Prinsip pengoperasian reaktor nuklir. Bagaimana cara kerja reaktor nuklir? Video reaktor nuklir sedang beroperasi

Reaktor nuklir bekerja dengan lancar dan efisien. Jika tidak, seperti yang Anda tahu, akan ada masalah. Tapi apa yang terjadi di dalam? Mari kita coba merumuskan prinsip pengoperasian reaktor nuklir (nuklir) secara singkat, jelas, dan terhenti.

Intinya, proses yang sama terjadi di sana seperti saat ledakan nuklir. Hanya saja ledakannya terjadi sangat cepat, dan di dalam reaktor semuanya berlangsung lama lama. Hasilnya, semuanya tetap aman dan sehat, dan kita menerima energi. Tidak terlalu banyak sehingga semua yang ada disekitarnya akan hancur sekaligus, tapi cukup untuk menyediakan listrik ke kota.

Sebelum Anda memahami bagaimana reaksi nuklir terkendali terjadi, Anda perlu mengetahui apa itu reaksi nuklir reaksi nuklir sama sekali.

Reaksi nuklir adalah proses transformasi (fisi) inti atom ketika berinteraksi dengannya partikel elementer dan sinar gamma.

Reaksi nuklir dapat terjadi dengan penyerapan dan pelepasan energi. Reaktor menggunakan reaksi kedua.

Reaktor nuklir adalah perangkat yang tujuannya adalah untuk mempertahankan reaksi nuklir yang terkendali dengan pelepasan energi.

Seringkali reaktor nuklir disebut juga reaktor atom. Perlu kita perhatikan bahwa tidak ada perbedaan mendasar di sini, namun dari sudut pandang ilmu pengetahuan lebih tepat menggunakan kata “nuklir”. Saat ini terdapat banyak jenis reaktor nuklir. Ini adalah reaktor industri besar yang dirancang untuk menghasilkan energi di pembangkit listrik, reaktor nuklir kapal selam, reaktor eksperimental kecil yang digunakan di percobaan ilmiah. Bahkan ada reaktor yang digunakan untuk desalinasi air laut.

Sejarah terciptanya reaktor nuklir

Reaktor nuklir pertama diluncurkan pada tahun 1942. Hal ini terjadi di Amerika di bawah kepemimpinan Fermi. Reaktor ini disebut "Chicago Woodpile".

Pada tahun 1946, reaktor Soviet pertama, yang diluncurkan di bawah kepemimpinan Kurchatov, mulai beroperasi. Badan reaktor ini berbentuk bola dengan diameter tujuh meter. Reaktor pertama tidak memiliki sistem pendingin, dan tenaganya minimal. Omong-omong, reaktor Soviet memiliki daya rata-rata 20 Watt, dan reaktor Amerika hanya 1 Watt. Sebagai perbandingan: daya rata-rata reaktor daya modern adalah 5 Gigawatt. Kurang dari sepuluh tahun setelah peluncuran reaktor pertama, pembangkit listrik tenaga nuklir industri pertama di dunia dibuka di kota Obninsk.

Prinsip pengoperasian reaktor nuklir (nuklir).

Siapa pun reaktor nuklir ada beberapa bagian: inti Dengan bahan bakar Dan moderator , reflektor neutron , pendingin , sistem kendali dan proteksi . Isotop paling sering digunakan sebagai bahan bakar reaktor. uranium (235, 238, 233), plutonium (239) dan torium (232). Inti adalah ketel tempat aliran mengalir air biasa(pendingin). Di antara cairan pendingin lainnya, “air berat” dan grafit cair lebih jarang digunakan. Jika kita berbicara tentang pengoperasian pembangkit listrik tenaga nuklir, maka reaktor nuklir digunakan untuk menghasilkan panas. Listrik sendiri dihasilkan dengan metode yang sama seperti pembangkit listrik jenis lainnya - uap memutar turbin, dan energi gerak diubah menjadi energi listrik.

Di bawah ini adalah diagram pengoperasian reaktor nuklir.

Seperti yang telah kami katakan, peluruhan inti uranium yang berat menghasilkan unsur-unsur yang lebih ringan dan beberapa neutron. Neutron yang dihasilkan bertabrakan dengan inti lain, juga menyebabkan fisi. Pada saat yang sama, jumlah neutron bertambah seperti longsoran salju.

Ini harus disebutkan di sini faktor perkalian neutron . Jadi, jika koefisien ini melebihi nilai yang sama dengan satu, ledakan nuklir. Jika nilainya kurang dari satu, jumlah neutron terlalu sedikit dan reaksi terhenti. Tetapi jika nilai koefisiennya dipertahankan sama dengan satu, maka reaksi akan berlangsung lama dan stabil.

Pertanyaannya adalah bagaimana melakukan ini? Di dalam reaktor, bahan bakarnya disebut elemen bahan bakar (TVELakh). Ini adalah batang yang berisi, dalam bentuk tablet kecil, bahan bakar nuklir . Batang bahan bakar dihubungkan ke dalam kaset berbentuk heksagonal, yang jumlahnya bisa ratusan di dalam reaktor. Kaset dengan batang bahan bakar disusun secara vertikal, dan setiap batang bahan bakar memiliki sistem yang memungkinkan Anda mengatur kedalaman pencelupannya ke dalam inti. Selain kaset itu sendiri, mereka juga menyertakannya batang kendali Dan batang perlindungan darurat . Batangnya terbuat dari bahan yang menyerap neutron dengan baik. Dengan demikian, batang kendali dapat diturunkan ke kedalaman berbeda di dalam inti, sehingga menyesuaikan faktor penggandaan neutron. Batang darurat dirancang untuk mematikan reaktor jika terjadi keadaan darurat.

Bagaimana reaktor nuklir dimulai?

Prinsip operasinya sendiri sudah kita ketahui, tapi bagaimana cara menghidupkan dan membuat reaktor berfungsi? Secara kasar, ini dia - sepotong uranium, tetapi reaksi berantai tidak dimulai dengan sendirinya. Faktanya adalah ada konsep dalam fisika nuklir massa kritis .

Massa kritis adalah massa bahan fisil yang diperlukan untuk memulai reaksi berantai nuklir.

Dengan bantuan batang bahan bakar dan batang kendali, massa kritis bahan bakar nuklir pertama-tama dibuat di dalam reaktor, dan kemudian reaktor dibawa ke tingkat daya optimal dalam beberapa tahap.

Pada artikel kali ini kami mencoba memberi Anda gambaran umum tentang struktur dan prinsip pengoperasian reaktor nuklir (nuklir). Jika Anda memiliki pertanyaan tentang topik tersebut atau ditanyai masalah fisika nuklir di universitas, silakan hubungi kepada spesialis perusahaan kami. Seperti biasa, kami siap membantu Anda menyelesaikan masalah mendesak apa pun terkait studi Anda. Dan selagi kita melakukannya, inilah video pendidikan lainnya yang patut Anda perhatikan!

Desain dan prinsip operasi

Mekanisme pelepasan energi

Transformasi suatu zat disertai dengan pelepasan energi bebas hanya jika zat tersebut mempunyai cadangan energi. Yang terakhir berarti bahwa mikropartikel suatu zat berada dalam keadaan dengan energi diam lebih besar daripada keadaan lain yang mungkin terjadi transisi. Transisi spontan selalu dicegah oleh penghalang energi, untuk mengatasinya mikropartikel harus menerima sejumlah energi dari luar - energi eksitasi. Reaksi eksoenergik terdiri dari fakta bahwa dalam transformasi setelah eksitasi, lebih banyak energi yang dilepaskan daripada yang dibutuhkan untuk menggairahkan proses tersebut. Ada dua cara untuk mengatasi hambatan energi: baik karena energi kinetik partikel yang bertabrakan, atau karena energi ikat partikel yang bergabung.

