परमाणु रिएक्टर संचालन सिद्धांत आरेख। परमाणु रिएक्टर, संचालन का सिद्धांत, परमाणु रिएक्टर का संचालन

परमाणु रिएक्टर क्या है?

एक परमाणु रिएक्टर, जिसे पहले "परमाणु बॉयलर" के रूप में जाना जाता था, एक निरंतर परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू करने और नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाने वाला उपकरण है। परमाणु रिएक्टरों का उपयोग परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में बिजली पैदा करने और जहाज के इंजन के लिए किया जाता है। परमाणु विखंडन से निकलने वाली गर्मी को काम कर रहे तरल पदार्थ (पानी या गैस) में स्थानांतरित किया जाता है, जिसे भाप टर्बाइनों के माध्यम से पारित किया जाता है। पानी या गैस जहाज के ब्लेड को चलाता है या बिजली के जनरेटर को घुमाता है। परमाणु प्रतिक्रिया से उत्पन्न भाप, सिद्धांत रूप में, थर्मल उद्योग या जिला हीटिंग के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। कुछ रिएक्टरों का उपयोग चिकित्सा और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए या हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम के उत्पादन के लिए आइसोटोप का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। उनमें से कुछ केवल शोध उद्देश्यों के लिए हैं। आज, लगभग 450 परमाणु ऊर्जा रिएक्टर हैं जिनका उपयोग दुनिया भर के लगभग 30 देशों में बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

परमाणु रिएक्टर के संचालन का सिद्धांत

जिस तरह पारंपरिक बिजली संयंत्र जीवाश्म ईंधन के जलने से निकलने वाली तापीय ऊर्जा का उपयोग करके बिजली पैदा करते हैं, उसी तरह परमाणु रिएक्टर नियंत्रित परमाणु विखंडन से निकलने वाली ऊर्जा को परिवर्तित करते हैं। थर्मल ऊर्जायांत्रिक या विद्युत रूपों में आगे परिवर्तन के लिए।

परमाणु विखंडन प्रक्रिया

जब एक महत्वपूर्ण संख्या में क्षयकारी परमाणु नाभिक (जैसे यूरेनियम-235 या प्लूटोनियम-239) एक न्यूट्रॉन को अवशोषित करते हैं, तो परमाणु क्षय की प्रक्रिया हो सकती है। एक भारी नाभिक दो या दो से अधिक प्रकाश नाभिक, (विखंडन उत्पाद) में विघटित हो जाता है, गतिज ऊर्जा, गामा किरणों और मुक्त न्यूट्रॉन को मुक्त करता है। इनमें से कुछ न्यूट्रॉन बाद में अन्य विखंडनीय परमाणुओं द्वारा अवशोषित किए जा सकते हैं और आगे विखंडन का कारण बन सकते हैं, जो और भी अधिक न्यूट्रॉन छोड़ता है, और इसी तरह। इस प्रक्रिया को परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया के रूप में जाना जाता है।

ऐसी परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने के लिए, न्यूट्रॉन अवशोषक और मॉडरेटर अधिक नाभिक के विखंडन में जाने वाले न्यूट्रॉन के अनुपात को बदल सकते हैं। खतरनाक स्थितियों की पहचान होने पर क्षय प्रतिक्रिया को रोकने में सक्षम होने के लिए परमाणु रिएक्टरों को मैन्युअल रूप से या स्वचालित रूप से नियंत्रित किया जाता है।

आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले न्यूट्रॉन फ्लक्स रेगुलेटर साधारण ("हल्का") पानी (दुनिया में 74.8% रिएक्टर), ठोस ग्रेफाइट (रिएक्टर का 20%) और "भारी" पानी (रिएक्टर का 5%) होते हैं। कुछ प्रायोगिक प्रकार के रिएक्टरों में बेरिलियम और हाइड्रोकार्बन का उपयोग करने का प्रस्ताव है।

परमाणु रिएक्टर में ऊष्मा उत्पन्न करना

रिएक्टर का कार्य क्षेत्र कई तरह से गर्मी उत्पन्न करता है:

• जब नाभिक पड़ोसी परमाणुओं से टकराता है तो विखंडन उत्पादों की गतिज ऊर्जा तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।
• रिएक्टर विखंडन के दौरान उत्पन्न कुछ गामा विकिरण को अवशोषित करता है और इसकी ऊर्जा को गर्मी में परिवर्तित करता है।
• विखंडन उत्पादों और उन सामग्रियों के रेडियोधर्मी क्षय से गर्मी उत्पन्न होती है जो न्यूट्रॉन अवशोषण से प्रभावित हुई हैं। रिएक्टर बंद होने के बाद भी यह ऊष्मा स्रोत कुछ समय के लिए अपरिवर्तित रहेगा।

परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान, एक किलोग्राम यूरेनियम -235 (U-235) पारंपरिक रूप से जलाए गए एक किलोग्राम कोयले की तुलना में लगभग तीन मिलियन गुना अधिक ऊर्जा जारी करता है (2.4 × 107 जूल प्रति किलोग्राम कोयले की तुलना में यूरेनियम -235 प्रति किलोग्राम 7.2 × 1013 जूल) ,

परमाणु रिएक्टर शीतलन प्रणाली

परमाणु रिएक्टर का शीतलक - आमतौर पर पानी, लेकिन कभी-कभी गैस, तरल धातु (जैसे तरल सोडियम), या पिघला हुआ नमक - जारी गर्मी को अवशोषित करने के लिए रिएक्टर कोर के चारों ओर परिचालित किया जाता है। रिएक्टर से गर्मी को हटा दिया जाता है और फिर भाप उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जाता है। अधिकांश रिएक्टर एक शीतलन प्रणाली का उपयोग करते हैं जो पानी से भौतिक रूप से अलग होता है जो टरबाइन के लिए उपयोग किए जाने वाले भाप को उबालता है और उत्पन्न करता है, बहुत दबाव वाले पानी रिएक्टर की तरह। हालांकि, कुछ रिएक्टरों में, भाप टर्बाइनों के लिए पानी को सीधे रिएक्टर कोर में उबाला जाता है; उदाहरण के लिए, एक दबावयुक्त जल रिएक्टर में।

रिएक्टर में न्यूट्रॉन फ्लक्स नियंत्रण

रिएक्टर बिजली उत्पादन को अधिक विखंडन पैदा करने में सक्षम न्यूट्रॉन की संख्या को नियंत्रित करके नियंत्रित किया जाता है।

न्यूट्रॉन को अवशोषित करने के लिए "न्यूट्रॉन जहर" से बने नियंत्रण छड़ का उपयोग किया जाता है। कंट्रोल रॉड द्वारा जितने अधिक न्यूट्रॉन अवशोषित होते हैं, उतने ही कम न्यूट्रॉन आगे विखंडन का कारण बन सकते हैं। इस प्रकार, अवशोषण छड़ को रिएक्टर में गहराई तक डुबोने से इसकी उत्पादन शक्ति कम हो जाती है और, इसके विपरीत, नियंत्रण छड़ को हटाने से इसमें वृद्धि होगी।

सभी परमाणु रिएक्टरों में नियंत्रण के पहले स्तर पर, कई न्यूट्रॉन-समृद्ध विखंडन समस्थानिकों के विलंबित न्यूट्रॉन उत्सर्जन की प्रक्रिया महत्वपूर्ण है। शारीरिक प्रक्रिया. ये विलंबित न्यूट्रॉन विखंडन के दौरान उत्पादित न्यूट्रॉन की कुल संख्या का लगभग 0.65% बनाते हैं, जबकि शेष (तथाकथित "फास्ट न्यूट्रॉन") विखंडन के दौरान तुरंत बनते हैं। विलंबित न्यूट्रॉन बनाने वाले विखंडन उत्पादों में मिलीसेकंड से लेकर मिनटों तक का आधा जीवन होता है, और इसलिए यह निर्धारित करने में काफी समय लगता है कि रिएक्टर अपने महत्वपूर्ण बिंदु पर कब पहुंचता है। रिएक्टर को एक श्रृंखला प्रतिक्रियाशीलता मोड में बनाए रखना, जहां एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान तक पहुंचने के लिए विलंबित न्यूट्रॉन की आवश्यकता होती है, "वास्तविक समय" में श्रृंखला प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने के लिए यांत्रिक उपकरणों या मानव नियंत्रण का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है; अन्यथा, एक सामान्य परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया में घातीय शक्ति वृद्धि के परिणामस्वरूप महत्वपूर्णता तक पहुंचने और परमाणु रिएक्टर के कोर के पिघलने के बीच का समय हस्तक्षेप करने के लिए बहुत कम होगा। यह अंतिम चरण, जहां विलंबित न्यूट्रॉनों को अब क्रांतिकता बनाए रखने की आवश्यकता नहीं होती है, शीघ्र क्रांतिकता के रूप में जाना जाता है। संख्यात्मक रूप में आलोचनात्मकता का वर्णन करने के लिए एक पैमाना है, जिसमें प्रारंभिक आलोचनात्मकता "शून्य डॉलर" शब्द द्वारा इंगित की जाती है, तेजी से महत्वपूर्ण बिंदु "एक डॉलर" के रूप में, प्रक्रिया के अन्य बिंदुओं को "सेंट" में प्रक्षेपित किया जाता है।

कुछ रिएक्टरों में, शीतलक न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में भी कार्य करता है। मॉडरेटर रिएक्टर की शक्ति को बढ़ाता है जिससे विखंडन के दौरान निकलने वाले तेज न्यूट्रॉन ऊर्जा खो देते हैं और थर्मल न्यूट्रॉन बन जाते हैं। थर्मल न्यूट्रॉन तेजी से न्यूट्रॉन की तुलना में विखंडन का कारण बनते हैं। यदि शीतलक भी न्यूट्रॉन मॉडरेटर है, तो तापमान में परिवर्तन शीतलक/मॉडरेटर के घनत्व को प्रभावित कर सकता है और इसलिए रिएक्टर बिजली उत्पादन में परिवर्तन। शीतलक का तापमान जितना अधिक होगा, वह उतना ही कम घना होगा, और इसलिए कम प्रभावी मॉडरेटर होगा।

अन्य प्रकार के रिएक्टरों में, शीतलक "न्यूट्रॉन जहर" के रूप में कार्य करता है, न्यूट्रॉन को उसी तरह अवशोषित करता है जैसे नियंत्रण छड़। इन रिएक्टरों में शीतलक को गर्म करके बिजली उत्पादन बढ़ाया जा सकता है, जिससे यह कम घना हो जाता है। परमाणु रिएक्टरों में आमतौर पर रिएक्टर को बंद करने के लिए स्वचालित और मैनुअल सिस्टम होते हैं आपातकालीन रोक. ये सिस्टम डालते हैं एक लंबी संख्याखतरनाक स्थितियों का पता चलने या संदेह होने पर विखंडन प्रक्रिया को रोकने के लिए रिएक्टर में "न्यूट्रॉन जहर" (अक्सर बोरिक एसिड के रूप में बोरॉन)।

अधिकांश प्रकार के रिएक्टर "क्सीनन पिट" या "आयोडीन पिट" नामक प्रक्रिया के प्रति संवेदनशील होते हैं। एक सामान्य विखंडन उत्पाद, क्सीनन-135, एक न्यूट्रॉन अवशोषक के रूप में कार्य करता है जो रिएक्टर को बंद करना चाहता है। क्सीनन-135 के संचयन को न्यूट्रॉनों को उतनी ही तेजी से अवशोषित कर नष्ट करने के लिए पर्याप्त उच्च शक्ति स्तर बनाए रखकर नियंत्रित किया जा सकता है। विखंडन से आयोडीन-135 का निर्माण भी होता है, जो बदले में क्षय होकर (6.57 घंटे के आधे जीवन के साथ) क्सीनन-135 बनाता है। जब रिएक्टर बंद हो जाता है, तो आयोडीन-135 का क्षय होकर क्सीनन-135 बनता है, जिससे रिएक्टर को एक या दो दिन में फिर से शुरू करना और भी मुश्किल हो जाता है, क्योंकि क्सीनन-135 सीज़ियम-135 का निर्माण करता है, जो क्सीनन की तरह न्यूट्रॉन अवशोषक नहीं है। -135. 135, 9.2 घंटे के आधे जीवन के साथ। यह अस्थायी अवस्था "आयोडीन पिट" है। यदि रिएक्टर में पर्याप्त अतिरिक्त शक्ति है, तो इसे पुनः आरंभ किया जा सकता है। अधिक क्सीनन-135 क्सीनन-136 में बदल जाएगा, जो न्यूट्रॉन अवशोषक से कम है, और कुछ घंटों के भीतर रिएक्टर तथाकथित "क्सीनन बर्न-अप चरण" का अनुभव करता है। इसके अतिरिक्त, खोए हुए क्सीनन-135 को बदलने के लिए न्यूट्रॉन के अवशोषण की भरपाई के लिए रिएक्टर में नियंत्रण छड़ें डाली जानी चाहिए। सेवा की गई ऐसी प्रक्रिया का ठीक से पालन करने में असमर्थता मुख्य कारणचेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र में दुर्घटना।

समुद्री परमाणु संयंत्रों (विशेष रूप से परमाणु पनडुब्बियों) में उपयोग किए जाने वाले रिएक्टरों को अक्सर भूमि आधारित बिजली रिएक्टरों की तरह निरंतर बिजली मोड में शुरू नहीं किया जा सकता है। इसके अलावा, ऐसे बिजली संयंत्रों में ईंधन को बदले बिना संचालन की लंबी अवधि होनी चाहिए। इस कारण से, कई डिज़ाइन अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम का उपयोग करते हैं लेकिन ईंधन की छड़ों में एक जलने योग्य न्यूट्रॉन अवशोषक होते हैं। यह एक रिएक्टर को अधिक विखंडनीय सामग्री के साथ डिजाइन करना संभव बनाता है, जो न्यूट्रॉन अवशोषित सामग्री की उपस्थिति के कारण रिएक्टर ईंधन चक्र के जलने की शुरुआत में अपेक्षाकृत सुरक्षित है, जिसे बाद में पारंपरिक लंबे समय तक रहने वाले न्यूट्रॉन अवशोषक द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। (क्सीनन-135 से अधिक टिकाऊ), जो धीरे-धीरे रिएक्टर के जीवन पर जमा हो जाता है। ईंधन।

बिजली का उत्पादन कैसे होता है?

