原子炉とは。 原子炉：動作原理、特性、説明
核分裂の連鎖反応には、常に莫大なエネルギーの放出が伴います。 このエネルギーの実用化が原子炉の主な仕事です。
原子炉は、制御された、または制御された核分裂反応が起こる装置です。
運転原理によれば、原子炉は熱中性子炉と高速中性子炉の2つのグループに分けられます。
熱中性子原子炉はどのように機能しますか?
典型的な原子炉には次のものがあります。
- コアとモデレーター。
- 中性子反射板;
- 熱媒体;
- 連鎖反応制御システム、緊急保護;
- 制御および放射線防護のシステム;
- リモートコントロールシステム。
1 - アクティブゾーン。 2 - リフレクター。 3 - 保護。 4 - 制御棒。 5 - クーラント; 6 - ポンプ。 7 - 熱交換器; 8 - タービン。 9 - ジェネレーター。 10 - コンデンサ。
コアとモデレーター
制御された核分裂連鎖反応が起こるのはコアです。
ほとんどの原子炉は、ウラン 235 の重同位体で稼働します。 しかし、ウラン鉱石の天然サンプルでは、その含有量はわずか 0.72% です。 この濃度では、連鎖反応が発生するのに十分ではありません。 したがって、鉱石は人工的に濃縮され、この同位体の含有量は 3% になります。
ペレットの形の核分裂性物質または核燃料は、TVEL (燃料要素) と呼ばれる密閉された棒に入れられます。 それらは、で満たされたアクティブゾーン全体に浸透します モデレータ中性子。
原子炉に中性子減速材が必要なのはなぜですか?
事実は、ウラン235核の崩壊後に生まれた中性子が非常に高速であることです。 他のウラン原子核によるそれらの捕獲の確率は、低速中性子の捕獲の確率よりも数百倍少ない。 そして、速度を落とさないと、核反応は時間の経過とともに弱まる可能性があります。 減速材は、中性子の速度を下げるという問題を解決します。 高速中性子の経路に水またはグラファイトを配置すると、それらの速度を人為的に減速することができ、原子に捕捉される粒子の数を増やすことができます。 同時に、原子炉内での連鎖反応に必要な核燃料の量は少なくなります。
減速プロセスの結果として、 熱中性子、その速度は、室温でのガス分子の熱運動の速度に実質的に等しい。
原子炉の減速材として、水、重水（酸化重水素D 2 O）、ベリリウム、グラファイトが使われています。 しかし、最高の減速機は重水 D 2 O です。
中性子反射板
環境への中性子の漏れを避けるために、原子炉の炉心は 中性子反射板. リフレクターの素材としては、減速材と同じ物質がよく使われます。
クーラント
中に放出される熱 核反応、クーラントによって除去されます。 原子炉の冷却材として、従来の 天然水、さまざまな不純物やガスから事前に精製されています。 しかし、水はすでに 100 ℃ の温度と 1 気圧の圧力で沸騰するため、沸点を上げるために、一次冷却回路の圧力を上げます。 原子炉炉心を循環する一次回路の水は、320℃の温度まで加熱しながら燃料要素を洗浄する。さらに熱交換器の内部で、それは第二回路の水に熱を放出する。 交換は熱交換チューブを通過するため、二次回路の水との接触はありません。 これはヒットを除外します 放射性物質熱交換器の 2 番目の回路に入ります。
そして、火力発電所のようにすべてが起こります。 2 番目の回路の水は蒸気に変わります。 蒸気はタービンを回し、それが発電機を駆動し、電気を生成します。
重水型原子炉では、冷却材は重水 D 2 O であり、液体金属冷却材を使用する原子炉では、それは溶融金属です。
連鎖反応制御システム
原子炉の現在の状態は、と呼ばれる量によって特徴付けられます。 反応性。
ρ = ( k-1)/ k ,
k = 私/ n i -1 ,
どこ k は中性子増倍率、
私は は、核分裂反応における次世代の中性子の数です。
n i -1 , は、同じ反応における前世代の中性子の数です。
もし k˃1 、連鎖反応が構築され、システムが呼び出されます 超臨界番目。 もし k< 1 、連鎖反応が減衰し、システムが呼び出されます 亜臨界. で k = 1 原子炉が入っています 安定した危機的状態、分裂性核の数は変わらないからです。 この状態で、反応性 ρ = 0 .
原子炉の臨界状態 (原子炉で必要な中性子増倍率) は、移動することによって維持されます。 制御棒. それらが作られている材料には、中性子を吸収する物質が含まれています。 これらのロッドをコアに押し込むか押し込むと、核分裂反応の速度が制御されます。
制御システムは、原子炉の始動時、計画的停止時、出力運転時、および原子炉の緊急保護時に原子炉を制御します。 これは、制御棒の位置を変えることによって達成されます。
原子炉パラメータ (温度、圧力、出力スルー レート、燃料消費など) のいずれかが標準から逸脱し、これが事故につながる可能性がある場合、特別な 緊急ロッドそして、核反応が急速に停止します。
反応器のパラメータが規格に準拠していることを確認するには、監視します。 監視および放射線防護システム.
ガード用 環境放射線から、原子炉は厚いコンクリートのケースに入れられます。
リモートコントロールシステム
原子炉の状態に関するすべての信号 (冷却材温度、放射線レベル 異なる部分原子炉など）原子炉制御盤に到着し、 コンピュータシステム. オペレーターは、特定の逸脱を排除するために必要なすべての情報と推奨事項を受け取ります。
高速中性子炉
このタイプの原子炉と熱中性子原子炉の違いは、ウラン 235 の崩壊後に発生する高速中性子が減速されず、ウラン 238 に吸収されてプルトニウム 239 に変換されることです。 したがって、高速中性子原子炉は、兵器級のプルトニウム 239 と熱エネルギーを生成するために使用され、原子力発電所の発電機によって電気エネルギーに変換されます。
そのような原子炉の核燃料はウラン238で、原材料はウラン235です。
天然のウラン鉱石では、99.2745% がウラン 238 です。 熱中性子が吸収されると、核分裂せずにウラン 239 の同位体になります。
β崩壊後しばらくして、ウラン239はネプツニウム239の原子核に変わります。
239 92 U → 239 93 Np + 0 -1 e
2 回目の β 崩壊の後、核分裂性プルトニウム 239 が形成されます。
239 9 3 Np → 239 94 Pu + 0 -1 e
そして最後に、プルトニウム 239 原子核のアルファ崩壊の後、ウラン 235 が得られます。
239 94 Pu → 235 92 U + 4 2 He
原材料（濃縮ウラン235）を含む燃料要素は、原子炉の炉心にあります。 このゾーンは、燃料 (劣化ウラン 238) を含む燃料棒である繁殖ゾーンに囲まれています。 ウラン 235 の崩壊後にコアから放出された高速中性子は、ウラン 238 原子核によって捕捉されます。 その結果がプルトニウム239です。 このようにして、高速中性子炉で新しい核燃料が製造されます。
高速中性子原子炉では、液体金属またはその混合物が冷却材として使用されます。
原子炉の分類と応用
原子炉は主に 原子力発電所. 彼らの助けを借りて、電気エネルギーと熱エネルギーが得られます 工業規模. そのような原子炉は呼ばれます エネルギー .
