परमाणु प्रतिक्रिया परमाणु रिएक्टर। परमाणु रिएक्टर कैसे व्यवस्थित और काम करता है

10.10.2019

शिकागो फुटबॉल मैदान विश्वविद्यालय के पश्चिमी स्टैंड के नीचे निर्मित और 2 दिसंबर, 1942 को चालू हुआ, शिकागो पाइल -1 (CP-1) दुनिया का पहला परमाणु रिएक्टर था। इसमें ग्रेफाइट और यूरेनियम ब्लॉक शामिल थे, और इसमें कैडमियम, इंडियम और सिल्वर कंट्रोल रॉड भी थे, लेकिन इसमें कोई विकिरण सुरक्षा और शीतलन प्रणाली नहीं थी। परियोजना के वैज्ञानिक निदेशक, भौतिक विज्ञानी एनरिको फर्मी ने SR-1 को "काली ईंटों और लकड़ी के लॉग का एक नम ढेर" के रूप में वर्णित किया।

रिएक्टर पर काम 16 नवंबर, 1942 को शुरू हुआ। कठिन काम किया गया है। भौतिकविदों और विश्वविद्यालय के कर्मचारियों ने चौबीसों घंटे काम किया। उन्होंने ग्रेफाइट ब्लॉकों में एम्बेडेड यूरेनियम ऑक्साइड और यूरेनियम सिल्लियों की 57 परतों का एक ग्रिड बनाया। एक लकड़ी के फ्रेम ने संरचना का समर्थन किया। फर्मी की शागिर्द, लियोना वुड्स - परियोजना की एकमात्र महिला - ढेर बढ़ने के साथ सावधानीपूर्वक माप लेती थी।

2 दिसंबर, 1942 को रिएक्टर परीक्षण के लिए तैयार था। इसमें 22,000 यूरेनियम सिल्लियां थीं और 380 टन ग्रेफाइट, साथ ही 40 टन यूरेनियम ऑक्साइड और छह टन यूरेनियम धातु ली गई थी। रिएक्टर को बनाने में 2.7 मिलियन डॉलर लगे। प्रयोग 09-45 पर शुरू हुआ। इसमें 49 लोगों ने भाग लिया: फर्मी, कॉम्पटन, स्ज़ीलार्ड, ज़िन, हाइबेरी, वुड्स, एक युवा बढ़ई जिसने ग्रेफाइट ब्लॉक और कैडमियम की छड़ें बनाईं, चिकित्सक, सामान्य छात्र और अन्य वैज्ञानिक।

तीन लोगों ने "आत्मघाती दस्ते" बनाया - वे सुरक्षा व्यवस्था का हिस्सा थे। उनका काम आग को बुझाना था अगर कुछ गलत हुआ। नियंत्रण भी था: नियंत्रण छड़ें जो मैन्युअल रूप से संचालित होती थीं और एक आपातकालीन छड़ जो रिएक्टर के ऊपर बालकनी की रेलिंग से बंधी होती थी। आपात स्थिति में, रस्सी को विशेष रूप से बालकनी पर ड्यूटी पर मौजूद व्यक्ति द्वारा काटा जाना था, और रॉड प्रतिक्रिया को बुझा देती।

1553 में, इतिहास में पहली बार, एक आत्मनिर्भर परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू हुई। प्रयोग सफल रहा। रिएक्टर ने 28 मिनट तक काम किया।

एक परमाणु रिएक्टर एक उपकरण है जिसमें ऊर्जा की रिहाई के साथ नियंत्रित परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया की जाती है।

कहानी

परमाणु विखंडन (संक्षेप में - एक श्रृंखला प्रतिक्रिया) की एक आत्मनिर्भर नियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया पहली बार दिसंबर 1942 में की गई थी। भौतिकविदों का एक समूह शिकागो विश्वविद्यालय, के नेतृत्व में ई फर्मीने दुनिया का पहला परमाणु रिएक्टर बनाया, जिसे कहा जाता है एसआर 1. इसमें ग्रेफाइट ब्लॉक शामिल थे, जिनके बीच प्राकृतिक यूरेनियम और इसके डाइऑक्साइड के गोले स्थित थे। तीव्र न्यूट्रॉन जो परमाणु विखंडन के बाद प्रकट होते हैं 235यू, ग्रेफाइट द्वारा तापीय ऊर्जा में धीमा कर दिया गया, और फिर नए परमाणु विखंडन का कारण बना। SR-1 जैसे रिएक्टर, जिनमें थर्मल न्यूट्रॉन की क्रिया के तहत विखंडन का मुख्य हिस्सा होता है, थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टर कहलाते हैं। इनमें यूरेनियम की तुलना में बहुत अधिक मॉडरेटर होता है।

पर सोवियत संघशिक्षाविदों के मार्गदर्शन में भौतिकविदों और इंजीनियरों के एक समूह द्वारा रिएक्टरों के स्टार्ट-अप, संचालन और नियंत्रण की विशेषताओं का सैद्धांतिक और प्रायोगिक अध्ययन किया गया। आई. वी. Kurchatova. पहला सोवियत रिएक्टर एफ-1इसे 25 दिसंबर, 1946 को गंभीर स्थिति में डाल दिया गया था। F-1 रिएक्टर को ग्रेफाइट ब्लॉक से इकट्ठा किया गया था और इसमें लगभग 7.5 मीटर व्यास वाली गेंद का आकार है। गेंद के मध्य भाग में 6 मीटर व्यास के साथ , यूरेनियम की छड़ों को ग्रेफाइट ब्लॉकों में छिद्रों के माध्यम से रखा जाता है। F-1 रिएक्टर में शोध के परिणाम अधिक जटिल औद्योगिक रिएक्टरों की परियोजनाओं का आधार बने। 1949 में, एक प्लूटोनियम उत्पादन रिएक्टर को चालू किया गया था, और 27 जून, 1954 को, ओबनिंस्क शहर में 5 मेगावाट की विद्युत शक्ति वाला दुनिया का पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र चालू किया गया था।

उपकरण और संचालन का सिद्धांत

बिजली रिलीज तंत्र

किसी पदार्थ का परिवर्तन मुक्त ऊर्जा की रिहाई के साथ ही होता है, अगर पदार्थ में ऊर्जा का भंडार होता है। उत्तरार्द्ध का मतलब है कि पदार्थ के माइक्रोपार्टिकल्स एक अन्य संभावित राज्य की तुलना में बाकी ऊर्जा के साथ एक राज्य में हैं, जिसमें संक्रमण मौजूद है। सहज संक्रमण को हमेशा एक ऊर्जा अवरोध द्वारा रोका जाता है, जिसे दूर करने के लिए माइक्रोप्रार्टिकल को बाहर से कुछ मात्रा में ऊर्जा प्राप्त करनी चाहिए - उत्तेजना की ऊर्जा। एक्सोएनर्जी प्रतिक्रिया इस तथ्य में शामिल है कि उत्तेजना के बाद परिवर्तन में, प्रक्रिया को उत्तेजित करने के लिए आवश्यक से अधिक ऊर्जा जारी की जाती है। ऊर्जा अवरोध को दूर करने के दो तरीके हैं: या तो टकराने वाले कणों की गतिज ऊर्जा के कारण, या आरोही कण की बाध्यकारी ऊर्जा के कारण।

यदि हम ऊर्जा रिलीज के मैक्रोस्कोपिक पैमानों को ध्यान में रखते हैं, तो प्रतिक्रियाओं की उत्तेजना के लिए आवश्यक गतिज ऊर्जा में पदार्थ के सभी या कम से कम कुछ कण होने चाहिए। यह केवल माध्यम के तापमान को उस मान तक बढ़ाकर प्राप्त किया जा सकता है जिस पर तापीय गति की ऊर्जा ऊर्जा सीमा के मूल्य तक पहुंचती है जो प्रक्रिया के पाठ्यक्रम को सीमित करती है। आणविक परिवर्तनों के मामले में, यानी, रासायनिक प्रतिक्रियाएं, ऐसी वृद्धि आमतौर पर सैकड़ों डिग्री केल्विन की मात्रा में होती है, जबकि परमाणु प्रतिक्रियाओं के मामले में यह कम से कम 107 ° K होती है, क्योंकि टकराव की कूलम्ब बाधाओं की बहुत अधिक ऊंचाई होती है। नाभिक। व्यवहार में केवल सबसे हल्के नाभिक के संश्लेषण में परमाणु प्रतिक्रियाओं का थर्मल उत्तेजना किया जाता है, जिसमें कूलम्ब बाधाएं न्यूनतम (थर्मोन्यूक्लियर संलयन) होती हैं। जुड़ने वाले कणों द्वारा उत्तेजना के लिए बड़ी गतिज ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है, और इसलिए, यह माध्यम के तापमान पर निर्भर नहीं करता है, क्योंकि यह आकर्षक बलों के कणों में निहित अप्रयुक्त बंधनों के कारण होता है। लेकिन दूसरी ओर, प्रतिक्रियाओं को उत्तेजित करने के लिए स्वयं कण आवश्यक हैं। और अगर फिर से हमारे मन में प्रतिक्रिया का एक अलग कार्य नहीं है, लेकिन मैक्रोस्कोपिक पैमाने पर ऊर्जा का उत्पादन होता है, तो यह तभी संभव है जब एक चेन रिएक्शन होता है। उत्तरार्द्ध तब उत्पन्न होता है जब प्रतिक्रिया को उत्तेजित करने वाले कण एक्सोएनर्जेटिक प्रतिक्रिया के उत्पादों के रूप में फिर से प्रकट होते हैं।

एक विषम थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टर 1 - नियंत्रण रॉड की योजनाबद्ध व्यवस्था; 2 - जैविक सुरक्षा; 3 - थर्मल सुरक्षा; 4 - मॉडरेटर; 5 - परमाणु ईंधन; 6 - शीतलक।

