A importância da energia nuclear no mundo moderno

A energia nuclear fez grandes progressos nas últimas décadas, tornando-se uma das fontes de eletricidade mais importantes para muitos países. Ao mesmo tempo, recorde-se que por detrás do desenvolvimento deste sector da economia nacional estão os enormes esforços de dezenas de milhares de cientistas, engenheiros e trabalhadores comuns, que tudo fazem para garantir que o “átomo pacífico” não se transforme em uma ameaça real para milhões de pessoas. A verdadeira espinha dorsal de qualquer usina nuclear é Reator nuclear.

História da criação de um reator nuclear

O primeiro desses dispositivos foi construído no auge da Segunda Guerra Mundial nos EUA pelo famoso cientista e engenheiro E. Fermi. Por causa de sua aparência incomum, assemelhando-se a uma pilha de blocos de grafite empilhados uns sobre os outros, este reator nuclear foi chamado de Chicago Stack. Vale ressaltar que esse dispositivo funcionava com urânio, que era colocado justamente entre os blocos.

Criação de um reator nuclear na União Soviética

No nosso país, também foi dada maior atenção às questões nucleares. Apesar de os principais esforços dos cientistas estarem concentrados no uso militar do átomo, eles utilizaram ativamente os resultados obtidos para fins pacíficos. O primeiro reator nuclear, de codinome F-1, foi construído por um grupo de cientistas liderado pelo famoso físico I. Kurchatov no final de dezembro de 1946. Sua desvantagem significativa era a ausência de qualquer tipo de sistema de refrigeração, de modo que a potência de energia por ele liberada era extremamente insignificante. Ao mesmo tempo, os pesquisadores soviéticos concluíram o trabalho iniciado, que resultou na inauguração, apenas oito anos depois, da primeira usina nuclear do mundo, na cidade de Obninsk.

Princípio de funcionamento do reator

Um reator nuclear é um dispositivo técnico extremamente complexo e perigoso. Seu princípio de funcionamento baseia-se no fato de que durante o decaimento do urânio são liberados vários nêutrons, que, por sua vez, nocauteiam partículas elementares de átomos de urânio vizinhos. Esta reação em cadeia libera uma quantidade significativa de energia na forma de calor e raios gama. Ao mesmo tempo, deve-se levar em conta o fato de que se esta reação não for controlada de forma alguma, a fissão dos átomos de urânio no menor tempo possível pode levar a uma explosão poderosa com consequências indesejáveis.

Para que a reação prossiga dentro de limites estritamente definidos, o projeto de um reator nuclear é de grande importância. Atualmente, cada uma dessas estruturas é uma espécie de caldeira por onde flui o refrigerante. Geralmente é usada água nesta capacidade, mas existem usinas nucleares que usam grafite líquido ou água pesada. É impossível imaginar um reator nuclear moderno sem centenas de cassetes hexagonais especiais. Eles contêm elementos geradores de combustível, através dos canais pelos quais fluem os refrigerantes. Este cassete é revestido com uma camada especial que é capaz de refletir nêutrons e, assim, retardar a reação em cadeia.

Reator nuclear e sua proteção

Possui vários níveis de proteção. Além do próprio corpo, ele é revestido com isolamento térmico especial e proteção biológica na parte superior. Do ponto de vista da engenharia, esta estrutura é um poderoso bunker de concreto armado, cujas portas são fechadas o mais hermeticamente possível.

Para trás para a frente

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Lições objetivas:

• Educacional: atualizar o conhecimento existente; continuar a formação de conceitos: fissão de núcleos de urânio, cadeia reação nuclear, condições para sua ocorrência, massa crítica; introduzir novos conceitos: reator nuclear, principais elementos de um reator nuclear, estrutura de um reator nuclear e princípio de seu funcionamento, controle de uma reação nuclear, classificação de reatores nucleares e sua utilização;
• Educacional: continuar a desenvolver as competências de observação e tirar conclusões, bem como desenvolver as capacidades intelectuais e a curiosidade dos alunos;
• Educacional: continuar a desenvolver uma atitude em relação à física como ciência experimental; cultivar uma atitude consciente em relação ao trabalho, disciplina e uma atitude positiva em relação ao conhecimento.

Tipo de aula: aprendendo novo material.

Equipamento: instalação multimídia.

Durante as aulas

1. Momento organizacional.

Pessoal! Hoje na aula repetiremos a fissão dos núcleos de urânio, a reação nuclear em cadeia, as condições para sua ocorrência, massa crítica, aprenderemos o que é um reator nuclear, os principais elementos de um reator nuclear, a estrutura de um reator nuclear e o princípio de seu funcionamento, controle de uma reação nuclear, classificação de reatores nucleares e sua utilização.

2. Verificação do material estudado.

1. O mecanismo de fissão dos núcleos de urânio.
2. Conte-nos sobre o mecanismo de uma reação nuclear em cadeia.
3. Dê um exemplo de reação de fissão nuclear de um núcleo de urânio.
4. O que é chamado de massa crítica?
5. Como ocorre uma reação em cadeia no urânio se sua massa for menor que a crítica ou maior que a crítica?
6. Qual é a massa crítica do urânio 295? É possível reduzir a massa crítica?
7. De que forma você pode mudar o curso de uma reação nuclear em cadeia?
8. Qual é o propósito de desacelerar nêutrons rápidos?
9. Quais substâncias são usadas como moderadores?
10. Devido a quais fatores o número de nêutrons livres em um pedaço de urânio pode ser aumentado, garantindo assim a possibilidade de ocorrer uma reação nele?

3. Explicação do novo material.

Pessoal, respondam a esta pergunta: Qual é a parte principal de qualquer usina nuclear? ( Reator nuclear)

Bom trabalho. Então, pessoal, agora vamos analisar esse assunto com mais detalhes.

Referência histórica.

Igor Vasilyevich Kurchatov é um notável físico soviético, acadêmico, fundador e primeiro diretor do Instituto de Energia Atômica de 1943 a 1960, diretor científico chefe do problema atômico na URSS, um dos fundadores do uso da energia nuclear para fins pacíficos . Acadêmico da Academia de Ciências da URSS (1943). A primeira bomba atômica soviética foi testada em 1949. Quatro anos depois, testes bem-sucedidos do primeiro Bomba de hidrogênio. E em 1949, Igor Vasilyevich Kurchatov começou a trabalhar em um projeto de usina nuclear. A usina nuclear é o arauto do uso pacífico da energia atômica. O projeto foi concluído com sucesso: em 27 de julho de 1954, nossa usina nuclear tornou-se a primeira do mundo! Kurchatov alegrou-se e divertiu-se como uma criança!

Definição de reator nuclear.

Um reator nuclear é um dispositivo no qual uma reação em cadeia controlada de fissão de certos núcleos pesados ​​é realizada e mantida.

