nükleer (atomik) reaktör, Bu, kendi kendini idame ettiren kontrollü bir nükleer fisyon zincirleme reaksiyonunun gerçekleştirildiği bir kurulumdur. Nükleer reaktörler nükleer enerji endüstrisinde ve araştırma amaçlı kullanılmaktadır. Reaktörün ana kısmı, çekirdeklerin bölünmesinin ve nükleer enerjinin salınmasının gerçekleştiği aktif bölgesidir.
Bugün, yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak elektrik üretimi Tercih edilir hale gelmesine rağmen dünya elektriğinin yaklaşık %10’u nükleer güç Elektrikle üretildiği gerçeği bugün hala geçerliliğini koruyor. 1950’lerde geliştirilen ve o zamandan beri geliştirilen bu enerji türü her zaman taraflı olmuştur. Mevcut tüm birinci nesil reaktörlerin kullanımdan kaldırılmasına rağmen, çalışanların çoğu ikinci nesildir.
Dünyanın ilk nükleer reaktörleridoğal olarak yaklaşık iki milyar yıl önce bir uranyum yatağında çalıştı. Uranyum açısından zengin gövdelerdeydiler ve sızan yağmur suyuyla yumuşadılar. Bir nükleer reaktör, belirli elementlerin atomlarını parçalamadan enerji salınımını üretir ve kontrol eder. Bir nükleer güç reaktöründe, açığa çıkan enerji elektrik üretmek için buhar üretmek için ısı olarak kullanılır. Bir araştırma reaktörünün temel amacı, çekirdekte üretilen gerçek nötronları kullanmaktır. Çoğu deniz reaktöründe, buhar doğrudan etkili bir türbini çalıştırır.
Elektrik üretmek için nükleer enerjiyi kullanma ilkeleri çoğu reaktör türü için aynıdır. Yakıt atomlarının sürekli parçalanmasından salınan enerji, gaz veya suda ısı olarak kullanılır ve buhar üretmek için kullanılır. Buhar, elektrik üreten türbinlere güç sağlamak için kullanılır (çoğu fosil yakıtlı elektrik santralinde olduğu gibi).
Reaktörün çalışma prensibi birkaç cümle ile açıklanabilir:
Uranyum-235, büyük miktarlarda termal enerji açığa çıkararak bozunur. Bu enerji suyu kaynatır ve ortaya çıkan basınç altındaki buhar türbini döndürür. Türbin sırayla elektrik üreten bir elektrik jeneratörünü döndürür.
Uranyum-235, uranyumun izotoplarından biridir. Bir izotop, atom kütlesinde sıradan bir atomdan farklı olan bir maddenin atom türüdür.
Nükleer reaktör türleri
Çoğunluk nükleer reaktör türleriYakıtta ortak olan ana bileşenler (nükleer reaktörlerde ana yakıt uranyumdur), moderatör, kontrol çubukları veya kanatları, soğutucu, yüksek veya basınçlı kap, buhar jeneratörü, mahfaza.
Çoğu reaktör, reaktör kabı açılmadan önce yakıt ikmali için kapatılmalıdır. Bu durumda, yakıt gruplarının dörtte bir ila üçte biri yenileriyle değiştirildiğinde, yakıt ikmali 12, 18 veya 24 aylık aralıklarla yapılır.
Nükleer Reaktör Bilgileri nasıl aldık nükleer reaktör türleriŞuna bir bakalım.
Basınçlı Su Reaktörü (PWR)
Bu, enerji üretimi için yaklaşık 300 çalışan reaktör ve nakliye için kullanılan birkaç yüz reaktör ile en yaygın tiptir. Basınçlı Su Reaktörü (PWR) Proje, bir denizaltı tahrik sistemi olarak ortaya çıktı. güçsoğutucu ve geciktirici olarak sade su kullanın. Tasarım, reaktör çekirdeğinden çok yüksek basınç altında akan bir birincil soğutma devresinin ve türbini çalıştırmak için buharın üretildiği bir ikincil devrenin varlığı ile karakterize edilir. Rusya’da bunlar VVER (su gücü reaktörleri) türleri olarak bilinir.
Bir güçaktif bölgeye dikey olarak yerleştirilmiş, her biri 200-300 çubuktan oluşan yakıt tertibatlarına sahiptir. Büyük bir reaktör, 80-100 ton uranyum içeren yaklaşık 150-250 yakıt grubuna sahiptir.
Reaktör çekirdeğindeki suyun sıcaklığı yaklaşık 325°C’ye ulaşır, bu nedenle kaynamasını önlemek için basıncı atmosfer basıncının yaklaşık 150 katının altında tutulmalıdır. Basınç, bir basınçlandırıcıda buharla korunur. Birincil devrede su aynı zamanda moderatördür ve bunlardan herhangi biri buhara dönüşürse fisyon reaksiyonu yavaşlar. Bu olumsuz geri bildirim etkisi, türün savunma işlevlerinden biridir. İkincil kapatma sistemi, birincil devreye bor eklenmesini içerir.
İkinci devre daha az basınç altındadır ve su burada buhar jeneratörü olan ısı eşanjörlerinde kaynar. Buhar, elektrik üretmek için bir türbini çalıştırır, ardından yoğunlaşır ve birincil devre ile temas halinde olan ısı eşanjörlerine geri döner.
Kaynar Su Reaktörü (BWR)
Kaynar Su Reaktörü (BWR), suyun daha düşük basınçta (atmosfer basıncının yaklaşık 75 katı) olduğu bir devre olması dışında, PWR ile pek çok ortak yönü vardır. Su çekirdekte yaklaşık 285°C’de kaynar. Reaktör, çekirdeğin üst kısmında %12-15 oranında su bulunan bir buhar reaktörü gibi çalıştığından, daha az yumuşatma etkisi ve dolayısıyla verimlilikle çalışacak şekilde tasarlanmıştır. BVR üniteler, PWR’den daha basit bir yük kontrol modunda çalışabilir.
Buhar, çekirdeğin üzerindeki kurutucu plakalardan (buhar ayırıcılar) geçer ve ardından doğrudan reaktör devresinin parçası olan türbinlere geçer. Reaktör çekirdeğinin etrafındaki su her zaman eser miktarda radyonüklid ile kirlendiğinden, bu, türbinin korunması gerektiği ve bakım sırasında radyolojik korumanın sağlanması gerektiği anlamına gelir. Bunun maliyeti, daha basit tasarım nedeniyle tasarrufları dengeleme eğilimindedir. Sudaki radyoaktivitenin çoğu çok kısa ömürlüdür, bu nedenle reaktör kapatıldıktan hemen sonra türbin odasına girebilir.
Bir Kaynar Su Reaktörü (BWR) Yakıt tertibatı, 90-100 yakıt çubuğundan ve reaktör çekirdeğinde 140 tona kadar uranyum içeren 750’ye kadar takımdan oluşur. İkincil kontrol sistemi, çekirdekten su akışını kısıtlamayı içerir, böylece üstte daha fazla buhar yavaşlamayı azaltır.
Ağır Su Basınçlı Reaktör (PHWR-Candu)
Ağır Su Basınçlı Reaktör (PHWR)CANDU, 1950’lerden beri Kanada’da ve 1980’lerden beri Hindistan’da geliştirilmiştir. nükleer reaktör türleriOnlardan biri. PHWRYakıt olarak genellikle doğal uranyum oksit (%0,7 U-235) kullanılır. Bu nedenle daha etkili bir moderatör, bu durumda ağır su (D2o) gerekir. PHWRdiğer tasarımlardan daha fazla uranyum madenciliği için daha fazla güç üretir, ancak aynı zamanda çıktı birimi başına çok daha fazla kullanılmış yakıt üretir.
Moderatör, genellikle ulaşılabilen, birincil yakıt deposuna yüksek basınçlı (atmosfer basıncının yaklaşık 100 katı) ağır su akışıyla soğutulan, yakıt için kanallar oluşturan birkaç yüz yatay basınç tüpü tarafından delinmiş, kalandri adı verilen büyük bir rezervuardadır. soğutma devresi PWR’de olduğu gibi, birincil soğutma sıvısı, türbinleri çalıştırmak için ikincil devrede buhar üretir. Basınç tüplerinin tasarımı, tek tek basınç tüplerini soğutma döngüsünden izole ederek reaktörün kapatılmadan kademeli olarak yakıt ikmali yapılabileceği anlamına gelir. Ayrıca, büyük bir basınçlı kap içeren tasarımlardan daha ucuzdur, ancak boruların dayanıklı olduğu kanıtlanmamıştır.