एक विषम थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टर की योजनाबद्ध व्यवस्था

नियंत्रण छड़;

जैविक सुरक्षा;

थर्मल सुरक्षा;

मॉडरेटर;

परमाणु ईंधन;

शीतलक।

डिज़ाइन

किसी भी परमाणु रिएक्टर में निम्नलिखित भाग होते हैं:

परमाणु ईंधन और मॉडरेटर के साथ कोर;

कोर के चारों ओर न्यूट्रॉन परावर्तक;

शीतलक;

आपातकालीन सुरक्षा सहित चेन रिएक्शन कंट्रोल सिस्टम

विकिरण सुरक्षा

रिमोट कंट्रोल सिस्टम

रिएक्टर की मुख्य विशेषता इसकी आउटपुट पावर है। 1 मेगावाट की शक्ति एक चेन रिएक्शन से मेल खाती है जिसमें 1 सेकंड में 3 1016 डिवीजन होते हैं।

संचालन के भौतिक सिद्धांत

एक परमाणु रिएक्टर की वर्तमान स्थिति को प्रभावी न्यूट्रॉन गुणन कारक k या प्रतिक्रियाशीलता ρ द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जो निम्नलिखित संबंध से संबंधित हैं:

इन मूल्यों को निम्नलिखित मूल्यों की विशेषता है:

के> 1 - श्रृंखला प्रतिक्रिया समय के साथ बढ़ती है, रिएक्टर एक सुपरक्रिटिकल स्थिति में है, इसकी प्रतिक्रियाशीलता ρ> 0;

क< 1 — реакция затухает, реактор — подкритичен, ρ < 0;

k = 1, ρ = 0 - परमाणु विखंडन की संख्या स्थिर है, रिएक्टर स्थिर महत्वपूर्ण स्थिति में है।

परमाणु रिएक्टर क्रांतिक स्थिति:

ω रिएक्टर में उत्पादित न्यूट्रॉन की कुल संख्या का अंश है जो रिएक्टर कोर में अवशोषित होते हैं, या न्यूट्रॉन की अंतिम मात्रा से रिसाव से बचने की संभावना है।

k 0 असीम रूप से बड़े आयामों के सक्रिय क्षेत्र में न्यूट्रॉन गुणन कारक है।

गुणन कारक का एकता में रूपांतरण न्यूट्रॉन के गुणन को उनके नुकसान के साथ संतुलित करके प्राप्त किया जाता है। नुकसान के वास्तव में दो कारण हैं: बिना विखंडन के कब्जा और प्रजनन माध्यम के बाहर न्यूट्रॉन का रिसाव।

जाहिर है, के< k0, поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны

थर्मल रिएक्टरों के लिए k0 तथाकथित "4-कारक सूत्र" द्वारा निर्धारित किया जा सकता है:

μ तेज न्यूट्रॉन के लिए गुणन कारक है;

φ गुंजयमान कैप्चर से बचने की संभावना है;

θ थर्मल न्यूट्रॉन के लिए उपयोगिता कारक है;

η प्रति अवशोषण न्यूट्रॉन उपज है।

आधुनिक बिजली रिएक्टरों की मात्रा सैकड़ों मीटर 3 तक पहुंच सकती है और मुख्य रूप से महत्वपूर्ण परिस्थितियों से नहीं, बल्कि गर्मी हटाने की संभावनाओं से निर्धारित होती है।

एक परमाणु रिएक्टर का महत्वपूर्ण आयतन एक महत्वपूर्ण अवस्था में रिएक्टर कोर का आयतन है। क्रांतिक द्रव्यमान - रिएक्टर के विखण्डनीय पदार्थ का द्रव्यमान, जो कि गंभीर अवस्था में होता है।

न्यूट्रॉन रिसाव को कम करने के लिए, कोर को एक गोलाकार या गोलाकार आकार के करीब दिया जाता है, जैसे कि एक छोटा सिलेंडर या घन, क्योंकि इन आंकड़ों में सतह क्षेत्र का आयतन का सबसे छोटा अनुपात होता है।

इस तथ्य के बावजूद कि मूल्य (ई - 1) आमतौर पर छोटा होता है, बड़े परमाणु रिएक्टरों के लिए तेजी से न्यूट्रॉन गुणन की भूमिका काफी बड़ी होती है (K∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

चेन रिएक्शन शुरू करने के लिए, आमतौर पर यूरेनियम नाभिक के सहज विखंडन के दौरान पर्याप्त न्यूट्रॉन उत्पन्न होते हैं। रिएक्टर को शुरू करने के लिए न्यूट्रॉन के बाहरी स्रोत का उपयोग करना भी संभव है, उदाहरण के लिए, रा और बे, 252 सीएफ या अन्य पदार्थों का मिश्रण।

आयोडीन गड्ढा

एक आयोडीन गड्ढा बंद होने के बाद एक परमाणु रिएक्टर की स्थिति है, जो अल्पकालिक क्सीनन आइसोटोप (135 Xe) के संचय की विशेषता है। यह प्रक्रिया महत्वपूर्ण नकारात्मक प्रतिक्रियाशीलता की अस्थायी उपस्थिति की ओर ले जाती है, जो बदले में, एक निश्चित अवधि (लगभग 1-2 दिन) के लिए रिएक्टर को उसकी डिजाइन क्षमता में लाना असंभव बना देती है।

वर्गीकरण

उपयोग की प्रकृति से

परमाणु रिएक्टरों के उपयोग की प्रकृति के अनुसार विभाजित हैं:

प्रायोगिक रिएक्टरों को विभिन्न भौतिक मात्राओं का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसका मूल्य परमाणु रिएक्टरों के डिजाइन और संचालन के लिए आवश्यक है; ऐसे रिएक्टरों की शक्ति कुछ kW से अधिक नहीं होती है;

अनुसंधान रिएक्टर जिसमें कोर में उत्पन्न न्यूट्रॉन और γ-रे फ्लक्स का उपयोग परमाणु भौतिकी, ठोस अवस्था भौतिकी, विकिरण रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान के क्षेत्र में अनुसंधान के लिए किया जाता है, गहन न्यूट्रॉन फ्लक्स (परमाणु के कुछ हिस्सों सहित) में संचालन के लिए सामग्री का परीक्षण करने के लिए। रिएक्टर), आइसोटोप के उत्पादन के लिए। अनुसंधान रिएक्टरों की शक्ति 100 मेगावाट से अधिक नहीं होती है; जारी ऊर्जा का आमतौर पर उपयोग नहीं किया जाता है।

आइसोटोपिक (हथियार, औद्योगिक) रिएक्टर परमाणु हथियारों में इस्तेमाल होने वाले आइसोटोप का उत्पादन करते थे, जैसे 239Pu।

जल अलवणीकरण में, जहाजों के बिजली संयंत्रों को चलाने के लिए, ऊर्जा क्षेत्र में उपयोग की जाने वाली विद्युत और तापीय ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किए गए पावर रिएक्टर; एक आधुनिक बिजली रिएक्टर की तापीय शक्ति 3-5 GW तक पहुँचती है।

न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रम के अनुसार

थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टर ("थर्मल रिएक्टर")

फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर ("फास्ट रिएक्टर")

मध्यवर्ती न्यूट्रॉन पर रिएक्टर

ईंधन प्लेसमेंट द्वारा

विषम रिएक्टर, जहां ईंधन को ब्लॉक के रूप में कोर में रखा जाता है, जिसके बीच एक मॉडरेटर होता है;

सजातीय रिएक्टर, जहां ईंधन और मॉडरेटर एक सजातीय मिश्रण (सजातीय प्रणाली) हैं।

एक विषम रिएक्टर में परमाणु ईंधन के ब्लॉक को ईंधन तत्व (टीवीईएल) कहा जाता है, जो सक्रिय क्षेत्र में एक नियमित जाली के नोड्स पर स्थित होते हैं, जो कोशिकाओं का निर्माण करते हैं।

ईंधन के प्रकार से

संवर्धन की डिग्री के अनुसार:

प्राकृतिक यूरेनियम

कमजोर समृद्ध यूरेनियम

शुद्ध विखंडनीय आइसोटोप

रासायनिक संरचना द्वारा:

धातु यू

यूओ 2 (यूरेनियम डाइऑक्साइड)

यूसी (यूरेनियम कार्बाइड), आदि।

शीतलक के प्रकार से

एच 2 ओ (पानी, पीडब्लूआर देखें)

गैस, (ग्रेफाइट-गैस रिएक्टर देखें)

कार्बनिक शीतलक के साथ रिएक्टर

तरल धातु शीतलक के साथ रिएक्टर

पिघला हुआ नमक रिएक्टर

मॉडरेटर के प्रकार से

सी (ग्रेफाइट, ग्रेफाइट-गैस रिएक्टर, ग्रेफाइट-पानी रिएक्टर देखें)

एच 2 ओ (पानी, लाइट वॉटर रिएक्टर, प्रेशराइज्ड वॉटर रिएक्टर, वीवीईआर देखें)

D 2 O (भारी जल, भारी जल परमाणु रिएक्टर, CANDU देखें)

धातु हाइड्राइड्स

मंदबुद्धि के बिना

डिजाइन द्वारा

टैंक रिएक्टर

चैनल रिएक्टर

भाप उत्पादन विधि

बाहरी भाप जनरेटर के साथ रिएक्टर

उबलता हुआ रिएक्टर

21 वीं सदी की शुरुआत में, मॉडरेटर के साथ सबसे आम विषम थर्मल न्यूट्रॉन परमाणु रिएक्टर हैं - एच 2 ओ, सी, डी 2 ओ और शीतलक - एच 2 ओ, गैस, डी 2 ओ, उदाहरण के लिए, पानी-पानी VVER, चैनल आरबीएमके।