O primeiro reator nuclear foi construído em 1942 nos EUA sob a liderança de E. Fermi. Em nosso país, o primeiro reator foi construído em 1946 sob a liderança de I.V.

Os principais elementos de um reator nuclear são:

• combustível nuclear (urânio 235, urânio 238, plutônio 239);
• moderador de nêutrons (água pesada, grafite, etc.);
• refrigerante para remoção da energia gerada durante a operação do reator (água, sódio líquido, etc.);
• Varetas de controle (boro, cádmio) - nêutrons altamente absorventes
• Uma concha protetora que bloqueia a radiação (concreto com enchimento de ferro).

Princípio de funcionamento Reator nuclear

O combustível nuclear está localizado no núcleo na forma de hastes verticais chamadas elementos combustíveis (elementos combustíveis). As barras de combustível são projetadas para regular a potência do reator.

A massa de cada barra de combustível é significativamente menor que a massa crítica, portanto, uma reação em cadeia não pode ocorrer em uma barra. Começa depois que todas as barras de urânio estão imersas no núcleo.

O núcleo é cercado por uma camada de substância que reflete nêutrons (refletor) e uma camada protetora de concreto que retém nêutrons e outras partículas.

Remoção de calor das células de combustível. O refrigerante, água, lava a haste, aquecida a 300°C a pressão alta, entra nos trocadores de calor.

A função do trocador de calor é que a água aquecida a 300°C libere calor para a água comum e se transforme em vapor.

Controle de reação nuclear

O reator é controlado por hastes contendo cádmio ou boro. Quando as hastes são estendidas do núcleo do reator, K > 1, e quando totalmente retraídas - K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Reator de nêutrons lento.

A fissão mais eficiente dos núcleos de urânio-235 ocorre sob a influência de nêutrons lentos. Esses reatores são chamados de reatores de nêutrons lentos. Os nêutrons secundários produzidos por uma reação de fissão são rápidos. Para que sua interação subsequente com os núcleos de urânio-235 na reação em cadeia seja mais eficaz, eles são desacelerados pela introdução de um moderador no núcleo - uma substância que reduz a energia cinética dos nêutrons.

Reator de nêutrons rápido.

Os reatores rápidos de nêutrons não podem operar com urânio natural. A reação só pode ser mantida em uma mistura enriquecida contendo pelo menos 15% de isótopo de urânio. A vantagem dos reatores rápidos de nêutrons é que sua operação produz uma quantidade significativa de plutônio, que pode então ser usado como combustível nuclear.

Reatores homogêneos e heterogêneos.

Os reatores nucleares, dependendo da colocação relativa do combustível e do moderador, são divididos em homogêneos e heterogêneos. Em um reator homogêneo, o núcleo é uma massa homogênea de combustível, moderador e refrigerante na forma de solução, mistura ou fundido. Um reator no qual o combustível na forma de blocos ou conjuntos de combustível é colocado em um moderador, formando nele uma rede geométrica regular, é chamado de heterogêneo.

Conversão da energia interna dos núcleos atômicos em energia elétrica.

Um reator nuclear é o principal elemento de uma usina nuclear (NPP), que converte energia nuclear térmica em energia elétrica. A conversão de energia ocorre de acordo com o seguinte esquema:

• energia interna dos núcleos de urânio -
• energia cinética de nêutrons e fragmentos nucleares -
• energia interna da água -
• energia interna do vapor -
• energia cinética do vapor -
• energia cinética do rotor da turbina e do rotor do gerador -
• Energia elétrica.

Uso de reatores nucleares.

Dependendo da sua finalidade, os reatores nucleares podem ser reatores de potência, conversores e criadores, de pesquisa e polivalentes, de transporte e industriais.

Os reatores de energia nuclear são usados ​​para gerar eletricidade em usinas nucleares, usinas marítimas, usinas nucleares combinadas de calor e energia e estações de fornecimento de calor nuclear.

Os reatores projetados para produzir combustível nuclear secundário a partir de urânio e tório naturais são chamados de conversores ou reprodutores. No reator conversor, o combustível nuclear secundário produz menos do que foi inicialmente consumido.

Em um reator reprodutor, é realizada a reprodução ampliada do combustível nuclear, ou seja, acontece mais do que foi gasto.

Os reatores de pesquisa são usados ​​para estudar os processos de interação dos nêutrons com a matéria, estudar o comportamento dos materiais dos reatores em campos intensos de nêutrons e radiação gama, pesquisas radioquímicas e biológicas, produção de isótopos e pesquisas experimentais na física de reatores nucleares.

Os reatores possuem diferentes potências, modos de operação estacionários ou pulsados. Reatores polivalentes são aqueles que atendem a diversas finalidades, como geração de energia e produção de combustível nuclear.

Desastres ambientais em usinas nucleares

• 1957 - acidente na Grã-Bretanha
• 1966 – fusão parcial do núcleo após uma falha no resfriamento do reator perto de Detroit.
• 1971 - muita água poluída foi para o rio dos EUA
• 1979 - o maior acidente nos EUA
• 1982 – liberação de vapor radioativo na atmosfera
• 1983 - um terrível acidente no Canadá (água radioativa vazou por 20 minutos - uma tonelada por minuto)
• 1986 – acidente na Grã-Bretanha
• 1986 – acidente na Alemanha
• 1986 – Usina Nuclear de Chernobyl
• 1988 – incêndio em uma usina nuclear no Japão

As modernas usinas nucleares são equipadas com PCs, mas antes, mesmo após um acidente, os reatores continuavam funcionando, já que não havia sistema automático desligamentos.

4. Fixação do material.

1. Como é chamado um reator nuclear?
2. Qual é o combustível nuclear em um reator?
3. Que substância serve como moderador de nêutrons em um reator nuclear?
4. Qual é o propósito de um moderador de nêutrons?
5. Para que são utilizadas as hastes de controle? Como eles são usados?
6. O que é usado como refrigerante em reatores nucleares?
7. Por que é necessário que a massa de cada barra de urânio seja menor que a massa crítica?