विखंडन के दौरान उत्पन्न ऊर्जा गर्मी उत्पन्न करती है, जिनमें से कुछ को उपयोगी ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। सामान्य विधिइस तापीय ऊर्जा का उपयोग पानी को उबालने और दबाव में भाप उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, जो बदले में ड्राइव के घूर्णन की ओर जाता है। भाप का टर्बाइन, जो अल्टरनेटर को घुमाता है और बिजली उत्पन्न करता है।

पहले रिएक्टरों की उपस्थिति का इतिहास

1932 में न्यूट्रॉन की खोज की गई थी। न्यूट्रॉन के संपर्क में आने के परिणामस्वरूप परमाणु प्रतिक्रियाओं से उकसाने वाली श्रृंखला प्रतिक्रिया की योजना पहली बार 1933 में हंगरी के वैज्ञानिक लियो सिलार्ड द्वारा की गई थी। उन्होंने अगले वर्ष लंदन में एडमिरल्टी में अपने साधारण रिएक्टर विचार के लिए एक पेटेंट के लिए आवेदन किया। हालांकि, स्ज़ीलार्ड के विचार में न्यूट्रॉन के स्रोत के रूप में परमाणु विखंडन के सिद्धांत को शामिल नहीं किया गया था, क्योंकि यह प्रक्रिया अभी तक खोजी नहीं गई थी। प्रकाश तत्वों में न्यूट्रॉन-मध्यस्थ परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया का उपयोग करके परमाणु रिएक्टरों के लिए स्ज़ीलार्ड के विचार अव्यवहारिक साबित हुए।

यूरेनियम का उपयोग करते हुए एक नए प्रकार के रिएक्टर के निर्माण के लिए प्रेरणा 1938 में लीज़ मीटनर, फ्रिट्ज स्ट्रैसमैन और ओटो हैन की खोज थी, जिन्होंने न्यूट्रॉन के साथ यूरेनियम पर "बमबारी" की (बेरिलियम की अल्फा क्षय प्रतिक्रिया, "न्यूट्रॉन गन" का उपयोग करके) बेरियम बनाने के लिए, जैसा कि उनका मानना ​​​​था कि यह यूरेनियम नाभिक के क्षय से उत्पन्न हुआ था। 1939 की शुरुआत में बाद के अध्ययनों (स्ज़िलार्ड और फर्मी) ने दिखाया कि परमाणु के विखंडन के दौरान कुछ न्यूट्रॉन भी उत्पन्न हुए थे, और इससे परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया करना संभव हो गया, जैसा कि स्ज़ीलार्ड ने छह साल पहले देखा था।

2 अगस्त, 1939 को, अल्बर्ट आइंस्टीन ने स्ज़ीलार्ड द्वारा राष्ट्रपति फ्रैंकलिन डी. रूजवेल्ट को लिखे गए एक पत्र पर हस्ताक्षर किए, जिसमें कहा गया था कि यूरेनियम विखंडन की खोज से "बेहद शक्तिशाली नए प्रकार के बम" बन सकते हैं। इससे रिएक्टरों और रेडियोधर्मी क्षय के अध्ययन को प्रोत्साहन मिला। स्ज़ीलार्ड और आइंस्टीन एक-दूसरे को अच्छी तरह से जानते थे और कई सालों तक एक साथ काम करते थे, लेकिन आइंस्टीन ने परमाणु ऊर्जा के लिए ऐसी संभावना के बारे में कभी नहीं सोचा था, जब तक कि स्ज़ीलार्ड ने उन्हें सूचित नहीं किया, अपनी खोज की शुरुआत में, हमें सरकार को चेतावनी देने के लिए आइंस्टीन-स्ज़िलार्ड पत्र लिखने के लिए,

इसके तुरंत बाद, 1939 में, नाजी जर्मनी ने पोलैंड पर हमला किया, दूसरा शुरू किया विश्व युध्दयूरोप में। आधिकारिक तौर पर, अमेरिका अभी युद्ध में नहीं था, लेकिन अक्टूबर में, जब आइंस्टीन-स्ज़िलार्ड पत्र दिया गया था, रूजवेल्ट ने कहा कि अध्ययन का उद्देश्य यह सुनिश्चित करना था कि "नाजियों ने हमें उड़ा नहीं दिया।" अमेरिकी परमाणु परियोजना शुरू हुई, हालांकि कुछ देरी के साथ, संदेह बना रहा (विशेषकर फर्मी से), और यह भी कि सरकारी अधिकारियों की छोटी संख्या के कारण जो शुरू में परियोजना की देखरेख करते थे।

में आगामी वर्षअमेरिकी सरकार को यूके से एक फ्रिस्क-पीयर्ल्स ज्ञापन प्राप्त हुआ, जिसमें कहा गया था कि एक श्रृंखला प्रतिक्रिया करने के लिए आवश्यक यूरेनियम की मात्रा पहले की तुलना में बहुत कम थी। ज्ञापन मॉड कमिटी की भागीदारी के साथ बनाया गया था, जिन्होंने यूके में परमाणु बम परियोजना पर काम किया था, जिसे बाद में "ट्यूब मिश्र" (ट्यूबलर मिश्र) कोड नाम के तहत जाना जाता था और बाद में मैनहट्टन परियोजना में शामिल किया गया था।

अंततः, पहला मानव निर्मित परमाणु रिएक्टर, जिसे शिकागो वुडपाइल 1 कहा जाता है, शिकागो विश्वविद्यालय में 1942 के अंत में एनरिको फर्मी के नेतृत्व में एक टीम द्वारा बनाया गया था। इस समय तक, अमेरिकी परमाणु कार्यक्रम में देश के प्रवेश से पहले ही तेज हो गया था। युद्ध। "शिकागो वुडपाइल" 2 दिसंबर, 1942 को 15 घंटे 25 मिनट पर एक महत्वपूर्ण बिंदु पर पहुंच गया। रिएक्टर का फ्रेम लकड़ी का था, जिसमें प्राकृतिक यूरेनियम ऑक्साइड के नेस्टेड "ब्रिकेट्स" या "स्यूडोस्फीयर" के साथ ग्रेफाइट ब्लॉक (इसलिए नाम) का ढेर था।

1943 में शिकागो वुडपाइल के निर्माण के तुरंत बाद, अमेरिकी सेना ने मैनहट्टन परियोजना के लिए परमाणु रिएक्टरों की एक पूरी श्रृंखला विकसित की। सबसे बड़े रिएक्टरों (वाशिंगटन राज्य में हनफोर्ड परिसर में स्थित) का मुख्य उद्देश्य परमाणु हथियारों के लिए प्लूटोनियम का बड़े पैमाने पर उत्पादन था। फर्मी और स्ज़ीलार्ड ने 19 दिसंबर, 1944 को रिएक्टरों के लिए एक पेटेंट आवेदन दायर किया। युद्धकालीन गोपनीयता के कारण इसके जारी होने में 10 साल की देरी हुई।

"वर्ल्ड्स फर्स्ट" - यह शिलालेख ईबीआर-आई रिएक्टर की साइट पर बनाया गया था, जो अब आर्को, इडाहो शहर के पास एक संग्रहालय है। मूल रूप से "शिकागो वुडपाइल -4" नाम दिया गया, यह रिएक्टर एरेगॉन नेशनल लेबोरेटरी के लिए वाल्टर ज़िन के निर्देशन में बनाया गया था। यह प्रायोगिक फास्ट ब्रीडर रिएक्टर अमेरिकी परमाणु ऊर्जा आयोग के पास था। रिएक्टर ने 20 दिसंबर, 1951 को परीक्षण में 0.8 किलोवाट बिजली और अगले दिन 100 किलोवाट बिजली (विद्युत) का उत्पादन किया, जिसमें 200 किलोवाट (विद्युत शक्ति) की डिजाइन क्षमता थी।

परमाणु रिएक्टरों के सैन्य उपयोग के अलावा, शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए परमाणु ऊर्जा में अनुसंधान जारी रखने के राजनीतिक कारण भी थे। अमेरिकी राष्ट्रपति ड्वाइट आइजनहावर ने 8 दिसंबर, 1953 को संयुक्त राष्ट्र महासभा में अपना प्रसिद्ध "शांति के लिए परमाणु" भाषण दिया। इस कूटनीतिक कदम से अमेरिका और दुनिया भर में रिएक्टर प्रौद्योगिकी का प्रसार हुआ।

नागरिक उद्देश्यों के लिए बनाया गया पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र ओबनिंस्क में AM-1 परमाणु ऊर्जा संयंत्र था, जिसे सोवियत संघ में 27 जून, 1954 को लॉन्च किया गया था। इसने लगभग 5 मेगावाट विद्युत ऊर्जा का उत्पादन किया।

द्वितीय विश्व युद्ध के बाद, अमेरिकी सेना ने परमाणु रिएक्टर प्रौद्योगिकी के लिए अन्य अनुप्रयोगों की तलाश की। सेना और वायु सेना में किए गए अध्ययनों को लागू नहीं किया गया; हालांकि, अमेरिकी नौसेना 17 जनवरी, 1955 को परमाणु पनडुब्बी यूएसएस नॉटिलस (SSN-571) के प्रक्षेपण में सफल रही।

पहला वाणिज्यिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र (सेलफिल्ड, इंग्लैंड में काल्डर हॉल) 1956 में 50 मेगावाट (बाद में 200 मेगावाट) की प्रारंभिक क्षमता के साथ खोला गया था।

1960 के बाद से अमेरिकी सैन्य अड्डे "कैंप सेंचुरी" के लिए बिजली (2 मेगावाट) उत्पन्न करने के लिए पहले पोर्टेबल परमाणु रिएक्टर "एल्को पीएम -2 ए" का उपयोग किया गया है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र के मुख्य घटक

अधिकांश प्रकार के परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के मुख्य घटक हैं:

परमाणु रिएक्टर के तत्व

• परमाणु ईंधन (परमाणु रिएक्टर कोर; न्यूट्रॉन मॉडरेटर)
• न्यूट्रॉन का प्रारंभिक स्रोत
• न्यूट्रॉन अवशोषक
• न्यूट्रॉन गन (बंद होने के बाद प्रतिक्रिया को फिर से शुरू करने के लिए न्यूट्रॉन का एक निरंतर स्रोत प्रदान करता है)
• शीतलन प्रणाली (अक्सर न्यूट्रॉन मॉडरेटर और शीतलक समान होते हैं, आमतौर पर शुद्ध पानी)
• नियंत्रक छड़ें
• परमाणु रिएक्टर पोत (एनआरसी)

बॉयलर पानी पंप

• भाप जनरेटर (उबलते पानी रिएक्टरों में नहीं)
• भाप का टर्बाइन
• बिजली जनरेटर
• संधारित्र
• कूलिंग टॉवर (हमेशा आवश्यक नहीं)
• रेडियोधर्मी अपशिष्ट उपचार प्रणाली (रेडियोधर्मी अपशिष्ट निपटान संयंत्र का हिस्सा)
• परमाणु ईंधन पुनः लोडिंग साइट
• खर्च किया गया ईंधन पूल

विकिरण सुरक्षा प्रणाली

• रेक्टर सुरक्षा प्रणाली (SZR)
• आपातकालीन डीजल जनरेटर
• रिएक्टर कोर इमरजेंसी कूलिंग सिस्टम (ईसीसीएस)
• आपातकालीन द्रव नियंत्रण प्रणाली (बोरॉन आपातकालीन इंजेक्शन, केवल उबलते पानी के रिएक्टरों में)
• जिम्मेदार उपभोक्ताओं के लिए सेवा जल आपूर्ति प्रणाली (SOTVOP)

सुरक्षात्मक खोल

• रिमोट कंट्रोल
• आपातकालीन स्थापना
• परमाणु प्रशिक्षण परिसर (एक नियम के रूप में, नियंत्रण कक्ष का अनुकरण है)

परमाणु रिएक्टरों का वर्गीकरण

परमाणु रिएक्टरों के प्रकार

परमाणु रिएक्टरों को कई तरह से वर्गीकृत किया जाता है; सारांशइन वर्गीकरण विधियों को नीचे प्रस्तुत किया गया है।

मॉडरेटर के प्रकार द्वारा परमाणु रिएक्टरों का वर्गीकरण

प्रयुक्त थर्मल रिएक्टर:

• ग्रेफाइट रिएक्टर
  
• दबावयुक्त जल रिएक्टर
• भारी पानी रिएक्टर(कनाडा, भारत, अर्जेंटीना, चीन, पाकिस्तान, रोमानिया और दक्षिण कोरिया में प्रयुक्त)।
• लाइट वॉटर रिएक्टर(एलवीआर)। लाइट वाटर रिएक्टर (सबसे सामान्य प्रकार का थर्मल रिएक्टर) रिएक्टरों को नियंत्रित और ठंडा करने के लिए साधारण पानी का उपयोग करते हैं। यदि पानी का तापमान बढ़ जाता है, तो इसका घनत्व कम हो जाता है, जिससे न्यूट्रॉन प्रवाह धीमा हो जाता है जिससे आगे की श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है। यह नकारात्मक है प्रतिपुष्टिपरमाणु प्रतिक्रिया की दर को स्थिर करता है। ग्रेफाइट और भारी पानी के रिएक्टर हल्के पानी के रिएक्टरों की तुलना में अधिक तीव्रता से गर्म होते हैं। अतिरिक्त गर्मी के कारण ऐसे रिएक्टर प्राकृतिक यूरेनियम/अनरिचर्ड ईंधन का उपयोग कर सकते हैं।
• प्रकाश तत्व मॉडरेटर पर आधारित रिएक्टर.
• पिघला हुआ नमक संचालित रिएक्टर(MSR) लिथियम या बेरिलियम जैसे प्रकाश तत्वों की उपस्थिति से नियंत्रित होते हैं, जो LiF और BEF2 शीतलक/ईंधन मैट्रिक्स लवण का हिस्सा हैं।
• तरल धातु कूलर के साथ रिएक्टर, जहां शीतलक सीसा और बिस्मथ का मिश्रण है, न्यूट्रॉन अवशोषक में BeO ऑक्साइड का उपयोग कर सकता है।
• जैविक मॉडरेटर पर आधारित रिएक्टर(ओएमआर) मॉडरेटर और शीतलक घटकों के रूप में डाइफेनिल और टेरफेनिल का उपयोग करते हैं।

शीतलक के प्रकार द्वारा परमाणु रिएक्टरों का वर्गीकरण

• वाटर कूल्ड रिएक्टर. संयुक्त राज्य अमेरिका में 104 ऑपरेटिंग रिएक्टर हैं। इनमें से 69 प्रेशराइज्ड वॉटर रिएक्टर (पीडब्लूआर) हैं और 35 उबलते पानी रिएक्टर (बीडब्ल्यूआर) हैं। दबावयुक्त जल परमाणु रिएक्टर (पीडब्लूआर) सभी पश्चिमी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का विशाल बहुमत बनाते हैं। आरवीडी प्रकार की मुख्य विशेषता एक सुपरचार्जर, एक विशेष उच्च दबाव पोत की उपस्थिति है। अधिकांश वाणिज्यिक उच्च दबाव रिएक्टर और नौसेना रिएक्टर संयंत्र सुपरचार्जर का उपयोग करते हैं। दौरान सामान्य ऑपरेशनब्लोअर आंशिक रूप से पानी से भरा होता है और इसके ऊपर एक भाप का बुलबुला बना रहता है, जो पानी को इमर्शन हीटर से गर्म करके बनाया जाता है। सामान्य मोड में, सुपरचार्जर रिएक्टर (एचआरवी) के दबाव पोत से जुड़ा होता है और रिएक्टर में पानी की मात्रा में बदलाव के मामले में दबाव कम्पेसाटर एक गुहा प्रदान करता है। इस तरह की योजना हीटर का उपयोग करने वाले कम्पेसाटर में भाप के दबाव को बढ़ाकर या घटाकर रिएक्टर में दबाव का नियंत्रण भी प्रदान करती है।