Jika kita mengingat skala makroskopis pelepasan energi, maka semua atau setidaknya sebagian kecil partikel suatu zat harus memiliki energi kinetik yang diperlukan untuk merangsang reaksi. Hal ini hanya dapat dicapai dengan meningkatkan suhu medium ke nilai di mana energi gerak termal mendekati ambang batas energi yang membatasi jalannya proses. Dalam kasus transformasi molekuler, yaitu reaksi kimia, peningkatan seperti itu biasanya mencapai ratusan kelvin, tetapi dalam kasus reaksi nuklir setidaknya mencapai 10 7 karena sangat dataran tinggi Hambatan Coulomb dari inti yang bertabrakan. Eksitasi termal dari reaksi nuklir dalam praktiknya dilakukan hanya selama sintesis inti paling ringan, di mana hambatan Coulomb minimal (fusi termonuklir).

Eksitasi melalui penggabungan partikel tidak memerlukan energi kinetik yang besar, dan oleh karena itu, tidak bergantung pada suhu medium, karena hal ini terjadi karena ikatan yang tidak terpakai yang melekat pada gaya tarik-menarik partikel. Tetapi untuk merangsang reaksi, diperlukan partikel itu sendiri. Dan jika yang kami maksud lagi bukanlah reaksi yang terpisah, melainkan produksi energi dalam skala makroskopis, maka hal ini hanya mungkin terjadi jika terjadi reaksi berantai. Yang terakhir terjadi ketika partikel yang merangsang reaksi muncul kembali sebagai produk reaksi eksoenergi.

Desain

Setiap reaktor nuklir terdiri dari bagian-bagian berikut:

• Inti dengan bahan bakar nuklir dan moderator;
• Reflektor neutron yang mengelilingi inti;
• Sistem kendali reaksi berantai, termasuk perlindungan darurat;
• Perlindungan radiasi;
• Sistem kendali jarak jauh.

Prinsip operasi fisik

Lihat juga artikel utama:

Keadaan reaktor nuklir saat ini dapat dicirikan oleh faktor penggandaan neutron efektif k atau reaktivitas ρ , yang dihubungkan dengan relasi berikut:

Nilai-nilai berikut adalah tipikal untuk besaran-besaran ini:

• k> 1 - reaksi berantai meningkat seiring waktu, reaktor aktif superkritis keadaan, reaktivitasnya ρ > 0;
• k < 1 - реакция затухает, реактор - subkritis, ρ < 0;
• k = 1, ρ = 0 - jumlah fisi nuklir konstan, reaktor dalam keadaan stabil kritis kondisi.

Kondisi kekritisan reaktor nuklir:

, Di mana

Membalikkan faktor perkalian menjadi satu dicapai dengan menyeimbangkan perkalian neutron dengan kerugiannya. Sebenarnya ada dua alasan hilangnya neutron: penangkapan tanpa fisi dan kebocoran neutron di luar media perkembangbiakannya.

Jelas bahwa k< k 0 , поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k 0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k 0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны.

k 0 untuk reaktor termal dapat ditentukan dengan apa yang disebut “rumus 4 faktor”:

, Di mana

• η adalah hasil neutron untuk dua serapan.

Volume reaktor daya modern dapat mencapai ratusan m³ dan ditentukan terutama bukan oleh kondisi kritis, tetapi oleh kemampuan pembuangan panas.

Volume kritis reaktor nuklir - volume inti reaktor dalam kondisi kritis. Massa kritis- massa bahan fisil reaktor yang berada dalam keadaan kritis.

Reaktor yang menggunakan bahan bakar sebagai bahan bakarnya mempunyai massa kritis yang paling rendah. larutan berair garam dari isotop fisil murni dengan reflektor neutron air. Untuk 235 U massanya 0,8 kg, untuk 239 Pu - 0,5 kg. Namun diketahui secara luas bahwa massa kritis reaktor LOPO (reaktor pengayaan uranium pertama di dunia), yang memiliki reflektor berilium oksida, adalah 0,565 kg, meskipun tingkat pengayaan isotop 235 hanya sedikit lebih tinggi. dari 14%. Secara teoritis, ia memiliki massa kritis terkecil, yang nilainya hanya 10 g.

Untuk mengurangi kebocoran neutron, inti diberi bentuk bulat atau mendekati bola, misalnya silinder atau kubus pendek, karena angka-angka ini memiliki perbandingan luas permukaan dan volume terkecil.

Meskipun nilai (e - 1) biasanya kecil, peran reproduksi tetap penting neutron cepat cukup besar, karena untuk reaktor nuklir besar (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Untuk memulai reaksi berantai, neutron yang dihasilkan selama fisi spontan inti uranium biasanya cukup. Dimungkinkan juga untuk menggunakan sumber neutron eksternal untuk menghidupkan reaktor, misalnya campuran dan, atau zat lain.

lubang yodium

Artikel utama: lubang yodium

Lubang yodium - keadaan reaktor nuklir setelah dimatikan, ditandai dengan akumulasi isotop xenon yang berumur pendek. Proses ini menyebabkan munculnya reaktivitas negatif yang signifikan untuk sementara, yang pada gilirannya membuat reaktor tidak mungkin mencapai kapasitas desainnya dalam jangka waktu tertentu (sekitar 1-2 hari).

Klasifikasi

Dengan sengaja

Menurut sifat penggunaannya, reaktor nuklir dibagi menjadi:

• Reaktor daya dirancang untuk menghasilkan energi listrik dan panas yang digunakan di sektor energi, serta untuk desalinasi air laut (reaktor desalinasi juga diklasifikasikan sebagai industri). Reaktor semacam ini terutama digunakan di pembangkit listrik tenaga nuklir. Daya termal reaktor daya modern mencapai 5 GW. Kelompok terpisah meliputi:
  • Reaktor transportasi, dirancang untuk memasok energi ke mesin kendaraan. Kelompok aplikasi terluas adalah reaktor transportasi laut yang digunakan di kapal selam dan berbagai kapal permukaan, serta reaktor yang digunakan dalam teknologi luar angkasa.
• Reaktor eksperimental, dimaksudkan untuk mempelajari berbagai besaran fisis, yang nilainya diperlukan untuk desain dan pengoperasian reaktor nuklir; Kekuatan reaktor tersebut tidak melebihi beberapa kW.
• Reaktor penelitian, di mana fluks neutron dan kuanta gamma yang dibuat di inti digunakan untuk penelitian di bidang fisika nuklir, fisika keadaan padat, kimia radiasi, biologi, untuk pengujian bahan yang dimaksudkan untuk beroperasi dalam fluks neutron yang kuat (termasuk bagian reaktor nuklir) untuk produksi isotop. Kekuatan reaktor riset tidak melebihi 100 MW. Energi yang dilepaskan biasanya tidak digunakan.
• Reaktor industri (senjata, isotop)., digunakan untuk menghasilkan isotop yang digunakan di berbagai bidang. Paling banyak digunakan untuk memproduksi bahan senjata nuklir, seperti 239 Pu. Juga diklasifikasikan sebagai industri adalah reaktor yang digunakan untuk desalinasi air laut.

Seringkali reaktor digunakan untuk memecahkan dua atau lebih masalah yang berbeda, dalam hal ini disebut reaktor serba guna. Misalnya, beberapa reaktor daya, terutama pada masa-masa awal tenaga nuklir, dirancang terutama untuk eksperimen. Reaktor neutron cepat secara bersamaan dapat menghasilkan energi dan menghasilkan isotop. Reaktor industri, selain tugas utamanya, seringkali menghasilkan energi listrik dan panas.