5. Execução de teste.

1. Quais partículas estão envolvidas na fissão dos núcleos de urânio?
   A. prótons;
   B. nêutrons;
   B. elétrons;
   G. núcleos de hélio.
2. Que massa de urânio é crítica?
   A. o maior em que uma reação em cadeia é possível;
   B. qualquer massa;
   B. o menor em que uma reação em cadeia é possível;
   D. a massa na qual a reação irá parar.
3. Qual é a massa crítica aproximada do urânio 235?
   A. 9kg;
   B. 20kg;
   B. 50kg;
   G. 90kg.
4. Qual das seguintes substâncias pode ser usada em reatores nucleares como moderadores de nêutrons?
   A. grafite;
   B. cádmio;
   B. água pesada;
   G. boro.
5. Para que uma reação nuclear em cadeia ocorra em uma usina nuclear, o fator de multiplicação de nêutrons deve ser:
   A. é igual a 1;
   B. mais de 1;
   V. menos de 1.
6. A taxa de fissão de núcleos de átomos pesados ​​em reatores nucleares é controlada por:
   A. devido à absorção de nêutrons ao abaixar as hastes com absorvedor;
   B. devido ao aumento na remoção de calor com o aumento da velocidade do refrigerante;
   B. aumentando o fornecimento de eletricidade aos consumidores;
   G. reduzindo a massa do combustível nuclear no núcleo ao remover as varetas com combustível.
7. Que transformações de energia ocorrem em um reator nuclear?
   A. a energia interna dos núcleos atômicos é convertida em energia luminosa;
   B. a energia interna dos núcleos atômicos é convertida em energia mecânica;
   B. a energia interna dos núcleos atômicos é convertida em energia elétrica;
   D. nenhuma das respostas está correta.
8. Em 1946, o primeiro reator nuclear foi construído na União Soviética. Quem foi o líder deste projeto?
   AS Korolev;
   B. I. Kurchatov;
   VD Sakharov;
   G. A. Prokhorov.
9. Qual caminho você considera mais aceitável para aumentar a confiabilidade das usinas nucleares e prevenir a contaminação do meio ambiente externo?
   A. desenvolvimento de reatores capazes de resfriar automaticamente o núcleo do reator independentemente da vontade do operador;
   B. aumentar a alfabetização da operação de centrais nucleares, o nível de preparação profissional dos operadores de centrais nucleares;
   B. desenvolvimento de tecnologias altamente eficientes para o desmantelamento de centrais nucleares e o processamento de resíduos radioactivos;
   D. localização dos reatores no subsolo;
   D. recusa em construir e operar uma usina nuclear.
10. Quais são as fontes de poluição? ambiente relacionado à operação de usinas nucleares?
    A. indústria de urânio;
    B. reatores nucleares tipos diferentes;
    B. indústria radioquímica;
    D. locais de processamento e eliminação de resíduos radioativos;
    D. utilização de radionuclídeos na economia nacional;
    E. explosões nucleares.

Respostas: 1B; 2V; 3V; 4A,B; 5A; 6A; 7V;. 8B; 9 BV; 10 A, B, C, D, E.

6. Resumo da lição.

Que novidades você aprendeu na aula hoje?

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Que perguntas você tem?

OBRIGADO PELO SEU TRABALHO NA LIÇÃO!

A imensa energia de um minúsculo átomo

“Boa ciência - física! Só a vida é curta." Estas palavras pertencem a um cientista que fez um trabalho surpreendente em física. Eles foram ditos uma vez por um acadêmico Igor Vasilyevich Kurchatov, criador da primeira usina nuclear do mundo.

Em 27 de junho de 1954, esta usina única entrou em operação. A humanidade agora tem outra fonte poderosa de eletricidade.

O caminho para dominar a energia do átomo foi longo e difícil. Tudo começou nas primeiras décadas do século XX com a descoberta da radioactividade natural pelos Curie, com os postulados de Bohr, o modelo planetário do átomo de Rutherford e a prova do que agora parece ser um facto óbvio - o núcleo de qualquer átomo consiste em prótons carregados positivamente e nêutrons neutros.

Em 1934, o casal Frédéric e Irène Joliot-Curie (filha de Marie Skłodowska-Curie e Pierre Curie) descobriu que bombardeá-los com partículas alfa (os núcleos dos átomos de hélio) poderia transformar elementos químicos comuns em radioativos. O novo fenômeno é denominado radioatividade artificial.

I.V. Kurchatov (à direita) e A.I. Alikhanov (centro) com seu professor A.F. (Início dos anos 30.)

Se tal bombardeio for realizado com partículas muito rápidas e pesadas, começa uma cascata de transformações químicas. Elementos com radioatividade artificial darão gradualmente lugar a elementos estáveis ​​que não irão mais decair.

Com a ajuda da irradiação ou bombardeio, é fácil realizar o sonho dos alquimistas - fazer ouro a partir de outros elementos químicos. Somente o custo de tal transformação excederá significativamente o preço do ouro resultante...

Fissão nuclear de urânio

O que foi descoberto em 1938-1939 por um grupo de físicos e químicos alemães trouxe mais benefícios (e, infelizmente, ansiedade) para a humanidade. fissão de núcleos de urânio. Quando irradiados com nêutrons, os núcleos pesados ​​​​de urânio decaem em elementos químicos mais leves pertencentes à parte intermediária tabela periódica Mendeleev e libera vários nêutrons. Para os núcleos de elementos leves, esses nêutrons revelam-se supérfluos... Quando os núcleos de urânio “se dividem”, uma reação em cadeia pode começar: cada um dos dois ou três nêutrons resultantes é capaz, por sua vez, de produzir vários nêutrons, caindo no núcleo de um átomo vizinho.

A massa total dos produtos de tal reação nuclear acabou sendo, como calcularam os cientistas, menor que a massa dos núcleos da substância original - o urânio.

De acordo com a equação de Einstein, que relaciona a massa com a energia, pode-se facilmente determinar que neste caso deve ser libertada uma enorme energia! E isso acontecerá em um tempo insignificantemente curto. Se, claro, a reação em cadeia se tornar incontrolável e chegar ao fim...

Caminhando após a conferência, E. Fermi (à direita) com seu aluno B. Pontecorvo. (Basileia, 1949)

Ele foi um dos primeiros a apreciar as enormes capacidades físicas e técnicas ocultas no processo de fissão do urânio. Enrico Fermi, naqueles longínquos anos trinta do nosso século, ainda muito jovem, mas já reconhecido como chefe da escola italiana de físicos. Muito antes da Segunda Guerra Mundial, ele e um grupo de colaboradores talentosos estudaram o comportamento de várias substâncias sob irradiação de nêutrons e determinaram que a eficiência do processo de fissão do urânio poderia ser significativamente aumentada... desacelerando o movimento dos nêutrons. Por mais estranho que possa parecer à primeira vista, à medida que a velocidade dos nêutrons diminui, a probabilidade de sua captura pelos núcleos de urânio aumenta. “Moderadores” eficazes de nêutrons são substâncias bastante acessíveis: parafina, carbono, água...

Depois de se mudar para os Estados Unidos, Fermi continuou a ser o cérebro e o coração da pesquisa nuclear conduzida lá. Dois talentos, geralmente mutuamente exclusivos, foram combinados em Fermi: um teórico notável e um experimentador brilhante. “Ainda levará muito tempo até que possamos ver alguém igual a ele”, escreveu o eminente cientista W. Zinn após a morte prematura de Fermi devido a um tumor maligno em 1954, aos 53 anos.