• उच्च दबाव भारी पानी रिएक्टरविभिन्न प्रकार के दबाव वाले पानी रिएक्टरों (पीडब्लूआर) से संबंधित हैं, जो दबाव का उपयोग करने के सिद्धांतों, एक पृथक थर्मल चक्र, शीतलक और मॉडरेटर के रूप में भारी पानी के उपयोग को मानते हैं, जो आर्थिक रूप से फायदेमंद है।
• उबलते पानी रिएक्टर(बीडब्ल्यूआर)। उबलते पानी के रिएक्टरों के मॉडल मुख्य रिएक्टर पोत के तल पर ईंधन की छड़ के आसपास उबलते पानी की उपस्थिति की विशेषता है। उबलता पानी रिएक्टर यूरेनियम डाइऑक्साइड के रूप में समृद्ध 235U ईंधन के रूप में उपयोग करता है। ईंधन को स्टील के बर्तन में रखी छड़ों में व्यवस्थित किया जाता है, जो बदले में पानी में डूब जाता है। परमाणु विखंडन प्रक्रिया के कारण पानी उबलता है और भाप बनती है। यह भाप टर्बाइनों में पाइपलाइनों से होकर गुजरती है। टर्बाइन भाप द्वारा संचालित होते हैं, और इस प्रक्रिया से बिजली उत्पन्न होती है। सामान्य ऑपरेशन के दौरान, रिएक्टर दबाव पोत से टरबाइन में बहने वाली भाप की मात्रा से दबाव नियंत्रित होता है।
• पूल प्रकार रिएक्टर
• तरल धातु शीतलक के साथ रिएक्टर. चूंकि पानी एक न्यूट्रॉन मॉडरेटर है, इसलिए इसे तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर में शीतलक के रूप में इस्तेमाल नहीं किया जा सकता है। तरल धातु शीतलक में सोडियम, NaK, लेड, लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक और प्रारंभिक पीढ़ी के रिएक्टरों के लिए पारा शामिल हैं।
• सोडियम कूलेंट के साथ फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर.
• सीसा शीतलक के साथ तेज न्यूट्रॉन पर रिएक्टर।
• गैस कूल्ड रिएक्टरउच्च तापमान संरचनाओं में हीलियम के साथ परिकल्पित अक्रिय गैस को परिचालित करके ठंडा किया जाता है। वहीं, कार्बन डाइऑक्साइड का इस्तेमाल पहले ब्रिटिश और फ्रांसीसी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में किया जाता था। नाइट्रोजन का भी उपयोग किया गया है। ऊष्मा का उपयोग रिएक्टर के प्रकार पर निर्भर करता है। कुछ रिएक्टर इतने गर्म होते हैं कि गैस सीधे गति में सेट हो सकती है गैस टर्बाइन. पुराने रिएक्टर डिजाइन में आमतौर पर स्टीम टर्बाइन के लिए भाप उत्पन्न करने के लिए हीट एक्सचेंजर के माध्यम से गैस पास करना शामिल होता है।
• पिघला हुआ नमक रिएक्टर(MSR) पिघले हुए नमक को परिचालित करके ठंडा किया जाता है (आमतौर पर फ्लोराइड लवण जैसे FLiBe के गलनक्रांतिक मिश्रण)। एक विशिष्ट MSR में, शीतलक का उपयोग एक मैट्रिक्स के रूप में भी किया जाता है जिसमें विखंडनीय सामग्री घुल जाती है।

परमाणु रिएक्टरों की पीढ़ी

• पहली पीढ़ी का रिएक्टर(शुरुआती प्रोटोटाइप, अनुसंधान रिएक्टर, गैर-वाणिज्यिक बिजली रिएक्टर)
• दूसरी पीढ़ी का रिएक्टर(अधिकांश आधुनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र 1965-1996)
• तीसरी पीढ़ी का रिएक्टर(विकासवादी सुधार मौजूदा संरचनाएं 1996-वर्तमान)
• चौथी पीढ़ी का रिएक्टर(प्रौद्योगिकियां अभी भी विकास के अधीन हैं, अज्ञात प्रारंभ तिथि, संभवतः 2030)

2003 में, परमाणु ऊर्जा के लिए फ्रेंच कमिश्रिएट (सीईए) ने अपने न्यूक्लियोनिक्स वीक के दौरान पहली बार पदनाम "जनरल II" पेश किया।

2000 में "जनरल III" का पहला उल्लेख जनरेशन IV इंटरनेशनल फोरम (GIF) की शुरुआत के संबंध में किया गया था।

नए प्रकार के बिजली संयंत्रों के विकास के लिए संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग (डीओई) द्वारा 2000 में "जनरल IV" का उल्लेख किया गया था।

ईंधन के प्रकार द्वारा परमाणु रिएक्टरों का वर्गीकरण

• ठोस ईंधन रिएक्टर
• तरल ईंधन रिएक्टर
• सजातीय वाटर कूल्ड रिएक्टर
• पिघला हुआ नमक रिएक्टर
• गैस से चलने वाले रिएक्टर (सैद्धांतिक रूप से)

उद्देश्य से परमाणु रिएक्टरों का वर्गीकरण

• विद्युत उत्पादन
• छोटे क्लस्टर रिएक्टरों सहित परमाणु ऊर्जा संयंत्र
• स्व-चालित उपकरण (परमाणु ऊर्जा संयंत्र देखें)
• परमाणु अपतटीय प्रतिष्ठान
• विभिन्न प्रस्तावित प्रकार के रॉकेट इंजन
• गर्मी के अन्य उपयोग
• डिसेलिनेशन
• घरेलू और औद्योगिक हीटिंग के लिए ताप उत्पादन
• हाइड्रोजन ऊर्जा में उपयोग के लिए हाइड्रोजन उत्पादन
• तत्व रूपांतरण के लिए उत्पादन रिएक्टर
• ब्रीडर रिएक्टर श्रृंखला प्रतिक्रिया के दौरान उपभोग की तुलना में अधिक विखंडनीय सामग्री का उत्पादन करने में सक्षम हैं (मूल समस्थानिक U-238 को Pu-239, या Th-232 से U-233 में परिवर्तित करके)। इस प्रकार, एक चक्र पूरा करने के बाद, यूरेनियम ब्रीडर रिएक्टर को बार-बार प्राकृतिक या यहां तक ​​कि घटे हुए यूरेनियम के साथ ईंधन भरा जा सकता है। बदले में, थोरियम ब्रीडर रिएक्टर को थोरियम से रिफिल किया जा सकता है। हालांकि, विखंडनीय सामग्री की प्रारंभिक आपूर्ति की आवश्यकता है।
• विभिन्न रेडियोधर्मी समस्थानिकों का निर्माण, जैसे धूम्रपान संसूचकों में उपयोग के लिए एमरिकियम और कोबाल्ट-60, मोलिब्डेनम-99 और अन्य को ट्रेसर के रूप में और उपचार के लिए उपयोग किया जाता है।
• परमाणु हथियारों के लिए सामग्री का उत्पादन, जैसे हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम
• न्यूट्रॉन विकिरण के स्रोत का निर्माण (उदाहरण के लिए, लेडी गोडिवा स्पंदित रिएक्टर) और पॉज़िट्रॉन विकिरण (उदाहरण के लिए, न्यूट्रॉन सक्रियण विश्लेषण और पोटेशियम-आर्गन डेटिंग)
• अनुसंधान रिएक्टर: आमतौर पर, रिएक्टरों का उपयोग वैज्ञानिक अनुसंधान और शिक्षण, सामग्री परीक्षण, या दवा और उद्योग के लिए रेडियोआइसोटोप के उत्पादन के लिए किया जाता है। वे बिजली रिएक्टरों या जहाज रिएक्टरों की तुलना में बहुत छोटे हैं। इनमें से कई रिएक्टर विश्वविद्यालय परिसरों में स्थित हैं। 56 देशों में ऐसे करीब 280 रिएक्टर काम कर रहे हैं। कुछ अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम ईंधन के साथ काम करते हैं। कम समृद्ध ईंधन को बदलने के लिए अंतर्राष्ट्रीय प्रयास चल रहे हैं।

आधुनिक परमाणु रिएक्टर

ये रिएक्टर परमाणु ईंधन, नियंत्रण छड़, मॉडरेटर और शीतलक रखने के लिए एक दबाव पोत का उपयोग करते हैं। रिएक्टरों को ठंडा किया जाता है और उच्च दबाव में तरल पानी द्वारा न्यूट्रॉन को नियंत्रित किया जाता है। दबाव पोत से निकलने वाला गर्म रेडियोधर्मी पानी सर्किट से होकर गुजरता है वाष्प जेनरेटर, जो बदले में द्वितीयक (गैर-रेडियोधर्मी) सर्किट को गर्म करता है। ये रिएक्टर बहुमत बनाते हैं आधुनिक रिएक्टर. यह न्यूट्रॉन रिएक्टर हीटिंग डिज़ाइन डिवाइस है, जिनमें से नवीनतम VVER-1200, उन्नत दबावयुक्त जल रिएक्टर और यूरोपीय दबावयुक्त जल रिएक्टर हैं। अमेरिकी नौसेना के रिएक्टर इस प्रकार के हैं।

उबलते पानी के रिएक्टर भाप जनरेटर के बिना दबाव वाले पानी के रिएक्टरों के समान हैं। उबलते पानी के रिएक्टर भी पानी का उपयोग शीतलक और न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में दबाव वाले पानी रिएक्टरों के रूप में करते हैं, लेकिन कम दबाव पर, जो पानी को बॉयलर के अंदर उबालने की अनुमति देता है, जिससे भाप बनती है जो टरबाइन को बदल देती है। एक दबाव वाले पानी रिएक्टर के विपरीत, कोई प्राथमिक और द्वितीयक सर्किट नहीं होता है। इन रिएक्टरों की ताप क्षमता अधिक हो सकती है, और वे डिजाइन में सरल हो सकते हैं, और इससे भी अधिक स्थिर और सुरक्षित हो सकते हैं। यह एक थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टर डिवाइस है, जिनमें से नवीनतम उन्नत उबलते पानी रिएक्टर और किफायती सरलीकृत उबलते पानी परमाणु रिएक्टर हैं।

एक कैनेडियन डिज़ाइन (CANDU के रूप में जाना जाता है), ये दबावयुक्त भारी पानी संचालित रिएक्टर हैं। दबाव वाले पानी के रिएक्टरों की तरह एकल दबाव वाले बर्तन का उपयोग करने के बजाय, ईंधन सैकड़ों उच्च दबाव चैनलों में होता है। ये रिएक्टर प्राकृतिक यूरेनियम पर चलते हैं और थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टर हैं। भारी पानी रिएक्टरों को पूरी शक्ति से संचालित करते समय ईंधन भरा जा सकता है, जिससे यूरेनियम का उपयोग करते समय वे बहुत कुशल हो जाते हैं (यह कोर प्रवाह के सटीक नियंत्रण की अनुमति देता है)। कनाडा, अर्जेंटीना, चीन, भारत, पाकिस्तान, रोमानिया और दक्षिण कोरिया में भारी पानी के CANDU रिएक्टर बनाए गए हैं। भारत कई भारी जल रिएक्टरों का भी संचालन करता है, जिन्हें अक्सर "CANDU-डेरिवेटिव" कहा जाता है, जिसे कनाडा सरकार द्वारा 1974 में "स्माइलिंग बुद्धा" परमाणु हथियार परीक्षण के बाद भारत के साथ परमाणु संबंध समाप्त करने के बाद बनाया गया था।

सोवियत विकास, प्लूटोनियम, साथ ही बिजली का उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किया गया। RBMK पानी को शीतलक के रूप में और ग्रेफाइट को न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में उपयोग करते हैं। आरबीएमके कुछ मामलों में CANDU के समान हैं, क्योंकि उन्हें संचालन के दौरान रिचार्ज किया जा सकता है और एक दबाव पोत के बजाय दबाव ट्यूबों का उपयोग किया जा सकता है (जैसा कि वे दबाव वाले पानी रिएक्टरों में करते हैं)। हालांकि, CANDU के विपरीत, वे बहुत अस्थिर और भारी होते हैं, जिससे रिएक्टर कैप महंगा हो जाता है। आरबीएमके डिजाइनों में कई महत्वपूर्ण सुरक्षा कमियों की पहचान की गई है, हालांकि इनमें से कुछ कमियों को चेरनोबिल आपदा के बाद ठीक किया गया था। उनकी मुख्य विशेषता हल्के पानी और गैर-समृद्ध यूरेनियम का उपयोग है। 2010 तक, 11 रिएक्टर खुले रहते हैं, मुख्यतः बेहतर सुरक्षा और अंतर्राष्ट्रीय सुरक्षा संगठनों जैसे अमेरिकी ऊर्जा विभाग से समर्थन के कारण। इन सुधारों के बावजूद, आरबीएमके रिएक्टरों को अभी भी उपयोग करने के लिए सबसे खतरनाक रिएक्टर डिजाइनों में से एक माना जाता है। RBMK रिएक्टरों का उपयोग केवल पूर्व सोवियत संघ में ही किया जाता था।

वे आमतौर पर ग्रेफाइट न्यूट्रॉन मॉडरेटर और CO2 कूलर का उपयोग करते हैं। उच्च ऑपरेटिंग तापमान के कारण, वे दबाव वाले पानी रिएक्टरों की तुलना में गर्मी उत्पादन के लिए उच्च दक्षता प्राप्त कर सकते हैं। इस डिजाइन के कई ऑपरेटिंग रिएक्टर हैं, मुख्यतः यूनाइटेड किंगडम में, जहां अवधारणा विकसित की गई थी। पुराने विकास (यानी मैग्नॉक्स स्टेशन) या तो बंद हैं या निकट भविष्य में बंद हो जाएंगे। हालांकि, बेहतर गैस-कूल्ड रिएक्टरों का अनुमानित परिचालन जीवन 10 से 20 वर्षों तक है। इस प्रकार के रिएक्टर थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टर हैं। कोर की बड़ी मात्रा के कारण ऐसे रिएक्टरों को बंद करने की मौद्रिक लागत अधिक हो सकती है।

इस रिएक्टर का डिज़ाइन बिना मॉडरेटर के तरल धातु द्वारा ठंडा किया जाता है और इससे अधिक ईंधन का उत्पादन होता है। कहा जाता है कि वे ईंधन को "प्रजनन" करते हैं क्योंकि वे न्यूट्रॉन कैप्चर के दौरान विखंडनीय ईंधन का उत्पादन करते हैं। इस तरह के रिएक्टर दक्षता के मामले में दबाव वाले पानी रिएक्टरों के समान ही कार्य कर सकते हैं, उन्हें बढ़े हुए दबाव की भरपाई करने की आवश्यकता होती है, क्योंकि तरल धातु का उपयोग किया जाता है, जो बहुत अधिक तापमान पर भी अतिरिक्त दबाव नहीं बनाता है। यूएसएसआर में बीएन-350 और बीएन-600 और फ्रांस में सुपरफीनिक्स इस प्रकार के रिएक्टर थे, जैसा कि संयुक्त राज्य अमेरिका में फर्मी I था। जापान में मोंजू रिएक्टर, 1995 में एक सोडियम रिसाव से क्षतिग्रस्त हो गया, मई 2010 में परिचालन फिर से शुरू हुआ। ये सभी रिएक्टर तरल सोडियम का उपयोग/उपयोग करते हैं। ये रिएक्टर फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर हैं और थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों से संबंधित नहीं हैं। ये रिएक्टर दो प्रकार के होते हैं:

तरल धातु के रूप में सीसा का उपयोग उत्कृष्ट विकिरण परिरक्षण प्रदान करता है और बहुत उच्च तापमान पर संचालन की अनुमति देता है। इसके अलावा, सीसा (ज्यादातर) न्यूट्रॉन के लिए पारदर्शी होता है, इसलिए शीतलक में कम न्यूट्रॉन खो जाते हैं और शीतलक रेडियोधर्मी नहीं बनता है। सोडियम के विपरीत, सीसा आमतौर पर निष्क्रिय होता है, इसलिए विस्फोट या दुर्घटना का जोखिम कम होता है, लेकिन इतनी बड़ी मात्रा में सीसा विषाक्तता और निपटान की समस्या पैदा कर सकता है। इस प्रकार के रिएक्टरों में अक्सर लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक मिश्रण का उपयोग किया जा सकता है। इस मामले में, बिस्मथ विकिरण के लिए एक छोटा सा हस्तक्षेप करेगा, क्योंकि यह न्यूट्रॉन के लिए पूरी तरह से पारदर्शी नहीं है, और सीसे की तुलना में अधिक आसानी से दूसरे आइसोटोप में बदल सकता है। रूसी पनडुब्बीअल्फा वर्ग अपनी मुख्य बिजली उत्पादन प्रणाली के रूप में लेड-बिस्मथ-कूल्ड फास्ट रिएक्टर का उपयोग करता है।

अधिकांश तरल धातु प्रजनन रिएक्टर (एलएमएफबीआर) इसी प्रकार के होते हैं। सोडियम प्राप्त करना और इसके साथ काम करना अपेक्षाकृत आसान है, और यह इसमें डूबे हुए रिएक्टर के विभिन्न भागों के क्षरण को रोकने में भी मदद करता है। हालांकि, सोडियम पानी के संपर्क में आने पर हिंसक रूप से प्रतिक्रिया करता है, इसलिए सावधानी बरतनी चाहिए, हालांकि ऐसे विस्फोट अधिक शक्तिशाली नहीं होंगे, उदाहरण के लिए, एससीडब्ल्यूआर या आरडब्ल्यूडी से अत्यधिक गरम तरल रिसाव। EBR-I इस प्रकार का पहला रिएक्टर है, जहां क्रोड मेल्ट होता है।

