Language
Country/Area
No result found
Секретное оружие регулирующих стержней: почему они так быстро останавливают ядерные реакции?
Управляющие стержни играют важную роль в ядерных реакторах. Их главная функция — регулировать скорость деления ядерного топлива (такого как уран или плутоний). Эти регулирующие стержни изготовлены из химических элементов, являющихся эффективными поглотителями нейтронов, таких как бор, кадмий, серебро, гафний или индий, которые могут поглощать большое количество нейтронов, не распадаясь при этом. Различные элементы имеют разные сечения захвата нейтронов, что делает конструкцию регулирующих стержней тесно связанной с типом ядерного реактора.
Принцип работы
Управляющие стержни вставляются в активную зону ядерного реактора. Регулируя глубину введения управляющих стержней, можно контролировать скорость ядерной цепной реакции, что в свою очередь влияет на тепловую мощность реактора, скорость парогенерации и выходную мощность электростанции. Количество вставленных стержней управления и их глубина сильно влияют на реактивность реактора. То есть, когда реактивность превышает 1, скорость ядерной цепной реакции будет увеличиваться экспоненциально; и наоборот, когда реактивность ниже 1, она будет уменьшаться экспоненциально.
Когда все регулирующие стержни полностью вставлены, реактивность можно поддерживать на уровне, близком к нулю, что позволяет быстро замедлить работающий реактор и удерживать его в выключенном состоянии.
Для поддержания стабильной выходной мощности необходимо поддерживать долгосрочный средний коэффициент размножения нейтронов близким к единице. При сборке нового реактора регулирующие стержни полностью вставляются, а затем постепенно извлекаются для запуска цепной ядерной реакции и увеличения мощности до требуемого уровня.
Выбор материала
Выбор материала для регулирующих стержней имеет решающее значение, поскольку он должен иметь высокое сечение захвата нейтронов. Серебро, индий и кадмий являются некоторыми из наиболее часто используемых материалов, однако другие элементы, такие как бор, алюминий, гафний, церий, титан, кремний и т. д., также рассматриваются в качестве потенциальных материалов. Кроме того, регулирующие стержни обычно изготавливаются из сплавов или соединений, таких как высокобористая сталь, сплав серебра, индия и кадмия и т. д.
Управляющие стержни, которые должны быть способны противостоять расширению под действием нейтронов и обладать хорошими механическими свойствами, обычно имеют вид трубчатых конструкций, заполненных поглощающими нейтроны частицами или порошком.
Например, в реакторах с водой под давлением широко используются сплавы серебра, индия и кадмия (обычно 80% серебра, 15% индия и 5% кадмия). Эти материалы имеют различные характеристики в области поглощения нейтронов, что делает этот сплав превосходной средой для поглощения нейтронов. В то же время эти материалы также должны предотвращать коррозию при высоких температурах воды.
Соображения безопасности
В целях безопасности в большинстве конструкций реакторов регулирующие стержни соединены с подъемными механизмами через электромагнитные устройства. Таким образом, в случае отключения электроэнергии регулирующие стержни могут автоматически упасть под действием силы тяжести и полностью войти в реактор, что позволит быстро остановить реакцию. Этот процесс быстрой остановки реактора называется «аварийной остановкой».
Другие средства регулирования отзывчивости
В некоторых реакторах реактивность также можно регулировать путем добавления в теплоноситель растворимых поглотителей нейтронов, таких как борная кислота. Это химическое фиксаторное устройство вместе с выгорающими нейтронными поглотителями, используемыми в топливных частицах, может использоваться для регулирования реактивности ядерных реакторов в долгосрочной перспективе. Кроме того, операторы, эксплуатирующие BWR, осуществляют управление реактивностью, регулируя скорость циркуляционных насосов реактора.
Предотвращение критических аварий
Неправильное управление или отказ регулирующих стержней часто являются причиной ядерных аварий, таких как взрыв SL-1 и катастрофа на Чернобыльской АЭС. Для управления такими кризисами часто используют однородные поглотители нейтронов. Внедрение этих методов имеет решающее значение для безопасности ядерной энергетики.
Заключение
Всесторонне рассмотрев конструкцию регулирующих стержней, материалы и регулирование реактивности, мы можем помочь создать контролируемую среду ядерной реакции для обеспечения безопасного использования ядерной энергии. Однако, какие возможности и возможности, по вашему мнению, существуют для совершенствования будущих ядерных технологий?