Uma equipe de cientistas que se reuniu em torno do Fermi durante a Segunda Guerra Mundial decidiu criar uma arma sem precedentes baseada na reação em cadeia da fissão do urânio força destrutiva - bomba atômica. Os cientistas estavam com pressa: e se a Alemanha nazista conseguir produzir novas armas antes de qualquer outra pessoa e usá-las em sua busca desumana para escravizar outros povos?

Construção de um reator nuclear em nosso país

Já em 1942, os cientistas conseguiram montá-lo e lançá-lo no território do estádio da Universidade de Chicago primeiro reator atômico . As hastes de urânio no reator foram intercaladas com “tijolos” de carbono - moderadores, e se a reação em cadeia ainda se tornasse muito violenta, ela poderia ser rapidamente interrompida pela introdução de placas de cádmio no reator, que separaram as hastes de urânio e absorveram completamente os nêutrons.

Os pesquisadores ficaram muito orgulhosos do que descobriram dispositivos simples ao reactor, que agora nos fazem sorrir. Um dos colaboradores de Fermi em Chicago, o famoso físico G. Anderson, lembra que o cádmio-estanho foi pregado bloco de madeira, que, se necessário, caía instantaneamente no caldeirão por influência da própria gravidade, razão pela qual lhe deu o nome de “instantâneo”. G. Anderson escreve: “Antes de ligar a caldeira, esta haste deveria ter sido puxada para cima e presa com uma corda. Em caso de acidente, a corda poderia ser cortada e o “momento” ocuparia o seu lugar dentro da caldeira.”

Uma reação em cadeia controlada foi alcançada em um reator nuclear, e cálculos e previsões teóricas foram testados. Uma cadeia de transformações químicas ocorreu no reator, como resultado da qual novos Elemento químico- plutônio. Tal como o urânio, pode ser usado para criar uma bomba atómica.

Os cientistas determinaram que existe uma “massa crítica” de urânio ou plutônio. Se houver uma quantidade suficientemente grande de substância atômica, a reação em cadeia leva a uma explosão; se for pequena, menor que a “massa crítica”, então simplesmente o calor é liberado;

Construção de uma usina nuclear

EM bomba atômica design mais simples dois pedaços de urânio ou plutônio são colocados lado a lado, e a massa de cada um é um pouco menor que a crítica. No momento certo, um fusível de um explosivo convencional conecta as peças, a massa do combustível atômico ultrapassa um valor crítico - e a liberação de energia destrutiva de força monstruosa ocorre instantaneamente...

Radiação luminosa deslumbrante, uma onda de choque que varre tudo em seu caminho e penetra radiação radioativa caiu sobre os moradores de duas cidades japonesas - Hiroshima e Nagasaki - após a explosão das bombas atômicas americanas em 1945, tendo desde então instilado ansiedade nos corações das pessoas sobre as terríveis consequências do uso de armas atômicas.

Sob a liderança científica unificadora de I.V. Kurchatov, os físicos soviéticos desenvolveram armas atômicas.

Mas o líder dessas obras não deixou de pensar no uso pacífico da energia atômica. Afinal, um reator nuclear precisa ser resfriado intensamente, então por que não “dar” esse calor a uma turbina a vapor ou a gás ou usá-lo para aquecer casas?

Tubos contendo metal líquido de baixo ponto de fusão foram passados ​​através de um reator nuclear. O metal aquecido entrou no trocador de calor, onde transferiu seu calor para a água. A água se transformou em vapor superaquecido e a turbina começou a funcionar. O reator foi cercado por uma concha protetora de concreto com enchimento de metal: a radiação radioativa não deveria escapar para fora.

O reator nuclear se transformou em uma usina nuclear, trazendo luz calma às pessoas, calor aconchegante, o mundo desejado...

Os reatores nucleares têm uma função: dividir átomos em uma reação controlada e usar a energia liberada para gerar energia elétrica. Durante muitos anos, os reactores foram vistos como um milagre e uma ameaça.

Quando o primeiro reator comercial dos EUA entrou em operação em Shippingport, Pensilvânia, em 1956, a tecnologia foi aclamada como a fonte de energia do futuro, e alguns acreditavam que os reatores tornariam a geração de eletricidade muito barata. Existem agora 442 reatores nucleares construídos em todo o mundo, cerca de um quarto desses reatores estão nos Estados Unidos. O mundo tornou-se dependente de reactores nucleares, produzindo 14% da sua electricidade. Os futuristas até fantasiaram com carros nucleares.

Quando o reactor da Unidade 2 da central eléctrica de Three Mile Island, na Pensilvânia, sofreu uma falha no sistema de refrigeração e uma fusão parcial do seu combustível radioactivo em 1979, os sentimentos calorosos em relação aos reactores mudaram radicalmente. Embora o reactor destruído tenha sido contido e não tenha sido emitida qualquer radiação grave, muitas pessoas começaram a considerar os reactores demasiado complexos e vulneráveis, com consequências potencialmente catastróficas. As pessoas também estavam preocupadas com os resíduos radioativos dos reatores. Como resultado, a construção de novos Central nuclear parou nos Estados Unidos. Quando ocorreu um acidente mais grave na central nuclear de Chernobyl, na União Soviética, em 1986, a energia nuclear parecia condenada.

Mas no início da década de 2000, os reactores nucleares começaram a regressar, graças ao aumento da procura de energia e à diminuição da oferta de combustíveis fósseis, bem como às preocupações crescentes com as alterações climáticas resultantes das emissões de dióxido de carbono.

Mas em março de 2011 ocorreu outra crise - desta vez a usina nuclear Fukushima 1, no Japão, foi gravemente danificada por um terremoto.

Uso de reação nuclear

Simplificando, um reator nuclear divide átomos e libera a energia que mantém suas partes unidas.

Se você esqueceu a física do ensino médio, vamos lembrá-lo de como ficão nuclear funciona. Os átomos são como minúsculos sistemas solares, com um núcleo como o Sol e elétrons como planetas em órbita ao seu redor. O núcleo é composto de partículas chamadas prótons e nêutrons, que estão ligados entre si. A força que une os elementos do núcleo é difícil de imaginar. É muitos bilhões de vezes mais forte que a força da gravidade. Apesar desta enorme força, é possível dividir um núcleo – disparando neutrões contra ele. Quando isso for feito, muita energia será liberada. Quando os átomos decaem, suas partículas colidem com átomos próximos, dividindo-os, e estes, por sua vez, são os próximos, e os próximos, e os próximos. Existe um chamado reação em cadeia.

O urânio, elemento com átomos grandes, é ideal para o processo de fissão porque a força que une as partículas de seu núcleo é relativamente fraca em comparação com outros elementos. Os reatores nucleares usam um isótopo específico chamado vocêcorrido-235 . O urânio-235 é raro na natureza, com o minério das minas de urânio contendo apenas cerca de 0,7% de urânio-235. É por isso que os reatores são usados enriquecidovocêferimentos, que é criado pela separação e concentração do urânio-235 por meio de um processo de difusão gasosa.