Menurut spektrum neutron

• Reaktor neutron termal (lambat) (“reaktor termal”)
• Reaktor neutron cepat ("reaktor cepat")

Dengan penempatan bahan bakar

• Reaktor heterogen, dimana bahan bakar ditempatkan secara terpisah di dalam inti dalam bentuk balok-balok, di antaranya terdapat moderator;
• Reaktor homogen, dimana bahan bakar dan moderatornya merupakan campuran homogen (sistem homogen).

Pada reaktor heterogen, bahan bakar dan moderator dapat dipisahkan secara spasial, khususnya pada reaktor rongga, moderator-reflektor mengelilingi rongga dengan bahan bakar yang tidak mengandung moderator. Dari sudut pandang fisik nuklir, kriteria homogenitas/heterogenitas bukanlah desainnya, melainkan penempatan blok bahan bakar pada jarak yang melebihi panjang moderasi neutron dalam moderator tertentu. Dengan demikian, reaktor dengan apa yang disebut “kisi tertutup” dirancang sebagai reaktor homogen, meskipun di dalamnya bahan bakar biasanya dipisahkan dari moderator.

Blok bahan bakar nuklir dalam reaktor heterogen disebut rakitan bahan bakar (FA), yang terletak di inti pada titik-titik kisi biasa, membentuk sel.

Berdasarkan jenis bahan bakar

• isotop uranium 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
• isotop plutonium 239 (239 Pu), juga isotop 239-242 Pu dalam bentuk campuran dengan 238 U (bahan bakar MOX)
• isotop thorium 232 (232 Th) (melalui konversi menjadi 233 U)

Berdasarkan tingkat pengayaan:

• uranium alami
• uranium yang diperkaya secara lemah
• uranium yang sangat diperkaya

Berdasarkan komposisi kimia:

• logam kamu
• UC (uranium karbida), dll.

Berdasarkan jenis cairan pendingin

• Gas, (lihat reaktor gas grafit)
• D 2 O (air berat, lihat Reaktor nuklir air berat, CANDU)

Berdasarkan jenis moderator

• C (grafit, lihat Reaktor gas grafit, Reaktor air grafit)
• H2O (air, lihat Reaktor air ringan, Reaktor berpendingin air, VVER)
• D 2 O (air berat, lihat Reaktor nuklir air berat, CANDU)
• Hidrida logam
• Tanpa moderator (lihat Reaktor cepat)

Secara desain

Dengan metode pembangkitan uap

• Reaktor dengan pembangkit uap eksternal (Lihat Reaktor air-air, VVER)

klasifikasi IAEA

• PWR (reaktor air bertekanan) - reaktor air-air (reaktor air bertekanan);
• BWR (reaktor air mendidih) - reaktor air mendidih;
• FBR (reaktor pemulia cepat) - reaktor pemulia cepat;
• GCR (reaktor berpendingin gas) - reaktor berpendingin gas;
• LWGR (reaktor grafit air ringan) - reaktor air grafit
• PHWR (reaktor air berat bertekanan) - reaktor air berat

Yang paling umum di dunia adalah reaktor air bertekanan (sekitar 62%) dan air mendidih (20%).

Bahan reaktor

Bahan pembuat reaktor beroperasi pada suhu tinggi di bidang neutron, kuanta, dan fragmen fisi. Oleh karena itu, tidak semua material yang digunakan pada cabang teknologi lain cocok untuk konstruksi reaktor. Saat memilih bahan reaktor, ketahanan radiasi, kelembaman kimia, penampang serapan, dan sifat lainnya diperhitungkan.

Ketidakstabilan radiasi bahan memiliki pengaruh yang lebih kecil pada suhu tinggi. Mobilitas atom menjadi begitu besar sehingga kemungkinan kembalinya atom-atom yang tersingkir dari kisi kristal ke tempatnya atau rekombinasi hidrogen dan oksigen menjadi molekul air meningkat secara nyata. Jadi, radiolisis air tidak signifikan dalam reaktor energi non-mendidih (misalnya, VVER), sedangkan dalam reaktor riset yang kuat sejumlah besar campuran yang mudah meledak dilepaskan. Reaktor memiliki sistem khusus untuk membakarnya.

Bahan reaktor bersentuhan satu sama lain (selongsong bahan bakar dengan cairan pendingin dan bahan bakar nuklir, kaset bahan bakar dengan cairan pendingin dan moderator, dll.). Secara alami, bahan yang bersentuhan harus bersifat inert secara kimia (kompatibel). Contoh ketidakcocokan adalah uranium dan air panas yang mengalami reaksi kimia.

Untuk sebagian besar material, sifat kekuatannya menurun tajam dengan meningkatnya suhu. Dalam reaktor daya, material struktural beroperasi pada suhu tinggi. Hal ini membatasi pilihan bahan konstruksi, terutama untuk bagian reaktor daya yang harus tahan terhadap tekanan tekanan tinggi.

Pembakaran dan reproduksi bahan bakar nuklir

Selama pengoperasian reaktor nuklir, karena akumulasi fragmen fisi dalam bahan bakar, komposisi isotop dan kimianya berubah, dan unsur transuranik, terutama isotop, terbentuk. Pengaruh pecahan fisi terhadap reaktivitas reaktor nuklir disebut peracunan(untuk fragmen radioaktif) dan terak(untuk isotop stabil).

Alasan utama keracunan reaktor adalah , yang memiliki penampang serapan neutron terbesar (2,6·10 6 lumbung). Waktu paruh 135 Xe T 1/2 = 9,2 jam; Hasil pembagian adalah 6-7%. Sebagian besar 135 Xe terbentuk sebagai hasil peluruhan ( T 1/2 = 6,8 jam). Jika terjadi keracunan, Keff berubah sebesar 1-3%. Penampang serapan yang besar dari 135 Xe dan adanya isotop perantara 135 I menyebabkan dua fenomena penting:

1. Peningkatan konsentrasi 135 Xe dan, akibatnya, penurunan reaktivitas reaktor setelah dihentikan atau daya dikurangi (“lubang yodium”), sehingga penghentian jangka pendek dan fluktuasi daya keluaran menjadi tidak mungkin dilakukan. . Dampak ini diatasi dengan memperkenalkan cadangan reaktivitas pada badan pengawas. Kedalaman dan durasi sumur yodium bergantung pada fluks neutron Ф: pada Ф = 5·10 18 neutron/(cm²·detik) durasi sumur yodium adalah ˜ 30 jam, dan kedalamannya 2 kali lebih besar dibandingkan sumur stasioner perubahan Keff yang disebabkan oleh keracunan 135 Xe.
2. Karena keracunan, fluktuasi spatiotemporal pada fluks neutron F, dan akibatnya, pada daya reaktor, dapat terjadi. Osilasi ini terjadi pada Ф > 10 18 neutron/(cm² detik) dan ukuran besar reaktor. Periode osilasi ˜ 10 jam.

Fisi nuklir menghasilkan sejumlah besar fragmen stabil, yang berbeda dalam penampang serapan dibandingkan dengan penampang serapan isotop fisil. Konsentrasi fragmen dengan penampang serapan besar mencapai jenuh dalam beberapa hari pertama pengoperasian reaktor. Ini sebagian besar adalah batang bahan bakar dari “usia” yang berbeda.

Dalam kasus penggantian bahan bakar total, reaktor mempunyai reaktivitas berlebih yang perlu dikompensasi, sedangkan dalam kasus kedua, kompensasi hanya diperlukan pada saat reaktor pertama kali dihidupkan. Kelebihan beban yang terus menerus memungkinkan peningkatan kedalaman pembakaran, karena reaktivitas reaktor ditentukan oleh konsentrasi rata-rata isotop fisil.