Bir CANDU FA, 37 adet yarım metre uzunluğundaki yakıt çubukları ve yakıt kanalında uç uca yerleştirilmiş 12 adet kirişten oluşan bir destek yapısından oluşmaktadır. Kontrol çubukları kalandriye dikey olarak nüfuz eder ve ikincil kapatma sistemi moderatöre gadolinyum eklenmesini içerir. Kalandra kazan gövdesinde dolaşan ağır su hazırlayıcı da bir miktar ısı üretir (ancak bu model yukarıdaki şemada gösterilmemiştir).
Gelişmiş Kandu Reaktörü (ACR) PHWR gibi daha yeni PHWR tasarımları hafif su soğutmalıdır ve biraz zenginleştirilmiş yakıta sahiptir.
CANDU reaktörleri çeşitli yakıt türlerini kabul edebilir. Hafif su reaktörlerinden kullanılmış yakıtın yeniden işlenmesinden elde edilen yeniden işlenmiş uranyumla veya zenginleştirme tesislerinden gelen bu seyreltilmiş uranyumun bir karışımıyla çalışabilirler. Yaklaşık 4000 MW PWR, seyreltilmiş uranyum ile 1000 MW CANDU gücünü besleyebilir. Toryum yakıt olarak da kullanılabilir.
Magnox ve Gelişmiş Gaz Soğutmalı Reaktör (AGR)
Bunlar, birincil soğutucu olarak bir grafit moderatör ve karbondioksit kullanan ikinci nesil İngiliz gaz soğutmalı reaktörlerdir. Yakıt, paslanmaz çelik borularda %2,5-3,5 oranında zenginleştirilmiş uranyum oksit topaklarıdır. Karbon dioksit çekirdekte dolaşır, 650°C’lik bir sıcaklığa ulaşır ve daha sonra buhar üreteci borularından geçer, ancak yine de beton ve çelik basınçlı kapta tutulur. Kontrol çubukları moderatöre nüfuz eder ve ikincil kapatma sistemi, soğutma sıvısına nitrojen enjeksiyonunu içerir. Yüksek sıcaklık, yüksek termal verim sağlar.
Sma, Magnox reaktörüdan geliştirildi. Magnox reaktörleri ayrıca grafit ile çalıştırıldı ve CO2 ile soğutuldu. Soğutucu olarak metalik formda doğal uranyum yakıtı ve su kullanıldı. İngiltere’de son Magnox reaktörü 2015 yılı sonunda kapanmıştır.
Hafif Su Grafit Kontrollü Reaktör (LWGR)
LWGR reaktör tasarım, plütonyum üretim reaktörlerinden geliştirilen bir Sovyet tasarımı. Rus kaynar su reaktörü (RBMK)‘Durmak. Bir grafit moderatörden geçen ve su ile soğutulan uzun (7 metre) dikey basınçlı borular kullanır. BWR’de olduğu gibi çekirdekte 290°C’de ve yaklaşık 6.9 MPa’da kaynamaya izin verilir. Yakıt, 3,5 metre uzunluğundaki yakıt gruplarından oluşan, düşük oranda zenginleştirilmiş uranyum oksittir. Ölçülü olarak, büyük ölçüde sabitlenmiş grafit nedeniyle aşırı kaynama, fisyon reaksiyonuna müdahale etmeden soğutmayı ve nötron emilimini azaltır ve pozitif bir geri besleme sorunu ortaya çıkabilir. Bu nedenle asla Sovyetler Birliği dışında inşa edilmediler.
Hızlı nötron reaktörü (FRN)
Bazı reaktörlerin bir moderatörü yoktur ve yakıtın içinde veya çevresinde daha fazla U-238 izotopu üretirken plütonyumdan güç üreten hızlı nötronlar kullanır. Geleneksel reaktörlere kıyasla orijinal uranyumdan 60 kat daha fazla enerji üretmelerine rağmen, inşa edilmeleri pahalıdır. Ana projelerin yirmi yıl içinde inşa edilmesiyle birlikte, daha fazla gelişmelerinin önümüzdeki on yılda gerçekleşmesi muhtemeldir. FNR reaktörleriTükettiğinden daha fazla bölünebilir madde (plütonyum) üretmek üzere kurulan bu reaktörler, hızlı nötron reaktörleri (FBR) de denir.