原子炉は、最新の原子力発電所の推進システムで広く使用されています。 潜水艦、水上艦、宇宙技術。 それらはエンジンに電気エネルギーを供給し、呼ばれます 輸送用原子炉 .
為に 科学研究の地域で 核物理学および放射線化学は、炉心で得られる中性子束、ガンマ量子を使用します。 研究炉。 それらによって生成されるエネルギーは100 MWを超えず、産業目的には使用されません。
力 実験炉 少ないも。 それは数kWの値にしか達しません。 これらの原子炉は、さまざまな研究に使用されます。 物理量、その重要性は核反応の設計において重要です。
に 工業用原子炉 医療目的だけでなく、産業や技術のさまざまな分野で使用される放射性同位体を生成するための原子炉が含まれます。 淡水化炉 海水工業用原子炉にも適用されます。
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レッスンの目的:
- 教育: 既存の知識を更新する。 概念の形成を続ける：ウラン核の分裂、核連鎖反応、その発生条件、臨界質量。 新しい概念を導入する：原子炉、原子炉の主要要素、原子炉の設計とその動作原理、核反応の制御、原子炉の分類とその使用。
- 現像： 学生の知的能力と好奇心を発達させるだけでなく、観察して結論を引き出す能力の形成を継続します。
- 教育: 実験科学としての物理学に対する態度の教育を継続する。 仕事に対する良心的な態度、規律、知識に対する積極的な態度を養うこと。
レッスンの種類:新しい教材を学ぶ。
装置：マルチメディアのインストール。
授業中
1.組織的な瞬間。
彼ら！ 今日のレッスンでは、ウラン核の分裂、核連鎖反応、その発生条件、臨界質量を繰り返します。原子炉とは何か、原子炉の主要な要素、原子炉の装置を学びます。原子炉とその運転原理、核反応制御、原子炉の分類とその用途。
2. 学習資料の確認。
- ウラン原子核の核分裂のメカニズム。
- 核連鎖反応のメカニズムを説明します。
- ウラン原子核の核分裂反応の例を挙げてください。
- クリティカルマスとは？
- ウランの質量が臨界未満または臨界以上の場合、連鎖反応はどのように進行しますか?
- ウラン295の臨界質量はどれくらいですか?臨界質量を減らすことは可能ですか?
- 核連鎖反応の過程をどのように変えることができますか?
- 高速中性子を減速させる目的は何ですか?
- モデレーターとして使用される物質は何ですか?
- ウラン片中の自由中性子の数を増やして、その中で反応が起こる可能性を確実にする要因は何ですか?
3. 新素材の説明。
みんな、この質問に答えてください：原子力発電所の主要部分は何ですか？ ( 原子炉)
素晴らしい。 それでは、この問題について詳しく説明しましょう。
歴史参考。
イゴール・ヴァシリエヴィチ・クルチャトフは、1943年から1960年まで原子力研究所の傑出したソビエト物理学者、学者、創設者であり初代所長であり、ソ連における原子力問題の主な科学的指導者であり、平和目的での核エネルギーの使用の創設者の1人です。 . ソ連科学アカデミーの学者 (1943 年)。 1949 年、ソ連で最初の原子爆弾が実験されました。 4年後、世界初の水素爆弾の実験に成功。 そして1949年、イゴール・ヴァシリエヴィッチ・クルチャトフは原子力発電所のプロジェクトに取り組み始めました。 原子力発電所は、原子力の平和利用の使者です。 プロジェクトは成功裏に完了しました。 クルチャトフは子供のように喜んで楽しんでいました！
原子炉の定義。
原子炉は、いくつかの重原子核の核分裂の制御された連鎖反応が実行され、維持される装置です。
最初の原子炉は、1942 年に E. フェルミの指導の下、米国で建設されました。 わが国では、最初の原子炉が 1946 年に IV クルチャトフの指揮の下に建設されました。
原子炉の主な要素は次のとおりです。
- 核燃料（ウラン235、ウラン238、プルトニウム239）;
- 中性子減速材（重水、グラファイトなど）;
- 原子炉の運転中に生成されたエネルギーを出力するための冷却剤（水、液体ナトリウムなど）。
- 制御棒（ホウ素、カドミウム） - 中性子を強く吸収
- 放射線を遅らせる保護シェル（鉄フィラー入りコンクリート）。
動作原理 原子炉
核燃料は、燃料要素（TVEL）と呼ばれる垂直棒の形でアクティブゾーンに配置されています。 燃料棒は、原子炉の出力を制御するように設計されています。
各燃料棒の質量は臨界質量よりもはるかに小さいため、1 つの燃料棒で連鎖反応が発生することはありません。 それは、すべてのウランロッドのアクティブゾーンに浸漬した後に始まります。
アクティブ ゾーンは、中性子を反射する物質の層 (反射体) と、中性子やその他の粒子を閉じ込めるコンクリートの保護シェルに囲まれています。
燃料電池からの熱除去。 冷却剤 - 水でロッドを洗浄し、300 ° C に加熱します。 高圧熱交換器に入ります。
熱交換器の役割-300°Cに加熱された水は、通常の水に熱を放出し、蒸気に変わります。
核反応制御
原子炉は、カドミウムまたはホウ素を含む棒によって制御されます。 棒が炉心から伸びている場合、K > 1、棒が完全に引き込まれている場合、K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.
低速中性子の原子炉。
ウラン 235 原子核の最も効率的な核分裂は、低速中性子の作用下で発生します。 このような原子炉は低速中性子原子炉と呼ばれます。 核分裂反応によって生成される二次中性子は高速です。 その後の連鎖反応でのウラン 235 原子核との相互作用が最も効果的になるように、中性子の運動エネルギーを減少させる物質である減速材をコアに導入することで速度を落とします。
高速中性子炉。
高速中性子炉は、天然ウランでは稼働できません。 この反応は、少なくとも 15% のウラン同位体を含む濃縮混合物でのみ維持できます。 高速中性子炉の利点は、その運転によって大量のプルトニウムが生成され、その後核燃料として使用できることです。
同種および異種リアクター。
原子炉は、燃料と減速材の相互配置に応じて、均質と不均質に分けられます。 均質原子炉では、炉心は、溶液、混合物、または溶融物の形をした燃料、減速材、および冷却材の均質な塊です。 原子炉は不均一と呼ばれ、ブロックまたは燃料集合体の形の燃料が減速材に配置され、その中に規則的な幾何学的格子が形成されます。
内部エネルギーの変換 原子核電気エネルギーに。
原子炉は、熱を変換する原子力発電所 (NPP) の主要な要素です。 核エネルギー電気に。 エネルギー変換は、次のスキームに従って行われます。
- 内部エネルギーウラン核 -
- 中性子と原子核の破片の運動エネルギー -
- 水の内部エネルギー -
- 蒸気の内部エネルギー -
- 蒸気の運動エネルギー -
- タービンローターと発電機ローターの運動エネルギー -
- 電気エネルギー。
原子炉の使用。
目的に応じて、原子炉は電力、変換器および増殖器、研究および多目的、輸送および工業用です。
原子炉は、原子力発電所、船舶発電所、原子力複合熱および発電所で発電するために使用されます。 原子力発電所熱供給。
天然のウランとトリウムから二次核燃料を生産するように設計された原子炉は、コンバーターまたはブリーダーと呼ばれます。 原子炉コンバーターでは、二次核燃料が最初に消費されたよりも少なく形成されます。
増殖炉では、核燃料の拡大再生が行われます。 それは費やされた以上のものであることが判明しました。
研究用原子炉は、中性子と物質との相互作用のプロセスの研究、中性子およびガンマ線の強い場における原子炉材料の挙動の研究、放射化学的および生物学的研究、同位体の生成、および原子炉の物理学における実験的研究に使用されます。
原子炉には、さまざまな電力、定常またはパルス動作モードがあります。 多目的原子炉は、発電や核燃料生産など、複数の目的を果たす原子炉です。
原子力発電所の環境災害
- 1957年 - イギリスでの事故
- 1966 年 - デトロイト近郊で原子炉の冷却が失敗した後、部分的な炉心メルトダウン。
- 1971年 - 大量の汚染水が米国の川に流出
- 1979年 - 米国最大の事故
- 1982年 - 大気中への放射性蒸気の放出
- 1983年 - カナダでの悲惨な事故 (放射性水が20分間流出 - 毎分1トン)
- 1986年 - イギリスでの事故
- 1986 - ドイツでの事故
- 1986年 - チェルノブイリ原子力発電所
- 1988年 - 日本の原子力発電所での火災
現代の原子力発電所には PC が装備されており、以前は自動停止システムがなかったため、事故後も原子炉は稼働し続けていました。
4. 材料を固定します。
- 原子炉とは何ですか？
- 原子炉内の核燃料とは何ですか?
- 原子炉で中性子減速材として機能する物質は何ですか?
- 中性子減速材の目的は何ですか?
- 制御棒は何のためにあるのですか？ それらはどのように使用されますか？
- 原子炉の冷却材として何が使われていますか?
- 各ウラン棒の質量が臨界質量未満である必要があるのはなぜですか?
5. テストの実行。
- ウラン原子核の核分裂に関与する粒子は?
A.陽子;
B.中性子;
B.電子;
G.ヘリウム核。 - 重要なウランの質量はどれくらいですか?
A. 連鎖反応が可能な最大値。
B.任意の質量;
V. 連鎖反応が可能な最小値。
D. 反応が停止する質量。 - ウラン235のおおよその臨界質量は?
A. 9kg;
B. 20kg;
B. 50kg;
G. 90kg。 - 次の物質のうち、原子炉で中性子減速材として使用できるのはどれ?
A.グラファイト;
B.カドミウム;
B.重水;
G. bor。 - 原子力発電所で核連鎖反応が起こるには、中性子増倍率が次のようになる必要があります。
A.は1に等しい;
B. 1つ以上;
V. 1未満。 - 原子炉内の重原子核の核分裂率の調整が行われます。
A.吸収体でロッドを下げるときの中性子の吸収による。
B.クーラントの速度の増加に伴う熱除去の増加による;
B. 消費者への電力供給を増やす。
G. 燃料棒を取り出す際に炉心内の核燃料の質量を減らすことによる。 - 原子炉ではどのようなエネルギー変換が行われますか?
A. 原子核の内部エネルギーが光エネルギーに変換されます。
B. 原子核の内部エネルギーが力学的エネルギーに変換される。
B. 原子核の内部エネルギーが電気エネルギーに変換される。
G. 答えの中に正解はありません。 - 1946 年、ソ連で最初の原子炉が建設されました。 このプロジェクトのリーダーは誰でしたか?
A.S.コロレフ。
B. I.クルチャトフ;
V. D. サハロフ;
G. A. プロホロフ。 - 原子力発電所の信頼性を高め、汚染を防止するために、どの方法が最も適切だと思いますか? 外部環境?
A. 運転者の意思に関係なく、炉心を自動的に冷却できる原子炉の開発。
B. NPP 操作のリテラシー、NPP 操作員の専門的訓練のレベルを高める。
イ 原子力発電所の解体・処理の高効率化技術の開発 放射性廃棄物;
D. 地下深くにある原子炉の場所。
E. 原子力発電所の建設と運転の拒否。 - 原子力発電所の運転に関連する環境汚染の原因は何ですか?
A. ウラン産業。
B. さまざまな種類の原子炉。
B. 放射化学産業;
D. 放射性廃棄物の処理および処分の場所。
E. 国民経済における放射性核種の使用。
E.核爆発。
回答: 1B; 2V; 3V; 4A、B; 5A; 6A; 7V;。 8B; 9 B.V; 10 A、B、C、D、F.
6. レッスンの結果。
今日のレッスンで新しく学んだことは何ですか？
レッスンのどこが好きでしたか？
質問は何ですか？
レッスンにご参加いただきありがとうございます。
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産業用原子炉は、もともと核兵器を保有する国でのみ開発されました。 アメリカ、ソ連、イギリス、フランスが積極的に探検 異なる変種原子炉。 ただし、後に 原子力主に燃料、炉心温度を維持するために使用される冷却材、および崩壊プロセス中に放出され、連鎖反応を維持するために必要な中性子の速度を低下させるために使用される減速材が異なります。
その中で、最初の（そして最も一般的な）タイプは濃縮ウラン原子炉で、冷却材と減速材の両方が普通の水または「軽水」（軽水炉）です。 軽水炉には主に 2 つの種類があります。タービンを回転させる蒸気が炉心で直接形成される原子炉 (沸騰水型原子炉) と、蒸気が外部回路または接続された第 2 回路で形成される原子炉です。熱交換器と蒸気発生器 (VVER、下記参照) による一次回路へ。 軽水炉の開発は、米軍のプログラムと同じくらい早く始まりました。 このように、1950 年代にゼネラル エレクトリック社とウェスティングハウス社は、米海軍の潜水艦と空母用の軽水炉を開発しました。 これらの企業は、核燃料の再生と濃縮のための技術を開発するための軍事計画の実施にも関与していました。 同じ 10 年間に、グラファイト減速沸騰水型原子炉がソ連で開発されました。
私が見つけた2番目のタイプの原子炉 実用、ガス冷却反応器（グラファイト減速材付き）です。 その作成はまた、初期の核兵器開発プログラムと密接に関連していました。 1940 年代後半から 1950 年代前半にかけて、イギリスとフランスは独自の 原子爆弾、兵器級のプルトニウムを非常に効率的に生成し、さらに天然ウランで動作できるガス冷却原子炉の開発に焦点を当てました。
商業的な成功を収めた 3 番目のタイプの原子炉は、冷却材と減速材の両方が重水であり、燃料も天然ウランである原子炉です。 原子力時代の初めに、重水炉の潜在的な利点が多くの国で調査されました。 しかし、そのような原子炉の生産は主にカナダに集中していた。
現在、世界には 5 種類の原子炉があります。 これらは、VVER原子炉（公共水力発電炉）、RBMK（原子炉）です。 ビッグパワー Channel)、重水炉、ガスループ付きボールベッド原子炉、高速中性子炉。 もちろん、個々の設計要素を他のタイプから借用することもできますが、各タイプの原子炉には他のタイプと区別する設計上の特徴があります。 VVERは主に領土に建設されました 旧ソ連そして 東ヨーロッパ、ロシア、国には多くのRBMKタイプの原子炉があります 西ヨーロッパと 東南アジア、重水炉は主にアメリカで建設されました。
VVER。 VVER 原子炉は、ロシアで最も一般的なタイプの原子炉です。 非常に魅力的なのは、これらの原子炉で濃縮ウランを使用する必要があるにもかかわらず、それらで使用される減速材冷却材の低コストと運転の相対的な安全性です。 VVER原子炉の名前から、減速材と冷却材の両方が通常の軽水であることがわかります。 4.5％まで濃縮されたウランが燃料として使用されます。