Massa bahan bakar yang dimuat melebihi massa bahan bakar yang dibongkar karena “berat” energi yang dilepaskan. Setelah reaktor dimatikan, pertama terutama karena fisi oleh neutron tertunda, dan kemudian, setelah 1-2 menit, karena radiasi β- dan γ dari fragmen fisi dan unsur transuranium, pelepasan energi dalam bahan bakar terus berlanjut. Jika reaktor bekerja cukup lama sebelum berhenti, maka 2 menit setelah berhenti, pelepasan energi sekitar 3%, setelah 1 jam - 1%, setelah sehari - 0,4%, setelah satu tahun - 0,05% dari daya awal.

Perbandingan jumlah isotop fisil Pu yang terbentuk dalam reaktor nuklir dengan jumlah 235 U yang terbakar disebut tingkat konversi KK. Nilai K K meningkat seiring dengan menurunnya pengayaan dan pembakaran. Untuk reaktor air berat yang menggunakan uranium alam, dengan pembakaran 10 GW hari/t K K = 0,55, dan dengan pembakaran kecil (dalam hal ini K K disebut koefisien plutonium awal) KK = 0,8. Jika suatu reaktor nuklir terbakar dan menghasilkan isotop yang sama (reaktor pemulia), maka perbandingan laju reproduksi terhadap laju pembakaran disebut tingkat reproduksi K V. Dalam reaktor nuklir menggunakan neutron termal K V< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах К В может достигать 1,4-1,5. Рост К В для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов G tumbuh dan A air terjun.

Pengendalian reaktor nuklir

Pengendalian reaktor nuklir hanya dimungkinkan karena fakta bahwa selama fisi, beberapa neutron terbang keluar dari fragmen dengan penundaan, yang dapat berkisar dari beberapa milidetik hingga beberapa menit.

Untuk mengendalikan reaktor, digunakan batang penyerap, dimasukkan ke dalam inti, terbuat dari bahan yang menyerap neutron kuat (terutama, dan beberapa lainnya) dan/atau larutan asam borat, ditambahkan ke cairan pendingin dalam konsentrasi tertentu (pengendalian boron) . Pergerakan batang dikendalikan oleh mekanisme khusus, penggerak, yang beroperasi berdasarkan sinyal dari operator atau peralatan untuk kontrol otomatis fluks neutron.

Dalam berbagai situasi darurat, setiap reaktor dilengkapi dengan penghentian darurat reaksi berantai, yang dilakukan dengan menjatuhkan semua batang penyerap ke dalam inti - sistem perlindungan darurat.

Sisa Panas

Isu penting yang berhubungan langsung dengan keselamatan nuklir adalah panas peluruhan. Ini adalah ciri khusus bahan bakar nuklir, yang terdiri dari fakta bahwa, setelah penghentian reaksi berantai fisi dan inersia termal yang biasa terjadi pada sumber energi mana pun, pelepasan panas dalam reaktor berlanjut untuk waktu yang lama, yang menciptakan a sejumlah masalah teknis yang rumit.

Panas sisa merupakan konsekuensi dari peluruhan β- dan γ produk fisi yang terakumulasi dalam bahan bakar selama pengoperasian reaktor. Inti produk fisi, karena peluruhan, berubah menjadi keadaan yang lebih stabil atau stabil sepenuhnya dengan pelepasan energi yang signifikan.

Meskipun laju pelepasan panas peluruhan dengan cepat menurun ke nilai yang kecil dibandingkan dengan nilai kondisi tunak, dalam reaktor daya tinggi, angka ini signifikan secara absolut. Oleh karena itu, pembangkitan panas sisa memerlukan jangka waktu yang lama untuk memastikan pembuangan panas dari inti reaktor setelah dimatikan. Tugas ini memerlukan desain instalasi reaktor yang mencakup sistem pendingin dengan pasokan listrik yang andal, dan juga memerlukan penyimpanan bahan bakar nuklir bekas dalam jangka panjang (3-4 tahun) di fasilitas penyimpanan dengan fasilitas khusus. kondisi suhu- kolam pendingin, yang biasanya terletak di dekat reaktor.

Lihat juga

• Daftar reaktor nuklir yang dirancang dan dibangun di Uni Soviet

literatur

• Levin V.E. Fisika nuklir dan reaktor nuklir. edisi ke-4. - M.: Atomizdat, 1979.
• Shukolyukov A. Yu.“Uranium. Reaktor nuklir alami.” “Kimia dan Kehidupan” No. 6, 1980, hal. 20-24

Catatan

1. "ZEEP - Reaktor Nuklir Pertama Kanada", Museum Sains dan Teknologi Kanada.
2. Greshilov A.A., Egupov N.D., Matushchenko A.M. Perisai nuklir. - M.: Logos, 2008. - 438 hal. -

Hari ini kami akan berkomitmen perjalanan singkat ke dalam dunia fisika nuklir. Tema perjalanan kami adalah reaktor nuklir. Anda akan mempelajari cara kerjanya, prinsip fisik apa yang mendasari pengoperasiannya, dan di mana perangkat ini digunakan.

Lahirnya Energi Nuklir

Reaktor nuklir pertama di dunia dibuat pada tahun 1942 di Amerika kelompok eksperimen fisikawan yang dipimpin oleh pemenang Penghargaan Nobel Enrico Fermi. Pada saat yang sama, mereka melakukan reaksi fisi uranium yang berkelanjutan. Jin atom telah dilepaskan.

Reaktor nuklir Soviet pertama diluncurkan pada tahun 1946, dan 8 tahun kemudian, pembangkit listrik tenaga nuklir pertama di dunia di kota Obninsk menghasilkan arus listrik. Kepala direktur ilmiah pekerjaan di industri energi nuklir Uni Soviet adalah fisikawan yang luar biasa Igor Vasilievich Kurchatov.

Sejak itu, beberapa generasi reaktor nuklir telah berubah, namun elemen utama desainnya tetap tidak berubah.

Anatomi reaktor nuklir

Instalasi nuklir ini merupakan tangki baja berdinding tebal dengan kapasitas silinder mulai dari beberapa sentimeter kubik hingga beberapa meter kubik.

Di dalam silinder ini ada tempat maha suci - inti reaktor. Di sinilah reaksi berantai fisi nuklir terjadi.

Mari kita lihat bagaimana proses ini terjadi.

Inti unsur berat, khususnya Uranium-235 (U-235), di bawah pengaruh kejutan energi kecil, mereka mampu terpecah menjadi 2 bagian dengan massa yang kira-kira sama. Agen penyebab proses ini adalah neutron.

Fragmen yang paling sering adalah inti barium dan kripton. Masing-masing membawa muatan positif, sehingga gaya tolak Coulomb memaksa mereka terbang terpisah ke arah yang berbeda dengan kecepatan sekitar 1/30 kecepatan cahaya. Fragmen-fragmen ini adalah pembawa energi kinetik yang sangat besar.

Untuk penggunaan praktis energi, pelepasannya harus dilakukan secara mandiri. Reaksi berantai, Fisi yang dimaksud sangat menarik karena setiap peristiwa fisi disertai dengan emisi neutron baru. Rata-rata, 2-3 neutron baru dihasilkan per neutron awal. Jumlah inti fisil uranium meningkat seperti longsoran salju, menyebabkan pelepasan energi yang sangat besar. Jika proses ini tidak dikendalikan maka akan terjadi ledakan nuklir. Itu terjadi di .

Untuk mengatur jumlah neutron bahan yang menyerap neutron dimasukkan ke dalam sistem, memastikan kelancaran pelepasan energi. Kadmium atau boron digunakan sebagai penyerap neutron.

Bagaimana cara mengekang dan menggunakan energi kinetik pecahan yang sangat besar? Pendingin digunakan untuk tujuan ini, mis. lingkungan khusus, pergerakan di mana fragmen melambat dan memanaskannya hingga suhu yang sangat tinggi. Media tersebut dapat berupa air biasa atau air berat, logam cair(natrium), serta beberapa gas. Agar tidak menyebabkan peralihan cairan pendingin menjadi uap, tekanan tinggi dipertahankan di inti (hingga 160 atm). Oleh karena itu, dinding reaktor terbuat dari baja setinggi sepuluh sentimeter dengan kualitas khusus.

Jika neutron keluar dari bahan bakar nuklir, reaksi berantai dapat terhenti. Oleh karena itu, terdapat massa kritis bahan fisil, yaitu. massa minimumnya di mana reaksi berantai akan dipertahankan. Hal ini bergantung pada berbagai parameter, termasuk keberadaan reflektor yang mengelilingi inti reaktor. Ini berfungsi untuk mencegah kebocoran neutron ke dalam lingkungan. Bahan yang paling umum untuk elemen struktur ini adalah grafit.

Proses yang terjadi di dalam reaktor disertai dengan pelepasan terlihat berbahaya radiasi – radiasi gamma. Untuk meminimalisir bahaya tersebut, dilengkapi dengan pelindung anti radiasi.

Bagaimana cara kerja reaktor nuklir?

Bahan bakar nuklir, yang disebut batang bahan bakar, ditempatkan di inti reaktor. Merupakan tablet yang dibentuk dari bahan yang dapat dihancurkan dan ditempatkan dalam tabung tipis dengan panjang sekitar 3,5 m dan diameter 10 mm.

Ratusan kumpulan bahan bakar serupa ditempatkan di inti, dan mereka menjadi sumber energi panas yang dilepaskan selama reaksi berantai. Pendingin yang mengalir di sekitar batang bahan bakar membentuk sirkuit pertama reaktor.

Dipanaskan hingga parameter tinggi, ia dipompa ke generator uap, di mana ia mentransfer energinya ke air sirkuit sekunder, mengubahnya menjadi uap. Uap yang dihasilkan memutar turbogenerator. Listrik yang dihasilkan oleh unit ini disalurkan ke konsumen. Dan uap buangan yang didinginkan oleh air dari kolam pendingin dalam bentuk kondensat dikembalikan ke pembangkit uap. Siklusnya selesai.

Operasi sirkuit ganda dari instalasi nuklir ini menghilangkan penetrasi radiasi yang menyertai proses yang terjadi di inti di luar batasnya.

Jadi, rantai transformasi energi terjadi di dalam reaktor: energi nuklir bahan fisi → menjadi energi kinetik pecahan → energi panas pendingin → energi kinetik turbin → dan menjadi energi listrik di generator.

Kehilangan energi yang tidak dapat dihindari menyebabkan Efisiensi pembangkit listrik tenaga nuklir relatif rendah, 33-34%.

Selain produksi energi listrik Di pembangkit listrik tenaga nuklir, reaktor nuklir digunakan untuk menghasilkan berbagai isotop radioaktif, untuk penelitian di banyak bidang industri, dan untuk mempelajari parameter yang diizinkan dari reaktor industri. Reaktor transportasi, yang menyediakan energi untuk mesin kendaraan, semakin meluas.

Jenis reaktor nuklir

Biasanya, reaktor nuklir menggunakan uranium U-235. Namun kandungannya dalam bahan alami sangat rendah, hanya 0,7%. Sebagian besar uranium alam adalah isotop U-238. Hanya neutron lambat yang dapat menyebabkan reaksi berantai pada U-235, dan isotop U-238 hanya terpecah oleh neutron cepat. Akibat pembelahan inti, lahirlah neutron lambat dan cepat. Neutron cepat, yang mengalami penghambatan di dalam cairan pendingin (air), menjadi lambat. Tetapi jumlah isotop U-235 dalam uranium alam sangat kecil sehingga perlu dilakukan pengayaan, sehingga konsentrasinya menjadi 3-5%. Proses ini sangat mahal dan tidak menguntungkan secara ekonomi. Selain itu, waktu hampir habis sumber daya alam Isotop ini diperkirakan hanya bertahan 100-120 tahun.

Oleh karena itu, dalam industri nuklir Ada transisi bertahap ke reaktor yang beroperasi dengan neutron cepat.

Perbedaan utama mereka adalah mereka menggunakan logam cair sebagai pendingin, yang tidak memperlambat neutron, dan U-238 digunakan sebagai bahan bakar nuklir. Inti isotop ini melewati rantai transformasi nuklir menjadi Plutonium-239, yang mengalami reaksi berantai dengan cara yang sama seperti U-235. Artinya, bahan bakar nuklir diproduksi ulang, dan dalam jumlah yang melebihi konsumsinya.

Menurut para ahli cadangan isotop Uranium-238 seharusnya cukup untuk 3000 tahun. Waktu ini cukup bagi umat manusia untuk memiliki cukup waktu untuk mengembangkan teknologi lainnya.

Masalah penggunaan energi nuklir

Seiring dengan keuntungan yang jelas daya nuklir, skala permasalahan yang terkait dengan pengoperasian fasilitas nuklir tidak dapat dianggap remeh.

Yang pertama adalah pembuangan limbah radioaktif dan peralatan yang dibongkar energi nuklir. Unsur-unsur ini memiliki radiasi latar aktif yang bertahan dalam jangka waktu lama. Untuk membuang limbah ini digunakan wadah timah khusus. Mereka seharusnya dikubur di daerah permafrost pada kedalaman hingga 600 meter. Oleh karena itu, upaya terus dilakukan untuk menemukan cara mendaur ulang limbah radioaktif, yang dapat memecahkan masalah pembuangan dan membantu melestarikan ekologi planet kita.

Masalah kedua yang tidak kalah seriusnya adalah menjamin keselamatan selama pengoperasian PLTN. Kecelakaan besar seperti Chernobyl dapat memakan banyak korban jiwa kehidupan manusia dan membuat area yang luas tidak dapat digunakan lagi.

Kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Jepang Fukushima-1 hanya menegaskan potensi bahaya yang muncul ketika terjadi situasi darurat di fasilitas nuklir.

Namun, kemungkinan energi nuklir begitu besar masalah ekologi memudar ke latar belakang.

Saat ini, umat manusia tidak mempunyai cara lain untuk memenuhi kebutuhan energi yang semakin meningkat. Basis energi nuklir masa depan mungkin adalah reaktor “cepat” yang berfungsi mereproduksi bahan bakar nuklir.

Jika pesan ini bermanfaat bagi Anda, saya akan senang bertemu Anda

Silinder abu-abu yang mencolok ini adalah penghubung utama dalam industri nuklir Rusia. Tentu saja, tampilannya tidak terlalu rapi, tetapi ada baiknya memahami tujuannya dan memperhatikannya spesifikasi, ketika Anda mulai menyadari mengapa rahasia penciptaan dan strukturnya dilindungi oleh negara seperti biji matanya.

Ya, saya lupa memperkenalkan: ini adalah gas centrifuge untuk memisahkan isotop uranium VT-3F (generasi ke-n). Prinsip pengoperasiannya sederhana, seperti pemisah susu, yang berat dipisahkan dari yang ringan karena pengaruh gaya sentrifugal. Lalu apa arti dan keunikannya?

Pertama, mari kita jawab pertanyaan lain - secara umum, mengapa memisahkan uranium?

Uranium alami, yang terletak tepat di dalam tanah, merupakan campuran dari dua isotop: uranium-238 Dan uranium-235(dan 0,0054% U-234).
Uran-238, itu hanya logam berat berwarna abu-abu. Anda bisa keluar dari situ peluru artileri, atau… gantungan kunci. Inilah yang dapat Anda lakukan uranium-235? Pertama, bom atom, dan kedua, bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga nuklir. Dan di sinilah kita sampai pada pertanyaan kuncinya - bagaimana memisahkan dua atom yang hampir identik ini satu sama lain? Tidak benar-benar BAGAIMANA?!