फास्ट रिएक्टर भी आशाजनक हैं। उनमें ईंधन 238U है, जो थर्मल रिएक्टरों की तुलना में दस गुना परमाणु ईंधन के उपयोग में सुधार करना संभव बनाता है, इससे परमाणु ऊर्जा के संसाधनों में काफी वृद्धि होती है।

रिएक्टर सामग्री

जिन सामग्रियों से रिएक्टर बनाए जाते हैं वे न्यूट्रॉन, γ-क्वांटा और विखंडन के टुकड़ों के क्षेत्र में उच्च तापमान पर काम करते हैं। इसलिए, प्रौद्योगिकी की अन्य शाखाओं में प्रयुक्त सभी सामग्रियां रिएक्टर निर्माण के लिए उपयुक्त नहीं हैं। रिएक्टर सामग्री चुनते समय, उनके विकिरण प्रतिरोध, रासायनिक जड़ता, अवशोषण क्रॉस सेक्शन और अन्य गुणों को ध्यान में रखा जाता है।

ईंधन छड़, चैनल, मॉडरेटर (रिफ्लेक्टर) के गोले छोटे अवशोषण क्रॉस सेक्शन वाली सामग्रियों से बने होते हैं। न्यूट्रॉन को कमजोर रूप से अवशोषित करने वाली सामग्रियों का उपयोग न्यूट्रॉन की अनुत्पादक खपत को कम करता है, परमाणु ईंधन के भार को कम करता है और एचएफ के प्रजनन अनुपात को बढ़ाता है। अवशोषक छड़ के लिए, इसके विपरीत, बड़े अवशोषण क्रॉस सेक्शन वाली सामग्री उपयुक्त होती है। यह रिएक्टर को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक छड़ों की संख्या को बहुत कम कर देता है।

तेज न्यूट्रॉन, γ-क्वांटा और विखंडन के टुकड़े पदार्थ की संरचना को नुकसान पहुंचाते हैं। तो, एक ठोस पदार्थ में, तेज़ न्यूट्रॉन परमाणुओं को क्रिस्टल जाली से बाहर खटखटाते हैं या उन्हें अपने स्थान से हटा देते हैं। नतीजतन, सामग्री के प्लास्टिक गुण और तापीय चालकता बिगड़ जाती है। विकिरण के प्रभाव में जटिल अणु सरल अणुओं या मिश्रित परमाणुओं में टूट जाते हैं। उदाहरण के लिए, पानी ऑक्सीजन और हाइड्रोजन में विघटित हो जाता है। इस घटना को जल रेडियोलिसिस के रूप में जाना जाता है।

उच्च तापमान पर सामग्री की विकिरण अस्थिरता कम प्रभावित होती है। परमाणुओं की गतिशीलता इतनी महान हो जाती है कि क्रिस्टल जाली से बाहर निकलने वाले परमाणुओं की वापसी या पानी के अणु में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के पुनर्संयोजन की संभावना स्पष्ट रूप से बढ़ जाती है। इस प्रकार, बिजली के गैर-उबलते रिएक्टरों (उदाहरण के लिए, वीवीईआर) में पानी का रेडिओलिसिस नगण्य है, जबकि शक्तिशाली अनुसंधान रिएक्टरों में विस्फोटक मिश्रण की एक महत्वपूर्ण मात्रा जारी की जाती है। इसे जलाने के लिए रिएक्टरों में विशेष प्रणालियाँ होती हैं।

रिएक्टर सामग्री एक दूसरे के संपर्क में आती है (शीतलक और परमाणु ईंधन के साथ ईंधन का आवरण, शीतलक और मॉडरेटर के साथ ईंधन कैसेट, आदि)। स्वाभाविक रूप से, संपर्क सामग्री रासायनिक रूप से निष्क्रिय (संगत) होनी चाहिए। असंगति का एक उदाहरण यूरेनियम और गर्म पानी का रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश है।

अधिकांश सामग्रियों के लिए, बढ़ते तापमान के साथ ताकत के गुण तेजी से बिगड़ते हैं। बिजली रिएक्टरों में, संरचनात्मक सामग्री उच्च तापमान पर काम करती है। यह संरचनात्मक सामग्रियों की पसंद को सीमित करता है, विशेष रूप से पावर रिएक्टर के उन हिस्सों के लिए जिन्हें उच्च दबाव का सामना करना पड़ता है।

बर्नअप और परमाणु ईंधन का प्रजनन

एक परमाणु रिएक्टर के संचालन के दौरान, ईंधन में विखंडन के टुकड़ों के संचय के कारण, इसके समस्थानिक और रासायनिक संरचना में परिवर्तन होता है, और ट्रांसयूरेनियम तत्व, मुख्य रूप से पु समस्थानिक बनते हैं। परमाणु रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता पर विखंडन के अंशों के प्रभाव को विषाक्तता (रेडियोधर्मी अंशों के लिए) और स्लैगिंग (स्थिर समस्थानिकों के लिए) कहा जाता है।

रिएक्टर विषाक्तता का मुख्य कारण 135 Xe है, जिसमें सबसे बड़ा न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन (2.6 106 खलिहान) है। अर्ध-आयु 135 Xe T½ = 9.2 h; विभाजन उपज 6-7% है। 135Xe का मुख्य भाग 135 I (T½ = 6.8 h) के क्षय के परिणामस्वरूप बनता है। जब जहर दिया जाता है, तो केफ 1-3% बदल जाता है। 135 Xe का बड़ा अवशोषण क्रॉस सेक्शन और मध्यवर्ती आइसोटोप 135 I की उपस्थिति से दो महत्वपूर्ण घटनाएं होती हैं:

135 Xe की सांद्रता में वृद्धि और इसके परिणामस्वरूप, इसके बंद होने या बिजली की कमी ("आयोडीन पिट") के बाद रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता में कमी, जो उत्पादन शक्ति में अल्पकालिक शटडाउन और उतार-चढ़ाव को असंभव बनाता है। नियामक निकायों में प्रतिक्रियात्मकता मार्जिन शुरू करने से यह प्रभाव दूर हो जाता है। आयोडीन की गहराई और अवधि न्यूट्रॉन प्रवाह पर निर्भर करती है Ф: Ф = 5 1018 न्यूट्रॉन / (सेमी 2 सेकंड) पर, आयोडीन कुएं की अवधि ~ 30 घंटे है, और गहराई स्थिर परिवर्तन से 2 गुना अधिक है केफ 135 Xe विषाक्तता के कारण होता है।

विषाक्तता के कारण, न्यूट्रॉन प्रवाह एफ के अनुपात-लौकिक उतार-चढ़ाव, और इसके परिणामस्वरूप, रिएक्टर शक्ति हो सकती है। ये दोलन Ф> 1018 न्यूट्रॉन/(सेमी 2 सेकंड) और बड़े रिएक्टर आकार में उत्पन्न होते हैं। दोलन अवधि ~ 10 घंटे।

परमाणु विखंडन बड़ी संख्या में स्थिर टुकड़ों को जन्म देता है, जो एक विखंडनीय आइसोटोप के अवशोषण क्रॉस सेक्शन की तुलना में उनके अवशोषण क्रॉस सेक्शन में भिन्न होता है। एक बड़े अवशोषण क्रॉस सेक्शन वाले टुकड़ों की एकाग्रता रिएक्टर संचालन के पहले कुछ दिनों के दौरान संतृप्ति तक पहुंच जाती है। मुख्य रूप से यह 149Sm है जो केफ को 1% से बदल रहा है। एक छोटे से अवशोषण क्रॉस सेक्शन वाले अंशों की सांद्रता और उनके द्वारा शुरू की गई नकारात्मक प्रतिक्रियाशीलता समय के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है।

परमाणु रिएक्टर में ट्रांसयूरेनियम तत्वों का निर्माण निम्नलिखित योजनाओं के अनुसार होता है:

235 यू + एन → 236 यू + एन → 237 यू → (7 दिन) → 237 एनपी + एन → 238 एनपी → (2.1 दिन) → 238 पु

238 यू + एन → 239 यू → (23 मिनट) → 239 एनपी → (2.3 दिन) → 239 पु (+ टुकड़े) + एन → 240 पु + एन → 241 पु (+ टुकड़े) + एन → 242 पु + एन → 243 पु →(5 घंटे)→ 243 पूर्वाह्न + n → 244 पूर्वाह्न →(26 मिनट)→ 244 सेमी

तीरों के बीच का समय आधा जीवन इंगित करता है, "+n" न्यूट्रॉन के अवशोषण को इंगित करता है।

रिएक्टर के संचालन की शुरुआत में, 239 पु का एक रैखिक संचय होता है, और तेजी से (एक निश्चित 235 यू बर्नअप पर), यूरेनियम संवर्धन कम होता है। इसके अलावा, 239 पु की सांद्रता एक स्थिर मान की ओर जाती है, जो संवर्धन की डिग्री पर निर्भर नहीं करती है, लेकिन 238 यू और 239 पु के लिए न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन के अनुपात से निर्धारित होती है। 239 पु की संतुलन सांद्रता स्थापित करने के लिए विशिष्ट समय ~ 3/F वर्ष है (इकाइयों में F 1013 न्यूट्रॉन/cm 2 s है)। आइसोटोप 240 पु, 241 पु परमाणु ईंधन के पुनर्जनन के बाद परमाणु रिएक्टर में ईंधन को फिर से जलाने पर ही एक संतुलन सांद्रता तक पहुँचते हैं।

परमाणु ईंधन के बर्नअप को प्रति 1 ईंधन रिएक्टर में जारी कुल ऊर्जा की विशेषता है। यह मान है:

~ 10 GW दिन/t — भारी जल रिएक्टर;

निम्न संवर्धित यूरेनियम रिएक्टरों के लिए ~ 20–30 GW दिन/t (2–3% 235U);

100 जीडब्ल्यू दिन/टी तक - फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर।