वे सिरेमिक गेंदों में दबाए गए ईंधन का उपयोग करते हैं जिसमें गेंदों के माध्यम से गैस परिचालित होती है। नतीजतन, वे सस्ते, मानकीकृत ईंधन के साथ कुशल, सरल, बहुत सुरक्षित रिएक्टर हैं। प्रोटोटाइप AVR रिएक्टर था।

उनमें, ईंधन फ्लोराइड लवण में घुल जाता है, या फ्लोराइड का उपयोग शीतलक के रूप में किया जाता है। उनकी विविध सुरक्षा प्रणालियाँ, उच्च दक्षता और उच्च ऊर्जा घनत्व वाहनों के लिए उपयुक्त हैं। यह उल्लेखनीय है कि उनके पास इसके अधीन भाग नहीं हैं उच्च दबावया कोर में दहनशील घटक। प्रोटोटाइप MSRE रिएक्टर था, जिसमें थोरियम ईंधन चक्र का भी उपयोग किया जाता था। एक ब्रीडर रिएक्टर के रूप में, यह यूरेनियम और ट्रांसयूरेनियम दोनों तत्वों को पुनर्प्राप्त करते हुए, खर्च किए गए ईंधन को पुन: संसाधित करता है, वर्तमान में प्रचालन में पारंपरिक एक बार यूरेनियम प्रकाश जल रिएक्टरों की तुलना में केवल 0.1% ट्रांसयूरेनियम अपशिष्ट को छोड़ देता है। एक अलग मुद्दा रेडियोधर्मी विखंडन उत्पाद है, जिसे पुनर्नवीनीकरण नहीं किया जाता है और इसे पारंपरिक रिएक्टरों में निपटाया जाना चाहिए।

ये रिएक्टर ईंधन का उपयोग घुलनशील लवण के रूप में करते हैं जो पानी में घुल जाते हैं और एक शीतलक और न्यूट्रॉन मॉडरेटर के साथ मिश्रित होते हैं।

अभिनव परमाणु प्रणाली और परियोजनाएं

उन्नत रिएक्टर

एक दर्जन से अधिक उन्नत रिएक्टर परियोजनाएं विकास के विभिन्न चरणों में हैं। इनमें से कुछ RWD, BWR और PHWR डिज़ाइनों से विकसित हुए हैं, कुछ अधिक महत्वपूर्ण रूप से भिन्न हैं। पूर्व में उन्नत उबलते पानी रिएक्टर (एबीडब्ल्यूआर) (जिनमें से दो वर्तमान में चालू हैं और अन्य निर्माणाधीन हैं), साथ ही नियोजित आर्थिक सरलीकृत निष्क्रिय सुरक्षा उबलते पानी रिएक्टर (ईएसबीडब्ल्यूआर) और एपी 1000 प्रतिष्ठान (नीचे देखें) शामिल हैं। 2010)।

इंटीग्रल फास्ट न्यूट्रॉन परमाणु रिएक्टर(IFR) 1980 के दशक में बनाया, परीक्षण और परीक्षण किया गया था, फिर परमाणु अप्रसार नीतियों के कारण 1990 के दशक में क्लिंटन प्रशासन के इस्तीफे के बाद सेवामुक्त कर दिया गया था। खर्च किए गए परमाणु ईंधन का पुन: प्रसंस्करण इसके डिजाइन के केंद्र में है और इसलिए यह ऑपरेटिंग रिएक्टरों से कचरे का केवल एक अंश पैदा करता है।

मॉड्यूलर उच्च तापमान गैस कूल्ड रिएक्टररिएक्टर (HTGCR), डिज़ाइन किया गया है ताकि उच्च तापमान डॉप्लर चौड़ीकरण के कारण बिजली उत्पादन को कम कर सके अनुप्रस्थ काटन्यूट्रॉन की किरण। रिएक्टर एक सिरेमिक प्रकार के ईंधन का उपयोग करता है, इसलिए इसका सुरक्षित संचालन तापमान व्युत्पन्न तापमान सीमा से अधिक है। अधिकांश संरचनाओं को अक्रिय हीलियम से ठंडा किया जाता है। वाष्प के विस्तार के कारण हीलियम विस्फोट का कारण नहीं बन सकता, न्यूट्रॉन को अवशोषित नहीं करता है, जिससे रेडियोधर्मिता हो सकती है, और दूषित पदार्थों को भंग नहीं करता है जो रेडियोधर्मी हो सकते हैं। विशिष्ट डिजाइनहल्के जल रिएक्टरों (आमतौर पर 3) की तुलना में निष्क्रिय सुरक्षा की अधिक परतें (7 तक) होती हैं। एक अनूठी विशेषता जो सुरक्षा प्रदान कर सकती है, वह यह है कि ईंधन के गोले वास्तव में कोर बनाते हैं और समय के साथ एक-एक करके बदले जाते हैं। डिज़ाइन विशेषताएँईंधन सेल उन्हें रीसायकल करना महंगा बनाते हैं।

छोटा, बंद, मोबाइल, स्वायत्त रिएक्टर (एसएसटीएआर)मूल रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका में परीक्षण और विकसित किया गया था। रिएक्टर की कल्पना एक तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर के रूप में की गई थी, जिसमें एक निष्क्रिय सुरक्षा प्रणाली थी जिसे किसी खराबी का संदेह होने पर दूर से बंद किया जा सकता था।

स्वच्छ और पर्यावरण के अनुकूल उन्नत रिएक्टर (CAESAR)एक परमाणु रिएक्टर के लिए एक अवधारणा है जो न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में भाप का उपयोग करती है - यह डिजाइन अभी भी विकास में है।

रिड्यूस्ड वाटर मॉडरेटेड रिएक्टर वर्तमान में प्रचालन में उन्नत उबलते पानी रिएक्टर (ABWR) पर आधारित है। यह एक पूर्ण तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर नहीं है, लेकिन मुख्य रूप से एपिथर्मल न्यूट्रॉन का उपयोग करता है, जिसमें थर्मल और तेज के बीच मध्यवर्ती वेग होते हैं।

हाइड्रोजन मॉडरेटर के साथ स्व-विनियमन परमाणु ऊर्जा मॉड्यूल (एचपीएम)एक संरचनात्मक प्रकार का रिएक्टर है, जारी किया गया राष्ट्रीय प्रयोगशालालॉस एलामोस, जो ईंधन के रूप में यूरेनियम हाइड्राइड का उपयोग करता है।

सबक्रिटिकल परमाणु रिएक्टरसुरक्षित और अधिक स्थिर-कार्य के रूप में डिज़ाइन किया गया है, लेकिन इंजीनियरिंग और आर्थिक दृष्टि से कठिन है। एक उदाहरण "ऊर्जा प्रवर्धक" है।

थोरियम आधारित रिएक्टर. इस उद्देश्य के लिए विशेष रूप से डिजाइन किए गए रिएक्टरों में थोरियम-232 को यू-233 में परिवर्तित करना संभव है। इस तरह थोरियम, जो यूरेनियम से चार गुना अधिक सामान्य है, का उपयोग यू-233 पर आधारित परमाणु ईंधन बनाने के लिए किया जा सकता है। माना जाता है कि U-233 में पारंपरिक U-235 की तुलना में अनुकूल परमाणु गुण हैं, विशेष रूप से बेहतर न्यूट्रॉन दक्षता और लंबे समय तक रहने वाले ट्रांसयूरेनियम अपशिष्ट उत्पादन में कमी।

उन्नत भारी जल रिएक्टर (एएचडब्ल्यूआर)- प्रस्तावित भारी पानी रिएक्टर, जो PHWR प्रकार की अगली पीढ़ी के विकास का प्रतिनिधित्व करेगा। भाभा परमाणु अनुसंधान केंद्र (बीएआरसी), भारत में विकास के तहत।

कामिनी- ईंधन के रूप में यूरेनियम-233 आइसोटोप का उपयोग करने वाला एक अनूठा रिएक्टर। BARC अनुसंधान केंद्र और इंदिरा गांधी परमाणु अनुसंधान केंद्र (IGCAR) में भारत में निर्मित।

भारत थोरियम-यूरेनियम-233 ईंधन चक्र का उपयोग करके फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर बनाने की भी योजना बना रहा है। एफबीटीआर (फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर) (कलपक्कम, भारत) ऑपरेशन के दौरान प्लूटोनियम को ईंधन के रूप में और तरल सोडियम को शीतलक के रूप में उपयोग करता है।

चौथी पीढ़ी के रिएक्टर क्या हैं

रिएक्टरों की चौथी पीढ़ी विभिन्न सैद्धांतिक परियोजनाओं का एक समूह है जिन पर वर्तमान में विचार किया जा रहा है। इन परियोजनाओं के 2030 तक लागू होने की संभावना नहीं है। प्रचालन में आधुनिक रिएक्टरों को आमतौर पर दूसरी या तीसरी पीढ़ी की प्रणाली माना जाता है। कुछ समय के लिए पहली पीढ़ी के सिस्टम का उपयोग नहीं किया गया है। रिएक्टरों की इस चौथी पीढ़ी के विकास को आधिकारिक तौर पर शुरू किया गया था अंतर्राष्ट्रीय मंचपीढ़ी IV (GIF) आठ प्रौद्योगिकी लक्ष्यों पर आधारित है। मुख्य उद्देश्य परमाणु सुरक्षा में सुधार, प्रसार के खिलाफ सुरक्षा बढ़ाना, कचरे को कम करना और प्राकृतिक संसाधनों का उपयोग करना, साथ ही ऐसे स्टेशनों के निर्माण और संचालन की लागत को कम करना था।

• गैस-कूल्ड फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर
• लेड कूलर के साथ फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर
• तरल नमक रिएक्टर
• सोडियम-कूल्ड फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर
• सुपरक्रिटिकल वाटर-कूल्ड न्यूक्लियर रिएक्टर
• अल्ट्रा उच्च तापमान परमाणु रिएक्टर

पांचवीं पीढ़ी के रिएक्टर क्या हैं?

रिएक्टरों की पांचवीं पीढ़ी ऐसी परियोजनाएं हैं, जिनका कार्यान्वयन सैद्धांतिक दृष्टिकोण से संभव है, लेकिन जो वर्तमान में सक्रिय विचार और शोध का विषय नहीं हैं। इस तथ्य के बावजूद कि ऐसे रिएक्टर वर्तमान या अल्पावधि में बनाए जा सकते हैं, वे कारणों से बहुत कम रुचि रखते हैं आर्थिक साध्यता, व्यावहारिकता या सुरक्षा।

• तरल चरण रिएक्टर. एक परमाणु रिएक्टर के मूल में तरल के साथ एक बंद लूप, जहां विखंडनीय सामग्री पिघले हुए यूरेनियम के रूप में होती है या यूरेनियम के घोल को काम करने वाली गैस द्वारा ठंडा किया जाता है, जिसे रोकथाम पोत के आधार में छेद के माध्यम से इंजेक्ट किया जाता है।
• कोर में गैस चरण के साथ रिएक्टर. रॉकेट के लिए बंद-लूप संस्करण परमाणु इंजन, जहां विखंडनीय सामग्री एक क्वार्ट्ज कंटेनर में स्थित गैसीय यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड है। काम करने वाली गैस (जैसे हाइड्रोजन) इस पोत के चारों ओर प्रवाहित होगी और परमाणु प्रतिक्रिया से उत्पन्न पराबैंगनी विकिरण को अवशोषित करेगी। इस तरह के एक डिजाइन को रॉकेट इंजन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, जैसा कि हैरी हैरिसन के 1976 के विज्ञान कथा उपन्यास स्काईफॉल में उल्लेख किया गया है। सैद्धांतिक रूप से, परमाणु ईंधन के रूप में यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड का उपयोग (एक मध्यवर्ती के रूप में, जैसा कि वर्तमान में किया जाता है) के उपयोग से ऊर्जा उत्पादन लागत कम होगी, साथ ही रिएक्टरों के आकार में काफी कमी आएगी। व्यवहार में, इस तरह के उच्च शक्ति घनत्व पर काम करने वाला एक रिएक्टर एक अनियंत्रित न्यूट्रॉन प्रवाह का उत्पादन करेगा, जिससे अधिकांश रिएक्टर सामग्री की ताकत गुण कमजोर हो जाएंगे। इस प्रकार, प्रवाह थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों में जारी कणों के प्रवाह के समान होगा। बदले में, इसके लिए फ्यूजन विकिरण सुविधा के कार्यान्वयन के लिए अंतर्राष्ट्रीय परियोजना द्वारा उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के समान उपयोग की आवश्यकता होगी।
• गैस चरण विद्युत चुम्बकीय रिएक्टर. गैस चरण रिएक्टर के समान लेकिन फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के साथ पराबैंगनी प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करना।
• विखंडन आधारित रिएक्टर
• हाइब्रिड परमाणु संलयन. मूल या "प्रजनन क्षेत्र में पदार्थ" के संलयन और क्षय के दौरान उत्सर्जित न्यूट्रॉन का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, U-238, Th-232, या किसी अन्य रिएक्टर से खर्च किए गए ईंधन/रेडियोधर्मी कचरे का अपेक्षाकृत अधिक सौम्य समस्थानिकों में रूपांतरण।

सक्रिय क्षेत्र में गैस चरण के साथ रिएक्टर। परमाणु-संचालित रॉकेट के लिए एक बंद-लूप संस्करण, जहां एक क्वार्ट्ज पोत में स्थित गैसीय यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड विखंडनीय सामग्री है। काम करने वाली गैस (जैसे हाइड्रोजन) इस पोत के चारों ओर प्रवाहित होगी और परमाणु प्रतिक्रिया से उत्पन्न पराबैंगनी विकिरण को अवशोषित करेगी। इस तरह के एक डिजाइन को रॉकेट इंजन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, जैसा कि हैरी हैरिसन के 1976 के विज्ञान कथा उपन्यास स्काईफॉल में उल्लेख किया गया है। सैद्धांतिक रूप से, परमाणु ईंधन के रूप में यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड का उपयोग (एक मध्यवर्ती के रूप में, जैसा कि वर्तमान में किया जाता है) के उपयोग से ऊर्जा उत्पादन लागत कम होगी, साथ ही रिएक्टरों के आकार में काफी कमी आएगी। व्यवहार में, इस तरह के उच्च शक्ति घनत्व पर काम करने वाला एक रिएक्टर एक अनियंत्रित न्यूट्रॉन प्रवाह का उत्पादन करेगा, जिससे अधिकांश रिएक्टर सामग्री की ताकत गुण कमजोर हो जाएंगे। इस प्रकार, प्रवाह थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों में जारी कणों के प्रवाह के समान होगा। बदले में, इसके लिए फ्यूजन विकिरण सुविधा के कार्यान्वयन के लिए अंतर्राष्ट्रीय परियोजना द्वारा उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के समान उपयोग की आवश्यकता होगी।

गैस-चरण विद्युत चुम्बकीय रिएक्टर। गैस चरण रिएक्टर के समान लेकिन फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के साथ पराबैंगनी प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करना।

विखंडन आधारित रिएक्टर

हाइब्रिड परमाणु संलयन। मूल या "प्रजनन क्षेत्र में पदार्थ" के संलयन और क्षय के दौरान उत्सर्जित न्यूट्रॉन का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, U-238, Th-232, या किसी अन्य रिएक्टर से खर्च किए गए ईंधन/रेडियोधर्मी कचरे का अपेक्षाकृत अधिक सौम्य समस्थानिकों में रूपांतरण।

