Реферат тақырыбы: Ядролық реактор. Термоядролық реакциялар. Орындаған: Абилбаева А. Г
жүктеу/скачать 19,52 Kb.
|
сож 77
|
Қазақстан инженерлік-технологиялық университеті РЕФЕРАТ Тақырыбы: Ядролық реактор. Термоядролық реакциялар. Орындаған: Абилбаева А.Г Қабылдаған: Нұрбақыт Г Алматы 2022ж Жоспар: 1.Жұмыс принципі 2.Ғылыми-зерттеу нысандары 3. Термоядролық реакциялар 1.Ядролық реактордың құрылғысы мен жұмыс істеу принципі өзін-өзі қамтамасыз ететін ядролық реакцияны инициализациялауға және басқаруға негізделген. Ол зерттеу құралы, радиоактивті изотоптар өндірісі және атом электр станциялары үшін энергия көзі ретінде қолданылады. Мұнда ауыр ядролар екі ұсақ фрагменттерге бөлінетін ядролық бөліну процесі қолданылады. Бұл фрагменттер өте қозған күйде және олар нейтрондар, басқа субатомдық бөлшектер мен фотондар шығарады. Нейтрондар жаңа бөліністерді тудыруы мүмкін, нәтижесінде олардың одан да көп бөлігі шығарылады және т.б. Мұндай үздіксіз, өзін-өзі қамтамасыз ететін бөлінулер тізбегі тізбекті реакция деп аталады. Бұл кезде энергияның көп мөлшері бөлініп шығады, оны өндіру атом электр станциясын пайдалану мақсаты болып табылады. Ядролық бөліну реакторының физикасы - тізбекті реакция нейтрондардан кейінгі ядролық бөлінудің ықтималдығымен анықталады. Егер соңғысының популяциясы азайса, онда бөлу жылдамдығы ақырында нөлге дейін төмендейді. Бұл жағдайда реактор субкритикалық жағдайда болады. Егер нейтрондар популяциясы тұрақты болса, онда бөліну жылдамдығы тұрақты болып қалады. Реактор өте ауыр жағдайда болады.Соңында, егер нейтрондар популяциясы уақыт өте келе көбейсе, бөліну жылдамдығы мен қуаты артады. Негізгі мемлекет суперкритикалық болады. Ядролық реактордың жұмыс істеу принципі келесідей. Нейтрондар саны оны іске қосқанға дейін нөлге жақын. Одан кейін операторлар ядролық бөлінуді күшейтетін басқару таяқшаларын өзектен шығарады, бұл реакторды уақытша супер критикалық күйге түсіреді. Номиналды қуатқа жеткеннен кейін, операторлар нейтрондардың санын реттей отырып, басқару штангаларын ішінара қайтарады. Кейіннен реактор сыни күйде ұсталады. Оны тоқтату қажет болғанда, операторлар шыбықтарды толығымен енгізеді. Бұл бөлінуді басады және ядроны субкритикалық күйге ауыстырады. Әлемдегі ядролық қондырғылардың көпшілігі электр энергиясының генераторларын басқаратын турбиналарды айналдыру үшін қажетті жылу шығаратын электр станциялары болып табылады. Сонымен қатар көптеген зерттеу реакторлары бар, ал кейбір елдерде атомдық суасты қайықтары немесе жер үсті кемелері бар. Мұндай типтегі реакторлардың бірнеше түрі бар, бірақ жеңіл судағы дизайн кең қолданысқа ие болды. Ол өз кезегінде қысымды суды немесе қайнаған суды қолдана алады. Бірінші жағдайда, жоғары қысымды сұйықтық өзектің қызуымен қызады және бу генераторына түседі. Онда бастапқы тізбектен жылу екінші тізбекке ауысады, оның құрамында су да бар. Сайып келгенде, бу бу турбиналары циклында жұмыс сұйықтығы ретінде қызмет етеді. Қайнаған су реакторы тікелей қуат айналымы принципі бойынша жұмыс істейді. Өзектен өтетін су орташа қысым деңгейінде қайнатылады. Қаныққан бу реактор ыдысында орналасқан сепараторлар мен кептіргіштер қатарынан өтіп, оны қатты қыздырады. Содан кейін қыздырылған бу турбинаны қозғау үшін жұмыс сұйықтығы ретінде қолданылады. Жоғары температурада газбен салқындатылатын реактор (ХТГР) - бұл ядролық реактор, оның жұмыс принципі отын ретінде графит пен отын микросфераларының қоспасын пайдалануға негізделген. Екі бәсекелес дизайн бар: диаметрі 60 мм сфералық отын элементтерін қолданатын неміс «толтыру» жүйесі, бұл графит қабығындағы графит пен отын қоспасы; ядроны