Um processo de reação em cadeia pode ser criado numa bomba atómica, semelhante aos lançados nas cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki durante a Segunda Guerra Mundial. Mas num reator nuclear, a reação em cadeia é controlada pela inserção de hastes de controle feitas de materiais como cádmio, háfnio ou boro, que absorvem alguns dos nêutrons. Isso ainda permite que o processo de fissão libere energia suficiente para aquecer a água a cerca de 270 graus Celsius e transformá-la em vapor, que é usado para girar as turbinas da usina e gerar eletricidade. Basicamente, neste caso, uma bomba nuclear controlada funciona em vez do carvão para criar eletricidade, exceto que a energia para ferver a água vem da divisão de átomos em vez da queima de carbono.

Componentes do Reator Nuclear

Existem alguns Vários tipos reatores nucleares, mas todos eles têm algum Características gerais. Todos eles têm um suprimento de pellets de combustível radioativo - geralmente óxido de urânio - que são dispostos em tubos para formar barras de combustível. zonas ativasereator.

O reator também possui o mencionado anteriormente gerentesehasteE- feito de um material absorvente de nêutrons, como cádmio, háfnio ou boro, que é inserido para controlar ou interromper uma reação.

O reator também possui moderador, uma substância que desacelera os nêutrons e ajuda a controlar o processo de fissão. A maioria dos reatores nos Estados Unidos usa água comum, mas os reatores em outros países às vezes usam grafite, ou pesadouauáguano, em que o hidrogênio é substituído pelo deutério, um isótopo do hidrogênio com um próton e um nêutron. Outra parte importante do sistema é resfriamentoe eulíquidob, geralmente água comum, que absorve e transfere calor do reator para criar vapor para girar a turbina e resfria a área do reator para que não atinja a temperatura na qual o urânio derreterá (cerca de 3.815 graus Celsius).

Finalmente, o reator é encerrado em cartuchosno, uma estrutura grande e pesada, geralmente com vários metros de espessura, feita de aço e concreto, que mantém gases e líquidos radioativos em seu interior, onde não podem prejudicar ninguém.

Há um número vários designs reatores em uso, mas um dos mais comuns é reator de energia de água pressurizada (VVER). Nesse reator, a água é forçada a entrar em contato com o núcleo e permanece lá sob uma pressão tal que não pode se transformar em vapor. Essa água então entra em contato com a água não pressurizada no gerador de vapor, que se transforma em vapor, que faz girar as turbinas. Há também um desenho reator tipo canal de alta potência (RBMK) com um circuito de água e reator de nêutrons rápido com dois circuitos de sódio e um de água.

Quão seguro é um reator nuclear?

Responder a esta pergunta é bastante difícil e depende de a quem você pergunta e de como você define “seguro”. Você está preocupado com a radiação ou os resíduos radioativos gerados nos reatores? Ou você está mais preocupado com a possibilidade de um acidente catastrófico? Que grau de risco você considera uma compensação aceitável pelos benefícios da energia nuclear? E até que ponto você confia no governo e na energia nuclear?

A "radiação" é um argumento forte, principalmente porque todos sabemos que grandes doses de radiação, por exemplo provenientes de uma explosão bomba nuclear, pode matar muitos milhares de pessoas.

Os defensores da energia nuclear, no entanto, salientam que todos estamos regularmente expostos à radiação proveniente de várias fontes, incluindo raios cósmicos e radiação natural emitida pela Terra. A dose média anual de radiação é de cerca de 6,2 milisieverts (mSv), metade dela proveniente de fontes naturais e metade de fontes artificiais, que vão desde raios X peito, detectores de fumaça e mostradores luminosos. Quanta radiação obtemos dos reatores nucleares? Apenas uma pequena fração de um por cento da nossa exposição anual típica é de 0,0001 mSv.

Embora todas as centrais nucleares vazem inevitavelmente pequenas quantidades de radiação, as comissões reguladoras exigem que os operadores das centrais cumpram requisitos rigorosos. Eles não podem expor as pessoas que vivem ao redor da usina a mais de 1 mSv de radiação por ano, e os trabalhadores da usina têm um limite de 50 mSv por ano. Isto pode parecer muito, mas de acordo com a Comissão Reguladora Nuclear, não há provas médicas de que doses anuais de radiação inferiores a 100 mSv representem quaisquer riscos para a saúde humana.

Mas é importante notar que nem todos concordam com esta avaliação complacente dos riscos da radiação. Por exemplo, Médicos pela Responsabilidade Social, um crítico de longa data da indústria nuclear, estudou crianças que viviam em torno de centrais nucleares alemãs. O estudo descobriu que as pessoas que viviam a menos de 5 km das usinas tinham o dobro do risco de contrair leucemia em comparação com aquelas que viviam mais longe das usinas nucleares.

Resíduos de reatores nucleares

A energia nuclear é considerada pelos seus proponentes como energia “limpa” porque o reactor não emite grandes quantidades de gases com efeito de estufa para a atmosfera em comparação com as centrais eléctricas alimentadas a carvão. Mas os críticos apontam para outra coisa problema ambiental— eliminação de resíduos nucleares. Parte do combustível irradiado dos reactores ainda liberta radioactividade. Outro material desnecessário que deve ser guardado é resíduos radioativos de alto nível, um resíduo líquido do reprocessamento do combustível irradiado, no qual permanece parte do urânio. Neste momento, a maior parte destes resíduos é armazenada localmente em centrais nucleares em lagoas de água, que absorvem parte do calor restante produzido pelo combustível irradiado e ajudam a proteger os trabalhadores da exposição à radiação.

Um dos problemas com o combustível nuclear irradiado é que ele foi alterado pelo processo de fissão. Quando grandes átomos de urânio são divididos, eles criam subprodutos – isótopos radioativos de vários elementos leves, como o Césio-137 e o Estrôncio-90, chamados. produtos de fissão. Eles são quentes e altamente radioativos, mas eventualmente, ao longo de um período de 30 anos, decaem em formas menos perigosas. Este período é chamado para eles Pperíodoohmmeia-vida. Outros elementos radioativos terão meias-vidas diferentes. Além disso, alguns átomos de urânio também capturam nêutrons, formando elementos mais pesados ​​como o Plutônio. Esses elementos transurânicos não criam tanto calor ou radiação penetrante quanto os produtos da fissão, mas demoram muito mais para se decompor. O plutônio-239, por exemplo, tem meia-vida de 24 mil anos.

Esses radioativoedesperdícioé alto nível dos reatores são perigosos para os seres humanos e outras formas de vida porque podem liberar enormes, dose letal radiação mesmo em exposição curta. Dez anos após a remoção do combustível restante de um reator, por exemplo, eles estão emitindo 200 vezes mais radioatividade por hora do que seria necessário para matar uma pessoa. E se os resíduos acabarem nas águas subterrâneas ou nos rios, podem acabar em cadeia alimentar e colocar um grande número de pessoas em risco.

Como os resíduos são tão perigosos, muitas pessoas estão numa situação difícil. 60.000 toneladas de resíduos estão localizadas em usinas nucleares perto de principais cidades. Mas encontrar um local seguro para armazenar resíduos não é fácil.

O que pode dar errado com um reator nuclear?

Com os reguladores governamentais relembrando sua experiência, os engenheiros passaram muito tempo ao longo dos anos projetando reatores para segurança ideal. Acontece que eles não quebram, funcionam corretamente e têm medidas de segurança reserva caso algo não saia conforme o planejado. Como resultado, ano após ano, as centrais nucleares parecem ser bastante seguras em comparação com, por exemplo, as viagens aéreas, que matam regularmente entre 500 e 1.100 pessoas por ano em todo o mundo.

No entanto, os reatores nucleares sofrem grandes avarias. Na Escala Internacional de Eventos Nucleares, que classifica os acidentes com reatores de 1 a 7, houve cinco acidentes desde 1957, que classificam de 5 a 7.

O pior pesadelo é uma falha no sistema de refrigeração, que leva ao superaquecimento do combustível. O combustível se transforma em líquido e depois queima através da contenção, liberando radiação radioativa. Em 1979, a Unidade 2 da usina nuclear de Three Mile Island (EUA) estava à beira desse cenário. Felizmente, um sistema de contenção bem projetado era forte o suficiente para impedir a fuga da radiação.

A URSS teve menos sorte. Um grave acidente nuclear ocorreu em abril de 1986 na 4ª unidade de energia da usina nuclear de Chernobyl. Isto foi causado por uma combinação de falhas de sistema, falhas de projeto e pessoal mal treinado. Durante um teste de rotina, a reação intensificou-se repentinamente e as hastes de controle travaram, evitando um desligamento de emergência. O súbito acúmulo de vapor causou duas explosões térmicas, lançando no ar o moderador de grafite do reator. Na ausência de algo para resfriar as barras de combustível do reator, elas começaram a superaquecer e colapsar completamente, fazendo com que o combustível assumisse a forma líquida. Muitos trabalhadores da estação e liquidantes de acidentes morreram. Um grande número de a radiação se espalhou por uma área de 323.749 quilômetros quadrados. O número de mortes causadas pela radiação ainda não está claro, mas a Organização Mundial da Saúde afirma que pode ter causado 9.000 mortes por câncer.

Os fabricantes de reatores nucleares fornecem garantias baseadas em avaliação probabilísticae, em que tentam equilibrar o dano potencial de um evento com a probabilidade com que ele realmente ocorre. Mas alguns críticos dizem que deveriam preparar-se para acontecimentos raros, inesperados mas altamente perigosos. Um exemplo disso é o acidente de Março de 2011 na central nuclear de Fukushima 1, no Japão. A estação teria sido projetada para resistir a um forte terremoto, mas não tão catastrófico quanto o terremoto de magnitude 9,0 que enviou uma onda de tsunami de 14 metros acima de diques projetados para resistir a uma onda de 5,4 metros. O ataque do tsunami destruiu os geradores a diesel de reserva destinados a alimentar o sistema de refrigeração dos seis reatores da usina no caso de uma queda de energia. Assim, mesmo depois que as hastes de controle dos reatores de Fukushima pararam a fissão, o combustível ainda quente permitiu temperaturas. subir perigosamente dentro dos reatores destruídos.

As autoridades japonesas recorreram a um último recurso - inundando os reactores com enormes quantidades de água do mar com adição de ácido bórico, que conseguiu evitar um desastre, mas destruiu o equipamento do reator. Eventualmente, com a ajuda de caminhões de bombeiros e barcaças, os japoneses conseguiram bombear água doce para os reatores. Mas nessa altura, a monitorização já tinha mostrado níveis alarmantes de radiação na terra e na água circundantes. Numa aldeia a 40 km da central, o elemento radioactivo Césio-137 foi encontrado em níveis muito mais elevados do que após o desastre de Chernobyl, levantando dúvidas sobre a possibilidade de habitação humana na área.

: ... bastante banal, mas ainda não encontrei a informação de forma digerível - como um reator nuclear COMEÇA a funcionar. Tudo sobre o princípio e estrutura de trabalho já foi mastigado mais de 300 vezes e está claro, mas veja como o combustível é obtido e de que e por que não é tão perigoso até estar no reator e por que não reage antes de ser imerso no reator! - afinal, só aquece por dentro, porém, antes de carregar o combustível está frio e está tudo bem, então não está totalmente claro o que causa o aquecimento dos elementos, como eles são afetados, e assim por diante, de preferência não cientificamente).

É difícil, claro, enquadrar tal tema de uma forma não científica, mas tentarei. Vamos primeiro descobrir o que são essas barras de combustível.

O combustível nuclear são pastilhas pretas com cerca de 1 cm de diâmetro e cerca de 1,5 cm de altura. Elas contêm 2% de dióxido de urânio 235 e 98% de urânio 238, 236, 239. Em todos os casos, com qualquer quantidade de combustível nuclear, um. explosão nuclear não pode se desenvolver porque para uma reação de fissão rápida semelhante a uma avalanche, característica de uma explosão nuclear, é necessária uma concentração de urânio 235 superior a 60%.

Duzentos pellets de combustível nuclear são carregados em um tubo feito de zircônio metálico. O comprimento deste tubo é de 3,5m. diâmetro 1,35 cm. Este tubo é denominado elemento combustível - elemento combustível. 36 barras de combustível são montadas em um cassete (outro nome é “montagem”).

Projeto do elemento de combustível do reator RBMK: 1 - plugue; 2 - comprimidos de dióxido de urânio; 3 - casca de zircônio; 4 - primavera; 5 - bucha; 6 - dica.

A transformação de uma substância é acompanhada pela liberação de energia livre somente se a substância possuir reserva de energia. Este último significa que as micropartículas de uma substância estão em um estado com energia de repouso maior do que em outro estado possível para o qual existe uma transição. Uma transição espontânea é sempre impedida por uma barreira de energia, para superá-la a micropartícula deve receber uma certa quantidade de energia externa - energia de excitação. A reação exoenergética consiste no fato de que na transformação após a excitação é liberada mais energia do que a necessária para excitar o processo. Existem duas maneiras de superar a barreira energética: ou devido à energia cinética das partículas em colisão, ou devido à energia de ligação da partícula que se junta.