1 GW दिन/t का बर्नअप परमाणु ईंधन के 0.1% के दहन से मेल खाता है।

जैसे ही ईंधन जलता है, रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता कम हो जाती है। जले हुए ईंधन का प्रतिस्थापन पूरे कोर से तुरंत या धीरे-धीरे किया जाता है, जिससे ऑपरेशन में विभिन्न "उम्र" के ईंधन तत्व निकल जाते हैं। इस मोड को निरंतर ईंधन भरना कहा जाता है।

पूर्ण ईंधन प्रतिस्थापन के मामले में, रिएक्टर में अत्यधिक प्रतिक्रियाशीलता होती है, जिसकी भरपाई की जानी चाहिए, जबकि दूसरे मामले में, रिएक्टर की पहली शुरुआत में ही मुआवजे की आवश्यकता होती है। निरंतर ईंधन भरने से बर्नअप की गहराई को बढ़ाना संभव हो जाता है, क्योंकि रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता विखंडनीय समस्थानिकों की औसत सांद्रता द्वारा निर्धारित की जाती है।

जारी ऊर्जा के "वजन" के कारण लोड किए गए ईंधन का द्रव्यमान अनलोड किए गए द्रव्यमान से अधिक है। रिएक्टर बंद होने के बाद, पहले मुख्य रूप से विलंबित न्यूट्रॉन द्वारा विखंडन के कारण, और फिर, 1-2 मिनट के बाद, β- और γ-विखंडन अंशों और ट्रांसयूरेनियम तत्वों के विकिरण के कारण, ईंधन में ऊर्जा की रिहाई जारी रहती है। यदि रिएक्टर बंद होने से पहले पर्याप्त लंबे समय तक काम करता है, तो शटडाउन के 2 मिनट बाद, ऊर्जा रिलीज लगभग 3%, 1 घंटे के बाद - 1%, एक दिन के बाद - 0.4%, एक वर्ष के बाद - 0.05% होती है।

परमाणु रिएक्टर में बनने वाले फिशाइल पु समस्थानिकों की संख्या और 235 यू के जलने की मात्रा के अनुपात को रूपांतरण कारक केके कहा जाता है। घटते संवर्धन और बर्नअप के साथ केके का मूल्य बढ़ता है। प्राकृतिक यूरेनियम पर चलने वाले भारी जल रिएक्टर के लिए, 10 जीडब्ल्यू दिन/टी, केके = 0.55 के बर्नअप के साथ, और छोटे बर्नअप के लिए (इस मामले में, केके को प्रारंभिक प्लूटोनियम कारक कहा जाता है) केके = 0.8। यदि एक परमाणु रिएक्टर जलता है और एक ही आइसोटोप (ब्रीडर रिएक्टर) का उत्पादन करता है, तो प्रजनन दर के बर्न-अप दर के अनुपात को प्रजनन अनुपात सीवी कहा जाता है। थर्मल न्यूट्रॉन केवी पर परमाणु रिएक्टरों में< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах КВ может достигать 1,4—1,5. Рост КВ для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов g растёт, а а падает.

परमाणु रिएक्टर नियंत्रण

एक परमाणु रिएक्टर दी गई शक्ति पर लंबे समय तक तभी काम कर सकता है, जब उसके संचालन की शुरुआत में प्रतिक्रियाशीलता मार्जिन हो। रिएक्टर में होने वाली प्रक्रियाएं माध्यम के प्रजनन गुणों में गिरावट का कारण बनती हैं, और प्रतिक्रियाशीलता वसूली तंत्र के बिना, रिएक्टर थोड़े समय के लिए भी काम नहीं कर सकता। प्रारंभिक प्रतिक्रियाशीलता मार्जिन एक कोर के निर्माण के द्वारा बनाया गया है जो महत्वपूर्ण लोगों की तुलना में बहुत बड़ा है। रिएक्टर को सुपरक्रिटिकल बनने से रोकने के लिए, न्यूट्रॉन अवशोषक को कोर में पेश किया जाता है। अवशोषक नियंत्रण छड़ की सामग्री का हिस्सा होते हैं जो कोर में संबंधित चैनलों के साथ चलते हैं। इसके अलावा, यदि केवल कुछ छड़ें नियमन के लिए पर्याप्त हैं, तो प्रतिक्रियाशीलता की प्रारंभिक अधिकता की भरपाई के लिए छड़ों की संख्या सैकड़ों तक पहुंच सकती है। इसके संचालन के पूरे समय के दौरान एक महत्वपूर्ण स्थिति सुनिश्चित करते हुए, रिएक्टर कोर से मुआवजा छड़ धीरे-धीरे वापस ले लिया जाता है। बर्नअप मुआवजा विशेष अवशोषक का उपयोग करके भी प्राप्त किया जा सकता है, जिसकी दक्षता तब घट जाती है जब वे न्यूट्रॉन (सीडी, बी, दुर्लभ पृथ्वी तत्व) या मॉडरेटर में पदार्थों को अवशोषित करने के समाधान पर कब्जा कर लेते हैं।

एक परमाणु रिएक्टर के नियंत्रण को इस तथ्य से सरल किया जाता है कि विखंडन के दौरान कुछ न्यूट्रॉन 0.2 से 55 सेकंड तक की देरी से टुकड़ों से बाहर निकलते हैं। इसके कारण, न्यूट्रॉन प्रवाह और, तदनुसार, शक्ति काफी सुचारू रूप से बदलती है, जिससे निर्णय लेने और रिएक्टर की स्थिति को बाहर से बदलने का समय मिलता है।

एक परमाणु रिएक्टर को नियंत्रित करने के लिए एक नियंत्रण और सुरक्षा प्रणाली (CPS) का उपयोग किया जाता है। सीपीएस के निकायों में विभाजित हैं:

आपातकाल, प्रतिक्रियाशीलता को कम करना (रिएक्टर में नकारात्मक प्रतिक्रियाशीलता का परिचय देना) जब आपातकालीन संकेत दिखाई देते हैं;

स्वचालित नियामक जो निरंतर न्यूट्रॉन प्रवाह एफ (यानी आउटपुट पावर) बनाए रखते हैं;

क्षतिपूर्ति, विषाक्तता, बर्नआउट, तापमान प्रभाव के लिए क्षतिपूर्ति करने की सेवा।

ज्यादातर मामलों में, रिएक्टर को नियंत्रित करने के लिए, छड़ का उपयोग किया जाता है जिसे कोर में पेश किया जाता है, जो न्यूट्रॉन (सीडी, बी, आदि) को दृढ़ता से अवशोषित करने वाली सामग्री से बना होता है। छड़ की गति को विशेष तंत्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है जो न्यूट्रॉन प्रवाह के परिमाण के प्रति संवेदनशील उपकरणों के संकेतों पर काम करते हैं।

प्रतिक्रियाशीलता के नकारात्मक तापमान गुणांक वाले रिएक्टरों के लिए सीपीएस अंगों का संचालन काफी सरल है (आर बढ़ते तापमान के साथ घटता है)।

रिएक्टर की स्थिति के बारे में जानकारी के आधार पर, एक विशेष कंप्यूटर सिस्टम ऑपरेटर को रिएक्टर की स्थिति बदलने या कुछ सीमाओं के भीतर ऑपरेटर की भागीदारी के बिना रिएक्टर को नियंत्रित करने के लिए सिफारिशें उत्पन्न करता है।

एक चेन रिएक्शन के अप्रत्याशित विनाशकारी विकास की स्थिति में, प्रत्येक रिएक्टर चेन रिएक्शन की एक आपातकालीन समाप्ति प्रदान करता है, जो विशेष आपातकालीन छड़ या सुरक्षा छड़ को कोर में गिराकर किया जाता है - एक आपातकालीन सुरक्षा प्रणाली।

उपकरण और संचालन का सिद्धांत

बिजली रिलीज तंत्र

जुड़ने वाले कणों द्वारा उत्तेजना के लिए बड़ी गतिज ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है, और इसलिए, यह माध्यम के तापमान पर निर्भर नहीं करता है, क्योंकि यह आकर्षक बलों के कणों में निहित अप्रयुक्त बंधनों के कारण होता है। लेकिन दूसरी ओर, प्रतिक्रियाओं को उत्तेजित करने के लिए स्वयं कण आवश्यक हैं। और अगर फिर से हमारे मन में प्रतिक्रिया का एक अलग कार्य नहीं है, लेकिन मैक्रोस्कोपिक पैमाने पर ऊर्जा का उत्पादन होता है, तो यह तभी संभव है जब एक चेन रिएक्शन होता है। उत्तरार्द्ध तब उत्पन्न होता है जब प्रतिक्रिया को उत्तेजित करने वाले कण एक बाहरी प्रतिक्रिया के उत्पादों के रूप में फिर से प्रकट होते हैं।

डिज़ाइन

किसी भी परमाणु रिएक्टर में निम्नलिखित भाग होते हैं:

परमाणु ईंधन और मॉडरेटर के साथ कोर;
कोर के चारों ओर न्यूट्रॉन परावर्तक;
श्रृंखला प्रतिक्रिया विनियमन प्रणाली, आपातकालीन सुरक्षा सहित;
विकिरण सुरक्षा;
रिमोट कंट्रोल सिस्टम।

संचालन के भौतिक सिद्धांत

मुख्य लेख भी देखें:

एक परमाणु रिएक्टर की वर्तमान स्थिति को प्रभावी न्यूट्रॉन गुणन कारक द्वारा चित्रित किया जा सकता है कया प्रतिक्रियाशीलता ρ , जो निम्नलिखित संबंध से संबंधित हैं:

इन मूल्यों को निम्नलिखित मूल्यों की विशेषता है:

क> 1 - समय के साथ श्रृंखला अभिक्रिया बढ़ती है, रिएक्टर चालू होता है सुपरक्रिटिकलराज्य, इसकी प्रतिक्रियाशीलता ρ > 0;
क < 1 - реакция затухает, реактор - सबक्रिटिकल, ρ < 0;
क = 1, ρ = 0 - परमाणु विखंडन की संख्या स्थिर है, रिएक्टर स्थिर है नाजुकस्थि‍ति।

परमाणु रिएक्टर क्रांतिक स्थिति:

, कहाँ पे

जाहिर है, के< 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.