құру үшін өзара түйісетін графитті алты бұрышты призма түріндегі американдық нұсқа. Екі жағдайда да салқындатқыш шамамен 100 атмосфера қысымындағы гелийден тұрады. Неміс жүйесінде гелий сфералық отын элементтерінің қабатындағы, ал американдық жүйеде реактордың орталық аймағының осі бойында орналасқан графит призмаларындағы тесіктер арқылы өтеді. Екі нұсқа да өте жоғары температурада жұмыс істей алады, өйткені графит сублимация температурасы өте жоғары және гелий толығымен химиялық инертті. Ыстық гелий тікелей жоғары температурада газ турбинасында жұмыс сұйықтығы ретінде қолданыла алады немесе оның жылуы су айналымында бу шығару үшін пайдаланылуы мүмкін. Натриймен салқындатылатын жылдам реакторларға 1960-1970 жылдары көп көңіл бөлінді. Сонда олардың жақын арада ядролық отынды молайту қабілеттері тез дамып келе жатқан атом өнеркәсібіне отын шығару үшін қажет сияқты болды. 1980 жылдары бұл күтудің шындыққа жанаспайтындығы белгілі болған кезде, ынта-ықылас жоғалып кетті. Алайда, осы типтегі бірқатар реакторлар АҚШ, Ресей, Франция, Ұлыбритания, Жапония және Германияда салынған. Олардың көпшілігі уран диоксидімен немесе оның плутоний диоксидімен қоспасымен жұмыс істейді.Ал АҚШ-та ең үлкен жетістікке металл отындары қол жеткізді. 2. Ғылыми зерттеулер үшін көбінесе ядролық реактор қолданылады, оның принципі - суын салқындату және пластиналық уран отынының жасушаларын жиынтық түрінде қолдану. Бірнеше киловатттан жүздеген мегаваттқа дейінгі кең қуат деңгейінде жұмыс істей алады. Энергия өндірісі зерттеу реакторларының негізгі мақсаты болмағандықтан, олар жылу энергиясымен, ядроның тығыздығымен және номиналды энергиясымен сипатталады. Дәл осы параметрлер зерттеу реакторының белгілі бір сауалнамалар жүргізу қабілетін анықтауға көмектеседі. Төмен қуатты жүйелер, әдетте, университеттерде кездеседі және оқыту үшін қолданылады, ал жоғары қуат ғылыми зертханаларда материалды және өнімділікті тексеруге және жалпы зерттеулерге қажет. Құрылымы мен жұмыс істеу принципі ең көп таралған зерттеу ядролық реакторы. Оның белсенді аймағы үлкен терең бассейннің түбінде орналасқан. Бұл нейтронды сәулелер бағытталуы мүмкін арналарды бақылау мен орналастыруды жеңілдетеді. Төмен қуат деңгейлерінде салқындатқышты айдаудың қажеті жоқ, өйткені жылыту ортасының табиғи конвекциясы қауіпсіз жұмыс жағдайын сақтау үшін жеткілікті жылу бөлуді қамтамасыз етеді. Жылуалмастырғыш, әдетте, ыстық су жиналатын бассейннің бетінде немесе жоғарғы жағында орналасқан. Ядролық реакторлардың бастапқы және негізгі қолданылуы суасты қайықтарында. Олардың басты артықшылығы - қазба отынының жану жүйелерінен айырмашылығы, олар электр қуатын алу үшін ауаны қажет етпейді. Демек, ядролық сүңгуір қайық ұзақ уақыт су астында қалуы мүмкін, ал кәдімгі дизельді-электрлік суасты қайығы қозғалтқыштарын ауада іске қосу үшін мезгіл-мезгіл жер бетіне көтерілуі керек. Атом энергетикасы теңіз кемелеріне стратегиялық артықшылық береді. Оның арқасында шетелдік порттарда немесе оңай осал болатын танкерлерден жанармай құюдың қажеті жоқ. Ядролық реактордың сүңгуір қайықта жұмыс істеу принципі жіктелген. Алайда, АҚШ-та онда жоғары байытылған уран қолданылатыны және баяулату мен салқындату жеңіл сумен жүзеге асырылатыны белгілі. Бірінші атомдық суасты реакторы - «USS Nautilus» жобасына қуатты зерттеу қондырғылары қатты әсер етті. Оның бірегей ерекшеліктері - бұл реактивтіліктің шегі, ол ұзақ уақыт бойы жанармай құюсыз жұмыс істейді және сөндіруден кейін қайта қосу мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Сүңгуір қайықтардағы электр станциясы анықталмас үшін өте тыныш болуы керек. Әр түрлі сыныптағы суасты қайықтарының қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін электр станцияларының әр түрлі модельдері жасалды. Сонымен қатар, реакторлар энергиямен жабдықтауға және ғарыш кеңістігінде қозғалуға арналған. 