RBMK。 RBMK は、VVER とは少し異なる原則に基づいて構築されています。 まず第一に、そのコアで沸騰が発生します-蒸気と水の混合物が原子炉から発生し、セパレーターを通過して、原子炉の入口に戻る水とタービンに直接向かう蒸気に分けられます。 タービンによって生成された電気は、VVER 原子炉の場合と同様に、仕事にも使われます。 循環ポンプ. その模式図を図 4 に示します。
RBMK の電力は 1000 MW です。 RBMK 原子炉を備えた NPP は、原子力産業で大きなシェアを占めています。 そのため、レニングラード、クルスク、チェルノブイリ、スモレンスク、イグナリナ原子力発電所が装備されています。
比較する さまざまな種類原子炉、私たちの国と世界でこれらのデバイスの最も一般的な2つのタイプであるVVERとRBMKに立ち寄る価値があります。 最も基本的な違いは次のとおりです。VVER - 圧力容器原子炉 (圧力は原子炉圧力容器によって維持されます)。 RBMK - チャネル反応器 (圧力は各チャネルで独立して維持されます); VVERでは、冷却剤と減速材は同じ水です（追加の減速材は導入されていません）。RBMKでは、減速材はグラファイトで、冷却材は水です。 VVER では、蒸気は蒸気発生器の 2 番目の容器で生成されます; RBMK では、蒸気は原子炉炉心 (沸騰水型原子炉) で直接生成され、タービンに直接送られます - 2 番目の回路はありません。 なぜなら 異なる構造アクティブゾーン、これらのリアクターの操作パラメーターも異なります。 原子炉の安全のために、次のようなパラメータ 反応係数-リアクターの1つまたは別のパラメーターの変化が、その中の連鎖反応の強度にどのように影響するかを示す値として比喩的に表すことができます。 この係数が正の場合、係数が与えられるパラメーターの増加に伴い、他の影響がない場合、反応器内の連鎖反応が増加し、最後に制御されていない状態に切り替えることが可能になりますそしてカスケード増加反応 - 反応器は加速します。 原子炉の加速中に、激しい熱放出が発生し、熱エミッターの溶融、それらの溶融物の流入につながります 下部これは、原子炉容器の破壊と環境への放射性物質の放出につながる可能性があります。
表 13 は、RBMK と VVER の反応性指標を示しています。
VVER原子炉では、蒸気が炉心に現れたり、冷却材の温度が上昇して密度が低下したりすると、中性子が冷却材分子の原子と衝突する回数が減少し、中性子の減速が減少します。その結果、それらはすべて他の核と反応することなくコアを離れます. 原子炉が停止します。
要約すると、RBMK 原子炉は必要な燃料濃縮が少なく、核分裂性物質 (プルトニウム) を生成する能力が高く、連続運転サイクルがありますが、運転中の潜在的な危険性が高くなります。 この危険の程度は、緊急保護システムの品質と操作担当者の資格によって異なります。 さらに、二次回路がないため、RBMK は動作中に大気中により多くの放射線を放出します。
重水炉。 カナダとアメリカでは、原子炉の開発者は、原子炉内で連鎖反応を維持するという問題を解決する際に、減速材として重水を使用することを好みました。 重水は中性子吸収が非常に低く、グラファイトを超える非常に高い減速特性を持っています。 その結果、重水炉は濃縮されていない燃料で動作するため、ウラン濃縮のための複雑で危険な企業を構築しないことが可能になります。
ボールベッドリアクター。 球状の原子炉では、アクティブゾーンはボールの形をしており、その中に燃料要素も球状に充填されています。 各要素は、酸化ウランの粒子が点在する黒鉛球です。 ガスは反応器に送り込まれます - 二酸化炭素 CO2 が最もよく使用されます。 ガスは加圧下でコアに供給され、続いて熱交換器に入ります。 原子炉は、炉心に挿入された吸収棒によって制御されます。
高速中性子炉。 高速中性子炉は、他のすべてのタイプの原子炉とは大きく異なります。 その主な目的は、ウラン 238 からの核分裂性プルトニウムの拡大増殖を確実にし、既存の劣化ウラン埋蔵量だけでなく、天然ウランのすべてまたはかなりの部分を燃焼させることです。 高速中性子炉におけるエネルギーの開発により、燃料による核エネルギーの自給自足の問題を解決することができます。
高速中性子炉には減速材がありません。 この点で、燃料として使用されるのはウラン 235 ではなく、高速中性子から核分裂する可能性があるプルトニウムとウラン 238 です。 プルトニウムは十分な中性子束密度を提供するために必要ですが、これはウラン 238 だけでは提供できません。 高速中性子原子炉の熱放出は、低速中性子原子炉の熱放出よりも 10 倍から 15 倍大きいため、水の代わりに (そのようなエネルギー量の移動には対応できない)、ナトリウム溶融物が使用されます (その入口温度は370度、出口温度は550度です。現在、主に設計の複雑さと構造部品用の十分に安定した材料を入手するという問題のために、高速中性子炉は広く使用されていません.ロシアでは、このタイプの 1 基の原子炉 (ベロヤルスク原子力発電所)。このような原子炉には大きな未来があると考えられています。
要約すると、次のように言う価値があります。 VVER原子炉は非常に安全に運転できますが、高度に濃縮されたウランが必要です。 RBMK原子炉は、適切な運転と適切に設計された保護システムによってのみ安全ですが、低濃縮燃料やVVERからの使用済み燃料さえも使用できます. 重水炉は誰にとっても良いものですが、重水を作るには非常に費用がかかります。 ペブルベッドを備えた原子炉の製造技術はまだ十分に開発されていませんが、このタイプの原子炉は、特に原子炉の暴走事故で壊滅的な結果が生じないため、幅広い用途に最も適していると認識されるべきです。 高速中性子原子炉は、核エネルギーの燃料生産の未来であり、これらの原子炉は核燃料を最も効率的に使用しますが、その設計は非常に複雑であり、依然として信頼性に欠けています.