Omong-omong: Jari-jari inti atom uranium adalah 1,5 · 10 -8 cm.

Agar atom uranium dapat didorong ke dalam rantai teknologi, maka (uranium) perlu diubah menjadi keadaan gas. Tidak ada gunanya merebus, cukup menggabungkan uranium dengan fluor dan mendapatkan uranium heksafluorida HFC. Teknologi produksinya tidak terlalu rumit dan mahal, oleh karena itu HFC mereka melakukannya dengan benar di tempat penambangan uranium ini. UF6 adalah satu-satunya senyawa uranium yang sangat mudah menguap (bila dipanaskan hingga 53°C, heksafluorida (gambar) langsung berubah dari wujud padat menjadi gas). Kemudian dipompa ke dalam wadah khusus dan dikirim untuk pengayaan.

Sedikit sejarah

Pada awalnya perlombaan nuklir, pemikir ilmiah terbesar dari Uni Soviet dan Amerika Serikat menguasai gagasan pemisahan difusi - melewatkan uranium melalui saringan. Kecil tanggal 235 isotop akan lolos, dan “lemak” ke-238 akan terjebak. Selain itu, membuat saringan lubang nano untuk industri Soviet pada tahun 1946 bukanlah tugas yang paling sulit.

Dari laporan Isaac Konstantinovich Kikoin di Dewan Ilmiah dan Teknis di bawah Dewan Komisaris Rakyat(diberikan dalam kumpulan materi yang tidak diklasifikasikan pada proyek atom Uni Soviet (Ed. Ryabev)): Saat ini, kami telah belajar membuat mata jaring dengan lubang berukuran sekitar 5/1.000 mm, yaitu. 50 kali lebih besar dari jalur bebas molekul pada tekanan atmosfer. Oleh karena itu, tekanan gas di mana pemisahan isotop pada jaringan tersebut akan terjadi harus kurang dari 1/50 tekanan atmosfer. Dalam praktiknya, kami berasumsi bekerja pada tekanan sekitar 0,01 atmosfer, yaitu. dalam kondisi vakum yang baik. Perhitungan menunjukkan bahwa untuk mendapatkan produk yang diperkaya hingga konsentrasi 90% dengan isotop ringan (konsentrasi ini cukup untuk menghasilkan bahan peledak), perlu untuk menggabungkan sekitar 2.000 tahapan tersebut dalam satu kaskade. Pada mesin yang kami rancang dan produksi sebagian, diharapkan dapat menghasilkan 75-100 g uranium-235 per hari. Instalasi akan terdiri dari sekitar 80-100 “kolom”, yang masing-masing akan memiliki 20-25 tahap terpasang.”

Di bawah ini adalah dokumen - laporan Beria kepada Stalin tentang persiapan ledakan bom atom pertama. Di bawah ini adalah informasi singkat tentang bahan nuklir yang dihasilkan pada awal musim panas tahun 1949.

Dan sekarang bayangkan sendiri - 2000 instalasi besar dan kuat, hanya untuk 100 gram! Nah, apa hubungannya dengan itu, kita butuh bom. Dan mereka mulai membangun pabrik, dan bukan hanya pabrik, tapi seluruh kota. Dan oke, hanya di kota saja, pembangkit difusi ini membutuhkan begitu banyak listrik sehingga mereka harus membangun pembangkit listrik terpisah di dekatnya.

Di Uni Soviet, tahap pertama D-1 dari pabrik No. 813 dirancang untuk menghasilkan total 140 gram uranium-235 92-93% per hari dalam 2 tahap dari 3100 tahap pemisahan dengan kekuatan yang sama. Pabrik pesawat yang belum selesai di desa Verkh-Neyvinsk, 60 km dari Sverdlovsk, dialokasikan untuk produksi. Kemudian berubah menjadi Sverdlovsk-44, dan pabrik 813 (foto) menjadi Pabrik Elektrokimia Ural - pabrik pemisahan terbesar di dunia.

Dan meskipun teknologi pemisahan difusi, meskipun dengan kesulitan teknologi yang besar, telah di-debug, gagasan untuk mengembangkan proses centrifuge yang lebih ekonomis tidak meninggalkan agenda. Lagi pula, jika kita berhasil membuat centrifuge, konsumsi energi akan berkurang dari 20 menjadi 50 kali lipat!

Bagaimana cara kerja mesin sentrifugasi?

Strukturnya lebih dari sekadar dasar dan terlihat seperti mesin cuci tua yang beroperasi dalam mode “putar/kering”. Rotor yang berputar terletak di dalam wadah tertutup. Gas disuplai ke rotor ini (UF6). Karena gaya sentrifugal yang ratusan ribu kali lebih besar dari medan gravitasi bumi, gas mulai terpecah menjadi pecahan “berat” dan “ringan”. Molekul ringan dan berat mulai berkelompok zona yang berbeda rotor, tetapi tidak di tengah dan di sekelilingnya, tetapi di bagian atas dan bawah.

Hal ini terjadi karena arus konveksi - penutup rotor memanas dan terjadi aliran gas yang berlawanan. Ada dua pipa intake kecil yang dipasang di bagian atas dan bawah silinder. Campuran kurus memasuki tabung bawah, dan campuran dengan konsentrasi atom lebih tinggi memasuki tabung atas. 235U. Campuran ini masuk ke centrifuge berikutnya, dan seterusnya, hingga terkonsentrasi tanggal 235 tidak akan mencapai uranium nilai yang diinginkan. Rantai sentrifugal disebut kaskade.

Fitur Teknik.

Pertama, kecepatan putarannya - pada sentrifugal generasi modern mencapai 2000 rps (saya bahkan tidak tahu harus membandingkannya dengan apa... 10 kali lebih cepat daripada turbin di mesin pesawat)! Dan ini telah bekerja tanpa henti selama TIGA DEKADE! Itu. Sekarang sentrifugal, yang dihidupkan di bawah Brezhnev, berputar secara bertingkat! Uni Soviet sudah tidak ada lagi, tetapi mereka terus berputar dan berputar. Tidak sulit untuk menghitung bahwa selama siklus kerjanya rotor menghasilkan 2.000.000.000.000 (dua triliun) putaran. Dan sikap apa yang bisa menahan hal ini? Ya, tidak ada! Tidak ada bantalan di sana.

Rotor itu sendiri adalah bagian atas biasa, di bagian bawah terdapat jarum kuat yang bertumpu pada bantalan korundum, dan ujung atas digantung dalam ruang hampa, ditahan. medan elektromagnetik. Jarumnya juga tidak sederhana, terbuat dari kawat biasa untuk senar piano, sangat mengeras dengan cara yang licik(yaitu GT). Tidak sulit untuk membayangkan bahwa dengan kecepatan putaran yang begitu tinggi, centrifuge itu sendiri tidak hanya harus tahan lama, tetapi juga sangat tahan lama.

Akademisi Joseph Friedlander mengenang: “Mereka bisa saja menembak saya tiga kali. Suatu ketika, ketika kami sudah menerima Hadiah Lenin, terjadi kecelakaan besar, tutup mesin centrifuge terlepas. Potongan-potongannya tersebar dan menghancurkan mesin sentrifugal lainnya. Awan radioaktif naik. Kami harus menghentikan seluruh jalur - instalasi sepanjang satu kilometer! Di Sredmash, Jenderal Zverev memimpin sentrifugal; sebelum proyek atom, dia bekerja di departemen Beria. Jenderal pada pertemuan tersebut mengatakan: “Situasinya kritis. Pertahanan negara terancam. Jika kami tidak segera memperbaiki situasi, tahun ’37 akan terulang kembali untuk Anda.” Dan segera menutup rapat. Kemudian kami benar-benar menemukan jawabannya teknologi baru dengan struktur penutup seragam yang sepenuhnya isotropik, tetapi diperlukan instalasi yang sangat rumit. Sejak itu, tutup jenis ini telah diproduksi. Tidak ada lagi masalah. Di Rusia ada 3 pabrik pengayaan, ratusan ribu sentrifugal.”
Dalam foto: pengujian sentrifugal generasi pertama

Rumah rotor juga awalnya terbuat dari logam, hingga digantikan oleh... serat karbon. Ringan dan memiliki daya tarik tinggi, ini merupakan bahan yang ideal untuk silinder berputar.