Se tivermos em mente a escala macroscópica de liberação de energia, então todas ou inicialmente pelo menos uma fração das partículas da substância devem ter a energia cinética necessária para excitar as reações. Isto só é possível aumentando a temperatura do meio para um valor no qual a energia do movimento térmico se aproxima do limite de energia que limita o curso do processo. No caso de transformações moleculares, isto é reações químicas, tal aumento é geralmente de centenas de graus Kelvin, mas no caso de reações nucleares é de pelo menos 107 K devido ao próprio alta altitude Barreiras de Coulomb de núcleos em colisão. A excitação térmica das reações nucleares é realizada na prática apenas durante a síntese dos núcleos mais leves, nos quais as barreiras de Coulomb são mínimas (fusão termonuclear).

A excitação pela união de partículas não requer grande energia cinética e, portanto, não depende da temperatura do meio, pois ocorre devido a ligações não utilizadas inerentes às forças de atração das partículas. Mas para excitar reações, as próprias partículas são necessárias. E se novamente não nos referimos a um ato separado de reação, mas à produção de energia em escala macroscópica, então isso só é possível quando ocorre uma reação em cadeia. Este último ocorre quando as partículas que excitam a reação reaparecem como produtos de uma reação exoenergética.

Para controlar e proteger um reator nuclear, são utilizadas hastes de controle que podem ser movidas ao longo de toda a altura do núcleo. As hastes são feitas de substâncias que absorvem fortemente nêutrons - por exemplo, boro ou cádmio. Quando as hastes são inseridas profundamente, uma reação em cadeia torna-se impossível, uma vez que os nêutrons são fortemente absorvidos e removidos da zona de reação.

As hastes são movidas remotamente a partir do painel de controle. Com um leve movimento das hastes, o processo em cadeia se desenvolverá ou desaparecerá. Desta forma a potência do reator é regulada.

Central nuclear de Leningrado, reator RBMK

Início da operação do reator:

EM momento inicial tempo após o primeiro carregamento de combustível, não há reação em cadeia de fissão no reator, o reator está em estado subcrítico. A temperatura do líquido refrigerante é significativamente menor que a temperatura operacional.

Como já mencionamos aqui, para que uma reação em cadeia comece, o material físsil deve formar uma massa crítica - uma quantidade suficiente de matéria em fissão espontânea em um espaço suficientemente pequeno, uma condição sob a qual o número de nêutrons liberados durante a fissão nuclear deve ser mais número nêutrons absorvidos. Isto pode ser feito aumentando o conteúdo de urânio-235 (a quantidade de barras de combustível carregadas) ou diminuindo a velocidade dos nêutrons para que eles não passem pelos núcleos de urânio-235.

O reator é ligado em vários estágios. Com a ajuda de reguladores de reatividade, o reator é transferido para o estado supercrítico Kef>1 e a potência do reator aumenta para um nível de 1-2% da nominal. Nesta fase, o reator é aquecido até os parâmetros operacionais do refrigerante e a taxa de aquecimento é limitada. Durante o processo de aquecimento, os controlos mantêm a potência num nível constante. Então começa bombas de circulação e o sistema de remoção de calor é colocado em operação. Depois disso, a potência do reator pode ser aumentada para qualquer nível na faixa de 2 a 100% da potência nominal.

Quando o reator aquece, a reatividade muda devido a mudanças na temperatura e na densidade dos materiais do núcleo. Às vezes, durante o aquecimento, a posição relativa do núcleo e dos elementos de controle que entram ou saem do núcleo muda, causando um efeito de reatividade na ausência de movimento ativo dos elementos de controle.

Regulação por elementos absorventes sólidos e móveis

Para alterar rapidamente a reatividade, na grande maioria dos casos, são utilizados absorvedores móveis sólidos. No reator RBMK, as hastes de controle contêm buchas de carboneto de boro encerradas em um tubo de Liga de alumínio com diâmetro de 50 ou 70 mm. Cada haste de controle é colocada em um canal separado e é resfriada pela água do circuito do sistema de controle e proteção (sistema de controle e proteção) em temperatura média 50°C. De acordo com sua finalidade, as hastes são divididas em hastes AZ (proteção de emergência), existem 24 dessas hastes no RBMK; Hastes de controle automático - 12 peças, hastes de controle automático local - 12 peças, hastes de controle manual - 131 e 32 hastes absorvedoras encurtadas (USP). Existem 211 hastes no total. Além disso, as hastes encurtadas são inseridas no núcleo por baixo e o restante por cima.

Reator VVER 1000 1 - acionamento do sistema de controle; 2 - tampa do reator; 3 - corpo do reator; 4 - bloco tubos de proteção(BZT); 5 - eixo; 6 - invólucro central; 7 - conjuntos de combustível (FA) e hastes de controle;

Elementos absorventes incineráveis.

Para compensar o excesso de reatividade após o carregamento de combustível novo, são frequentemente utilizados absorvedores incineráveis. O princípio de funcionamento é que eles, como o combustível, após capturarem um nêutron, posteriormente deixam de absorver nêutrons (queimam). Além disso, a taxa de diminuição como resultado da absorção de nêutrons pelos núcleos absorvedores é menor ou igual à taxa de diminuição como resultado da fissão dos núcleos combustíveis. Se carregarmos o núcleo de um reator com combustível projetado para operar por um ano, então é óbvio que o número de núcleos de combustível físsil no início da operação será maior do que no final, e devemos compensar o excesso de reatividade colocando absorvedores no núcleo. Se forem utilizadas hastes de controle para esse propósito, devemos movê-las continuamente à medida que o número de núcleos de combustível diminui. O uso de absorvedores incineráveis ​​reduz o uso de hastes móveis. Hoje em dia, os absorventes incineráveis ​​são frequentemente adicionados diretamente aos pellets de combustível durante a sua fabricação.

Controle de reatividade a fluidos.

Tal regulação é utilizada, em particular, durante a operação de um reator do tipo VVER, o ácido bórico H3BO3 contendo núcleos absorvedores de nêutrons 10B é introduzido no refrigerante. Ao alterar a concentração de ácido bórico no caminho do refrigerante, alteramos assim a reatividade no núcleo. Durante o período inicial de operação do reator, quando há muitos núcleos combustíveis, a concentração de ácido é máxima. À medida que o combustível queima, a concentração de ácido diminui.

Mecanismo de reação em cadeia

Um reator nuclear só pode operar com uma determinada potência por muito tempo se tiver uma reserva de reatividade no início da operação. A exceção são os reatores subcríticos com fonte externa de nêutrons térmicos. A liberação da reatividade ligada à medida que diminui por motivos naturais garante a manutenção do estado crítico do reator em todos os momentos de sua operação. A reserva de reatividade inicial é criada através da construção de um núcleo com dimensões que excedem significativamente as críticas. Para evitar que o reator se torne supercrítico, k0 do meio de reprodução é simultaneamente reduzido artificialmente. Isto é conseguido através da introdução de substâncias absorvedoras de nêutrons no núcleo, que podem ser posteriormente removidas do núcleo. Tal como acontece com os elementos de controle da reação em cadeia, as substâncias absorventes são incluídas no material das hastes de uma ou outra seção transversal, movendo-se através dos canais correspondentes no núcleo. Mas se uma, duas ou várias hastes forem suficientes para a regulação, então, para compensar o excesso de reatividade inicial, o número de hastes pode chegar a centenas. Essas hastes são chamadas de hastes de compensação. As hastes de controle e compensação não representam necessariamente elementos de design diferentes. Várias hastes de compensação podem ser hastes de controle, mas as funções de ambas são diferentes. As hastes de controle são projetadas para manter um estado crítico a qualquer momento, para parar e iniciar o reator e para fazer a transição de um nível de potência para outro. Todas essas operações requerem pequenas mudanças na reatividade. As hastes de compensação são gradualmente removidas do núcleo do reator, garantindo um estado crítico durante todo o seu funcionamento.

Às vezes, as hastes de controle não são feitas de materiais absorventes, mas de material físsil ou de dispersão. Em reatores térmicos, estes são principalmente absorvedores de nêutrons; não existem absorvedores rápidos de nêutrons eficazes; Absorventes como cádmio, háfnio e outros absorvem fortemente apenas nêutrons térmicos devido à proximidade da primeira ressonância com a região térmica, e fora desta não diferem de outras substâncias em suas propriedades absorventes. A exceção é o boro, cuja seção transversal de absorção de nêutrons diminui com a energia muito mais lentamente do que a das substâncias indicadas, de acordo com a lei l/v. Portanto, o boro absorve nêutrons rápidos, embora fracamente, mas um pouco melhor do que outras substâncias. O material absorvedor em um reator rápido de nêutrons só pode ser boro, se possível enriquecido com o isótopo 10B. Além do boro, materiais físseis também são usados ​​para barras de controle em reatores rápidos de nêutrons. Uma haste de compensação feita de material físsil desempenha a mesma função que uma haste absorvedora de nêutrons: aumenta a reatividade do reator enquanto ela diminui naturalmente. No entanto, ao contrário de um absorvedor, tal haste está localizada fora do núcleo no início da operação do reator e é então introduzida no núcleo.

Os materiais dispersores usados ​​em reatores rápidos são o níquel, que possui uma seção transversal de espalhamento para nêutrons rápidos que é ligeiramente maior que as seções transversais de outras substâncias. As hastes dispersoras estão localizadas ao longo da periferia do núcleo e sua imersão no canal correspondente provoca uma diminuição no vazamento de nêutrons do núcleo e, consequentemente, um aumento na reatividade. Em alguns casos especiais, o propósito do controle da reação em cadeia é atendido por partes móveis de refletores de nêutrons, que, quando movidos, alteram o vazamento de nêutrons do núcleo. As hastes de controle, compensação e emergência, juntamente com todos os equipamentos que garantem o seu normal funcionamento, constituem o sistema de controle e proteção do reator (CPS).

Proteção de emergência:

A proteção de emergência de um reator nuclear é um conjunto de dispositivos projetados para interromper rapidamente uma reação nuclear em cadeia no núcleo do reator.

A proteção ativa de emergência é acionada automaticamente quando um dos parâmetros de um reator nuclear atinge um valor que pode levar a um acidente. Tais parâmetros podem incluir: temperatura, pressão e fluxo do refrigerante, nível e velocidade de aumento de potência.

Os elementos executivos da proteção de emergência são, na maioria dos casos, bastões com uma substância que absorve bem os nêutrons (boro ou cádmio). Às vezes, para desligar o reator, um absorvedor de líquido é injetado no circuito de refrigeração.

Além da proteção ativa, muitos projetos modernos também incluem elementos de proteção passiva. Por exemplo, opções modernas Os reatores VVER incluem o “Emergency Core Cooling System” (ECCS) - tanques especiais com ácido bórico localizado acima do reator. No caso de acidente máximo de projeto (ruptura do primeiro circuito de resfriamento do reator), o conteúdo desses tanques vai para dentro do núcleo do reator por gravidade e a reação nuclear em cadeia é extinta por uma grande quantidade de substância contendo boro , que absorve bem os nêutrons.

De acordo com as “Regras de Segurança Nuclear para Instalações de Reatores de Usinas Nucleares”, pelo menos um dos sistemas de desligamento de reatores fornecidos deve desempenhar a função de proteção de emergência (EP). A proteção de emergência deve ter pelo menos dois grupos independentes de elementos de trabalho. Ao sinal AZ, as peças de trabalho AZ devem ser ativadas a partir de qualquer posição de trabalho ou intermediária.

O equipamento AZ deve ser composto por pelo menos dois conjuntos independentes.

Cada conjunto de equipamentos AZ deve ser projetado de tal forma que a proteção seja fornecida na faixa de mudanças na densidade do fluxo de nêutrons de 7% a 120% do nominal:

1. Por densidade de fluxo de nêutrons - pelo menos três canais independentes;
2. De acordo com a taxa de aumento da densidade do fluxo de nêutrons - pelo menos três canais independentes.

Cada conjunto de equipamentos de proteção de emergência deve ser projetado de forma que, ao longo de toda a gama de alterações nos parâmetros tecnológicos estabelecidos no projeto da planta do reator (RP), a proteção de emergência seja fornecida por pelo menos três canais independentes para cada parâmetro tecnológico para os quais a proteção é necessária.

Os comandos de controle de cada conjunto para atuadores AZ devem ser transmitidos através de pelo menos dois canais. Quando um canal de um dos conjuntos de equipamentos AZ for colocado fora de operação sem tirar este conjunto de operação, um sinal de alarme deverá ser gerado automaticamente para este canal.

A proteção de emergência deve ser acionada pelo menos nos seguintes casos:

1. Ao atingir a configuração AZ para densidade de fluxo de nêutrons.
2. Ao atingir a configuração AZ para a taxa de aumento na densidade do fluxo de nêutrons.
3. Se a tensão desaparecer em algum conjunto de equipamentos de proteção de emergência e nos barramentos de alimentação do CPS que não tenham sido retirados de operação.
4. Em caso de falha de quaisquer dois dos três canais de proteção para a densidade do fluxo de nêutrons ou para a taxa de aumento do fluxo de nêutrons em qualquer conjunto de equipamentos AZ que não tenha sido retirado de operação.
5. Quando as configurações AZ são atingidas, os parâmetros tecnológicos para os quais a proteção deve ser realizada.
6. Ao acionar o AZ a partir de uma chave de um ponto de controle de bloco (BCP) ou de um ponto de controle de reserva (RCP).

Talvez alguém possa explicar brevemente e de forma ainda menos científica como uma unidade de usina nuclear começa a operar? :-)

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