Как запускается ядерный реактор
Перейти к содержимому

Как запускается ядерный реактор

  • автор:

ПРОДУКЦИЯ И УСЛУГИ

Почему ядерный реактор при запуске светится голубым цветом?

Те, кому удалось понаблюдать за ядерным реактором при запуске, делают акцент на том, что зрелище это фантастическое. А всё дело в том, что данное устройство светится ярко-голубым светом при старте. На самом деле всё куда интереснее. Этот феномен объясняется радиацией Черенкова, излучающей энергию за счет заряженных частиц проходящих сквозь через диэлектрическую среду на более высокой скорости большей, чем скорость света. Это свечение названо в честь учёного Черенкова, который получил Нобеля в 1958 году за достижения в области физики, а именно объяснил данный эффект.

Теория относительности гласит — «нет ничего быстрее скорости света в вакууме».
Но данное утверждение не совпадает с фактом перемещения света и элементарных частиц в других субстанциях, например в воде, где свет растворяется примерно на 40% медленней. Поэтому быстрые элементарные частицы в прозрачной среде могут двигаться быстрее солнечного света. Так и получается радиация Черенкова, обуславливающая появление голубого свечения при старте ядерного реактора.

Как запускается ядерный реактор

Ядерный (атомный) реактор – установка, в которой осуществляется самоподдерживающаяся управляемая цепная ядерная реакция деления. Ядерные реакторы используются в атомной энергетике и в исследовательских целях. Основная часть реактора – его активная зона, где происходит деление ядер и выделяется ядерная энергия. Активная зона, имеющая обычно форму цилиндра объёмом от долей литра до многих кубометров, содержит делящееся вещество (ядерное топливо) в количестве, превышающем критическую массу. Ядерное топливо (уран, плутоний) размещается, как правило, внутри тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), количество которых в активной зоне может достигать десятков тысяч. ТВЭЛы сгруппированы в пакеты по несколько десятков или сотен штук. Активная зона в большинстве случаев представляет собой совокупность ТВЭЛов погружённых в замедляющую среду (замедлитель) – вещество, за счёт упругих соударений с атомами которого энергия нейтронов, вызывающих и сопровождающих деление, снижается до энергий теплового равновесия со средой. Такие “тепловые” нейтроны обладают повышенной способностью вызывать деление. В качестве замедлителя обычно используется вода (в том числе и тяжёлая, D2О) и графит. Активную зону реактора окружает отражатель из материалов, способных хорошо рассеивать нейтроны. Этот слой возвращает вылетающие из активной зоны нейтроны обратно в эту зону, повышая скорость протекания цепной реакции и снижая критическую массу. Вокруг отражателя размещают радиационную биологическую защиту из бетона и других материалов для снижения излучения за пределами реактора до допустимого уровня.
В активной зоне в результате деления освобождается в виде тепла огромная энергия. Она выводится из активной зоны с помощью газа, воды или другого вещества (теплоносителя), которое постоянно прокачивается через активную зону, омывая ТВЭЛы. Это тепло может быть использовано для создания горячего пара, вращающего турбину электростанции.
Для управления скоростью протекания цепной реакции деления применяют регулирующие стержни из материалов, сильно поглощающих нейтроны. Введение их в активную зону снижает скорость цепной реакции и при необходимости полностью останавливает её, несмотря на то, что масса ядерного топлива превышает критическую. По мере извлечения регулирующих стержней из активной зоны поглощение нейтронов уменьшается, и цепная реакция может быть доведена до стадии самоподдерживающейся.
Первый реактор был пущен в США в 1942 г. В Европе первый реактор был пущен в 1946 г. в СССР.

Как запускается атомный реактор, и почему он излучает синее свечение ⁠ ⁠

Многие примерно представляют, как работают атомные реакторы на электростанциях, но вот сама подготовка к запуску и момент этого запуска — это очень интересная тема. Потому что сам момент выхода реактора из подкритического состояния на минимально контролируемый уровень мощности (МКУМ) — это не только очень ответственный процесс, но и весьма эффектный.

Как запускается атомный реактор, и почему он излучает синее свечение Ядерный реактор, Свечение, Как это сделано, Видео, Длиннопост

Сборка с ТВЭЛами

Здесь следует напомнить, что в реакторе есть тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы), который состоят из циркониевых трубок, внутри которых помещены таблетки уранового топлива. Пока эти ТВЭЛы просто лежат, вокруг них можно даже ходить, потому что в таком состоянии цепная реакция невозможна. Другое дело, если эти ТВЭЛы собрать в одном месте в достаточном количестве. В этих таблетках содержится 2 % двуокиси урана 235, и 98 % урана 238, 236, 239.

Как запускается атомный реактор, и почему он излучает синее свечение Ядерный реактор, Свечение, Как это сделано, Видео, Длиннопост

Кран-манипулятор провозит сборку с ТВЭЛами к реактору

Длина такой циркониевой трубки около 3,5 м, а диаметр около 1,35 см. Эти ТВЭЛы собираются в сборку, а сами сборки помещаются в реактор. Наполнение реактора такими сборками происходит при помощи манипулятора и камеры слежения. Как можно видеть, этот реактор уже почти заполнен. В шахту погружается манипулятор со сборкой ТВЭЛов (тот что слева), а рядом погружена труба с камерой визуального контроля.