また、必要に応じて反応器を急冷し使用する バケツ一杯の水と 氷.
| エレメント | 熱容量 |
|---|---|
| 冷却棒 10k(英語 10k クーラント セル) | |
| 10 000 | |
| 冷却棒 30k(Eng. 30K クーラントセル) | |
| 30 000 | |
| 冷却棒 60k(eng. 60K クーラントセル) | |
| 60 000 | |
| 赤コンデンサー(英語 RSH-コンデンサー) | |
| 19 999 | |
| 過熱したコンデンサーをレッドストーン ダストと一緒にクラフト グリッドに配置することで、10000 eT の熱供給を補充できます。 したがって、コンデンサを完全に復元するには、2つのダストが必要です。 |
|
| ラピスコンデンサー(英語の LZH コンデンサー) | |
| 99 999 | |
| レッドストーン (5000 eT) だけでなく、40000 eT のラピスラズリも補充されます。 |
原子炉冷却 (バージョン 1.106 まで)
- 冷却棒は 10,000 eT を保存でき、毎秒 1 eT ずつ冷却されます。
- リアクター シェルも 10,000 eT を蓄え、毎秒 10% の確率で 1 eT (平均 0.1 eT) 冷却します。 サーモプレート、フューエル エレメント、ヒート スプレッダーを介して熱を分散させることができます。 もっと冷却要素。
- ヒート スプレッダーは 10,000 eT を保存し、近くの要素の熱レベルのバランスもとりますが、それぞれに 6 eT/s 以下しか再分配しません。 また、最大 25 eT/s の熱をケースに再分配します。
- パッシブ冷却。
- 原子炉の周りの 3x3x3 の領域で原子炉を取り囲む空気の各ブロックは船体を 0.25 eT/s 冷却し、水の各ブロックは 1 eT/s 冷却します。
- さらに、原子炉自体は 1 eT/s で冷却されます。 内部システム換気。
- 追加の原子炉チャンバーもそれぞれ換気され、船体をさらに 2 eT/s 冷却します。
- しかし、3x3x3 ゾーンに溶岩ブロック (ソースまたは流れ) がある場合、それらは船体の冷却を 3 eT/s 減少させます。 また、同じエリアで火を燃やすと、冷却が 0.5 eT/s 減少します。
- 緊急冷却 (バージョン 1.106 まで)。
- 炉心に置かれたバケツの水は、少なくとも 4,000 eT 加熱された場合、原子炉容器を 250 eT 冷却します。
- 氷は、少なくとも 300 eT 熱せられた場合、体を 300 eT 冷却します。
原子炉の分類
原子炉には、MK1、MK2、MK3、MK4、MK5 という独自の分類があります。 タイプは、熱とエネルギーの放出、およびその他の側面によって決定されます。 MK1 は最も安全ですが、生成されるエネルギーは最も少なくなります。 MK5 は、最高の爆発確率で最大のエネルギーを生成します。
MK1
まったく加熱せず、同時に最小限のエネルギーしか生成しない、最も安全なタイプのリアクター。 MK1A - 環境に関係なくクラス条件に準拠するものと、MK1B - クラス 1 規格に準拠するためにパッシブ冷却を必要とするものです。
MK2
最適なタイプの原子炉。フルパワーで動作している場合、1 サイクルあたり 8500 eT を超えて加熱されません (燃料要素が完全に放電する時間または 10,000 秒)。 したがって、これは最適な熱/エネルギーのトレードオフです。 これらのタイプの原子炉には、別の分類 MK2x もあります。x は、原子炉が重大な過熱なしで動作するサイクル数です。 1 (1 サイクル) から E (16 サイクル以上) までの数を指定できます。 MK2-E は、事実上永久的なものであるため、すべての原子炉のベンチマークです。 (つまり、16 番目のサイクルが終了する前に、原子炉は 0 eT まで冷却する時間があります)
MK3
少なくとも 1/10 を実行できる原子炉 フルサイクル水の蒸発/ブロックの溶解はありません。 MK1 や MK2 より強力ですが、しばらくすると温度が臨界レベルに達する可能性があるため、追加の監視が必要です。
MK4
全サイクルの少なくとも 10 分の 1 を爆発なしで操作できる原子炉。 実行可能な種の中で最も強力 原子炉最も注意が必要です。 絶え間ない監視が必要です。 初めて、約 200,000 から 1,000,000 EU を公開します。
MK5
第5クラスの原子炉は操作不能であり、主に爆発の事実を証明するために使用されます。 このクラスの実行可能な原子炉を作成することは可能ですが、これには意味がありません。
追加分類
原子炉にはすでに 5 つものクラスがありますが、原子炉は、冷却タイプ、効率、および生産性のいくつかのマイナーではあるが重要なサブクラスに細分化されることがあります。
冷却
-SUC(使い捨てクーラント - 冷却要素の使い捨て)
- バージョン 1.106 より前のバージョンでは、このマークは原子炉の緊急冷却 (バケツの水または氷を使用) を示していました。 通常、そのような反応器は、監督なしでは非常に長時間作動しない可能性があるという事実のために、めったに使用されないか、またはまったく使用されない。 これは、Mk3 または Mk4 で一般的に使用されていました。
- バージョン 1.106 以降、サーマル コンデンサが登場しました。 -SUC サブクラスは、回路内の熱コンデンサの存在を示すようになりました。 それらの熱容量はすぐに回復できますが、同時に赤いほこりやラピスラズリを費やす必要があります。
効率
効率は、燃料棒によって生成されるパルスの平均数です。 大まかに言えば、これは原子炉の運転の結果として受け取った数百万のエネルギーの量を燃料要素の数で割ったものです。 しかし、エンリッチャー回路の場合、パルスの一部が濃縮に費やされ、この場合、効率は受け取ったエネルギーに完全には対応せず、より高くなります。
ツインおよびクアッド燃料棒は、単一燃料棒に比べて基本効率が高くなります。 それ自体で、単一の燃料棒は1つのインパルス、2倍の2倍、4倍の3倍のインパルスを生成します。 隣接する 4 つのセルの 1 つに別の燃料要素、枯渇した燃料要素、または中性子反射体が含まれている場合、パルス数は 1 つ、つまり最大で 4 つ増加します。 1 未満または 7 を超えることはできません。
| マーキング | 意味 効率 |
|---|---|
| EE | =1 |
| ED | >1 および<2 |
| EU | ≧2かつ<3 |
| EB | ≧3かつ<4 |
| EA | ≧4かつ<5 |
| EA+ | ≧5かつ<6 |
| EA++ | ≧6および<7 |
| EA* | =7 |
その他のサブクラス
原子炉の図に追加の文字、略語、またはその他の記号が表示されることがあります。 これらのシンボルは使用されていますが (たとえば、-SUC サブクラスは以前は正式に登録されていませんでした)、あまり普及していません。 したがって、原子炉を少なくともMk9000-2 EA ^ dzhigurdaと呼ぶことができますが、このタイプの原子炉は単に理解されず、冗談と見なされます。
原子炉建設
原子炉が過熱し、爆発が突然発生する可能性があることは誰もが知っています。 そして、それをオフにしてオンにする必要があります。 以下は、家を守る方法と、決して爆発しない原子炉を最大限に活用する方法です。 この場合、すでに 6 つのリアクター チャンバーを納品しているはずです。
チャンバーを備えたリアクターのビュー。 内部の原子炉。
- 原子炉を強化石で囲む (5x5x5)
- パッシブ冷却を行います。つまり、原子炉全体を水で満たします。 水が流れ落ちるので、上から注ぎます。 このようなスキームを使用すると、リアクターは毎秒 33 eT 冷却されます。
- 冷却棒などで発電量を最大化。 ヒートスプレッダーは1つでも間違えると大惨事に！ (1.106 より前のバージョンのスキームが表示されます)
- 私たちのMFEが高電圧で爆発しないように、写真のように変圧器を置きます。
リアクターMk-V EB
多くの人は、アップデートが変化をもたらすことを知っています。 これらの更新の 1 つで、新しい燃料棒 (ダブルおよびクワッド) が導入されました。 上の図は、これらの燃料棒には適合しません。 以下は、かなり危険ではあるが効果的な原子炉の製造に関する詳細な説明です。 これを行うには、IndustrialCraft 2 に Nuclear Control が必要です。 このリアクターは、リアルタイムで約 30 分で MFSU と MFE を満たしました。 残念ながら、これは MK4 クラスの原子炉です。 しかし、彼は 6500 eT まで加熱することで任務を遂行しました。 温度センサーに 6500 を取り付け、センサーにアラームと緊急停止システムを接続することをお勧めします。 アラームが 2 分以上鳴っている場合は、原子炉を手動でオフにすることをお勧めします。 建物は上と同じです。 コンポーネントの位置のみが変更されています。
出力電力: 360 EU/t
総 EU: 72,000,000 EU
生成時間: 10 分。 26秒
リロード時間: 不可能
最大サイクル: 6.26% サイクル
合計時間: なし
そのような原子炉で最も重要なことは、爆発させないことです!
Mk-II-E-SUC ブリーダー EA+ 原子炉、希薄燃料濃縮機能付き
かなり効率的だが高価なタイプの原子炉。 毎分 720,000 eT を生成し、凝縮器は 27/100 まで加熱されます。したがって、凝縮器を冷却しなければ、原子炉は 3 分間のサイクルに耐え、4 回目のサイクルでほぼ確実に爆発します。 濃縮のために劣化した燃料棒を取り付けることが可能です。 原子炉をタイマーに接続し、原子炉を強化石で作られた「石棺」に入れることをお勧めします。 出力電圧が高い（600 EU/t）ため、高圧電線と高圧変圧器が必要です。
出力電力: 600 EU/t
総 EU: 120,000,000 EU
生成時間: フルサイクル
リアクターMk-I EB
要素はまったく加熱されず、6本の四重燃料棒が機能します。
出力電力: 360 EU/t
総 EU: 72,000,000 EU
生成時間: フルサイクル
充電時間：不要
最大サイクル: 無限
合計時間: 2 時間 46 分 40秒
リアクター Mk-I EA++
低電力ですが、原材料が経済的で、安価に構築できます。 中性子反射板が必要です。
出力電力: 60 EU/t
総 EU: 12,000,000 EU
生成時間: フルサイクル
充電時間：不要
最大サイクル: 無限
合計時間: 2 時間 46 分 40秒
リアクター Mk-I EA*
中出力ですが、比較的安価で、可能な限り効率的です。 中性子反射板が必要です。
出力電力: 140 EU/t
総 EU: 28,000,000 EU
生成時間: フルサイクル
充電時間：不要
最大サイクル: 無限
合計時間: 2 時間 46 分 40秒
Reactor Mk-II-E-SUC ブリーダー EA+、ウラン濃縮
コンパクトで安価なウラン濃縮装置。 安全な操作時間は 2 分 20 秒です。その後、ラピスラズリ コンデンサーを修理することをお勧めします (1 個の修理 - 2 個のラピスラズリ + 1 個のレッドストーンを修理する)。そのため、リアクターを常に監視する必要があります。 また、濃縮度が不均一なため、濃縮度の高いロッドは濃縮度の低いロッドと交換することをお勧めします。 同時に、1 サイクルで 48,000,000 eE を発行できます。
出力電力: 240 EU/t
総 EU: 48,000,000 EU
生成時間: フルサイクル
充電時間：不要
最大サイクル: 無限
合計時間: 2 時間 46 分 40秒
リアクター Mk-I EC
「部屋」原子炉。 電力は低いですが、非常に安価で絶対に安全です。換気による冷却は発熱を2倍上回るため、原子炉の監視はすべてロッドの交換に帰着します。 MFE / MFSU の近くに置き、部分的に充電されたときにレッドストーン信号を発するように設定するのが最善です (部分的に満たされている場合は発します)。 すべてのコンポーネントを作成するには、銅 292 個、鉄 102 個、金 24 個、レッドストーン 8 個、ゴム 7 個、ブリキ 7 個、ライトダストとラピスラズリ 2 個、ウラン鉱石 6 個が必要です。 1 サイクルあたり 1600 万 EU を放出します。
出力電力: 80 EU/t
総 EU: 32,000,000 EU
生成時間: フルサイクル
充電時間：不要
最大サイクル: 無限
総時間：約5時間33分 00秒
原子炉タイマー
MK3 および MK4 クラスの原子炉は、短時間で大量の電力を生成しますが、無人で爆発する傾向があります。 しかし、タイマーの助けを借りて、これらの気まぐれな原子炉でさえ重大な過熱なしに動作させ、たとえばサボテン農場の砂を掘るために離れることができます. タイマーの 3 つの例を次に示します。
- ディスペンサーのタイマー、木製のボタン、矢印 (図 1)。 発射された矢は、寿命が 1 分のエンティティです。 矢印が刺さった木製のボタンを原子炉に接続すると、約 1 分間動作します。 1.5秒 木製のボタンへのアクセスを開くのが最善でしょう。そうすれば、原子炉を緊急に停止することができます。 同時に、ディスペンサーが木製のボタンを除く別のボタンに接続されている場合、ディスペンサーを押した後、複数の信号によりディスペンサーが一度に3本の矢を発射するため、矢の消費が減少します。
- 木製の感圧板タイマー（図2）。 木製の感圧板は、物が落ちると反応します。 ドロップされたアイテムの「寿命」は 5 分 (SMP は ping により偏差がある場合があります) で、プレートをリアクターに接続すると、約 5 分間動作します。 1秒。 多くのタイマーを作成する場合、このタイマーをチェーンの最初の場所に配置して、ディスペンサーを配置しないようにすることができます。 その後、プレーヤーがプレッシャー プレートにアイテムを投げると、タイマーのチェーン全体がトリガーされます。
- リピータータイマー（図3）。 リアクターの遅延を微調整するためにリピーター タイマーを使用できますが、非常に面倒で、わずかな遅延でも作成するには多くのリソースが必要です。 タイマー自体はシグナルサポートライン (10.6) です。 ご覧のとおり、多くのスペースを占有し、信号遅延は 1.2 秒です。 7 台のリピータが必要です (21
パッシブ冷却 (バージョン 1.106 まで)
リアクター自体のベース冷却は 1 です。次に、リアクターの周囲の 3x3x3 領域をチェックします。 原子炉チャンバーごとに冷却が 2 加算されます。水 (ソースまたはフロー) ブロックは 1 加算されます。溶岩 (ソースまたはフロー) ブロックは 3 減少します。空気と火のブロックは別々にカウントされます。 彼らは寒さを増す (空中ブロックの数-2×火ブロックの数)/4(除算の結果が整数でない場合、小数部分は破棄されます)。 冷却の合計が 0 未満の場合は、0 に等しいと見なされます。
すなわち、原子炉容器は外的要因により加熱することができない。 最悪の場合、受動冷却では冷却されません。温度
高温では、リアクターは環境に悪影響を及ぼし始めます。 この効果は、加熱係数に依存します。 加熱係数=現在のRPV温度/最高温度、 どこ 最大リアクター温度=10000+1000*リアクターチャンバーの数+100*リアクター内のサーモプレートの数.
加熱係数が次の場合:- <0,4 - никаких последствий нет.
- >=0.4 - 可能性あり 1.5×(発熱係数-0.4)ゾーン内のランダムなブロックが選択されること 5×5×5、葉、木のブロック、羊毛、ベッドなどの可燃性ブロックであることが判明した場合、それは燃えます。
- 中央のブロック (リアクター自体) または岩盤ブロックの場合は、影響はありません。
- 石ブロック（階段や鉱石を含む）、鉄ブロック（原子炉ブロックを含む）、溶岩、土、粘土が溶岩流に変わります。
- 空気ブロックの場合、その場所で火を起こそうとします (近くに固体ブロックがない場合、火は発生しません)。
- 残りのブロック（水を含む）は蒸発し、その代わりに火をつけようとします。
- >=1 - 爆発! 基本爆発力は 10 です。原子炉内の各燃料要素は爆発力を 3 ユニット増加させ、各原子炉ケーシングはそれを 1 減少させます。 また、爆発力は最大45ユニットに制限されています。 落下するブロックの数に関しては、この爆発は核爆弾に似ており、爆発後のブロックの 99% が破壊され、ドロップはわずか 1% になります。
加熱または低濃縮燃料棒の計算では、原子炉圧力容器は 1 eT だけ加熱されます。
- これがバケツの水で、原子炉容器の温度が 4000 eT を超える場合、容器は 250 eT だけ冷却され、水バケツは空のバケツと交換されます。
- 溶岩バケツの場合、原子炉容器は 2000 eT 加熱され、溶岩バケツは空のバケツに置き換えられます。
- それが氷のブロックであり、船体の温度が 300 eT を超える場合、船体は 300 eT 冷却され、氷の量は 1 減少します。つまり、氷のスタック全体が蒸発することはありません。一度。
- これが熱分配器の場合、次の計算が実行されます。
- 隣接する 4 つのセルが、左、右、上、下の順序でチェックされます。
- 残高が 6 より大きい場合は、6 に等しくなります。
- 隣接する要素が冷却カプセルの場合、計算されたバランスの値だけ加熱されます。
- これが原子炉シェルの場合、熱伝達の追加計算が行われます。
- このプレートの隣に冷却カプセルがない場合、プレートは計算されたバランスの値だけ加熱されます (ヒート スプレッダーからの熱は、サーモプレートを介して他の要素には伝わりません)。
- 冷却カプセルがある場合は、熱収支が跡形もなくそれらの数で割られているかどうかがチェックされます。 分割しない場合は、熱収支を 1 eT 増やし、完全に分割するまでプレートを 1 eT 冷却します。 しかし、原子炉シェルが冷却され、バランスが完全に分割されていない場合、加熱され、バランスが完全に分割されるまで減少します。
- したがって、これらの要素は次の温度に加熱されます 残高/数量.
- これはモジュロで計算され、6 より大きい場合は 6 に等しくなります。
- ヒートスプレッダーはバランス値まで加熱されます。
- 隣接する要素は、バランス値によって冷却されます。
- ヒートスプレッダとハウジングの間の熱収支の計算が実行されます。
- 残高がプラスの場合:
- 残高が 25 より大きい場合は、25 に等しくなります。
- ヒート スプレッダは、計算されたバランスの値によって冷却されます。
- 原子炉容器は、計算されたバランスの値によって加熱されます。
- 残高がマイナスの場合:
- これはモジュロで計算され、25 を超える場合は 25 に等しくなります。
- ヒート スプレッダは、計算されたバランスの値によって加熱されます。
- 原子炉容器は、計算されたバランスの値によって冷却されます。
- これが TVEL であり、原子炉が赤い粉塵信号によってかき消されていない場合、次の計算が実行されます。
- 3000 未満 - 1/8 の確率 (12.5%);
- 3000 以上 6000 未満 - 1/4 (25%);
- 6000 以上 9000 未満 - 1/2 (50%);
- 9000 以上 - 1 (100%)。
- 0? 反応容器は 10 eT だけ加熱されます。
- 1: 冷却要素は 10 eT だけ加熱されます。
- 2: 冷却要素はそれぞれ 4 eT ずつ加熱されます。
- 3: それぞれ 2 eT ずつ加熱します。
- 4: それぞれ 1 eT ずつ加熱します。
計算例
これらのスキームを計算するプログラムがあります。 より信頼性の高い計算とプロセスの理解を深めるために、それらを使用する価値があります。
たとえば、3 本のウラン棒を使用したスキームを考えてみましょう。 
数字はこのスキームにおける要素の計算順序を示しており、混同しないように同じ番号の要素を指定します。
たとえば、1 秒目と 2 秒目の熱分布を計算してみましょう。 最初はエレメントの加熱はなく、パッシブ冷却は最大 (33 eT) であると仮定し、サーモプレートの冷却は考慮しません。
最初の一歩。
- 反応容器の温度は 0 eT です。
- 1 - リアクター シェル (RP) がまだ加熱されていません。
- 2 - 冷却カプセル (OxC) はまだ加熱されておらず、このステップ (0 eT) では冷却は行われません。
- 3 - TVEL は 8 eT (4 eT の 2 サイクル) を 1 番目の TP (0 eT) に割り当てて 8 eT まで加熱し、2 番目の OxC (0 eT) に割り当てて 8 eT まで加熱します。 .
- 4 - OxC はまだ加熱されておらず、このステップ (0 eT) ではそれ以上の冷却はありません。
- 5 - まだ加熱されていないヒート スプレッダー (TP) は、温度を 2m OxC (8 eT) に調整します。 4 eT まで冷却し、4 eT まで加熱します。
- 6 - TVEL は 12 eT (4 eT の 3 サイクル) を 5 番目の TR (1 eT) に割り当て、13 eT まで加熱し、7 番目の TP (0 eT) に割り当て、12 eT まで加熱します。 .
- 7 - TP はすでに 12 eT に加熱されており、10% の確率でクールダウンできますが、ここではクールダウンの可能性を考慮していません。
- 8 - TR (0 eT) は、7 番目の TP (12 eT) で温度のバランスを取り、そこから 6 eT を取得します。 7 番目の TP は 6 eT まで冷却され、8 番目の TP は 6 eT まで加熱されます。
- 9 - OxC (3 eT) は 2 eT に冷却されます。
- 10 - OxC (2 eT) は 1 eT に冷却されます。
- 11 - TVEL は 8 eT (4 eT の 2 サイクル) を 10 番目の OxC (1 eT) に割り当て、9 eT まで加熱し、13 番目の TP (0 eT) に割り当て、8 eT まで加熱します。 .
図中、赤矢印はウラン棒からの加熱、青矢印はヒートスプレッダーによる熱バランス、黄矢印は原子炉圧力容器へのエネルギー分布、茶矢印はこの段階での要素の最終加熱、青矢印は冷却カプセルの冷却を示しています。 . 右上隅の数字は最終的な加熱を示し、ウラン棒の場合は動作時間を示します。
最初のステップ後の最終加熱:
- 原子炉容器 - 1 uT
- 1TP - 8eT
- 20xS - 4eT
- 40xS - 1 eT
- 5TR - 13 uT
- 7TP - 6eT
- 8TR - 1uT
- 90×C - 2eT
- 100xS - 9eT
- 120×C - 0eT
- 13TP - 8eT
第二段階。
- 原子炉容器は 0 eT まで冷却されます。
- 1 - TP、冷却は考慮していません。
- 2 - OxC (4 eT) は 3 eT に冷却されます。
- 3 - TVEL は 8 eT (4 eT の 2 サイクル) を 1 番目の TP (8 eT) に割り当てて 16 eT まで加熱し、2 番目の OxC (3 eT) に割り当てて 11 eT まで加熱します。 .
- 4 - OxC (1 eT) は 0 eT に冷却されます。
- 5 - TR (13 eT) は、温度を 2m OxC (11 eT) とバランスさせます。 12 eT まで加熱し、12 eT まで冷却します。
- 6 - TVEL は 12 eT (4 eT の 3 サイクル) を 5 番目の TR (5 eT) に割り当てて 17 eT まで加熱し、7 番目の TP (6 eT) に割り当てて 18 eT まで加熱します。 .
- 7 - TP (18 eT)、冷却は考慮していません。
- 8 - TR (1 eT) は、7 番目の TP (18 eT) の温度のバランスを取り、そこから 6 eT を取得します。 7 番目の TP は 12 eT まで冷却され、8 番目の TP は 7 eT まで加熱されます。
- 9 - OxC (4 eT) は 3 eT に冷却されます。
- 10 - OxC (10 eT) は 9 eT に冷却されます。
- 11 - TVEL は、8 eT (4 eT の 2 サイクル) を 10 番目の OxC (9 eT) に割り当て、17 eT まで加熱し、13 番目の TP (8 eT) に割り当て、16 eT まで加熱します。 .
- 12 - OxC (1 eT) は 0 eT に冷却されます。
- 13 - TP (8 eT)、冷却は考慮していません。
2 番目のステップの後の最終加熱:
- 原子炉容器 - 4 uT
- 1TP - 16eT
- 20xS - 12eT
- 40xS - 2 eT
- 5TR - 17 uT
- 7TP - 12eT
- 8TR - 4uT
- 90×C - 3eT
- 100xS - 17uT
- 120×C - 0eT
- 13TP - 16eT
原子炉はスムーズかつ正確に作動します。 そうしないと、ご存知のように、問題が発生します。 しかし、内部で何が起こっているのですか？ 核（原子）原子炉の動作原理を簡単に、明確に、停止して定式化してみましょう。
実際、核爆発と同じプロセスがそこで進行しています。 今だけ爆発が非常に速く発生し、原子炉ではこれがすべて長時間続きます。 結局、すべてが安全で健全なままであり、エネルギーが得られます。 周りのすべてがすぐに破壊されるほどではありませんが、街に電力を供給するには十分です。
制御された核反応がどのように機能するかを理解する前に、何を知る必要があります。 核反応 一般的。
核反応 -これは、素粒子およびガンマ量子との相互作用中の原子核の変換（核分裂）のプロセスです。
核反応は、エネルギーの吸収と放出の両方で発生する可能性があります。 2 番目の反応は、リアクターで使用されます。
原子炉 - これは、エネルギーを放出しながら制御された核反応を維持することを目的とする装置です。
多くの場合、原子炉は原子炉とも呼ばれます。 ここには基本的な違いはありませんが、科学の観点からは、「核」という言葉を使用する方が正しいことに注意してください。 現在、原子炉には多くの種類があります。 これらは、発電所でエネルギーを生成するように設計された巨大な産業用原子炉、原子力潜水艦原子炉、科学実験で使用される小さな実験用原子炉です。 海水淡水化に使用される原子炉さえあります。
原子炉の創造の歴史
最初の原子炉は、それほど遠くない 1942 年に打ち上げられました。 それはフェルミのリーダーシップの下でアメリカで起こりました。 この原子炉は「シカゴ・ウッドパイル」と呼ばれた。
1946 年、クルチャトフの指導の下、最初のソビエト原子炉が始動しました。 この原子炉の本体は、直径7メートルの球でした。 最初の原子炉には冷却システムがなく、その出力は最小限でした。 ちなみに、ソ連の原子炉の平均出力は 20 ワットでしたが、アメリカの原子炉はわずか 1 ワットでした。 比較のために: 現代の動力炉の平均出力は 5 ギガワットです。 最初の原子炉の打ち上げから 10 年も経たないうちに、世界初の産業用原子力発電所がオブニンスク市に開設されました。
原子炉の動作原理
どの原子炉にもいくつかの部品があります。 芯 と 燃料 と モデレータ , 中性子反射板 , クーラント , 制御および保護システム . 同位体は、原子炉で最も一般的に使用される燃料です。 ウラン (235, 238, 233), プルトニウム (239) と トリウム （232）。 アクティブゾーンは、通常の水（クーラント）が流れるボイラーです。 他の冷却剤の中でも、「重水」と液体グラファイトはあまり使用されません。 原子力発電所の運転について言えば、原子炉は熱を発生させるために使用されます。 電気自体は、他のタイプの発電所と同じ方法で生成されます。蒸気でタービンを回転させ、運動エネルギーを電気エネルギーに変換します。
以下は、原子炉の運転の図です。
すでに述べたように、重いウラン原子核が崩壊すると、軽い元素といくつかの中性子が生成されます。 結果として生じる中性子は、他の原子核と衝突し、核分裂も引き起こします。 この場合、中性子の数は雪崩のように増加します。
ここで言及する必要があります 中性子増倍率 . したがって、この係数が 1 に等しい値を超えると、核爆発が発生します。 値が 1 未満の場合、中性子が少なすぎて反応が停止します。 しかし、係数の値を 1 に保てば、反応は長時間安定して進行します。
問題はそれを行う方法ですか？ 原子炉では、燃料はいわゆる 燃料要素 （TVELah）。 これらはロッドで、小さな錠剤の形で、 核燃料 . 燃料棒は六角形のカセットに接続されており、原子炉内には数百本ある場合があります。 燃料棒を含むカセットは垂直に配置されていますが、各燃料棒には、コアへの浸漬の深さを調整できるシステムがあります。 カセット自体に加えて、その中には 制御棒 と 緊急保護棒 . ロッドは中性子をよく吸収する素材でできています。 したがって、制御棒を炉心内の異なる深さに下げることができ、それによって中性子増倍率を調整することができます。 非常用ロッドは、緊急時に原子炉を停止するように設計されています。
原子炉はどのように起動しますか?
動作原理そのものはわかりましたが、原子炉を起動して機能させるにはどうすればよいでしょうか。 大まかに言えば、これはウランの一部ですが、結局のところ、連鎖反応はそれ自体では開始されません。 事実は、核物理学には概念があるということです クリティカルマス .
臨界質量は、核連鎖反応を開始するために必要な核分裂性物質の質量です。
燃料要素と制御棒の助けを借りて、最初に原子炉内で臨界量の核燃料が生成され、次に原子炉はいくつかの段階で最適な出力レベルになります。
この記事では、原子炉の構造と動作原理の一般的なアイデアを提供しようとしました。 このトピックについて質問がある場合、または大学が核物理学の問題を尋ねた場合は、連絡してください。 当社のスペシャリスト. いつものように、私たちはあなたの研究の差し迫った問題を解決する手助けをする準備ができています. それまでの間、私たちはこれを行っています。あなたの注意は別の教育ビデオです!
