ТВЕЛ је гориви елемент. Нуклеарни реактор
Иако нуклеарна енергија данас није потпуно сигурна, реактори и електране широм света граде више него затварање. Дакле, у Сједињеним Америчким Државама, број оперативних реактора је управо премашио стотину, у Француској (други највећи број мирних атома на планети) - око 60, и они осигуравају око 80% електричне енергије произведене у земљи.
Фуел фор нуклеарни реактор служи тел. Ово је елемент у коме контролисани реакциони ланац директно тече. Како су "дрва за огрјев" нуклеарног котла, како се праве и што се догађа са горивом у срцу електране?
Шта је нуклеарна ланчана реакција
Познато је да се атомска језгра састоје од протона и неутрона. На пример, језгро атома уранијума садржи 92 протона и 143 или 146 неутрона. Репулсивна сила између позитивно наелектрисаних протона у језгру уранијума је једноставно огромна, око 100 кг у једном (!) Атому. Међутим, нуклеарне силе не дају предност суштини. Када слободни неутрон уђе у језгро уранијума (само неутрална честица је способна да се приближи нуклеусу), она се деформише и шири у две половине плус два или три слободна неутрона.
Ови слободни неутрони нападају језгре других атома и тако даље, тако да се број судара експоненцијално повећава и у делићу секунде, сва маса радиоактивног метала распада. Ово пропадање прати расипање фрагмената при свим брзинама у свим правцима, а њихови судари са молекулама околине доводе до загревања на неколико милиона степени. Ово је слика уобичајеног. нуклеарна експлозија. ТВЕЛ усмерава овај феномен на миран курс. Како ово иде?
Контролисана нуклеарна реакција
Да би се нуклеарна реакција одржала, постала ланац, потребна је довољна количина радиоактивног горива (такозвана "критична маса"). У нуклеарном оружју, ово питање се решава једноставно: два ингота метала оружја (уранијум 235, плутонијум 239, итд.) Са масом сваког нешто мањег од критичног комбинују се експлозијом обичног тротила.
За мирну употребу атома, овај метод није погодан. Слика приказује шематски уређај најједноставнијег атомског реактора. Сваки горивни елемент (гориви елемент - уранијумско гориво) је мање критичан од његове масе, али њихова укупна маса прелази ову ознаку. Будући да се налазе у непосредној близини, горивне шипке "размјењују" слободне неутроне. Због таквог међусобног неутронског бомбардовања у реактору, одржава се нуклеарна ланчана реакција. Графитне шипке играју улогу врсте "кочница" нуклеарног процеса. Графит је добар неутронски апсорбер, реакција се угаси када се шипке овог материјала постављају између горивних елемената. Ово потпуно зауставља размену слободних неутрона.
Дакле, реакција је под сталном контролом аутоматизације. Распад је праћен кретањем у средству фрагмената расхладне течности језгра уранијума, који га загревају до жељене температуре.
Како се производи електрична енергија
Остали уређаји нуклеарна електрана не разликује се много од уобичајене топлине, која ради на гас, лож уље или угаљ. Разлика је у томе што се топлота генерише у когенерацијском постројењу спаљивањем фосилних угљиководика, док се у нуклеарној електрани расхладно средство загријава горивом у нуклеарним реакторима.
Расхладна течност доведена на температуру од 500–800 ° Ц (прегрејана вода, растопљене соли, па чак и течни метали могу играти своју улогу) у посебном измењивачу топлоте загрева воду, претварајући је у суву пару. Пара ротира турбину, монтирану на једном вратилу са генератором, у којем се генерише електрична струја.
Шта су они
Први нуклеарни реактори су били хомогени уређаји. То су били котлови у којима нуклеарно гориво (чешће текућина, рјеђе плиновита). То је топљење соли уранијума или слаба обогаћени уранијум понекад суспензије уранијумске прашине, итд. Процес је регулисан увођењем у активну зону модератора у облику плоча или шипки направљених од материјала који добро успорава слободне неутроне. Топлота је пренесена у воду кроз измењиваче топлоте који се налазе директно у активној зони, као решетке у пећи за угаљ.
Наша бројка показује хетерогени нуклеарни реактор, који је сада апсолутна већина у свету. Такви "нуклеарни котлови" се лакше одржавају, мијењају гориво у њима, поправљају, сигурнији су и поузданији од старих хомогених.
Још један бонус коришћења уранијумских горивних елемената је стварање језгра уранијума у елементу као што је плутонијум 239 као резултат неутронског зрачења, које се затим користи као гориво за нуклеарне реакторе малих димензија, као и метала оружја.
Где је гориво за нуклеарне електране
Уран се у многим земљама свијета копа отвореним (каменолом) или рударским методом. У почетку, руда уопште не садржи сам уранијум, већ његов оксид. Екстракција метала из оксида је најкомпликованији ланац хемијских трансформација. Не може свака земља на свету да купи предузећа за производњу нуклеарног горива.
Даљи задатак је обогаћивање минираног урана. Мање од 1% уранијума 235 се налази у природном материјалу, остало је изотоп 238. Изузетно је тешко раздвојити ова два елемента. Центрифуге за обогаћивање уранијума су најсложенији уређаји.
Да би уран био високо обогаћен (садржај изотопа 235 повећан на 20%), морат ће се претворити у плин и ићи до тисућу фаза прераде.
Како ради ТВЕЛ
Инжењери улазе у руке инжењера обогаћеног уранијума, али је још увијек на нуклеарном гориву. Производња овог горива је слична металургији праха. Прашкасти метал (или његова хемијска једињења) се пресује у мале таблете пречника око центиметра.
Производи од метала уранијума су боље прилагођени да издрже паклене услове у реактору, али чисти елемент је веома скуп за производњу. Уранов диоксид је много јефтинији, али да се не распада од огромног притиска и топлоте потребно је пећи под огромним притиском на температури изнад 1000 ° Ц.
ТВЕЛ је скуп таквих подметача дугих око 2-4 метра, који су постављени у цеви од челика или легуре гвожђа са молибденом. И сами ТВЕЛ-и се регрутују у сноп од неколико десетина или чак стотина. Такав скуп се назива гориви склоп (гориви склоп).
ФА се инсталирају директно у срцу атомског реактора. У једном реактору њихов број може достићи неколико стотина. Како уран пропада, гориви елементи губе способност да производе топлоту, а затим се замењују. Али један килограм техничког уранијума, обогаћен до садржаја изотопа од 235%, има времена да произведе што више енергије у нуклеарном реактору, као што би то било ако би запалио 300 стандардних буради од два стотина литара.