Direktur Umum UEIP (2009-2012) Alexander Kurkin mengenang: “Itu menjadi konyol. Ketika mereka sedang menguji dan memeriksa sentrifugal generasi baru yang lebih “cerdas”, salah satu karyawan tidak menunggu hingga rotor berhenti sepenuhnya, memutus sambungannya dari kaskade dan memutuskan untuk membawanya dengan tangan ke dudukannya. Namun alih-alih bergerak maju, tidak peduli bagaimana dia melawan, dia malah memeluk silinder ini dan mulai bergerak mundur. Jadi kami melihat dengan mata kepala sendiri bahwa bumi berputar, dan giroskop adalah kekuatan yang besar.”

Siapa yang menemukannya?

Oh, itu sebuah misteri, terbungkus misteri dan diselimuti ketegangan. Di sini Anda akan menemukan fisikawan Jerman yang ditangkap, CIA, perwira SMERSH, dan bahkan pilot mata-mata Powers yang jatuh. Secara umum, prinsip pengoperasian centrifuge gas dijelaskan pada akhir abad ke-19.

Bahkan pada awal Proyek Atom, Viktor Sergeev, seorang insinyur di Biro Desain Khusus Pabrik Kirov, mengusulkan metode pemisahan sentrifugasi, tetapi pada awalnya rekan-rekannya tidak menyetujui gagasannya. Secara paralel, para ilmuwan dari Jerman yang kalah berjuang untuk menciptakan mesin pemisah pemisah di lembaga penelitian khusus-5 di Sukhumi: Dr. Max Steenbeck, yang bekerja sebagai insinyur terkemuka Siemens di bawah Hitler, dan mantan mekanik Luftwaffe, lulusan Universitas Wina, Gernot Zippe. Secara total, kelompok tersebut mencakup sekitar 300 fisikawan “ekspor”.

Ingat CEO Perusahaan Negara CJSC Centrotech-SPb Rosatom Alexei Kaliteevsky: “Para ahli kami sampai pada kesimpulan bahwa centrifuge Jerman sama sekali tidak cocok untuk produksi industri. Peralatan Steenbeck tidak memiliki sistem untuk mentransfer produk yang diperkaya sebagian ke tahap berikutnya. Diusulkan untuk mendinginkan ujung tutupnya dan membekukan gas, lalu mencairkannya, mengumpulkannya dan memasukkannya ke dalam centrifuge berikutnya. Artinya, skema tersebut tidak berfungsi. Namun, proyek ini memiliki beberapa hal yang sangat menarik dan tidak biasa solusi teknis. “Solusi yang menarik dan tidak biasa” ini digabungkan dengan hasil yang diperoleh para ilmuwan Soviet, khususnya dengan usulan Viktor Sergeev. Secara relatif, mesin sentrifugal kompak kami adalah sepertiga hasil pemikiran Jerman, dan dua pertiga hasil pemikiran Soviet.” Ngomong-ngomong, ketika Sergeev datang ke Abkhazia dan mengungkapkan pemikirannya tentang pemilihan uranium kepada Steenbeck dan Zippe yang sama, Steenbeck dan Zippe menganggapnya tidak dapat direalisasikan.

Jadi, apa yang Sergeev temukan?

Dan usulan Sergeev adalah membuat penyeleksi gas dalam bentuk tabung pitot. Namun Dr. Steenbeck, yang diyakini telah gigih membahas topik ini, menyatakan dengan tegas: “Mereka akan memperlambat aliran, menyebabkan turbulensi, dan tidak akan ada pemisahan!” Bertahun-tahun kemudian, saat mengerjakan memoarnya, dia menyesalinya: “Sebuah ide yang layak datang dari kami! Tapi itu tidak pernah terpikir olehku…”

Belakangan, setelah berada di luar Uni Soviet, Steenbeck tidak lagi bekerja dengan sentrifugal. Namun sebelum berangkat ke Jerman, Geront Zippe berkesempatan untuk mengenal prototipe sentrifugasi Sergeev dan prinsip pengoperasiannya yang sangat sederhana. Sesampainya di Barat, “Si Cunning Zippe”, begitu ia sering disapa, mematenkan desain centrifuge atas namanya sendiri (paten No. 1071597 tahun 1957, diumumkan di 13 negara). Pada tahun 1957, setelah pindah ke AS, Zippe membangun instalasi yang berfungsi di sana, mereproduksi prototipe Sergeev dari memori. Dan dia menyebutnya, mari kita beri penghormatan, “centrifuge Rusia” (foto).

Omong-omong, teknik Rusia telah menunjukkan dirinya dalam banyak kasus lainnya. Contohnya adalah katup penutup darurat sederhana. Tidak ada sensor, detektor atau sirkuit elektronik. Yang ada hanya keran samovar yang kelopaknya menyentuh bingkai cascade. Jika terjadi kesalahan dan centrifuge mengubah posisinya di ruang angkasa, centrifuge akan berputar dan menutup saluran masuk. Ini seperti lelucon tentang pena Amerika dan pensil Rusia di luar angkasa.

Hari hari kita

Minggu ini penulis baris-baris ini hadir peristiwa penting– penutupan kantor pengamat Departemen Energi AS di Rusia berdasarkan kontrak HEU-LEU. Kesepakatan ini (uranium yang diperkaya tinggi - uranium yang diperkaya rendah) merupakan, dan tetap, merupakan perjanjian terbesar di bidang energi nuklir antara Rusia dan Amerika. Berdasarkan ketentuan kontrak, ilmuwan nuklir Rusia memproses 500 ton uranium tingkat senjata (90%) menjadi bahan bakar (4%) HFC untuk pembangkit listrik tenaga nuklir Amerika. Pendapatan tahun 1993-2009 sebesar 8,8 miliar dollar AS. Ini adalah hasil logis dari terobosan teknologi para ilmuwan nuklir kita di bidang pemisahan isotop yang dilakukan pada tahun-tahun pascaperang.
Dalam foto: rangkaian sentrifugal gas di salah satu bengkel UEIP. Ada sekitar 100.000 di sini.

Berkat sentrifugal, kami memperoleh ribuan ton produk militer dan komersial yang relatif murah. Industri nuklir, salah satu dari sedikit yang tersisa ( penerbangan militer, luar angkasa), di mana Rusia memegang keunggulan yang tak terbantahkan. Pesanan luar negeri saja selama sepuluh tahun sebelumnya (dari 2013 hingga 2022), portofolio Rosatom tidak termasuk kontrak HEU-LEU adalah 69,3 miliar dolar. Pada tahun 2011 jumlahnya melebihi 50 miliar...
Foto menunjukkan gudang kontainer berisi HFC di UEIP.

Pada tanggal 28 September 1942, Resolusi Komite Pertahanan Negara No. 2352ss “Tentang organisasi kerja uranium” diadopsi. Tanggal ini dianggap sebagai awal resmi dari sejarah industri nuklir Rusia.

Untuk memahami prinsip operasi dan desain reaktor nuklir, Anda perlu melihat sekilas ke masa lalu. Reaktor nuklir adalah impian umat manusia yang berusia berabad-abad, meskipun belum sepenuhnya terwujud, tentang sumber energi yang tidak ada habisnya. “Nenek moyang” kunonya adalah api yang terbuat dari ranting-ranting kering, yang pernah menerangi dan menghangatkan kubah gua tempat nenek moyang kita menemukan keselamatan dari hawa dingin. Belakangan, manusia menguasai hidrokarbon - batu bara, serpih, minyak, dan gas alam.