Как запускается атомный реактор, и почему он излучает синее свечение Ядерный реактор, Свечение, Как это сделано, Видео, Длиннопост

Установка сборки с ТВЭЛами в реактор и визуальный контроль

Операторы крана-манипулятора погружает эти сборки с ТВЭЛами по очереди. При этом пустой бассейн выдержки отработавшего ядерного топлива используется как помещение временного хранения этих сборок на достаточном друг от друга расстоянии. Манипулятор берёт сборку и провозит её через зазор в стене между бассейном и реакторной шахтой.

Как запускается атомный реактор, и почему он излучает синее свечение Ядерный реактор, Свечение, Как это сделано, Видео, Длиннопост

Слева манипулятор, справа камера

Установка сборок в сам реактор — это очень сложный и ответственный процесс. Для этого используется человеко-машинный метод контроля, когда не только всевозможные датчики следят за установкой, но ещё и персонал через видеокамеру. Как можно видеть, в этом реакторе большая часть сборок с ТВЭЛами уже установлены. Ни в коем случае нельзя допустить, чтобы при касании или при ударе обо что угодно эта сборка разошлась, а сами циркониевые стержни с урановым топливом попадали в реактор в зазоры.

Как запускается атомный реактор, и почему он излучает синее свечение Ядерный реактор, Свечение, Как это сделано, Видео, Длиннопост

Работа манипулятора и камеры с подсветкой

Здесь также нужно отдельно пояснить, что помимо урановых стержней в этих сборках есть ещё и стержни-поглотители нейтронов. Они препятствую запуску цепной реакции, т.к. количества нейтронов и их суммарной энергии недостаточно для запуска процесса цепной ядерной реакции деления.

Как запускается атомный реактор, и почему он излучает синее свечение Ядерный реактор, Свечение, Как это сделано, Видео, Длиннопост

Надреакторный бассейн и сама шахта реактора заполняются водой

После того, как всё готово к запуску, сама шахта реактора и надреакторная часть бассейна заполняются водой до нужного уровня. Эта вода является первичным теплоносителем, и охладителем и защитой от излучения. Затем уже сам непосредственный пуск реактора начинается с подъёма стержней аварийной защиты в крайнее верхнее положение. Этот процесс проходит медленно и под постоянным контролем состояния реактора.

Как запускается атомный реактор, и почему он излучает синее свечение Ядерный реактор, Свечение, Как это сделано, Видео, Длиннопост

Вынимаются управляющие стержни, нет никакого свечения

Сейчас реактор выглядит примерно так. После того, как все стержни аварийной защиты вынуты из реактора, начинается постепенный подъём стержней автоматического регулирования. Всё это увеличивает плотность нейтронного потока. После того, как и стержни автоматического регулирования вынуты, начинается работа с компенсирующей группой. По сути это стержни компенсации реактивности реактора.

Как запускается атомный реактор, и почему он излучает синее свечение Ядерный реактор, Свечение, Как это сделано, Видео, Длиннопост

На определённом этапе работы с реактивностью реактора появляется яркая вспышка. Её спектральный состав лежит больше в сине-фиолетовой зоне видимого света, а также в УФ-части спектра. Зрелище это по истине фантастическое и ни с чем несравнимое. С этого момента реактор считается запущенным. А всё дело в том, что в момент возникновения цепной реакции деления урана появляется большое количество элементарных частиц, у которых достаточно высокая скорость. Но поскольку все эти процессы проходят в воде, то скорость света в ней примерно на 40% ниже, чем в вакууме.

Как запускается атомный реактор, и почему он излучает синее свечение Ядерный реактор, Свечение, Как это сделано, Видео, Длиннопост

Установившееся свечение реактора

Так вот, некоторые частицы обладают на столько большой энергией, что перемещаются в воде чуть быстрее, чем свет перемещается в этой же воде. Если проводить аналогии, то здесь работает тот же эффект, который порождает ударную звуковую волну при переходе истребителя на сверхзвук. Только здесь вместо воздуха вода, вместо истребителя элементарные частицы, а вместо звука свет. Это излучение было названо излучением Вавилова-Черенкова. А учёные, открывшие этот эффект и объяснившие его природу, были удостоены Нобелевской премии в 1958 году.

Как запускается ядерный реактор?

На видео к заметке представлен юбилейный 10-ти тысячный запуск реактора ACRR (Annular Core Research Reactor), расположенного в лаборатории центра ядерного оружия ВВС США на базе Киртленд.

nuclear

Реактор является испытательным, функционирует с 1979 года и главным образом служит для испытаний вооружений и их компонентов в условиях ядерного взрыва. Установленная мощность составляет 2 МВт, но при пуске в течение 7 милисекунд мощность составляет 35 ГВт.

Голубое свечение – излучение Вавилова-Черенкова – заряженные частицы, движущиеся с превышением фазовой скорости света в прозрачной среде.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *