktiver Abfälle und demontierter Geräte Kernenergie. Diese Elemente verfügen über eine aktive Hintergrundstrahlung, die über einen langen Zeitraum anhält. Zur Entsorgung dieser Abfälle werden spezielle Bleibehälter verwendet. Sie sollen in Permafrostgebieten in einer Tiefe von bis zu 600 Metern vergraben sein. Daher wird ständig daran gearbeitet, einen Weg zur Wiederverwertung radioaktiver Abfälle zu finden, der das Entsorgungsproblem lösen und zur Erhaltung der Ökologie unseres Planeten beitragen soll.

Das zweite nicht weniger schwerwiegende Problem ist Gewährleistung der Sicherheit beim Betrieb des Kernkraftwerks. Schwere Unfälle wie Tschernobyl können viele Menschen das Leben kosten Menschenleben und weite Gebiete stilllegen.

Der Unfall im japanischen Kernkraftwerk Fukushima-1 bestätigte nur die potenzielle Gefahr, die sich bei einer Notsituation in Kernanlagen zeigt.

Allerdings sind die Möglichkeiten der Kernenergie so groß, dass Die ökologischen Probleme in den Hintergrund treten.

Die Menschheit hat heute keine andere Möglichkeit, ihren immer größer werdenden Energiehunger zu stillen. Die Grundlage der Kernenergie der Zukunft werden wahrscheinlich „schnelle“ Reaktoren mit der Funktion der Reproduktion von Kernbrennstoff sein.

Wenn diese Nachricht für Sie nützlich war, würde ich mich freuen, Sie zu sehen