फ्यूजन रिएक्टर

एक्टिनाइड्स के साथ काम करने की जटिलताओं के बिना बिजली का उत्पादन करने के लिए संलयन बिजली संयंत्रों में नियंत्रित संलयन का उपयोग किया जा सकता है। हालांकि, गंभीर वैज्ञानिक और तकनीकी बाधाएं बनी हुई हैं। कई संलयन रिएक्टर बनाए गए हैं, लेकिन हाल ही में रिएक्टरों ने जितनी ऊर्जा खपत की है उससे अधिक ऊर्जा जारी करने में सक्षम हैं। इस तथ्य के बावजूद कि अनुसंधान 1950 के दशक में शुरू हुआ, यह माना जाता है कि एक वाणिज्यिक संलयन रिएक्टर 2050 तक चालू नहीं होगा। आईटीईआर परियोजना वर्तमान में संलयन ऊर्जा का उपयोग करने के प्रयास कर रही है।

परमाणु ईंधन चक्र

थर्मल रिएक्टर आमतौर पर यूरेनियम के शुद्धिकरण और संवर्धन की डिग्री पर निर्भर करते हैं। कुछ परमाणु रिएक्टर प्लूटोनियम और यूरेनियम के मिश्रण पर चल सकते हैं (देखें एमओएक्स ईंधन)। वह प्रक्रिया जिसमें यूरेनियम अयस्कखनन, संसाधित, समृद्ध, उपयोग किया जाता है, संभवतः पुनर्नवीनीकरण और निपटान किया जाता है, जिसे परमाणु ईंधन चक्र के रूप में जाना जाता है।

प्रकृति में 1% तक यूरेनियम आसानी से विखंडनीय आइसोटोप U-235 है। इस प्रकार, अधिकांश रिएक्टरों के डिजाइन में समृद्ध ईंधन का उपयोग शामिल है। संवर्धन में यू-235 के अनुपात में वृद्धि शामिल है और आमतौर पर गैसीय प्रसार या गैस अपकेंद्रित्र का उपयोग करके किया जाता है। समृद्ध उत्पाद को आगे यूरेनियम डाइऑक्साइड पाउडर में परिवर्तित किया जाता है, जिसे संपीड़ित किया जाता है और छर्रों में निकाल दिया जाता है। इन दानों को ट्यूबों में रखा जाता है, जिन्हें बाद में सील कर दिया जाता है। ऐसी ट्यूबों को ईंधन छड़ कहा जाता है। प्रत्येक परमाणु रिएक्टर इनमें से कई ईंधन छड़ों का उपयोग करता है।

अधिकांश वाणिज्यिक बीडब्ल्यूआर और पीडब्लूआर लगभग 4% यू-235 तक समृद्ध यूरेनियम का उपयोग करते हैं। इसके अलावा, उच्च न्यूट्रॉन अर्थव्यवस्था वाले कुछ औद्योगिक रिएक्टरों को समृद्ध ईंधन की बिल्कुल भी आवश्यकता नहीं होती है (अर्थात वे प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग कर सकते हैं)। अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी के अनुसार, अत्यधिक समृद्ध ईंधन (हथियार ग्रेड / 90% समृद्ध यूरेनियम) का उपयोग करने वाले दुनिया में कम से कम 100 अनुसंधान रिएक्टर हैं। इस प्रकार के ईंधन (परमाणु हथियारों के निर्माण में उपयोग के लिए संभावित) की चोरी के जोखिम ने कम समृद्ध यूरेनियम वाले रिएक्टरों के उपयोग पर स्विच करने के लिए एक अभियान का आह्वान किया है (जो प्रसार के खतरे से कम है)।

परमाणु परिवर्तन प्रक्रिया में विखंडनीय U-235 और गैर-विखंडन, विखंडनीय U-238 का उपयोग किया जाता है। U-235 थर्मल (यानी धीमी गति से चलने वाले) न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित है। एक थर्मल न्यूट्रॉन वह है जो अपने चारों ओर परमाणुओं के समान गति से चलता है। चूँकि परमाणुओं की कंपन आवृत्ति उनके निरपेक्ष तापमान के समानुपाती होती है, एक थर्मल न्यूट्रॉन में U-235 को विभाजित करने की अधिक क्षमता होती है जब यह समान कंपन गति से आगे बढ़ रहा हो। दूसरी ओर, U-238 के न्यूट्रॉन पर कब्जा करने की अधिक संभावना है यदि न्यूट्रॉन बहुत तेजी से आगे बढ़ रहा है। U-239 परमाणु जितनी जल्दी हो सके क्षय होकर प्लूटोनियम-239 बनाता है, जो स्वयं एक ईंधन है। पु-239 एक पूर्ण ईंधन है और अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम ईंधन का उपयोग करते समय भी इस पर विचार किया जाना चाहिए। कुछ रिएक्टरों में U-235 विखंडन प्रक्रियाओं पर प्लूटोनियम विखंडन प्रक्रियाओं को प्राथमिकता दी जाएगी। विशेष रूप से मूल लोड किए गए U-235 के समाप्त होने के बाद। प्लूटोनियम तेजी से और थर्मल दोनों रिएक्टरों में विखंडन करता है, जो इसे परमाणु रिएक्टरों और परमाणु बम दोनों के लिए आदर्श बनाता है।

अधिकांश मौजूदा रिएक्टर थर्मल रिएक्टर हैं, जो आमतौर पर पानी का उपयोग न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में करते हैं (मॉडरेटर का अर्थ है कि यह एक न्यूट्रॉन को थर्मल गति से धीमा कर देता है) और एक शीतलक के रूप में भी। हालांकि, एक तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर में, थोड़ा अलग प्रकार के शीतलक का उपयोग किया जाता है, जो न्यूट्रॉन प्रवाह को बहुत अधिक धीमा नहीं करेगा। यह तेजी से न्यूट्रॉन को प्रबल करने की अनुमति देता है, जिसका उपयोग ईंधन की आपूर्ति को लगातार भरने के लिए प्रभावी ढंग से किया जा सकता है। बस सस्ते, बिना समृद्ध यूरेनियम को कोर में रखने से, अनायास गैर-विखंडन U-238 ईंधन को "पुन: उत्पन्न" करते हुए Pu-239 में परिवर्तित हो जाएगा।

थोरियम-आधारित ईंधन चक्र में, थोरियम-232 तेज और थर्मल दोनों रिएक्टरों में एक न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है। थोरियम के बीटा क्षय से प्रोटैक्टीनियम-233 और फिर यूरेनियम-233 का उत्पादन होता है, जो बदले में ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है। अत: यूरेनियम-238 की तरह थोरियम-232 एक उर्वर पदार्थ है।

परमाणु रिएक्टरों का रखरखाव

परमाणु ईंधन टैंक में ऊर्जा की मात्रा को अक्सर "पूर्ण शक्ति दिनों" के रूप में व्यक्त किया जाता है, जो कि 24 घंटे की अवधि (दिन) की संख्या है जो रिएक्टर थर्मल ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए पूरी शक्ति से संचालित होता है। एक रिएक्टर ऑपरेटिंग चक्र (ईंधन भरने के लिए आवश्यक अंतराल के बीच) में पूर्ण शक्ति संचालन के दिन चक्र की शुरुआत में ईंधन असेंबलियों में निहित यूरेनियम -235 (यू -235) की मात्रा से संबंधित होते हैं। चक्र की शुरुआत में कोर में यू -235 का प्रतिशत जितना अधिक होगा, पूर्ण शक्ति संचालन के उतने अधिक दिन रिएक्टर को संचालित करने की अनुमति देंगे।

परिचालन चक्र के अंत में, कुछ असेंबलियों में ईंधन "उपयोग किया जाता है", अनलोड किया जाता है और नए (ताजा) ईंधन असेंबलियों के रूप में प्रतिस्थापित किया जाता है। साथ ही, परमाणु ईंधन में क्षय उत्पादों के संचय की ऐसी प्रतिक्रिया रिएक्टर में परमाणु ईंधन के सेवा जीवन को निर्धारित करती है। अंतिम विखंडन प्रक्रिया होने से बहुत पहले, लंबे समय तक न्यूट्रॉन-अवशोषित क्षय उप-उत्पादों के पास रिएक्टर में जमा होने का समय होता है, जिससे श्रृंखला प्रतिक्रिया को आगे बढ़ने से रोका जा सकता है। रिएक्टर कोर का अनुपात जिसे ईंधन भरने के दौरान बदल दिया जाता है, आमतौर पर उबलते पानी रिएक्टर के लिए एक चौथाई और दबाव वाले पानी रिएक्टर के लिए एक तिहाई होता है। इस खर्च किए गए ईंधन का निपटान और भंडारण एक औद्योगिक के काम के संगठन में सबसे कठिन कार्यों में से एक है परमाणु ऊर्जा प्लांट. ऐसा परमाणु कचरा अत्यंत रेडियोधर्मी होता है और इसकी विषाक्तता हजारों वर्षों से एक खतरा रही है।

ईंधन भरने के लिए सभी रिएक्टरों को सेवा से बाहर करने की आवश्यकता नहीं है; उदाहरण के लिए, गोलाकार बिस्तर परमाणु रिएक्टर, आरबीएमके (उच्च शक्ति चैनल रिएक्टर), पिघला हुआ नमक रिएक्टर, मैग्नॉक्स, एजीआर और कैंडू रिएक्टर संयंत्र के संचालन के दौरान ईंधन तत्वों को स्थानांतरित करने की अनुमति देते हैं। CANDU रिएक्टर में, व्यक्तिगत ईंधन तत्वों को कोर में इस तरह रखना संभव है कि ईंधन तत्व में U-235 की सामग्री को समायोजित किया जा सके।

परमाणु ईंधन से निकाली गई ऊर्जा की मात्रा को इसका बर्नअप कहा जाता है, जिसे ईंधन के मूल इकाई भार द्वारा उत्पन्न तापीय ऊर्जा के रूप में व्यक्त किया जाता है। बर्नअप को आमतौर पर मूल भारी धातु के प्रति टन थर्मल मेगावाट दिनों के रूप में व्यक्त किया जाता है।

परमाणु ऊर्जा सुरक्षा

परमाणु सुरक्षा परमाणु और विकिरण दुर्घटनाओं को रोकने या उनके परिणामों को स्थानीय बनाने के उद्देश्य से की जाने वाली कार्रवाई है। परमाणु ऊर्जा उद्योग ने रिएक्टरों की सुरक्षा और प्रदर्शन में सुधार किया है, और नए, सुरक्षित रिएक्टर डिजाइन (जिनका आमतौर पर परीक्षण नहीं किया गया है) के साथ आया है। हालांकि, इस बात की कोई गारंटी नहीं है कि ऐसे रिएक्टरों को डिजाइन, निर्मित और मज़बूती से संचालित किया जा सकता है। गलतियाँ तब होती हैं जब जापान में फुकुशिमा परमाणु ऊर्जा संयंत्र के रिएक्टर डिजाइनरों ने यह उम्मीद नहीं की थी कि भूकंप से उत्पन्न सुनामी बैक-अप सिस्टम को बंद कर देगी, जिसे भूकंप के बाद रिएक्टर को स्थिर करना था, एनआरजी (राष्ट्रीय) से कई चेतावनियों के बावजूद। अनुसंधान समूह) और परमाणु सुरक्षा पर जापानी प्रशासन। द्वारा यूबीएस के अनुसारएजी, फुकुशिमा I परमाणु दुर्घटनाओं ने इस बात पर संदेह जताया कि क्या जापान जैसी उन्नत अर्थव्यवस्थाएं भी परमाणु सुरक्षा सुनिश्चित कर सकती हैं। आतंकवादी हमलों सहित भयावह परिदृश्य भी संभव हैं। एमआईटी (मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी) की एक अंतःविषय टीम ने गणना की है कि, परमाणु ऊर्जा में अपेक्षित वृद्धि को देखते हुए, 2005-2055 की अवधि में कम से कम चार गंभीर परमाणु दुर्घटनाओं की उम्मीद की जा सकती है।

परमाणु और विकिरण दुर्घटनाएं

कुछ गंभीर परमाणु और विकिरण दुर्घटनाएँ हुई हैं। परमाणु ऊर्जा संयंत्र दुर्घटनाओं में SL-1 घटना (1961), थ्री माइल आइलैंड दुर्घटना (1979), चेरनोबिल आपदा (1986) और फुकुशिमा दाइची परमाणु आपदा (2011) शामिल हैं। परमाणु-संचालित दुर्घटनाओं में K-19 (1961), K-27 (1968), और K-431 (1985) पर रिएक्टर दुर्घटनाएँ शामिल हैं।

परमाणु रिएक्टरों को कम से कम 34 बार पृथ्वी की कक्षा में प्रक्षेपित किया जा चुका है। सोवियत परमाणु-संचालित मानव रहित उपग्रह RORSAT से जुड़ी घटनाओं की एक श्रृंखला ने कक्षा से पृथ्वी के वायुमंडल में खर्च किए गए परमाणु ईंधन के प्रवेश को जन्म दिया।

प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर

हालांकि अक्सर यह माना जाता है कि परमाणु विखंडन रिएक्टर आधुनिक तकनीक के उत्पाद हैं, पहले परमाणु रिएक्टरों में हैं स्वाभाविक परिस्थितियां. एक प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर का निर्माण कुछ शर्तों के तहत किया जा सकता है जो एक डिज़ाइन किए गए रिएक्टर में परिस्थितियों की नकल करते हैं। अब तक, गैबॉन (पश्चिम अफ्रीका) में ओक्लो यूरेनियम खदान के तीन अलग-अलग अयस्क भंडारों के भीतर पंद्रह प्राकृतिक परमाणु रिएक्टरों की खोज की गई है। प्रसिद्ध "मृत" ओक्लो रिएक्टरों की खोज पहली बार 1972 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी फ्रांसिस पेरिन ने की थी। इन रिएक्टरों में लगभग 1.5 अरब साल पहले एक आत्मनिर्भर परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया हुई थी, और इस अवधि के दौरान औसतन 100 किलोवाट बिजली उत्पादन पैदा करते हुए कई सौ हजार वर्षों तक बनाए रखा गया था। एक प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर की अवधारणा को 1956 की शुरुआत में अरकंसास विश्वविद्यालय में पॉल कुरोदा द्वारा सिद्धांत के संदर्भ में समझाया गया था।

इस तरह के रिएक्टर अब पृथ्वी पर नहीं बन सकते हैं: इस विशाल अवधि के दौरान रेडियोधर्मी क्षय ने प्राकृतिक यूरेनियम में U-235 के अनुपात को एक श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए आवश्यक स्तर से कम कर दिया है।

प्राकृतिक परमाणु रिएक्टरों का गठन तब हुआ जब समृद्ध यूरेनियम खनिज जमा भूजल से भरने लगे, जो न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में कार्य करता था और एक महत्वपूर्ण श्रृंखला प्रतिक्रिया को बंद कर देता था। पानी के रूप में न्यूट्रॉन मॉडरेटर वाष्पित हो गया, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया में तेजी आई, और फिर वापस संघनित हो गया, जिसके परिणामस्वरूप परमाणु प्रतिक्रिया धीमी हो गई और पिघलने से रोक दिया गया। विखंडन प्रतिक्रिया सैकड़ों हजारों वर्षों तक बनी रही।

भूवैज्ञानिक वातावरण में रेडियोधर्मी कचरे के निपटान में रुचि रखने वाले वैज्ञानिकों द्वारा ऐसे प्राकृतिक रिएक्टरों का व्यापक अध्ययन किया गया है। वे एक केस स्टडी का प्रस्ताव करते हैं कि कैसे रेडियोधर्मी समस्थानिक पृथ्वी की पपड़ी के माध्यम से पलायन करेंगे। कचरे के भूवैज्ञानिक निपटान के आलोचकों के लिए यह एक महत्वपूर्ण बिंदु है, जो डरते हैं कि कचरे में निहित आइसोटोप पानी की आपूर्ति में समाप्त हो सकते हैं या पर्यावरण में स्थानांतरित हो सकते हैं।

परमाणु ऊर्जा की पर्यावरणीय समस्याएं

एक परमाणु रिएक्टर हवा में और में ट्रिटियम, Sr-90 की थोड़ी मात्रा छोड़ता है भूजल. ट्रिटियम से दूषित पानी रंगहीन और गंधहीन होता है। Sr-90 की बड़ी खुराक जानवरों में और संभवतः मनुष्यों में हड्डी के कैंसर और ल्यूकेमिया के खतरे को बढ़ाती है।

शिकागो विश्वविद्यालय के फुटबॉल मैदान के पश्चिमी स्टैंड के नीचे बनाया गया और 2 दिसंबर, 1942 को चालू हुआ, शिकागो पाइल -1 (CP-1) दुनिया का पहला परमाणु रिएक्टर था। इसमें ग्रेफाइट और यूरेनियम ब्लॉक शामिल थे, और इसमें कैडमियम, इंडियम और सिल्वर कंट्रोल रॉड भी थे, लेकिन इसमें कोई विकिरण सुरक्षा और शीतलन प्रणाली नहीं थी। परियोजना के वैज्ञानिक निदेशक, भौतिक विज्ञानी एनरिको फर्मी ने एसआर -1 को "काली ईंटों और लकड़ी के लॉग का एक ढेर ढेर" के रूप में वर्णित किया।

16 नवंबर, 1942 को रिएक्टर पर काम शुरू हुआ। कर दी गई कड़ी मेहनत. भौतिकविदों और विश्वविद्यालय के कर्मचारियों ने चौबीसों घंटे काम किया। उन्होंने ग्रेफाइट ब्लॉकों में एम्बेडेड यूरेनियम ऑक्साइड और यूरेनियम सिल्लियों की 57 परतों का ग्रिड बनाया। एक लकड़ी के फ्रेम ने संरचना का समर्थन किया। फर्मी के नायक, लियोना वुड्स - परियोजना की एकमात्र महिला - ने ढेर के बढ़ने पर सावधानीपूर्वक माप लिया।

2 दिसंबर, 1942 को रिएक्टर परीक्षण के लिए तैयार था। इसमें 22,000 यूरेनियम सिल्लियां थीं और 380 टन ग्रेफाइट, साथ ही 40 टन यूरेनियम ऑक्साइड और छह टन यूरेनियम धातु। रिएक्टर को बनाने में 2.7 मिलियन डॉलर लगे। प्रयोग 09-45 पर शुरू हुआ। इसमें 49 लोगों ने भाग लिया: फर्मी, कॉम्पटन, स्ज़ीलार्ड, ज़िन, हाइबेरी, वुड्स, एक युवा बढ़ई, जिसने ग्रेफाइट ब्लॉक और कैडमियम रॉड, चिकित्सक, सामान्य छात्र और अन्य वैज्ञानिक बनाए।

"आत्मघाती दस्ते" में तीन लोग शामिल थे - वे सुरक्षा व्यवस्था का हिस्सा थे। उनका काम कुछ गलत होने पर आग बुझाना था। नियंत्रण भी था: नियंत्रण छड़ें जो मैन्युअल रूप से संचालित होती थीं और एक आपातकालीन छड़ जो रिएक्टर के ऊपर बालकनी की रेलिंग से बंधी होती थी। आपात स्थिति में, बालकनी पर विशेष रूप से ड्यूटी पर तैनात व्यक्ति द्वारा रस्सी को काटा जाना था, और रॉड प्रतिक्रिया को बुझा देती।

1553 में, इतिहास में पहली बार, एक आत्मनिर्भर परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू हुई। प्रयोग सफल रहा। रिएक्टर ने 28 मिनट तक काम किया।

एक सामान्य व्यक्ति के लिए, आधुनिक उच्च तकनीक वाले उपकरण इतने रहस्यमय और रहस्यमय हैं कि उनकी पूजा करना उचित है, जैसे कि पूर्वजों ने बिजली की पूजा की थी। स्कूली भौतिकी के पाठ, गणितीय गणनाओं से भरे हुए, समस्या का समाधान नहीं करते हैं। लेकिन एक परमाणु रिएक्टर के बारे में भी बताना दिलचस्प है, जिसके संचालन का सिद्धांत एक किशोर के लिए भी स्पष्ट है।

परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है?

इस हाई-टेक डिवाइस के संचालन का सिद्धांत इस प्रकार है:

1. जब एक न्यूट्रॉन अवशोषित होता है, तो परमाणु ईंधन (अक्सर यह यूरेनियम-235या प्लूटोनियम-239) परमाणु नाभिक का विभाजन होता है;
2. गतिज ऊर्जा, गामा विकिरण और मुक्त न्यूट्रॉन निकलते हैं;
3. गतिज ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है (जब नाभिक आसपास के परमाणुओं से टकराता है), गामा विकिरण रिएक्टर द्वारा ही अवशोषित होता है और गर्मी में भी परिवर्तित होता है;
4. कुछ उत्पन्न न्यूट्रॉन ईंधन परमाणुओं द्वारा अवशोषित होते हैं, जो एक श्रृंखला प्रतिक्रिया का कारण बनता है। इसे नियंत्रित करने के लिए न्यूट्रॉन अवशोषक और मॉडरेटर का उपयोग किया जाता है;
5. शीतलक (पानी, गैस या तरल सोडियम) की मदद से प्रतिक्रिया स्थल से गर्मी हटा दी जाती है;
6. भाप टर्बाइनों को चलाने के लिए गर्म पानी से दबावयुक्त भाप का उपयोग किया जाता है;
7. जनरेटर की सहायता से टर्बाइनों के घूर्णन की यांत्रिक ऊर्जा को प्रत्यावर्ती विद्युत धारा में परिवर्तित किया जाता है।

वर्गीकरण के दृष्टिकोण

रिएक्टरों की टाइपोलॉजी के कई कारण हो सकते हैं:

• परमाणु प्रतिक्रिया के प्रकार से. विखंडन (सभी व्यावसायिक प्रतिष्ठान) या संलयन (थर्मोन्यूक्लियर पावर, केवल कुछ शोध संस्थानों में व्यापक है);
• शीतलक द्वारा. अधिकांश मामलों में, इस उद्देश्य के लिए पानी (उबलते या भारी) का उपयोग किया जाता है। वैकल्पिक समाधान कभी-कभी उपयोग किए जाते हैं: तरल धातु (सोडियम, सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु, पारा), गैस (हीलियम, कार्बन डाइऑक्साइड या नाइट्रोजन), पिघला हुआ नमक (फ्लोराइड लवण);
• पीढ़ी द्वारा।पहला प्रारंभिक प्रोटोटाइप है, जिसका कोई व्यावसायिक अर्थ नहीं था। दूसरा वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्र हैं जो 1996 से पहले बनाए गए थे। तीसरी पीढ़ी केवल मामूली सुधारों में पिछले वाले से अलग है। चौथी पीढ़ी पर काम अभी भी चल रहा है;
• द्वारा एकत्रीकरण की स्थिति ईंधन (गैस अभी भी केवल कागज पर मौजूद है);
• उपयोग के उद्देश्य से(बिजली के उत्पादन के लिए, इंजन शुरू करना, हाइड्रोजन उत्पादन, अलवणीकरण, तत्वों का रूपांतरण, तंत्रिका विकिरण प्राप्त करना, सैद्धांतिक और खोजी उद्देश्य)।

परमाणु रिएक्टर डिवाइस

अधिकांश बिजली संयंत्रों में रिएक्टरों के मुख्य घटक हैं:

1. परमाणु ईंधन - एक पदार्थ जो बिजली टर्बाइनों (आमतौर पर कम समृद्ध यूरेनियम) के लिए गर्मी के उत्पादन के लिए आवश्यक है;
2. परमाणु रिएक्टर का सक्रिय क्षेत्र - यह वह जगह है जहाँ परमाणु प्रतिक्रिया होती है;
3. न्यूट्रॉन मॉडरेटर - तेज न्यूट्रॉन की गति को कम करता है, उन्हें थर्मल न्यूट्रॉन में बदल देता है;
4. न्यूट्रॉन स्रोत शुरू करना - परमाणु प्रतिक्रिया के विश्वसनीय और स्थिर प्रक्षेपण के लिए उपयोग किया जाता है;
5. न्यूट्रॉन अवशोषक - ताजे ईंधन की उच्च प्रतिक्रियाशीलता को कम करने के लिए कुछ बिजली संयंत्रों में उपलब्ध;
6. न्यूट्रॉन हॉवित्जर - बंद होने के बाद प्रतिक्रिया को फिर से शुरू करने के लिए प्रयोग किया जाता है;
7. शीतलक (शुद्ध पानी);
8. नियंत्रण छड़ - यूरेनियम या प्लूटोनियम नाभिक के विखंडन की दर को नियंत्रित करने के लिए;
9. पानी पंप - भाप बॉयलर में पानी पंप करता है;
10. स्टीम टर्बाइन - भाप की तापीय ऊर्जा को घूर्णी यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है;
11. कूलिंग टॉवर - वातावरण में अतिरिक्त गर्मी को दूर करने के लिए एक उपकरण;
12. रेडियोधर्मी कचरे को प्राप्त करने और संग्रहीत करने की प्रणाली;
13. सुरक्षा प्रणालियाँ (आपातकालीन डीजल जनरेटर, आपातकालीन कोर कूलिंग के लिए उपकरण)।

नवीनतम मॉडल कैसे काम करते हैं

नवीनतम चौथी पीढ़ी के रिएक्टर वाणिज्यिक संचालन के लिए उपलब्ध होंगे 2030 से पहले नहीं. वर्तमान में, उनके काम का सिद्धांत और व्यवस्था विकास के स्तर पर है। वर्तमान आंकड़ों के अनुसार, ये संशोधन से भिन्न होंगे मौजूदा मॉडलऐसा लाभ:

• रैपिड गैस कूलिंग सिस्टम। यह माना जाता है कि हीलियम का उपयोग शीतलक के रूप में किया जाएगा। डिजाइन प्रलेखन के अनुसार, 850 डिग्री सेल्सियस के तापमान वाले रिएक्टरों को इस तरह ठंडा किया जा सकता है। ऐसे उच्च तापमान पर काम करने के लिए, विशिष्ट कच्चे माल की भी आवश्यकता होती है: मिश्रित सिरेमिक सामग्री और एक्टिनाइड यौगिक;
• प्राथमिक शीतलक के रूप में सीसा या सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु का उपयोग करना संभव है। इन सामग्रियों में कम न्यूट्रॉन अवशोषण होता है और अपेक्षाकृत कम तापमानपिघलना;
• साथ ही, गलित लवणों के मिश्रण का उपयोग मुख्य शीतलक के रूप में किया जा सकता है। इस प्रकार, आधुनिक वाटर-कूल्ड समकक्षों की तुलना में उच्च तापमान पर काम करना संभव होगा।

प्रकृति में प्राकृतिक अनुरूप

परमाणु रिएक्टर को जनता के दिमाग में केवल एक उत्पाद के रूप में माना जाता है उच्च प्रौद्योगिकी. हालांकि, वास्तव में पहला डिवाइस प्राकृतिक मूल का है. यह मध्य अफ्रीकी राज्य गैबॉन में ओक्लो क्षेत्र में खोजा गया था:

• रिएक्टर का निर्माण भूजल द्वारा यूरेनियम चट्टानों की बाढ़ के कारण हुआ था। उन्होंने न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में कार्य किया;
• यूरेनियम के क्षय के दौरान जारी तापीय ऊर्जा पानी को भाप में बदल देती है, और श्रृंखला प्रतिक्रिया बंद हो जाती है;
• शीतलक के तापमान में गिरावट के बाद, सब कुछ फिर से दोहराता है;
• यदि तरल उबलता नहीं और प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम को रोक नहीं पाता, तो मानवता को एक नई प्राकृतिक आपदा का सामना करना पड़ता;
• इस रिएक्टर में लगभग डेढ़ अरब साल पहले आत्मनिर्भर परमाणु विखंडन शुरू हुआ था। इस समय के दौरान, लगभग 0.1 मिलियन वाट उत्पादन शक्ति आवंटित की गई थी;
• पृथ्वी पर दुनिया का ऐसा अजूबा ही जाना जाता है। नए की उपस्थिति असंभव है: प्राकृतिक कच्चे माल में यूरेनियम -235 का अनुपात एक श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए आवश्यक स्तर से बहुत कम है।

दक्षिण कोरिया में कितने परमाणु रिएक्टर हैं?

प्राकृतिक संसाधनों में गरीब, लेकिन औद्योगीकृत और अधिक आबादी वाले, कोरिया गणराज्य को ऊर्जा की सख्त जरूरत है। जर्मनी द्वारा शांतिपूर्ण परमाणु की अस्वीकृति की पृष्ठभूमि के खिलाफ, इस देश को परमाणु प्रौद्योगिकी पर अंकुश लगाने की बहुत उम्मीदें हैं:

• यह योजना बनाई गई है कि 2035 तक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा उत्पन्न बिजली का हिस्सा 60% तक पहुंच जाएगा, और कुल उत्पादन - 40 गीगावाट से अधिक;
• देश के पास परमाणु हथियार नहीं हैं, लेकिन परमाणु भौतिकी में अनुसंधान जारी है। कोरियाई वैज्ञानिकों ने आधुनिक रिएक्टरों के लिए डिजाइन विकसित किए हैं: मॉड्यूलर, हाइड्रोजन, तरल धातु के साथ, आदि;
• स्थानीय शोधकर्ताओं की सफलताओं ने विदेशों में प्रौद्योगिकियों को बेचना संभव बना दिया है। उम्मीद है कि अगले 15-20 वर्षों में देश ऐसी 80 इकाइयों का निर्यात करेगा;
• लेकिन आज तक, अधिकांश परमाणु ऊर्जा संयंत्र अमेरिकी या फ्रांसीसी वैज्ञानिकों की सहायता से बनाए गए हैं;
• ऑपरेटिंग स्टेशनों की संख्या अपेक्षाकृत कम है (केवल चार), लेकिन उनमें से प्रत्येक में रिएक्टरों की एक महत्वपूर्ण संख्या है - कुल मिलाकर 40, और यह आंकड़ा बढ़ेगा।

जब न्यूट्रॉन के साथ बमबारी की जाती है, तो परमाणु ईंधन एक श्रृंखला प्रतिक्रिया में प्रवेश करता है, जिसके परिणामस्वरूप भारी मात्रा में गर्मी उत्पन्न होती है। सिस्टम में पानी इस गर्मी को लेता है और इसे भाप में बदल देता है, जो बिजली पैदा करने वाले टर्बाइनों को बदल देता है। यहाँ एक परमाणु रिएक्टर के संचालन का एक सरल आरेख है, जो पृथ्वी पर ऊर्जा का सबसे शक्तिशाली स्रोत है।

वीडियो: परमाणु रिएक्टर कैसे काम करते हैं

इस वीडियो में, परमाणु भौतिक विज्ञानी व्लादिमीर चाइकिन आपको बताएंगे कि परमाणु रिएक्टरों में बिजली कैसे उत्पन्न होती है, उनकी विस्तृत संरचना:

उपकरण और संचालन का सिद्धांत

बिजली रिलीज तंत्र

किसी पदार्थ का परिवर्तन मुक्त ऊर्जा की रिहाई के साथ ही होता है, यदि पदार्थ में ऊर्जा का भंडार होता है। उत्तरार्द्ध का मतलब है कि पदार्थ के माइक्रोपार्टिकल्स एक ऐसी अवस्था में होते हैं, जिसमें किसी अन्य संभावित अवस्था की तुलना में अधिक ऊर्जा होती है, जिसमें संक्रमण मौजूद होता है। सहज संक्रमण को हमेशा एक ऊर्जा अवरोध द्वारा रोका जाता है, जिसे दूर करने के लिए माइक्रोपार्टिकल को बाहर से कुछ मात्रा में ऊर्जा प्राप्त करनी चाहिए - उत्तेजना की ऊर्जा। एक्सोएनेरजेनिक प्रतिक्रिया में यह तथ्य शामिल है कि उत्तेजना के बाद परिवर्तन में, प्रक्रिया को उत्तेजित करने के लिए जितनी ऊर्जा की आवश्यकता होती है, उससे अधिक ऊर्जा जारी की जाती है। ऊर्जा अवरोध को दूर करने के दो तरीके हैं: या तो टकराने वाले कणों की गतिज ऊर्जा के कारण, या आरोपित कण की बाध्यकारी ऊर्जा के कारण।

यदि हम ऊर्जा विमोचन के स्थूल पैमानों को ध्यान में रखते हैं, तो प्रतिक्रियाओं के उत्तेजना के लिए आवश्यक गतिज ऊर्जा में पदार्थ के सभी या पहले कम से कम कुछ कण होने चाहिए। यह केवल माध्यम के तापमान को उस मूल्य तक बढ़ाकर प्राप्त किया जा सकता है जिस पर थर्मल गति की ऊर्जा ऊर्जा सीमा के मूल्य तक पहुंचती है जो प्रक्रिया के पाठ्यक्रम को सीमित करती है। आणविक परिवर्तनों के मामले में, यानी रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, ऐसी वृद्धि आमतौर पर सैकड़ों केल्विन होती है, जबकि परमाणु प्रतिक्रियाओं के मामले में यह कम से कम 10 7 है, क्योंकि यह टकराने वाले नाभिक के कूलम्ब बाधाओं की बहुत अधिक ऊंचाई के कारण होता है। परमाणु प्रतिक्रियाओं का थर्मल उत्तेजना केवल सबसे हल्के नाभिक के संश्लेषण में किया गया है, जिसमें कूलम्ब बाधाएं न्यूनतम हैं (थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन)।

जुड़ने वाले कणों द्वारा उत्तेजना के लिए बड़ी गतिज ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है, और इसलिए, माध्यम के तापमान पर निर्भर नहीं करता है, क्योंकि यह आकर्षक बलों के कणों में निहित अप्रयुक्त बंधनों के कारण होता है। लेकिन दूसरी ओर, प्रतिक्रिया को उत्तेजित करने के लिए कण स्वयं आवश्यक हैं। और अगर फिर से हमारे मन में प्रतिक्रिया का एक अलग कार्य नहीं है, लेकिन स्थूल पैमाने पर ऊर्जा का उत्पादन होता है, तो यह तभी संभव है जब एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है। उत्तरार्द्ध तब उत्पन्न होता है जब प्रतिक्रिया को उत्तेजित करने वाले कण एक एक्सोएनर्जेटिक प्रतिक्रिया के उत्पादों के रूप में फिर से प्रकट होते हैं।

डिज़ाइन

किसी भी परमाणु रिएक्टर में निम्नलिखित भाग होते हैं:

• परमाणु ईंधन और मॉडरेटर के साथ कोर;
• न्यूट्रॉन परावर्तक जो कोर को घेरता है;
• आपातकालीन सुरक्षा सहित श्रृंखला प्रतिक्रिया विनियमन प्रणाली;
• विकिरण सुरक्षा;
• रिमोट कंट्रोल सिस्टम।

संचालन के भौतिक सिद्धांत

मुख्य लेख भी देखें:

परमाणु रिएक्टर की वर्तमान स्थिति को प्रभावी न्यूट्रॉन गुणन कारक द्वारा वर्णित किया जा सकता है कया प्रतिक्रियाशीलता ρ , जो निम्नलिखित संबंधों से संबंधित हैं:

इन मूल्यों को निम्नलिखित मूल्यों की विशेषता है:

• क> 1 - समय के साथ श्रृंखला प्रतिक्रिया बढ़ जाती है, रिएक्टर में है सुपरक्रिटिकलराज्य, इसकी प्रतिक्रियाशीलता ρ > 0;
• क < 1 - реакция затухает, реактор - सबक्रिटिकल, ρ < 0;
• क = 1, ρ = 0 - परमाणु विखंडन की संख्या स्थिर है, रिएक्टर स्थिर है नाजुकस्थिति।

परमाणु रिएक्टर की गंभीरता की स्थिति:

गुणन कारक का एकता में रूपांतरण न्यूट्रॉन के गुणन को उनके नुकसान के साथ संतुलित करके प्राप्त किया जाता है। वास्तव में नुकसान के दो कारण हैं: बिना विखंडन के कब्जा करना और प्रजनन माध्यम के बाहर न्यूट्रॉन का रिसाव।

जाहिर है, कु< k 0 , поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k 0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k 0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны.

k 0 थर्मल रिएक्टरों के लिए तथाकथित "4 कारकों के सूत्र" द्वारा निर्धारित किया जा सकता है:

• प्रति दो अवशोषण में न्यूट्रॉन की उपज है।

आधुनिक बिजली रिएक्टरों की मात्रा सैकड़ों वर्ग मीटर तक पहुंच सकती है और मुख्य रूप से महत्वपूर्णता की स्थितियों से नहीं, बल्कि गर्मी हटाने की संभावनाओं से निर्धारित होती है।

महत्वपूर्ण मात्रापरमाणु रिएक्टर - एक महत्वपूर्ण स्थिति में रिएक्टर कोर की मात्रा। क्रांतिक द्रव्यमानरिएक्टर की विखंडनीय सामग्री का द्रव्यमान है, जो एक महत्वपूर्ण अवस्था में है।

सबसे कम क्रांतिक द्रव्यमान वाले रिएक्टरों में होता है जलीय समाधानपानी न्यूट्रॉन परावर्तक के साथ शुद्ध विखंडनीय समस्थानिकों के लवण। 235 यू के लिए यह द्रव्यमान 0.8 किग्रा है, 239 पु के लिए यह 0.5 किग्रा है। हालांकि, यह व्यापक रूप से ज्ञात है कि एलओपीओ रिएक्टर (दुनिया का पहला समृद्ध यूरेनियम रिएक्टर) के लिए महत्वपूर्ण द्रव्यमान, जिसमें बेरिलियम ऑक्साइड परावर्तक था, 0.565 किलोग्राम था, इस तथ्य के बावजूद कि 235 आइसोटोप में संवर्धन की डिग्री केवल थोड़ी थी 14% से अधिक। सैद्धांतिक रूप से, सबसे छोटा महत्वपूर्ण द्रव्यमान होता है, जिसके लिए यह मान केवल 10 ग्राम होता है।

न्यूट्रॉन रिसाव को कम करने के लिए, कोर को गोलाकार या गोलाकार आकार के करीब दिया जाता है, जैसे कि एक छोटा सिलेंडर या घन, क्योंकि इन आंकड़ों में सतह क्षेत्र का आयतन का सबसे छोटा अनुपात होता है।

इस तथ्य के बावजूद कि मान (ई -1) आमतौर पर छोटा होता है, तेजी से न्यूट्रॉन गुणन की भूमिका काफी बड़ी होती है, क्योंकि बड़े परमाणु रिएक्टरों (के -1) के लिए<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

एक श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए, आमतौर पर यूरेनियम नाभिक के सहज विखंडन के दौरान पर्याप्त न्यूट्रॉन उत्पन्न होते हैं। रिएक्टर शुरू करने के लिए न्यूट्रॉन के बाहरी स्रोत का उपयोग करना भी संभव है, उदाहरण के लिए, और, या अन्य पदार्थों का मिश्रण।

आयोडीन गड्ढा

आयोडीन पिट - एक परमाणु रिएक्टर के बंद होने के बाद की स्थिति, जो अल्पकालिक क्सीनन आइसोटोप के संचय की विशेषता है। यह प्रक्रिया महत्वपूर्ण नकारात्मक प्रतिक्रिया की अस्थायी उपस्थिति की ओर ले जाती है, जो बदले में, एक निश्चित अवधि (लगभग 1-2 दिन) के लिए रिएक्टर को अपनी डिजाइन क्षमता में लाना असंभव बनाता है।

वर्गीकरण

मिलने का समय निश्चित करने पर

परमाणु रिएक्टरों के उपयोग की प्रकृति के अनुसार विभाजित हैं:

• पावर रिएक्टरऊर्जा क्षेत्र में उपयोग की जाने वाली विद्युत और तापीय ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, साथ ही समुद्री जल विलवणीकरण के लिए (विलवणीकरण रिएक्टरों को औद्योगिक के रूप में भी वर्गीकृत किया जाता है)। ऐसे रिएक्टरों का उपयोग मुख्य रूप से परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में किया जाता था। आधुनिक बिजली रिएक्टरों की तापीय शक्ति 5 GW तक पहुँच जाती है। एक अलग समूह में आवंटित करें:
  • परिवहन रिएक्टरवाहन इंजनों को ऊर्जा की आपूर्ति करने के लिए डिज़ाइन किया गया। सबसे व्यापक अनुप्रयोग समूह समुद्री परिवहन रिएक्टर हैं जिनका उपयोग पनडुब्बियों और विभिन्न सतह के जहाजों पर किया जाता है, साथ ही साथ अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में उपयोग किए जाने वाले रिएक्टर भी हैं।
• प्रायोगिक रिएक्टर, विभिन्न भौतिक मात्राओं का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसका मूल्य परमाणु रिएक्टरों के डिजाइन और संचालन के लिए आवश्यक है; ऐसे रिएक्टरों की शक्ति कुछ kW से अधिक नहीं होती है।
• अनुसंधान रिएक्टर, जिसमें कोर में बनाए गए न्यूट्रॉन और गामा-रे फ्लक्स का उपयोग परमाणु भौतिकी, ठोस अवस्था भौतिकी, विकिरण रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान के क्षेत्र में अनुसंधान के लिए किया जाता है, तीव्र न्यूट्रॉन फ्लक्स (भागों परमाणु रिएक्टरों सहित) में संचालन के लिए इच्छित सामग्री के परीक्षण के लिए, आइसोटोप के उत्पादन के लिए। अनुसंधान रिएक्टरों की शक्ति 100 मेगावाट से अधिक नहीं है। जारी की गई ऊर्जा का आमतौर पर उपयोग नहीं किया जाता है।
• औद्योगिक (हथियार, आइसोटोप) रिएक्टरविभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले आइसोटोप का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है। 239 पु जैसे परमाणु हथियार-ग्रेड सामग्री के उत्पादन के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इसके अलावा औद्योगिक में समुद्री जल विलवणीकरण के लिए उपयोग किए जाने वाले रिएक्टर शामिल हैं।

अक्सर रिएक्टरों का प्रयोग दो या दो से अधिक विभिन्न कार्यों को हल करने के लिए किया जाता है, ऐसी स्थिति में उन्हें कहा जाता है बहुउद्देशीय. उदाहरण के लिए, कुछ बिजली रिएक्टर, विशेष रूप से परमाणु ऊर्जा के भोर में, मुख्य रूप से प्रयोगों के लिए थे। फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर एक ही समय में बिजली पैदा करने वाले और उत्पादन करने वाले आइसोटोप दोनों हो सकते हैं। औद्योगिक रिएक्टर, अपने मुख्य कार्य के अलावा, अक्सर विद्युत और तापीय ऊर्जा उत्पन्न करते हैं।

न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रम के अनुसार

• थर्मल (धीमा) न्यूट्रॉन रिएक्टर ("थर्मल रिएक्टर")
• फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर ("फास्ट रिएक्टर")

ईंधन प्लेसमेंट द्वारा

• विषम रिएक्टर, जहां ईंधन को ब्लॉक के रूप में अलग-अलग कोर में रखा जाता है, जिसके बीच एक मॉडरेटर होता है;
• सजातीय रिएक्टर, जहां ईंधन और मॉडरेटर एक सजातीय मिश्रण (सजातीय प्रणाली) हैं।

एक विषम रिएक्टर में, ईंधन और मॉडरेटर को अलग-अलग स्थान दिया जा सकता है, विशेष रूप से, एक गुहा रिएक्टर में, मॉडरेटर-परावर्तक ईंधन के साथ गुहा को घेरता है जिसमें मॉडरेटर नहीं होता है। परमाणु-भौतिक दृष्टिकोण से, समरूपता/विषमता की कसौटी डिजाइन नहीं है, बल्कि किसी दिए गए मॉडरेटर में न्यूट्रॉन मॉडरेशन लंबाई से अधिक दूरी पर ईंधन ब्लॉक की नियुक्ति है। उदाहरण के लिए, तथाकथित "क्लोज-जाली" रिएक्टरों को सजातीय होने के लिए डिज़ाइन किया गया है, हालांकि ईंधन को आमतौर पर मॉडरेटर से अलग किया जाता है।

एक विषम रिएक्टर में परमाणु ईंधन के ब्लॉक को ईंधन असेंबली (एफए) कहा जाता है, जो एक नियमित जाली के नोड्स पर कोर में रखा जाता है, जिससे बनता है प्रकोष्ठों.

ईंधन के प्रकार से

• यूरेनियम समस्थानिक 235, 238, 233 (235 यू, 238 यू, 233 यू)
• प्लूटोनियम समस्थानिक 239 (239 पु), समस्थानिक भी 239-242 पु 238 यू (एमओएक्स ईंधन) के मिश्रण के रूप में
• थोरियम आइसोटोप 232 (232 थ) (233 यू में रूपांतरण के माध्यम से)

संवर्धन की डिग्री के अनुसार:

• प्राकृतिक यूरेनियम
• कम समृद्ध यूरेनियम
• अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम

रासायनिक संरचना द्वारा:

• धातु यू
• यूसी (यूरेनियम कार्बाइड), आदि।

शीतलक के प्रकार से

• गैस, (ग्रेफाइट-गैस रिएक्टर देखें)
• डी 2 ओ (भारी पानी, भारी पानी परमाणु रिएक्टर, CANDU देखें)

मॉडरेटर के प्रकार से

• सी (ग्रेफाइट, ग्रेफाइट-गैस रिएक्टर, ग्रेफाइट-वाटर रिएक्टर देखें)
• एच 2 ओ (पानी, लाइट वॉटर रिएक्टर, प्रेशराइज्ड वॉटर रिएक्टर, वीवीईआर देखें)
• डी 2 ओ (भारी पानी, भारी पानी परमाणु रिएक्टर, CANDU देखें)
• धातु हाइड्राइड्स
• मॉडरेटर के बिना (फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर देखें)

डिजाइन द्वारा

भाप उत्पादन विधि

• एक बाहरी भाप जनरेटर के साथ रिएक्टर (पीडब्लूआर, वीवीईआर देखें)

आईएईए वर्गीकरण

• पीडब्लूआर (दबावयुक्त जल रिएक्टर) - दबावयुक्त जल रिएक्टर (दबावयुक्त जल रिएक्टर);
• BWR (उबलते पानी रिएक्टर) - उबलते पानी रिएक्टर;
• एफबीआर (फास्ट ब्रीडर रिएक्टर) - फास्ट ब्रीडर रिएक्टर;
• जीसीआर (गैस-कूल्ड रिएक्टर) - गैस-कूल्ड रिएक्टर;
• LWGR (हल्का पानी ग्रेफाइट रिएक्टर) - ग्रेफाइट-वाटर रिएक्टर
• PHWR (दबावयुक्त भारी जल रिएक्टर) - भारी जल रिएक्टर

दुनिया में सबसे आम दबाव वाले पानी (लगभग 62%) और उबलते पानी (20%) रिएक्टर हैं।

रिएक्टर सामग्री

जिन सामग्रियों से रिएक्टर बनाए जाते हैं, वे न्यूट्रॉन, -क्वांटा और विखंडन अंशों के क्षेत्र में उच्च तापमान पर काम करते हैं। इसलिए, प्रौद्योगिकी की अन्य शाखाओं में उपयोग की जाने वाली सभी सामग्री रिएक्टर निर्माण के लिए उपयुक्त नहीं हैं। रिएक्टर सामग्री चुनते समय, उनके विकिरण प्रतिरोध, रासायनिक जड़ता, अवशोषण क्रॉस सेक्शन और अन्य गुणों को ध्यान में रखा जाता है।

