गठनविज्ञान

परमाणु रिएक्टर: ऑपरेटिंग सिद्धांतों, और इकाई सर्किट

डिजाइन और एक परमाणु प्रारंभ और नियंत्रण आत्मनिर्भर परमाणु प्रतिक्रिया के आधार पर रिएक्टर के आपरेशन। यह रेडियोधर्मी आइसोटोप के उत्पादन के लिए एक अनुसंधान उपकरण के रूप में और परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए एक ऊर्जा स्रोत के रूप में प्रयोग किया जाता है।

परमाणु रिएक्टर: आपरेशन के सिद्धांत (छोटी)

इस के साथ साथ प्रयोग किया जाता है विखंडन प्रक्रिया है जिसमें एक भारी नाभिक दो छोटे टुकड़ों में बांट देता है। इन टुकड़ों को एक बहुत ही उत्तेजित अवस्था में हैं और न्यूट्रॉन, और अन्य उप-आणविक कणों और फोटॉनों फेंकना। न्यूट्रॉन जिसके परिणामस्वरूप वे और भी अधिक उत्सर्जित होते हैं, और इतने पर के रूप में नई डिवीजनों पैदा कर सकता है। disintegrations श्रृंखला प्रतिक्रिया कहा जाता है की यह सतत आत्मनिर्भर संख्या। इसी समय, ऊर्जा की एक बड़ी राशि, उत्पादन, जिनमें से परमाणु ऊर्जा के उपयोग का उद्देश्य है।

एक परमाणु रिएक्टर और एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन के सिद्धांत ऐसी है कि कालोनियों बंटवारे ऊर्जा का 85% प्रतिक्रिया की शुरुआत के बाद एक बहुत ही कम समय के भीतर जारी किया गया है है। शेष भाग, विखंडन उत्पादों के रेडियोधर्मी क्षय द्वारा निर्मित है के बाद वे न्यूट्रॉन को अस्वीकार कर दिया। रेडियोधर्मी क्षय प्रक्रिया है जिसमें परमाणु एक स्थिर अवस्था तक पहुँच जाता है। उन्होंने आगे कहा और विभाजन के बाद।

परमाणु बम चेन रिएक्शन, तीव्रता में बढ़ जाती है जब तक सामग्री के सबसे विभाजित किया जाएगा। यह बहुत जल्दी होता है, इस तरह के बम की विशेषता एक अत्यंत शक्तिशाली विस्फोट का निर्माण किया। तंत्र और एक विनियमित लगभग स्थिर स्तर पर श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखने के सिद्धांत पर आधारित एक परमाणु रिएक्टर के आपरेशन। यह इतना विस्फोट के रूप में परमाणु बम नहीं कर सकते हैं बनाया गया है।

चेन रिएक्शन और आलोचना

भौतिकी विखंडन रिएक्टर निर्धारित किया जाता है कि परमाणु विखंडन न्यूट्रॉन उत्सर्जन के बाद एक श्रृंखला प्रतिक्रिया संभावना। हाल ही में जनसंख्या कम हो जाती है, तो अंत में विभाजन की दर शून्य करने के लिए गिर जाएगी। इस मामले में रिएक्टर एक subcritical राज्य में हो जाएगा। न्यूट्रॉन आबादी एक निरंतर स्तर पर बनाए रखा है, तो विखंडन दर स्थिर बनी रहेगी। रिएक्टर एक की हालत गंभीर हो जाएगा। और अंत में, यदि समय के साथ न्यूट्रॉन जनसंख्या बढ़ती है, गति और शक्ति को विभाजित में वृद्धि होगी। कोर राज्य सुपरक्रिटिकल हो जाता है।

एक परमाणु रिएक्टर के आपरेशन के सिद्धांत अगले। न्यूट्रॉन जनसंख्या शुरू करने से पहले शून्य के करीब है। फिर, ऑपरेटरों, कोर से नियंत्रण छड़ को दूर विभाजन कोर कि अस्थायी रूप से एक सुपरक्रिटिकल राज्य में रिएक्टर धर्मान्तरित बढ़ रही है। तक पहुँचने के बाद मूल्यांकन किया शक्ति ऑपरेटरों आंशिक रूप से नियंत्रण छड़ लौटे, न्यूट्रॉन की राशि का समायोजन। इसके बाद रिएक्टर एक गंभीर हालत में बनाए रखा है। जब इसे रोकने के लिए आवश्यक है, ऑपरेटर पूरी तरह से छड़ डाल देता है। यह विभाजन को घटाती है तथा subcritical राज्य में कोर डालता है।

रिएक्टरों के प्रकार

मौजूदा ऊर्जा के अधिकांश टर्बाइन, जो दुनिया में परमाणु प्रतिष्ठानों की बिजली का जनरेटर ड्राइव ड्राइव करने के लिए गर्मी आवश्यक पैदा कर रहा है। इसके अलावा, वहाँ कई अनुसंधान रिएक्टरों कर रहे हैं, और कुछ देशों पनडुब्बियों या सतह जहाजों, परमाणु के ऊर्जा द्वारा संचालित है।

बिजली संयंत्रों

वहाँ रिएक्टर के इस प्रकार की कई प्रजातियां हैं, लेकिन व्यापक रूप से अपनाया प्रकाश पानी के डिजाइन। बारी में, यह दबाव पानी या उबलते पानी में इस्तेमाल किया जा सकता। पहले मामले में उच्च दबाव तरल कोर की गर्मी से गर्म और भाप जनरेटर में प्रवेश करती है। वहाँ, माध्यमिक सर्किट करने के लिए प्राथमिक से गर्मी पारित कर दिया है, आगे पानी शामिल है। उत्पन्न भाप अंततः भाप टरबाइन चक्र में कार्यकारी तरल पदार्थ के रूप में कार्य करता है।

रिएक्टर एक उबलते प्रकार प्रत्यक्ष ऊर्जा चक्र के सिद्धांत पर काम करता है। जल कोर के माध्यम से गुजर, मध्यम दबाव स्तर पर एक फोड़ा करने के लिए लाया। संतृप्त भाप विभाजक की एक श्रृंखला के माध्यम से गुजरता व ड्रायर रिएक्टर पोत में निपटाया जाता है, इसके sverhperegretoe राज्य में जिसके परिणामस्वरूप। अतितापित भाप तो तरल पदार्थ, घूर्णन टरबाइन के रूप में प्रयोग किया जाता है।

उच्च तापमान गैस कूल्ड

उच्च तापमान गैस कूल्ड रिएक्टर (HTGR) - एक परमाणु रिएक्टर, आपरेशन के सिद्धांत ईंधन और microspheres की एक ईंधन मिश्रण के रूप में ग्रेफाइट का उपयोग पर आधारित है। वहाँ दो प्रतिस्पर्धी डिजाइन कर रहे हैं:

  • जर्मन "ढीला भरने" प्रणाली है, जो एक गोलाकार ईंधन तत्वों व्यास में 60 मिमी का उपयोग करता है, एक ग्रेफाइट खोल में ईंधन और ग्रेफाइट का एक मिश्रण से मिलकर;
  • एक ग्रेफाइट हेक्सागोनल प्रिज्म कि कोर बनाने के लिए गूंथ के अमेरिकी संस्करण।

दोनों मामलों में, शीतलन तरल पदार्थ के बारे में 100 वायुमंडल के दबाव में हीलियम के होते हैं। जर्मन प्रणाली हीलियम गोलाकार की परत में अंतराल के माध्यम से गुजरता ईंधन तत्वों, और अमेरिका में - रिएक्टर कोर की केंद्रीय धुरी के साथ व्यवस्थित ग्रेफाइट प्रिज्म में छिद्रों के माध्यम से। दोनों विकल्पों, बहुत उच्च तापमान पर काम कर सकते हैं के बाद से ग्रेफाइट पूरी तरह से एक अत्यंत उच्च उदात्तीकरण तापमान, और रासायनिक रूप से निष्क्रिय हीलियम है। गर्म हीलियम एक उच्च तापमान पर एक गैस टरबाइन में एक तरल पदार्थ के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता या गर्मी भाप चक्र पानी पैदा करने के लिए उपयोग किया जा सकता।

तरल धातु परमाणु रिएक्टर: सर्किट और काम सिद्धांत

सोडियम शीतलक के साथ फास्ट रिएक्टर 1960-1970 के दशक में काफी ध्यान दिया गया है। तब ऐसा लग रहा था कि उनके पुन: पेश करने की क्षमता परमाणु ईंधन निकट भविष्य में एक तेजी से विकसित परमाणु उद्योग के लिए ईंधन के उत्पादन के लिए आवश्यक हैं। जब यह स्पष्ट हो गया है कि इस उम्मीद अवास्तविक है, उत्साह से 1980 के दशक में कम हो गया। हालांकि, अमेरिका, रूस, फ्रांस, ब्रिटेन में, जापान और जर्मनी इस प्रकार के रिएक्टरों की एक श्रृंखला का निर्माण किया। उनमें से ज्यादातर यूरेनियम या प्लूटोनियम डाइऑक्साइड डाइऑक्साइड के मिश्रण पर काम करते हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में, हालांकि, सबसे बड़ी सफलता धातु ईंधन के साथ हासिल की थी।

CANDU

कनाडा जो प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग रिएक्टरों पर अपने प्रयासों को, ध्यान केंद्रित किया है। यह अन्य देशों की सेवाओं का उपयोग करने के लिए अपने संवर्धन के लिए की आवश्यकता समाप्त। इस नीति के परिणाम ड्यूटेरियम-यूरेनियम रिएक्टर (CANDU) था। नियंत्रण और इसे ठंडा भारी पानी का उत्पादन किया। डिजाइन और एक परमाणु रिएक्टर के आपरेशन वायुमंडलीय दबाव में ठंड डी 2 हे के साथ एक टैंक का प्रयोग है। सक्रिय क्षेत्र प्राकृतिक यूरेनियम का zirconium मिश्र धातु ईंधन, जिसके माध्यम से इसकी भारी ठंडा पानी circulates की नलियों रिस चुका है। विद्युत भारी जल शीतलक है, जो भाप जनरेटर के माध्यम से वितरित किया जाता है में गर्मी हस्तांतरण विभाजित करके बनाया जाता है। माध्यमिक पाश में भाप तो एक पारंपरिक टरबाइन चक्र से होकर गुजरता है।

अनुसंधान सुविधाओं

के लिए अनुसंधान परमाणु रिएक्टर को सबसे अधिक बार प्रयोग किया जाता है, सिद्धांत है जो के रूप विधानसभाओं में ठंडा पानी प्लेट और यूरेनियम ईंधन तत्वों के उपयोग में होते हैं। कुछ सौ किलोवाट से मेगावाट करने की शक्ति के स्तर की एक विस्तृत श्रृंखला में सक्रिय करने में सक्षम। के बाद से विद्युत उत्पादन अनुसंधान रिएक्टरों का मूल उद्देश्य नहीं है, वे थर्मल ऊर्जा उत्पन्न, और कोर नाममात्र ऊर्जा न्यूट्रॉन के घनत्व की विशेषता है। ये वही पैरामीटर विशिष्ट पढ़ाई को पूरा करने के लिए एक अनुसंधान रिएक्टर की क्षमता यों करने में मदद मिलेगी है। कम ऊर्जा प्रणालियों विश्वविद्यालयों में संचालित करने के लिए करते हैं और प्रशिक्षण के लिए उपयोग किया जाता है, और उच्च शक्ति सामग्री और विशेषताओं का परीक्षण, साथ ही सामान्य अनुसंधान के लिए के लिए प्रयोगशालाओं में अनुसंधान की जरूरत है।

सबसे आम खोज परमाणु रिएक्टर, संरचना और संचालन के सिद्धांत इस प्रकार है। इसके सक्रिय क्षेत्र में पानी की बड़ी गहरी पूल के नीचे में स्थित है। इस अवलोकन और चैनल आवंटन जिसके द्वारा न्यूट्रॉन बीम निर्देशित कर सकते हैं की सुविधा। कम बिजली स्तरों पर, शीतलक पंप करने के लिए के रूप में शीतलक के प्राकृतिक संवहन का एक सुरक्षित ऑपरेटिंग राज्य बनाए रखने के लिए पर्याप्त गर्मी अपव्यय सुनिश्चित करता है कोई जरूरत नहीं है। हीट एक्सचेंजर आम तौर पर सतह पर या पूल जहां गर्म पानी जमा है के ऊपरी भाग में स्थित है।

जहाज स्थापना

परमाणु रिएक्टरों की मूल और प्राथमिक उपयोग पनडुब्बियों में उनके उपयोग है। उनका मुख्य लाभ यह है कि, जीवाश्म ईंधन के दहन प्रणालियों के विपरीत बिजली पैदा करने के लिए वे हवा की ज़रूरत नहीं पड़ती। नतीजतन, परमाणु पनडुब्बी एक लंबे समय के लिए जलमग्न बने रह सकते हैं, और पारंपरिक डीजल-इलेक्ट्रिक पनडुब्बी समय-समय पर उनकी हवा मोटर्स को चलाने के लिए, सतह के लिए वृद्धि करनी चाहिए। परमाणु ऊर्जा एक रणनीतिक लाभ नौसेना के जहाजों प्रदान करता है। उसके लिए धन्यवाद, विदेशी बंदरगाहों में या आसानी से कमजोर टैंकरों से ईधन के लिए कोई जरूरत नहीं है।

एक पनडुब्बी पर एक परमाणु रिएक्टर के आपरेशन के सिद्धांत वर्गीकृत। हालांकि, यह ज्ञात हो गया कि संयुक्त राज्य अमेरिका में यह अत्यधिक संवर्धित यूरेनियम का उपयोग करता है, और मंदी और ठंडा प्रकाश पानी है। पहले रिएक्टर परमाणु पनडुब्बी यूएसएस नॉटिलस के डिजाइन दृढ़ता से शक्तिशाली अनुसंधान प्रतिष्ठानों से प्रभावित था। इसकी अनूठी विशेषता बहुत ही उच्च प्रतिक्रियात्मकता मार्जिन, ईंधन भरने और रोकने के बाद पुन: प्रारंभ करने की क्षमता के बिना आपरेशन की एक विस्तारित अवधि प्रदान कर रहा है। पनडुब्बियों में विद्युत केंद्र का पता लगाने से बचने के लिए, बहुत ही शांत होना चाहिए। पनडुब्बियों के विभिन्न वर्गों ऊर्जा संयंत्रों के विभिन्न मॉडल स्थापित किया गया है की विशेष जरूरतों को पूरा करने के लिए।

अमेरिकी नौसेना के विमान वाहक पर परमाणु रिएक्टर, सिद्धांत जिसमें से सबसे बड़ा पनडुब्बियों से उधार लिया जा करने के लिए माना जाता है प्रयोग किया जाता है। उनके निर्माण की और विवरण प्रकाशित नहीं किया गया है।

संयुक्त राज्य अमेरिका इसके अलावा, परमाणु पनडुब्बियों ब्रिटेन, फ्रांस, रूस, चीन और भारत में हैं। प्रत्येक मामले में, डिजाइन खुलासा नहीं किया गया है, लेकिन यह माना जाता है कि वे सब बहुत समान हैं - यह उनके तकनीकी विशेषताओं के लिए एक ही आवश्यकताओं का एक परिणाम है। रूस भी एक छोटे से बेड़ा है परमाणु आइसब्रेकर की, जो सोवियत पनडुब्बियों में के रूप में ही रिएक्टर की स्थापना की।

औद्योगिक प्रतिष्ठानों

उत्पादन के प्रयोजनों के लिए हथियार ग्रेड प्लूटोनियम -239 का एक परमाणु रिएक्टर, सिद्धांत है जो के निम्न स्तर ऊर्जा के साथ उच्च उत्पादकता में होते हैं का उपयोग करता है। यह इस तथ्य के कोर में प्लूटोनियम का लंबे समय तक रहने के अवांछित 240 पु के संचय की ओर जाता है कि के कारण है।

ट्रिटियम के उत्पादन

के लिए प्रभारी - वर्तमान में, मुख्य सामग्री ऐसी प्रणालियों द्वारा प्राप्य ट्रिटियम (3 एच या टी) है हाइड्रोजन बम। प्लूटोनियम -239, 24,100 साल का एक लंबा आधा जीवन है, तो परमाणु हथियार है कि इस तत्व का उपयोग करें, एक नियम के रूप के साथ एक देश है यह आवश्यकता से अधिक है। 239 पु के विपरीत, ट्रिटियम का आधा जीवन के बारे में 12 साल है। इस प्रकार, आवश्यक सूची बनाए रखने के लिए, हाइड्रोजन के इस रेडियोधर्मी समस्थानिक बाहर लगातार किया जाना चाहिए। अमेरिका, सवाना नदी (दक्षिण कैरोलिना) में, उदाहरण के लिए, कई भारी जल रिएक्टर, जो ट्रिटियम का उत्पादन किया है।

अस्थायी बिजली

परमाणु रिएक्टरों द्वारा बनाया गया, बिजली और भाप हीटिंग प्रदान करने में सक्षम ऐसे क्षेत्रों को नष्ट कर दिया। रूस में, उदाहरण के लिए, हम छोटे बिजली प्रणाली के उपयोग, विशेष रूप से आर्कटिक बस्तियों को पूरा करने के लिए बनाया गया पाया। चीन में, 10-मेगावाट संयंत्र HTR-10 की आपूर्ति गर्मी और बिजली अनुसंधान संस्थान, जिसमें यह स्थित है। छोटे रिएक्टरों स्वचालित रूप से समान क्षमताओं के साथ नियंत्रित का विकास स्वीडन और कनाडा में किया जाता है। 1960 और 1972 के बीच, अमेरिकी सेना कॉम्पैक्ट पानी रिएक्टरों में इस्तेमाल किया ग्रीनलैंड और अंटार्कटिका में दूरदराज के ठिकानों प्रदान करने के लिए। वे ईंधन-तेल ऊर्जा संयंत्रों द्वारा प्रतिस्थापित किया गया।

अंतरिक्ष की खोज

इसके अलावा, रिएक्टरों अंतरिक्ष में शक्ति और आंदोलन के लिए डिजाइन किए गए थे। 1988 के लिए 1967 से अवधि में, सोवियत संघ "Kosmos" उपग्रहों पर एक छोटे से परमाणु प्रतिष्ठानों की स्थापना के उपकरण और टेलीमेटरी आपूर्ति करने के लिए है, लेकिन इस नीति को आलोचना के लिए एक लक्ष्य बन गया है। कम से कम इन उपग्रहों में से एक पृथ्वी के वायुमंडल में प्रवेश किया, कनाडा के रेडियोधर्मी संदूषण दूरदराज के क्षेत्रों के कारण। संयुक्त राज्य अमेरिका में 1965 में एक परमाणु रिएक्टर के साथ केवल एक उपग्रह का शुभारंभ किया। हालांकि, गहरे अंतरिक्ष मिशन, आबाद अनुसंधान अन्य ग्रहों में या एक स्थायी चंद्र आधार पर उनके उपयोग पर परियोजनाओं का विकास किया जा रहा है। यह एक गैस कूल्ड या तरल धातु परमाणु रिएक्टर, जिनमें से भौतिक सिद्धांतों उच्चतम संभव तापमान रेडिएटर के आकार को कम करने के लिए आवश्यक प्रदान होना निश्चित है। इसके अलावा, उपकरणों के लिए रिएक्टर अंतरिक्ष संभव के रूप में परिरक्षण के लिए इस्तेमाल सामग्री की मात्रा को कम करने, और प्रक्षेपण और अंतरिक्ष उड़ान के दौरान वजन कम करने के रूप में कॉम्पैक्ट किया जाना है। ईंधन क्षमता अंतरिक्ष उड़ान की अवधि के लिए रिएक्टर के संचालन को सुनिश्चित करेगा।

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