थर्मल रिएक्टरों के लिए k 0 तथाकथित "4 कारकों के सूत्र" द्वारा निर्धारित किया जा सकता है:

, कहाँ पे

η दो अवशोषण प्रति न्यूट्रॉन उपज है।

आधुनिक बिजली रिएक्टरों की मात्रा सैकड़ों m³ तक पहुंच सकती है और मुख्य रूप से महत्वपूर्णता की स्थितियों से नहीं, बल्कि गर्मी हटाने की संभावनाओं से निर्धारित होती है।

महत्वपूर्ण मात्रापरमाणु रिएक्टर - एक महत्वपूर्ण अवस्था में रिएक्टर कोर का आयतन। क्रांतिक द्रव्यमानरिएक्टर की विखंडनीय सामग्री का द्रव्यमान है, जो एक गंभीर स्थिति में है।

जल न्यूट्रॉन परावर्तक के साथ शुद्ध विखंडनीय समस्थानिकों के लवणों के जलीय विलयनों द्वारा प्रचालित रिएक्टरों का क्रांतिक द्रव्यमान सबसे कम होता है। 235 यू के लिए यह द्रव्यमान 0.8 किग्रा है, 239 पु के लिए यह 0.5 किग्रा है। हालांकि, यह व्यापक रूप से ज्ञात है कि एलओपीओ रिएक्टर (दुनिया का पहला समृद्ध यूरेनियम रिएक्टर) के लिए महत्वपूर्ण द्रव्यमान, जिसमें बेरिलियम ऑक्साइड परावर्तक था, 0.565 किलोग्राम था, इस तथ्य के बावजूद कि आइसोटोप 235 में संवर्धन की डिग्री केवल थोड़ी सी थी 14% से अधिक। सैद्धांतिक रूप से, सबसे छोटा महत्वपूर्ण द्रव्यमान होता है, जिसके लिए यह मान केवल 10 ग्राम है।

इस तथ्य के बावजूद कि मूल्य (ई - 1) आमतौर पर छोटा होता है, बड़े परमाणु रिएक्टरों के लिए तेजी से न्यूट्रॉन गुणा की भूमिका काफी बड़ी होती है (के ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

चेन रिएक्शन शुरू करने के लिए, आमतौर पर यूरेनियम नाभिक के सहज विखंडन के दौरान पर्याप्त न्यूट्रॉन उत्पन्न होते हैं। रिएक्टर को शुरू करने के लिए न्यूट्रॉन के बाहरी स्रोत का उपयोग करना भी संभव है, उदाहरण के लिए, और, या अन्य पदार्थों का मिश्रण।

आयोडीन गड्ढा

मुख्य लेख: आयोडीन पिट

आयोडिन पिट - एक परमाणु रिएक्टर के बंद होने के बाद की स्थिति, अल्पकालिक क्सीनन आइसोटोप के संचय की विशेषता है। यह प्रक्रिया महत्वपूर्ण नकारात्मक प्रतिक्रिया की अस्थायी उपस्थिति की ओर ले जाती है, जो बदले में, एक निश्चित अवधि (लगभग 1-2 दिन) के लिए रिएक्टर को उसकी डिजाइन क्षमता में लाना असंभव बना देती है।

वर्गीकरण

मिलने का समय निश्चित करने पर

परमाणु रिएक्टरों के उपयोग की प्रकृति के अनुसार विभाजित हैं:

पावर रिएक्टरऊर्जा क्षेत्र में उपयोग की जाने वाली विद्युत और तापीय ऊर्जा के उत्पादन के साथ-साथ समुद्री जल विलवणीकरण के लिए डिज़ाइन किया गया है (अलवणीकरण रिएक्टरों को औद्योगिक के रूप में भी वर्गीकृत किया गया है)। ऐसे रिएक्टर मुख्य रूप से परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग किए जाते थे। आधुनिक बिजली रिएक्टरों की तापीय शक्ति 5 GW तक पहुँचती है। एक अलग समूह में आवंटन:
- परिवहन रिएक्टरवाहन इंजनों को ऊर्जा की आपूर्ति के लिए डिज़ाइन किया गया। व्यापक अनुप्रयोग समूह समुद्री परिवहन रिएक्टर हैं जिनका उपयोग पनडुब्बियों और विभिन्न सतह जहाजों पर किया जाता है, साथ ही अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में उपयोग किए जाने वाले रिएक्टर भी हैं।
प्रायोगिक रिएक्टर, विभिन्न भौतिक मात्राओं का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसका मूल्य परमाणु रिएक्टरों के डिजाइन और संचालन के लिए आवश्यक है; ऐसे रिएक्टरों की शक्ति कुछ kW से अधिक नहीं होती है।
अनुसंधान रिएक्टर, जिसमें कोर में निर्मित न्यूट्रॉन और गामा-रे फ्लक्स का उपयोग परमाणु भौतिकी, ठोस अवस्था भौतिकी, विकिरण रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान के क्षेत्र में अनुसंधान के लिए किया जाता है, गहन न्यूट्रॉन फ्लक्स (भागों परमाणु रिएक्टरों सहित) में संचालन के लिए सामग्री का परीक्षण करने के लिए, आइसोटोप के उत्पादन के लिए। अनुसंधान रिएक्टरों की शक्ति 100 मेगावाट से अधिक नहीं होती है। जारी ऊर्जा का आमतौर पर उपयोग नहीं किया जाता है।
औद्योगिक (हथियार, आइसोटोप) रिएक्टरविभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले आइसोटोप का उत्पादन करने के लिए प्रयोग किया जाता है। सबसे व्यापक रूप से परमाणु हथियार-ग्रेड सामग्री के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है, जैसे कि 239 पु। इसके अलावा औद्योगिक में समुद्री जल विलवणीकरण के लिए उपयोग किए जाने वाले रिएक्टर भी शामिल हैं।

अक्सर रिएक्टरों का उपयोग दो या दो से अधिक विभिन्न कार्यों को हल करने के लिए किया जाता है, जिस स्थिति में उन्हें बुलाया जाता है बहुउद्देशीय. उदाहरण के लिए, कुछ बिजली रिएक्टर, विशेष रूप से परमाणु ऊर्जा की शुरुआत में, मुख्य रूप से प्रयोगों के लिए अभिप्रेत थे। फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर एक ही समय में बिजली पैदा करने वाले और आइसोटोप बनाने वाले दोनों हो सकते हैं। औद्योगिक रिएक्टर, अपने मुख्य कार्य के अलावा, अक्सर विद्युत और तापीय ऊर्जा उत्पन्न करते हैं।

न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रम के अनुसार

थर्मल (धीमा) न्यूट्रॉन रिएक्टर ("थर्मल रिएक्टर")
फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर ("फास्ट रिएक्टर")

ईंधन प्लेसमेंट द्वारा

विषम रिएक्टर, जहां ईंधन को ब्लॉक के रूप में कोर में रखा जाता है, जिसके बीच एक मॉडरेटर होता है;
सजातीय रिएक्टर, जहां ईंधन और मॉडरेटर एक सजातीय मिश्रण (सजातीय प्रणाली) हैं।

एक विषम रिएक्टर में, ईंधन और मॉडरेटर को अलग-अलग स्थान दिया जा सकता है, विशेष रूप से, एक कैविटी रिएक्टर में, मॉडरेटर-रिफ्लेक्टर कैविटी को ईंधन से घेरता है जिसमें मॉडरेटर नहीं होता है। परमाणु-भौतिक दृष्टिकोण से, एकरूपता/विषमता की कसौटी डिजाइन नहीं है, बल्कि किसी दिए गए मॉडरेटर में न्यूट्रॉन मॉडरेशन लंबाई से अधिक दूरी पर ईंधन ब्लॉकों की नियुक्ति है। उदाहरण के लिए, तथाकथित "क्लोज-जाली" रिएक्टरों को सजातीय होने के लिए डिज़ाइन किया गया है, हालांकि ईंधन आमतौर पर उनमें मॉडरेटर से अलग होता है।

एक विषम रिएक्टर में परमाणु ईंधन के ब्लॉक को ईंधन असेंबली (एफए) कहा जाता है, जो नियमित जाली के नोड्स पर कोर में रखे जाते हैं, जो बनाते हैं प्रकोष्ठों.