1967-1988 жылдар аралығында Кеңес Одағы Космостың жерсеріктеріне энергетикалық қондырғылар мен телеметрияға арналған шағын ядролық қондырғылар орнатқан, бірақ бұл саясат сынға алынды. Осы спутниктердің кем дегенде біреуі Жер атмосферасына еніп, нәтижесінде Канаданың шалғай аудандарының радиоактивті ластануы болды. Америка Құрама Штаттары 1965 жылы бір ғана атомдық жерсерікті ұшырды. Алайда, оларды ғарыштық қашықтыққа ұшу кезінде, басқа ғаламшарларды адаммен зерттеуде немесе айдың тұрақты базасында қолдану жобалары әзірленуде. Бұл міндетті түрде газбен салқындатылған немесе сұйық металдан жасалған ядролық реактор болады, оның физикалық принциптері радиатордың өлшемін азайту үшін ең жоғары температураны қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, ғарыш технологиясына арналған реактор мүмкіндігінше ықшам болуы керек, ол экрандауға жұмсалатын материалдың мөлшерін барынша азайтуға және ұшыру мен ғарышқа ұшу кезінде салмақты азайтуға мүмкіндік береді. Жанармай қоры реактордың ғарышқа ұшудың барлық кезеңінде жұмысын қамтамасыз етеді. 3.Термоядролық реакция, термоядролық синтез — өте жоғары температурада жүзеге асатын ядролар бірігуі реакциясы. Жеңіл элементтерді (сутек, гелий, литий, т.б.) жүздеген миллион градусқа дейін қыздырғанда, олардың бейтарап атомдарының тұтастығы жоғалып, ядролар мен электрондарға ыдырайды. Нәтижесінде оң зарядты ядролардан, теріс зарядты электрондардан тұратын ерекше орта, жоғары температуралы плазма, пайда болады. Мұндай плазмада ядролар кулондық тебіліс бөгетінен (барьерін) өте алатын кинетикалық энергияға ие болады. Жер бетінде алғаш рет термоядролық реакциялар 1950 жылдардың басында Қазақстанда (Семей полигоны) сутек бомбасын жару арқылы жүзеге асырылды. Қажетті жоғары температура атом бомбасын алдын ала жару үстінде алынды. Термоядролық бомбаның ішіне жоғары температура алу үшін атом бомбасының заряды және жеткілікті мөлшерде сутек изотоптары (мысалы, дейтерий) орналастырылады. Термоядролық жарылыста әуелі атом бомбасының заряды іске қосылады да, температура миллиондаған градусқа көтеріліп, сутек изотоптарының ядролары жаппай біріге бастайды. Осылайша әп-сәтте атом бомбасының жарылысы сутек бомбасының жарылысына ұласады. Қолдан басқарылатын термоядролық реакцияларды іске асыру зор қиындықтарға кезікті. Оларды жүзеге асыру үшін, негізінен, үш мәселені шешу керек: Біріншіден, сутек газын қыздыру арқылы ыстық плазманың температурасын ондаған миллион градусқа көтеру қажет. Екіншіден, термоядролық реакцияны тұтандыру үшін ыстық плазманы суытпай, белгілі бір көлемде кем дегенде 101—102 с ұстап тұру қажет. Үшіншіден, термоядролық реакция қарқынды жүріп, энергия шығыны қажетінше мол болуы үшін ыстық плазмадағы дейтерий ядроларының тығыздығы белгілі бір шамадан кем болмауы тиіс, яғни 1 м1 көлемде 1022 бөлшек болуы керек. Осы үш шарт қатарынан орындалса ғана басқарылатын термоядролық реакцияны іске асыруға болады. Алайда плазма заттың ең орнықсыз күйі болып табылады, сондықтан бұл шарттарды бір мезгілде орындау мәселесі әлі күнге шешуін таппай отыр. Пайдаланған әдебиеттер: Р. Башарұлы, Д. Қазақбаева, У. Тоқбергенова, Н. Бекбасар. Физика және астрономия: Жалпы білім беретін мектептің 9-сыныбына арналған оқулық — 2. — Алматы: "Мектеп" баспасы, 2009. — Б. 240. — ISBN 9965-36-700-0. жүктеу/скачать 19,52 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|