Era uap yang penuh gejolak namun berumur pendek dimulai, yang digantikan oleh era listrik yang lebih fantastis. Kota-kota dipenuhi cahaya, dan bengkel-bengkel dipenuhi dengan dengungan mesin-mesin yang sampai sekarang belum terlihat, yang digerakkan oleh motor listrik. Tampaknya kemajuan telah mencapai puncaknya.

Semuanya telah berubah akhir XIX abad, ketika ahli kimia Perancis Antoine Henri Becquerel secara tidak sengaja menemukan bahwa garam uranium bersifat radioaktif. 2 tahun kemudian, rekan senegaranya Pierre Curie dan istrinya Maria Sklodowska-Curie memperoleh radium dan polonium dari mereka, dan tingkat radioaktivitasnya jutaan kali lebih tinggi dibandingkan thorium dan uranium.

Tongkat estafet diambil oleh Ernest Rutherford, yang mempelajari secara rinci sifat sinar radioaktif. Maka dimulailah zaman atom, yang melahirkan anak tercintanya ke dunia - reaktor atom.

Reaktor nuklir pertama

“Anak Sulung” berasal dari Amerika. Pada bulan Desember 1942, arus pertama dihasilkan oleh reaktor, yang menerima nama penciptanya - salah satunya fisikawan terhebat abad E. Fermi. Tiga tahun kemudian, fasilitas nuklir ZEEP mulai beroperasi di Kanada. "Perunggu" diberikan kepada reaktor Soviet pertama F-1, yang diluncurkan pada akhir tahun 1946. IV Kurchatov menjadi kepala proyek nuklir dalam negeri. Saat ini, lebih dari 400 unit tenaga nuklir berhasil beroperasi di dunia.

Jenis reaktor nuklir

Tujuan utamanya adalah untuk mendukung reaksi nuklir terkendali yang menghasilkan listrik. Beberapa reaktor menghasilkan isotop. Singkatnya, mereka adalah perangkat di mana beberapa zat diubah menjadi zat lain dengan pelepasannya jumlah besar energi termal. Ini adalah semacam "tungku" di mana, alih-alih bahan bakar tradisional, isotop uranium - U-235, U-238 dan plutonium (Pu) - dibakar.

Berbeda dengan, misalnya, mobil yang dirancang untuk beberapa jenis bensin, setiap jenis bahan bakar radioaktif memiliki jenis reaktornya masing-masing. Ada dua di antaranya - neutron lambat (dengan U-235) dan cepat (dengan U-238 dan Pu). Sebagian besar pembangkit listrik tenaga nuklir memiliki reaktor neutron lambat. Selain pembangkit listrik tenaga nuklir, instalasi “berfungsi” di pusat penelitian, di kapal selam nuklir dan.

Cara kerja reaktor

Semua reaktor memiliki sirkuit yang kira-kira sama. “Jantungnya” adalah zona aktif. Secara kasar dapat dibandingkan dengan tungku kompor konvensional. Hanya sebagai pengganti kayu bakar terdapat bahan bakar nuklir dalam bentuk elemen bahan bakar dengan moderator - batang bahan bakar. Inti aktif terletak di dalam semacam kapsul - reflektor neutron. Batang bahan bakar “dicuci” oleh cairan pendingin – air. Karena di dalam “hati” itu sangat banyak level tinggi radioaktivitas, dikelilingi oleh proteksi radiasi yang andal.

Operator mengontrol pengoperasian pabrik menggunakan dua sistem penting - kontrol reaksi berantai dan sistem kendali jarak jauh. jika ada situasi darurat, perlindungan darurat langsung diaktifkan.

Bagaimana cara kerja reaktor?

“Api” atom tidak terlihat, karena prosesnya terjadi pada tingkat fisi nuklir. Selama reaksi berantai, inti-inti berat meluruh menjadi fragmen-fragmen yang lebih kecil, yang, dalam keadaan tereksitasi, menjadi sumber neutron dan partikel subatom lainnya. Namun prosesnya tidak berakhir di situ. Neutron terus “terbelah”, akibatnya sejumlah besar energi dilepaskan, itulah yang terjadi demi pembangunan pembangkit listrik tenaga nuklir.

Tugas utama personel adalah menjaga reaksi berantai dengan bantuan batang kendali pada tingkat yang konstan dan dapat disesuaikan. Inilah perbedaan utamanya dari bom atom, dimana proses peluruhan nuklir tidak terkendali dan berlangsung cepat, berupa ledakan dahsyat.

Apa yang terjadi di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl

Salah satu penyebab utama bencana tersebut Pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl pada bulan April 1986 - pelanggaran berat terhadap peraturan keselamatan operasional selama pemeliharaan rutin di unit daya ke-4. Kemudian 203 batang grafit secara bersamaan dikeluarkan dari inti, bukan 15 batang grafit yang diizinkan oleh peraturan. Akibatnya, reaksi berantai tak terkendali yang dimulai berakhir dengan ledakan termal dan kehancuran total unit daya.

Reaktor generasi baru

Selama dekade terakhir, Rusia telah menjadi salah satu pemimpin dalam energi nuklir global. Pada saat ini Perusahaan negara Rosatom sedang membangun pembangkit listrik tenaga nuklir di 12 negara, di mana 34 unit pembangkit sedang dibangun. Permintaan yang begitu tinggi merupakan bukti tingginya tingkat teknologi nuklir modern Rusia. Berikutnya adalah reaktor generasi ke-4 yang baru.

"Brest"

Salah satunya adalah Brest yang sedang dikembangkan sebagai bagian dari proyek Terobosan. Sistem siklus terbuka yang ada saat ini menggunakan uranium dengan tingkat pengayaan rendah, sehingga menyebabkan sejumlah besar bahan bakar bekas dibuang dengan biaya yang sangat besar. "Brest" - reaktor neutron cepat yang unik dalam siklus tertutupnya.

Di dalamnya, bahan bakar bekas, setelah diproses dengan tepat dalam reaktor neutron cepat, kembali menjadi bahan bakar lengkap, yang dapat dimuat kembali ke instalasi yang sama.

Brest dibedakan oleh tingkat keamanan yang tinggi. Ia tidak akan pernah “meledak” bahkan dalam kecelakaan yang paling serius sekalipun, ia sangat ekonomis dan ramah lingkungan, karena ia menggunakan kembali uranium yang “diperbarui”. Ia juga tidak dapat digunakan untuk memproduksi plutonium tingkat senjata, yang membuka prospek seluas-luasnya untuk ekspornya.

VVER-1200

VVER-1200 merupakan reaktor inovatif generasi 3+ dengan kapasitas 1150 MW. Berkat kemampuan teknisnya yang unik, ia memiliki keamanan operasional yang hampir mutlak. Reaktor ini dilengkapi dengan sistem keselamatan pasif yang akan beroperasi secara otomatis meskipun tidak ada pasokan listrik.

Salah satunya adalah sistem pembuangan panas pasif, yang diaktifkan secara otomatis ketika reaktor benar-benar mati energinya. Dalam hal ini, tangki hidrolik darurat disediakan. Jika terjadi penurunan tekanan yang tidak normal di sirkuit primer, sejumlah besar air yang mengandung boron mulai disuplai ke reaktor, yang mematikan reaksi nuklir dan menyerap neutron.

Pengetahuan lain terletak di bagian bawah cangkang pelindung - "perangkap" lelehan. Jika, sebagai akibat dari suatu kecelakaan, inti “bocor”, “perangkap” tidak akan membiarkan cangkang penahan runtuh dan akan mencegah produk radioaktif memasuki tanah.