ईंधन के प्रकार से

यूरेनियम आइसोटोप 235, 238, 233 (235 यू, 238 यू, 233 यू)
प्लूटोनियम आइसोटोप 239 (239 पु), 238 यू (एमओएक्स ईंधन) के मिश्रण के रूप में 239-242 पु आइसोटोप भी
थोरियम समस्थानिक 232 (232 Th) (233 U में परिवर्तन द्वारा)

संवर्धन की डिग्री के अनुसार:

प्राकृतिक यूरेनियम
कम समृद्ध यूरेनियम
अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम

रासायनिक संरचना द्वारा:

धातु यू
यूसी (यूरेनियम कार्बाइड), आदि।

शीतलक के प्रकार से

गैस, (ग्रेफाइट-गैस रिएक्टर देखें)
D 2 O (भारी जल, भारी जल परमाणु रिएक्टर, CANDU देखें)

मॉडरेटर के प्रकार से

सी (ग्रेफाइट, ग्रेफाइट-गैस रिएक्टर, ग्रेफाइट-पानी रिएक्टर देखें)
एच 2 ओ (पानी, लाइट वॉटर रिएक्टर, प्रेशराइज्ड वॉटर रिएक्टर, वीवीईआर देखें)
D 2 O (भारी जल, भारी जल परमाणु रिएक्टर, CANDU देखें)
धातु हाइड्राइड्स
मॉडरेटर के बिना (फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर देखें)

डिजाइन द्वारा

भाप उत्पादन विधि

बाहरी भाप जनरेटर के साथ रिएक्टर (पीडब्लूआर, वीवीईआर देखें)

आईएईए वर्गीकरण

PWR (दबावयुक्त जल रिएक्टर) - दाबित जल रिएक्टर (दबावयुक्त जल रिएक्टर);
बीडब्ल्यूआर (उबलते पानी का रिएक्टर) - उबलते पानी का रिएक्टर;
एफबीआर (फास्ट ब्रीडर रिएक्टर) - फास्ट ब्रीडर रिएक्टर;
जीसीआर (गैस-कूल्ड रिएक्टर) - गैस-कूल्ड रिएक्टर;
LWGR (लाइट वाटर ग्रेफाइट रिएक्टर) - ग्रेफाइट-वाटर रिएक्टर
PHWR (दबावीकृत भारी पानी रिएक्टर) - भारी पानी रिएक्टर

दुनिया में सबसे आम दबाव वाले पानी (लगभग 62%) और उबलते पानी (20%) रिएक्टर हैं।

रिएक्टर सामग्री

रिएक्टर सामग्री एक दूसरे के संपर्क में आती है (शीतलक और परमाणु ईंधन के साथ एक ईंधन तत्व, शीतलक और मॉडरेटर, आदि के साथ ईंधन कैसेट)। स्वाभाविक रूप से, संपर्क सामग्री रासायनिक रूप से निष्क्रिय (संगत) होनी चाहिए। असंगति का एक उदाहरण यूरेनियम और गर्म पानी का रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश है।

बर्नअप और परमाणु ईंधन का प्रजनन

एक परमाणु रिएक्टर के संचालन के दौरान, ईंधन में विखंडन के टुकड़ों के संचय के कारण, इसके समस्थानिक और रासायनिक संरचना में परिवर्तन होता है, और ट्रांसयूरेनियम तत्व, मुख्य रूप से समस्थानिक बनते हैं। परमाणु रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता पर विखंडन के अंशों के प्रभाव को कहा जाता है जहर(रेडियोधर्मी अंशों के लिए) और बुराई करना(स्थिर समस्थानिकों के लिए)।

रिएक्टर के जहर का मुख्य कारण है, जिसमें सबसे बड़ा न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन (2.6 10 6 खलिहान) है। 135 Xe का आधा जीवन टी 1/2 = 9.2 घंटे; विभाजन उपज 6-7% है। 135 Xe का मुख्य भाग क्षय के परिणामस्वरूप बनता है ( टी 1/2 = 6.8 घंटे)। विषाक्तता के मामले में, केफ 1-3% बदल जाता है। 135 Xe का बड़ा अवशोषण क्रॉस सेक्शन और मध्यवर्ती आइसोटोप 135 I की उपस्थिति से दो महत्वपूर्ण घटनाएं होती हैं:

135 Xe की सांद्रता में वृद्धि और इसके परिणामस्वरूप, इसके बंद होने या बिजली की कमी ("आयोडीन पिट") के बाद रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता में कमी, जो उत्पादन शक्ति में अल्पकालिक शटडाउन और उतार-चढ़ाव को असंभव बनाता है। नियामक निकायों में प्रतिक्रियात्मकता मार्जिन शुरू करने से यह प्रभाव दूर हो जाता है। आयोडीन कूप की गहराई और अवधि न्यूट्रॉन प्रवाह पर निर्भर करती है Ф: Ф = 5 10 18 न्यूट्रॉन/(सेमी² सेकंड) पर, आयोडीन कूप की अवधि ~ 30 घंटे है, और गहराई स्थिर परिवर्तन से 2 गुना अधिक है केफ में 135 Xe विषाक्तता के कारण होता है।
विषाक्तता के कारण, न्यूट्रॉन प्रवाह एफ के अनुपात-लौकिक उतार-चढ़ाव, और इसके परिणामस्वरूप, रिएक्टर शक्ति हो सकती है। ये उतार-चढ़ाव Ф> 10 18 न्यूट्रॉन/(cm² सेकंड) और बड़े रिएक्टर आकार में होते हैं। दोलन अवधि ~ 10 घंटे।

परमाणु विखंडन बड़ी संख्या में स्थिर टुकड़ों को जन्म देता है, जो एक विखंडनीय आइसोटोप के अवशोषण क्रॉस सेक्शन की तुलना में उनके अवशोषण क्रॉस सेक्शन में भिन्न होता है। एक बड़े अवशोषण क्रॉस सेक्शन वाले टुकड़ों की एकाग्रता रिएक्टर संचालन के पहले कुछ दिनों के दौरान संतृप्ति तक पहुंच जाती है। ये मुख्य रूप से विभिन्न "उम्र" के टीवीईएल हैं।

जारी ऊर्जा के "वजन" के कारण लोड किए गए ईंधन का द्रव्यमान अनलोड किए गए द्रव्यमान से अधिक है। रिएक्टर के बंद होने के बाद, पहले मुख्य रूप से विलंबित न्यूट्रॉन द्वारा विखंडन के कारण, और फिर, 1-2 मिनट के बाद, β- और γ-विखंडन के टुकड़ों और ट्रांसयूरेनियम तत्वों के विकिरण के कारण, ईंधन में ऊर्जा जारी रहती है। यदि रिएक्टर बंद होने से पहले काफी देर तक काम करता है, तो शटडाउन के 2 मिनट बाद, ऊर्जा रिलीज लगभग 3%, 1 घंटे के बाद - 1%, एक दिन के बाद - 0.4%, एक वर्ष के बाद - प्रारंभिक शक्ति का 0.05%।

एक परमाणु रिएक्टर में बनने वाले फिशाइल पु समस्थानिकों की संख्या और 235 यू बर्न आउट की मात्रा के अनुपात को कहा जाता है रूपांतरण दरके के. केके का मूल्य घटते संवर्धन और बर्नअप के साथ बढ़ता है। प्राकृतिक यूरेनियम पर चलने वाले भारी जल रिएक्टर के लिए, 10 जीडब्ल्यू दिन/टी केके = 0.55 के बर्नअप के साथ, और छोटे बर्नअप के लिए (इस मामले में, केके को कहा जाता है प्रारंभिक प्लूटोनियम गुणांक) के के = 0.8। यदि एक परमाणु रिएक्टर जलता है और एक ही समस्थानिक (ब्रीडर रिएक्टर) का उत्पादन करता है, तो प्रजनन दर के बर्न-अप दर के अनुपात को कहा जाता है प्रजनन दरके वी। थर्मल रिएक्टरों में के वी< 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 जीबढ़ रहा है और एकपड़ता है।

परमाणु रिएक्टर नियंत्रण

परमाणु रिएक्टर का नियंत्रण केवल इस तथ्य के कारण संभव है कि विखंडन के दौरान कुछ न्यूट्रॉन टुकड़ों से देरी से बाहर निकलते हैं, जो कई मिलीसेकंड से लेकर कई मिनट तक हो सकते हैं।

रिएक्टर को नियंत्रित करने के लिए, अवशोषित छड़ का उपयोग किया जाता है, कोर में पेश किया जाता है, सामग्री से बना होता है जो न्यूट्रॉन (मुख्य रूप से, और कुछ अन्य) और / या बोरिक एसिड के समाधान को अवशोषित करता है, एक निश्चित एकाग्रता (बोरॉन विनियमन) में शीतलक में जोड़ा जाता है। . छड़ की गति को विशेष तंत्र, ड्राइव द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो न्यूट्रॉन प्रवाह के स्वत: नियंत्रण के लिए ऑपरेटर या उपकरण से संकेतों पर काम करता है।

प्रत्येक रिएक्टर में विभिन्न आपात स्थितियों के मामले में, श्रृंखला प्रतिक्रिया की एक आपातकालीन समाप्ति प्रदान की जाती है, जो सभी अवशोषित छड़ों को कोर में गिराकर किया जाता है - एक आपातकालीन सुरक्षा प्रणाली।

अवशिष्ट ताप

परमाणु सुरक्षा से सीधे जुड़ा एक महत्वपूर्ण मुद्दा क्षय ताप है। यह परमाणु ईंधन की एक विशिष्ट विशेषता है, जिसमें यह तथ्य शामिल है कि, विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया और थर्मल जड़ता की समाप्ति के बाद, जो किसी भी ऊर्जा स्रोत के लिए आम है, रिएक्टर में गर्मी उत्पादन लंबे समय तक जारी रहता है, जो एक बनाता है तकनीकी रूप से जटिल समस्याओं की संख्या।

क्षय ऊष्मा विखंडन उत्पादों के β- और γ-क्षय का परिणाम है, जो रिएक्टर के संचालन के दौरान ईंधन में जमा हो गए हैं। विखंडन उत्पादों के नाभिक, क्षय के परिणामस्वरूप, महत्वपूर्ण ऊर्जा की रिहाई के साथ अधिक स्थिर या पूरी तरह से स्थिर अवस्था में गुजरते हैं।

यद्यपि क्षय ऊष्मा विमोचन दर तेजी से उन मूल्यों तक गिरती है जो स्थिर मूल्यों की तुलना में छोटे हैं, उच्च-शक्ति शक्ति रिएक्टरों में यह निरपेक्ष रूप से महत्वपूर्ण है। इस कारण से, रिएक्टर कोर को बंद करने के बाद गर्मी को हटाने के लिए क्षय ताप रिलीज को लंबे समय तक गर्मी हटाने की आवश्यकता होती है। इस कार्य के लिए रिएक्टर सुविधा के डिजाइन में विश्वसनीय बिजली आपूर्ति के साथ शीतलन प्रणाली की उपस्थिति की आवश्यकता होती है, और एक विशेष तापमान शासन के साथ भंडारण सुविधाओं में खर्च किए गए परमाणु ईंधन के दीर्घकालिक (3-4 वर्षों के लिए) भंडारण की भी आवश्यकता होती है - ईंधन पूल , जो आमतौर पर रिएक्टर के आसपास के क्षेत्र में स्थित होते हैं।

यह सभी देखें

सोवियत संघ में डिज़ाइन और निर्मित परमाणु रिएक्टरों की सूची

साहित्य

लेविन V. E. परमाणु भौतिकी और परमाणु रिएक्टर।चौथा संस्करण। - एम .: एटोमिज़दत, 1979।
शुकोल्युकोव ए। यू। "यूरेनस। प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर। "केमिस्ट्री एंड लाइफ" नंबर 6, 1980, पी। 20-24

"ZEEP - कनाडा का पहला परमाणु रिएक्टर", कनाडा विज्ञान और प्रौद्योगिकी संग्रहालय।
ग्रेशिलोव ए.ए., एगुपोव एन.डी., माटुशचेंको ए.एम.परमाणु कवच। - एम।: लोगो, 2008. - 438 पी। -

आज हम परमाणु भौतिकी की दुनिया में एक छोटी सी यात्रा करेंगे। हमारे भ्रमण का विषय परमाणु रिएक्टर होगा। आप सीखेंगे कि यह कैसे काम करता है, कौन से भौतिक सिद्धांत इसके संचालन को रेखांकित करते हैं और इस उपकरण का उपयोग कहाँ किया जाता है।

परमाणु ऊर्जा का जन्म

दुनिया का पहला परमाणु रिएक्टर 1942 में यूएसए में बनाया गया था।नोबेल पुरस्कार विजेता एनरिको फर्मी के नेतृत्व में भौतिकविदों का प्रायोगिक समूह। इसी समय, उन्होंने एक आत्मनिर्भर यूरेनियम विखंडन प्रतिक्रिया की। अणु का जिन्न प्रकाशित हो चुकी है।.

1946 में पहला सोवियत परमाणु रिएक्टर लॉन्च किया गया था।और 8 साल बाद, ओबनिंस्क शहर में दुनिया के पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्र ने करंट दिया। यूएसएसआर के परमाणु ऊर्जा उद्योग में काम के मुख्य वैज्ञानिक पर्यवेक्षक एक उत्कृष्ट भौतिक विज्ञानी थे इगोर वासिलिविच कुरचटोव।

तब से, परमाणु रिएक्टरों की कई पीढ़ियाँ बदल गई हैं, लेकिन इसके डिजाइन के मुख्य तत्व अपरिवर्तित रहे हैं।

एक परमाणु रिएक्टर की शारीरिक रचना

यह परमाणु सुविधा एक मोटी दीवार वाली स्टील की टंकी है जिसकी बेलनाकार क्षमता कुछ घन सेंटीमीटर से लेकर कई घन मीटर तक होती है।

इस बेलन के अंदर पवित्रों का पवित्र स्थान है - रिएक्टर कोर।यहीं पर परमाणु ईंधन के विखंडन की श्रृंखला अभिक्रिया होती है।

आइए देखें कि यह प्रक्रिया कैसे होती है।

विशेष रूप से भारी तत्वों के नाभिक यूरेनियम-235 (यू-235),एक छोटे से ऊर्जा धक्का के प्रभाव में, वे लगभग बराबर द्रव्यमान के 2 टुकड़ों में अलग हो जाते हैं। इस प्रक्रिया का कारक एजेंट न्यूट्रॉन है।

टुकड़े अक्सर बेरियम और क्रिप्टन नाभिक होते हैं। उनमें से प्रत्येक में एक सकारात्मक चार्ज होता है, इसलिए कूलम्ब प्रतिकर्षण बल उन्हें प्रकाश की गति के लगभग 1/30 की गति से अलग-अलग दिशाओं में बिखरने के लिए मजबूर करते हैं। ये टुकड़े विशाल गतिज ऊर्जा के वाहक हैं।

ऊर्जा के व्यावहारिक उपयोग के लिए यह आवश्यक है कि इसका निर्गमन आत्मनिर्भर हो। श्रृंखला अभिक्रिया,जो विचाराधीन है वह और भी दिलचस्प है क्योंकि प्रत्येक विखंडन घटना के साथ नए न्यूट्रॉन का उत्सर्जन होता है। एक प्रारंभिक न्यूट्रॉन के लिए, औसतन 2-3 नए न्यूट्रॉन उत्पन्न होते हैं। विखंडनीय यूरेनियम नाभिकों की संख्या हिमस्खलन की तरह बढ़ रही है,भारी ऊर्जा की रिहाई का कारण बनता है। यदि इस प्रक्रिया को नियंत्रित नहीं किया गया तो परमाणु विस्फोट होगा। यह उस में जगह लेता है ।

न्यूट्रॉन की संख्या को नियंत्रित करने के लिए न्यूट्रॉन को अवशोषित करने वाली सामग्री को सिस्टम में पेश किया जाता है,ऊर्जा की एक सहज रिहाई प्रदान करना। कैडमियम या बोरॉन का उपयोग न्यूट्रॉन अवशोषक के रूप में किया जाता है।

टुकड़ों की विशाल गतिशील ऊर्जा को कैसे रोकें और उपयोग करें? इन उद्देश्यों के लिए, शीतलक का उपयोग किया जाता है, अर्थात। एक विशेष माध्यम, जिसमें चलते हुए अंशों को कम किया जाता है और अत्यधिक उच्च तापमान तक गरम किया जाता है। ऐसा माध्यम साधारण या भारी पानी, तरल धातु (सोडियम), साथ ही कुछ गैसें भी हो सकता है। शीतलक के वाष्प अवस्था में संक्रमण का कारण न बनने के लिए, कोर (160 एटीएम तक) में उच्च दबाव बनाए रखा जाता है।इस कारण से, रिएक्टर की दीवारें विशेष ग्रेड के दस-सेंटीमीटर स्टील से बनी होती हैं।

यदि परमाणु ईंधन से न्यूट्रॉन उड़ जाते हैं, तो श्रृंखला प्रतिक्रिया बाधित हो सकती है। इसलिए, विखंडनीय सामग्री का एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान है, अर्थात इसका न्यूनतम द्रव्यमान जिस पर एक श्रृंखला प्रतिक्रिया बनी रहेगी। यह रिएक्टर कोर के आसपास एक परावर्तक की उपस्थिति सहित विभिन्न मापदंडों पर निर्भर करता है। यह पर्यावरण में न्यूट्रॉन के रिसाव को रोकने का काम करता है। इस संरचनात्मक तत्व के लिए सबसे आम सामग्री ग्रेफाइट है।

रिएक्टर में होने वाली प्रक्रियाएं सबसे खतरनाक प्रकार के विकिरण - गामा विकिरण की रिहाई के साथ होती हैं। इस खतरे को कम करने के लिए, यह विकिरण-रोधी सुरक्षा प्रदान करता है।

परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है

परमाणु ईंधन, जिसे ईंधन तत्व कहा जाता है, को रिएक्टर कोर में रखा जाता है। वे एक फिशाइल सामग्री से बनी गोलियां हैं और लगभग 3.5 मीटर लंबी और 10 मिमी व्यास वाली पतली ट्यूबों में पैक की जाती हैं।

एक ही प्रकार के सैकड़ों ईंधन संयोजनों को कोर में रखा जाता है, और वे श्रृंखला प्रतिक्रिया के दौरान जारी तापीय ऊर्जा के स्रोत बन जाते हैं। ईंधन की छड़ों को धोने वाला शीतलक रिएक्टर का पहला सर्किट बनाता है।

उच्च मापदंडों के लिए गरम किया जाता है, इसे भाप जनरेटर में पंप किया जाता है, जहां यह अपनी ऊर्जा को द्वितीयक सर्किट के पानी में स्थानांतरित करता है, इसे भाप में बदल देता है। परिणामी भाप टरबाइन जनरेटर को घुमाती है। इस इकाई द्वारा उत्पन्न बिजली उपभोक्ता को हस्तांतरित की जाती है। और निकास भाप, ठंडा तालाब से पानी से ठंडा, घनीभूत के रूप में, भाप जनरेटर में वापस आ जाता है। चक्र बंद हो जाता है।

परमाणु संस्थापन के इस तरह के दो-सर्किट ऑपरेशन में इसकी सीमा से परे कोर में होने वाली प्रक्रियाओं के साथ विकिरण का प्रवेश शामिल नहीं है।

तो, रिएक्टर में ऊर्जा परिवर्तनों की एक श्रृंखला होती है: विखंडनीय सामग्री की परमाणु ऊर्जा → टुकड़ों की गतिज ऊर्जा में → शीतलक की तापीय ऊर्जा → टरबाइन की गतिज ऊर्जा → और जनरेटर में विद्युत ऊर्जा में।

ऊर्जा की अपरिहार्य हानि इस तथ्य की ओर ले जाती है कि परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की दक्षता अपेक्षाकृत कम है, 33-34%।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में विद्युत ऊर्जा पैदा करने के अलावा, परमाणु रिएक्टरों का उपयोग उद्योग के कई क्षेत्रों में अनुसंधान के लिए और औद्योगिक रिएक्टरों के अनुमेय मापदंडों का अध्ययन करने के लिए विभिन्न रेडियोधर्मी समस्थानिकों के उत्पादन के लिए किया जाता है। परिवहन रिएक्टर, जो वाहन इंजनों को ऊर्जा प्रदान करते हैं, अधिक से अधिक व्यापक होते जा रहे हैं।

परमाणु रिएक्टरों के प्रकार

आमतौर पर, परमाणु रिएक्टर यूरेनियम U-235 पर चलते हैं। हालांकि, प्राकृतिक सामग्री में इसकी सामग्री बेहद कम है, केवल 0.7%। प्राकृतिक यूरेनियम का मुख्य द्रव्यमान U-238 समस्थानिक है। U-235 में एक चेन रिएक्शन केवल धीमे न्यूट्रॉन के कारण हो सकता है, और U-238 आइसोटोप केवल तेज़ न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित होता है। परमाणु विखंडन के फलस्वरूप धीमे और तेज़ दोनों प्रकार के न्यूट्रॉन पैदा होते हैं। शीतलक (पानी) में मंदी का अनुभव करने वाले तेज न्यूट्रॉन धीमे हो जाते हैं। लेकिन प्राकृतिक यूरेनियम में U-235 आइसोटोप की मात्रा इतनी कम है कि इसके संवर्धन का सहारा लेना आवश्यक है, जिससे इसकी सांद्रता 3-5% हो जाती है। यह प्रक्रिया बहुत महंगी और आर्थिक रूप से नुकसानदेह है। इसके अलावा, इस आइसोटोप के प्राकृतिक संसाधनों की समाप्ति का समय केवल 100-120 वर्ष अनुमानित है।

इसलिए, परमाणु उद्योग में तेजी से न्यूट्रॉन पर काम करने वाले रिएक्टरों में धीरे-धीरे संक्रमण होता है।

उनका मुख्य अंतर यह है कि तरल धातुओं का उपयोग शीतलक के रूप में किया जाता है, जो न्यूट्रॉन को धीमा नहीं करते हैं, और U-238 का उपयोग परमाणु ईंधन के रूप में किया जाता है। इस आइसोटोप के नाभिक प्लूटोनियम -239 में परमाणु परिवर्तन की एक श्रृंखला से होकर गुजरते हैं, जो U-235 की तरह ही एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के अधीन है। अर्थात्, परमाणु ईंधन का पुनरुत्पादन होता है, और इसकी खपत से अधिक मात्रा में।

विशेषज्ञों के अनुसार यूरेनियम-238 आइसोटोप का भंडार 3,000 साल तक रहना चाहिए।यह समय मानवता के लिए अन्य तकनीकों को विकसित करने के लिए पर्याप्त समय देने के लिए काफी है।

परमाणु ऊर्जा के उपयोग में समस्याएँ

परमाणु ऊर्जा के स्पष्ट लाभों के साथ-साथ, परमाणु सुविधाओं के संचालन से जुड़ी समस्याओं के पैमाने को कम करके नहीं आंका जा सकता है।

इनमें से पहला है रेडियोधर्मी कचरे और विघटित उपकरणों का निपटानपरमाणु ऊर्जा। इन तत्वों की एक सक्रिय विकिरण पृष्ठभूमि होती है, जो लंबी अवधि तक बनी रहती है। इन कचरे के निपटान के लिए विशेष लेड कंटेनरों का उपयोग किया जाता है। माना जाता है कि उन्हें 600 मीटर तक की गहराई पर पर्माफ्रॉस्ट क्षेत्रों में दफनाया जाना चाहिए। इसलिए, रेडियोधर्मी कचरे को संसाधित करने का एक तरीका खोजने के लिए लगातार काम चल रहा है, जो निपटान की समस्या को हल करे और हमारे ग्रह की पारिस्थितिकी को बनाए रखने में मदद करे।

दूसरी बड़ी समस्या है एनपीपी संचालन के दौरान सुरक्षा सुनिश्चित करना।चेरनोबिल जैसी बड़ी दुर्घटनाएँ कई लोगों की जान ले सकती हैं और विशाल प्रदेशों को उपयोग से बाहर कर सकती हैं।

जापानी परमाणु ऊर्जा संयंत्र "फुकुशिमा -1" में दुर्घटना ने केवल उस संभावित खतरे की पुष्टि की जो परमाणु सुविधाओं पर आपातकालीन स्थिति की स्थिति में प्रकट होता है।

हालाँकि, परमाणु ऊर्जा की संभावनाएँ इतनी महान हैं कि पर्यावरणीय समस्याएँ पृष्ठभूमि में चली जाती हैं।

आज, मानवता के पास लगातार बढ़ती ऊर्जा की भूख को संतुष्ट करने का कोई अन्य तरीका नहीं है। भविष्य के परमाणु ऊर्जा उद्योग का आधार शायद "तेज़" रिएक्टर होंगे जो परमाणु ईंधन के प्रजनन के कार्य के साथ होंगे।

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आधुनिक दुनिया में परमाणु ऊर्जा का महत्व

पिछले कुछ दशकों में परमाणु ऊर्जा ने एक बड़ा कदम आगे बढ़ाया है, जो कई देशों के लिए बिजली के सबसे महत्वपूर्ण स्रोतों में से एक बन गया है। इसी समय, यह याद रखना चाहिए कि राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के इस क्षेत्र के विकास के पीछे हजारों वैज्ञानिकों, इंजीनियरों और सामान्य श्रमिकों के भारी प्रयास हैं जो यह सुनिश्चित करने के लिए सब कुछ कर रहे हैं कि "शांतिपूर्ण परमाणु" न बदले लाखों लोगों के लिए एक वास्तविक खतरा। किसी भी परमाणु ऊर्जा संयंत्र का वास्तविक केंद्र परमाणु रिएक्टर होता है।

परमाणु रिएक्टर के निर्माण का इतिहास

इस तरह का पहला उपकरण संयुक्त राज्य अमेरिका में द्वितीय विश्व युद्ध की ऊंचाई पर प्रसिद्ध वैज्ञानिक और इंजीनियर ई। फर्मी द्वारा बनाया गया था। इसकी असामान्य उपस्थिति के कारण, एक दूसरे के ऊपर ग्रेफाइट ब्लॉकों के ढेर जैसा दिखता है, इस परमाणु रिएक्टर को शिकागो स्टैक कहा जाता था। यह ध्यान देने योग्य है कि यह उपकरण यूरेनियम पर काम करता था, जिसे ब्लॉकों के बीच रखा गया था।

सोवियत संघ में एक परमाणु रिएक्टर का निर्माण

हमारे देश में, परमाणु मुद्दों पर भी अधिक ध्यान दिया गया। इस तथ्य के बावजूद कि वैज्ञानिकों के मुख्य प्रयास परमाणु के सैन्य अनुप्रयोग पर केंद्रित थे, उन्होंने शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए भी प्राप्त परिणामों का सक्रिय रूप से उपयोग किया। पहला परमाणु रिएक्टर, कोडनेम F-1, दिसंबर 1946 के अंत में प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी आई। कुरचटोव के नेतृत्व में वैज्ञानिकों के एक समूह द्वारा बनाया गया था। इसका महत्वपूर्ण दोष किसी भी प्रकार की शीतलन प्रणाली का अभाव था, इसलिए इसके द्वारा जारी ऊर्जा की शक्ति अत्यंत नगण्य थी। उसी समय, सोवियत शोधकर्ताओं ने जो काम शुरू किया था, उसे पूरा किया, जिसके परिणामस्वरूप आठ साल बाद ही ओबनिंस्क शहर में दुनिया का पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र खुल गया।

रिएक्टर के संचालन का सिद्धांत

एक परमाणु रिएक्टर एक अत्यंत जटिल और खतरनाक तकनीकी उपकरण है। इसके संचालन का सिद्धांत इस तथ्य पर आधारित है कि यूरेनियम के क्षय के दौरान, कई न्यूट्रॉन निकलते हैं, जो बदले में, पड़ोसी यूरेनियम परमाणुओं से प्राथमिक कणों को बाहर निकाल देते हैं। यह श्रृंखला प्रतिक्रिया ऊष्मा और गामा किरणों के रूप में महत्वपूर्ण मात्रा में ऊर्जा छोड़ती है। उसी समय, इस तथ्य को ध्यान में रखा जाना चाहिए कि यदि इस प्रतिक्रिया को किसी भी तरह से नियंत्रित नहीं किया जाता है, तो कम से कम समय में यूरेनियम परमाणुओं के विखंडन से अवांछनीय परिणामों के साथ एक शक्तिशाली विस्फोट हो सकता है।

कड़ाई से परिभाषित ढांचे के भीतर आगे बढ़ने के लिए प्रतिक्रिया के लिए, परमाणु रिएक्टर के डिजाइन का बहुत महत्व है। वर्तमान में, ऐसी प्रत्येक संरचना एक प्रकार का बॉयलर है जिसके माध्यम से शीतलक प्रवाहित होता है। इस क्षमता में आमतौर पर पानी का उपयोग किया जाता है, लेकिन ऐसे परमाणु ऊर्जा संयंत्र हैं जो तरल ग्रेफाइट या भारी पानी का उपयोग करते हैं। सैकड़ों विशेष हेक्सागोनल कैसेट के बिना एक आधुनिक परमाणु रिएक्टर की कल्पना नहीं की जा सकती। उनमें ईंधन तत्व होते हैं, जिन चैनलों के माध्यम से शीतलक प्रवाहित होते हैं। यह कैसेट एक विशेष परत के साथ लेपित होता है जो न्यूट्रॉन को प्रतिबिंबित करने में सक्षम होता है और इस प्रकार श्रृंखला प्रतिक्रिया को धीमा कर देता है।

परमाणु रिएक्टर और इसकी सुरक्षा

इसमें सुरक्षा के कई स्तर हैं। शरीर के अलावा, यह विशेष थर्मल इन्सुलेशन और जैविक सुरक्षा के साथ शीर्ष पर आच्छादित है। इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से, यह संरचना एक शक्तिशाली प्रबलित कंक्रीट बंकर है, जिसके दरवाजे यथासंभव कसकर बंद हैं।

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