उच्च तापमान पर सामग्री की विकिरण अस्थिरता कम प्रभावित होती है। परमाणुओं की गतिशीलता इतनी अधिक हो जाती है कि क्रिस्टल जाली से निकलकर अपने स्थान पर परमाणुओं के वापस लौटने या हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के पानी के अणु में पुनर्संयोजन की संभावना स्पष्ट रूप से बढ़ जाती है। इस प्रकार, बिजली के गैर-उबलते रिएक्टरों (उदाहरण के लिए, वीवीईआर) में पानी का रेडियोलिसिस महत्वहीन है, जबकि शक्तिशाली अनुसंधान रिएक्टरों में विस्फोटक मिश्रण की एक महत्वपूर्ण मात्रा जारी की जाती है। इसे जलाने के लिए रिएक्टरों में विशेष प्रणालियां हैं।

रिएक्टर सामग्री एक दूसरे के संपर्क में आती है (शीतलक और परमाणु ईंधन के साथ एक ईंधन तत्व क्लैडिंग, शीतलक और मॉडरेटर के साथ ईंधन कैसेट, आदि)। स्वाभाविक रूप से, संपर्क सामग्री रासायनिक रूप से निष्क्रिय (संगत) होनी चाहिए। असंगति का एक उदाहरण यूरेनियम और गर्म पानी का रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करना है।

अधिकांश सामग्रियों के लिए, बढ़ते तापमान के साथ शक्ति गुण तेजी से बिगड़ते हैं। बिजली रिएक्टरों में, संरचनात्मक सामग्री उच्च तापमान पर काम करती है। यह संरचनात्मक सामग्रियों की पसंद को सीमित करता है, विशेष रूप से पावर रिएक्टर के उन हिस्सों के लिए जिन्हें उच्च दबाव का सामना करना पड़ता है।

बर्नअप और परमाणु ईंधन का पुनरुत्पादन

परमाणु रिएक्टर के संचालन के दौरान, ईंधन में विखंडन के टुकड़ों के संचय के कारण, इसकी समस्थानिक और रासायनिक संरचना में परिवर्तन होता है, और ट्रांसयूरेनियम तत्व, मुख्य रूप से समस्थानिक बनते हैं। परमाणु रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता पर विखंडन के टुकड़ों के प्रभाव को कहा जाता है जहर(रेडियोधर्मी अंशों के लिए) और बुराई करना(स्थिर आइसोटोप के लिए)।

रिएक्टर के जहर का मुख्य कारण है, जिसमें सबसे बड़ा न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन (2.6 10 6 बार्न) है। 135 Xe . का आधा जीवन टी 1/2 = 9.2 घंटे; विभाजन उपज 6-7% है। 135 Xe का मुख्य भाग क्षय के परिणामस्वरूप बनता है ( टी 1/2 = 6.8 घंटे)। विषाक्तता के मामले में, केफ 1-3% बदल जाता है। 135 Xe का बड़ा अवशोषण क्रॉस सेक्शन और मध्यवर्ती आइसोटोप 135 I की उपस्थिति से दो महत्वपूर्ण घटनाएं होती हैं:

1. 135 Xe की सांद्रता में वृद्धि और, परिणामस्वरूप, रिएक्टर के शटडाउन या बिजली में कमी ("आयोडीन पिट") के बाद प्रतिक्रियाशीलता में कमी के लिए, जो अल्पकालिक शटडाउन और आउटपुट पावर में उतार-चढ़ाव के लिए असंभव बनाता है। नियामक निकायों में एक प्रतिक्रियाशीलता मार्जिन पेश करके इस प्रभाव को दूर किया जाता है। आयोडीन कुएं की गहराई और अवधि न्यूट्रॉन प्रवाह पर निर्भर करती है : Ф = 5 10 18 न्यूट्रॉन/(सेमी² सेकंड) पर, आयोडीन कुएं की अवधि ˜ 30 घंटे है, और गहराई स्थिर से 2 गुना अधिक है- 135 Xe विषाक्तता के कारण केफ में राज्य परिवर्तन।
2. विषाक्तता के कारण, न्यूट्रॉन प्रवाह Ф के अनुपात-अस्थायी उतार-चढ़ाव, और, परिणामस्वरूप, रिएक्टर शक्ति का हो सकता है। ये दोलन Ф > 10 18 न्यूट्रॉन/(सेमी² सेकंड) और . पर होते हैं बड़े आकाररिएक्टर। दोलन अवधि 10 घंटे।

परमाणु विखंडन बड़ी संख्या में स्थिर टुकड़ों को जन्म देता है, जो एक विखंडनीय समस्थानिक के अवशोषण क्रॉस सेक्शन की तुलना में उनके अवशोषण क्रॉस सेक्शन में भिन्न होते हैं। रिएक्टर के संचालन के पहले कुछ दिनों के दौरान बड़े अवशोषण क्रॉस सेक्शन वाले टुकड़ों की सांद्रता संतृप्ति तक पहुँच जाती है। ये मुख्य रूप से विभिन्न "उम्र" के टीवीईएल हैं।

पूर्ण ईंधन प्रतिस्थापन के मामले में, रिएक्टर में अतिरिक्त प्रतिक्रियाशीलता होती है, जिसकी भरपाई की जानी चाहिए, जबकि दूसरे मामले में, रिएक्टर की पहली शुरुआत में ही मुआवजे की आवश्यकता होती है। निरंतर ईंधन भरने से बर्नअप की गहराई में वृद्धि संभव हो जाती है, क्योंकि रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता विखंडनीय समस्थानिकों की औसत सांद्रता से निर्धारित होती है।

जारी ऊर्जा के "वजन" के कारण लोड किए गए ईंधन का द्रव्यमान अनलोड के द्रव्यमान से अधिक है। रिएक्टर के बंद होने के बाद, मुख्य रूप से विलंबित न्यूट्रॉन द्वारा विखंडन के कारण, और फिर 1-2 मिनट के बाद, विखंडन के टुकड़ों और ट्रांसयूरेनियम तत्वों के β- और γ-विकिरण के कारण, ईंधन में ऊर्जा जारी रहती है। यदि रिएक्टर शटडाउन से पहले काफी देर तक काम करता है, तो शटडाउन के 2 मिनट बाद, ऊर्जा रिलीज लगभग 3% है, 1 घंटे के बाद - 1%, एक दिन के बाद - 0.4%, एक वर्ष के बाद - प्रारंभिक शक्ति का 0.05%।

एक नाभिकीय रिएक्टर में बनने वाले विखंडनीय पु समस्थानिकों की संख्या का 235 U के जले हुए भाग की मात्रा से अनुपात कहलाता है रूपांतरण दरके के. K K का मान घटते संवर्धन और बर्नअप के साथ बढ़ता है। प्राकृतिक यूरेनियम पर चलने वाले भारी पानी के रिएक्टर के लिए, 10 GW दिन/t K K = 0.55 के बर्नअप के साथ, और छोटे बर्नअप के लिए (इस मामले में, K K को कहा जाता है) प्रारंभिक प्लूटोनियम गुणांक) के के = 0.8। यदि एक परमाणु रिएक्टर जलता है और समान आइसोटोप (ब्रीडर रिएक्टर) का उत्पादन करता है, तो प्रजनन दर और बर्न-अप दर के अनुपात को कहा जाता है प्रजनन दरके वी। थर्मल रिएक्टरों में के वी< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах К В может достигать 1,4-1,5. Рост К В для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов जीबढ़ रहा है और लेकिनगिरता है।

परमाणु रिएक्टर नियंत्रण

परमाणु रिएक्टर का नियंत्रण केवल इस तथ्य के कारण संभव है कि विखंडन के दौरान कुछ न्यूट्रॉन टुकड़ों से देरी से बाहर निकलते हैं, जो कई मिलीसेकंड से लेकर कई मिनट तक हो सकते हैं।

रिएक्टर को नियंत्रित करने के लिए, अवशोषित छड़ का उपयोग किया जाता है, कोर में पेश किया जाता है, सामग्री से बना होता है जो न्यूट्रॉन (मुख्य रूप से, और कुछ अन्य) को दृढ़ता से अवशोषित करता है और / या बोरिक एसिड का एक समाधान, एक निश्चित एकाग्रता (बोरॉन विनियमन) में शीतलक में जोड़ा जाता है। . छड़ की गति को विशेष तंत्र, ड्राइव द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो न्यूट्रॉन फ्लक्स के स्वत: नियंत्रण के लिए ऑपरेटर या उपकरण से संकेतों पर काम करता है।

विभिन्न के मामले में आपात स्थितिप्रत्येक रिएक्टर में, श्रृंखला प्रतिक्रिया की एक आपातकालीन समाप्ति प्रदान की जाती है, जो सभी अवशोषित छड़ों को कोर में गिराकर किया जाता है - एक आपातकालीन सुरक्षा प्रणाली।

अवशिष्ट गर्मी

सीधे तौर पर परमाणु सुरक्षा से संबंधित एक महत्वपूर्ण मुद्दा क्षय ताप है। यह परमाणु ईंधन की एक विशिष्ट विशेषता है, जिसमें यह तथ्य शामिल है कि, विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया और थर्मल जड़ता की समाप्ति के बाद, जो किसी भी ऊर्जा स्रोत के लिए सामान्य है, रिएक्टर में गर्मी रिलीज लंबे समय तक जारी रहती है, जो एक बनाता है तकनीकी रूप से जटिल समस्याओं की संख्या।

क्षय गर्मी विखंडन उत्पादों के β- और -क्षय का परिणाम है, जो रिएक्टर के संचालन के दौरान ईंधन में जमा हो गए हैं। विखंडन उत्पादों के नाभिक, क्षय के परिणामस्वरूप, महत्वपूर्ण ऊर्जा की रिहाई के साथ अधिक स्थिर या पूरी तरह से स्थिर अवस्था में चले जाते हैं।

हालांकि क्षय गर्मी रिलीज दर तेजी से उन मूल्यों तक गिरती है जो स्थिर मूल्यों की तुलना में छोटे होते हैं, उच्च शक्ति वाले बिजली रिएक्टरों में यह पूर्ण रूप से महत्वपूर्ण है। इस कारण से, क्षय गर्मी रिलीज को बंद होने के बाद रिएक्टर कोर से गर्मी हटाने के लिए लंबे समय की आवश्यकता होती है। इस कार्य के लिए रिएक्टर सुविधा के डिजाइन में विश्वसनीय बिजली आपूर्ति के साथ शीतलन प्रणाली की उपस्थिति की आवश्यकता होती है, और एक विशेष तापमान शासन के साथ भंडारण सुविधाओं में खर्च किए गए परमाणु ईंधन के दीर्घकालिक (3-4 वर्षों के भीतर) भंडारण की भी आवश्यकता होती है - खर्च किए गए ईंधन पूल , जो आमतौर पर रिएक्टर के तत्काल आसपास के क्षेत्र में स्थित होते हैं।

यह सभी देखें

• सोवियत संघ में डिजाइन और निर्मित परमाणु रिएक्टरों की सूची

साहित्य

• लेविन वी.ई. परमाणु भौतिकी और परमाणु रिएक्टर।चौथा संस्करण। - एम .: एटोमिज़दत, 1979।
• शुकोलुकोव ए। यू। "यूरेनियम। प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर। "रसायन विज्ञान और जीवन" नंबर 6, 1980, पी। 20-24

टिप्पणियाँ

1. "ZEEP - कनाडा का पहला परमाणु रिएक्टर", कनाडा विज्ञान और प्रौद्योगिकी संग्रहालय।
2. ग्रेशिलोव ए.ए., एगुपोव एन.डी., माटुशचेंको ए.एम.परमाणु ढाल। - एम।: लोगो, 2008। - 438 पी। -

परमाणु ऊर्जा बिजली पैदा करने का एक आधुनिक और तेजी से विकसित होने वाला तरीका है। क्या आप जानते हैं कि परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की व्यवस्था कैसे की जाती है? परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत क्या है? आज किस प्रकार के परमाणु रिएक्टर मौजूद हैं? हम एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन की योजना पर विस्तार से विचार करने की कोशिश करेंगे, परमाणु रिएक्टर की संरचना में तल्लीन करेंगे और यह पता लगाएंगे कि बिजली पैदा करने की परमाणु विधि कितनी सुरक्षित है।

कोई भी स्टेशन रिहायशी इलाके से दूर एक बंद इलाका होता है। इसके क्षेत्र में कई इमारतें हैं। सबसे महत्वपूर्ण इमारत रिएक्टर बिल्डिंग है, इसके बगल में टर्बाइन हॉल है जहां से रिएक्टर को नियंत्रित किया जाता है, और सुरक्षा भवन।

परमाणु रिएक्टर के बिना योजना असंभव है। एक परमाणु (परमाणु) रिएक्टर एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र का एक उपकरण है, जिसे इस प्रक्रिया में ऊर्जा की अनिवार्य रिहाई के साथ न्यूट्रॉन विखंडन की एक श्रृंखला प्रतिक्रिया को व्यवस्थित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। लेकिन परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत क्या है?

पूरे रिएक्टर प्लांट को रिएक्टर बिल्डिंग में रखा गया है, एक बड़ा कंक्रीट टावर जो रिएक्टर को छुपाता है और दुर्घटना की स्थिति में, परमाणु प्रतिक्रिया के सभी उत्पाद शामिल होंगे। इस बड़े टॉवर को कंटेनमेंट, हर्मेटिक शेल या कंटेनमेंट कहा जाता है।

नए रिएक्टरों के नियंत्रण क्षेत्र में 2 मोटी कंक्रीट की दीवारें हैं - गोले।
80 सेमी मोटा बाहरी आवरण नियंत्रण क्षेत्र को बाहरी प्रभावों से बचाता है।

1 मीटर 20 सेमी की मोटाई वाले आंतरिक खोल में विशेष है स्टील केबल्स, जो कंक्रीट की ताकत को लगभग तीन गुना बढ़ा देता है और संरचना को उखड़ने नहीं देगा। से के भीतरउसने पोस्ट किया पतली चादरविशेष स्टील, जिसे रोकथाम की अतिरिक्त सुरक्षा के रूप में काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और दुर्घटना की स्थिति में, रिएक्टर की सामग्री को नियंत्रण क्षेत्र के बाहर जारी नहीं करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र का ऐसा उपकरण 200 टन वजन वाले विमान के गिरने, 8-तीव्रता के भूकंप, बवंडर और सुनामी का सामना कर सकता है।

पहला दबाव वाला बाड़ा 1968 में अमेरिकी परमाणु ऊर्जा संयंत्र कनेक्टिकट यांकी में बनाया गया था।

कंटेनमेंट एरिया की कुल ऊंचाई 50-60 मीटर है।

परमाणु रिएक्टर किससे बना होता है?

परमाणु रिएक्टर के संचालन के सिद्धांत और इसलिए परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन के सिद्धांत को समझने के लिए, आपको रिएक्टर के घटकों को समझने की जरूरत है।

• सक्रिय क्षेत्र। यह वह क्षेत्र है जहां परमाणु ईंधन (हीट रिलीजर) और मॉडरेटर रखे जाते हैं। ईंधन के परमाणु (अक्सर यूरेनियम ईंधन है) एक विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया करते हैं। मॉडरेटर को विखंडन प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और आपको गति और ताकत के संदर्भ में आवश्यक प्रतिक्रिया करने की अनुमति देता है।
• न्यूट्रॉन परावर्तक। परावर्तक सक्रिय क्षेत्र को घेर लेता है। इसमें मॉडरेटर के समान सामग्री होती है। वास्तव में, यह एक बॉक्स है, जिसका मुख्य उद्देश्य न्यूट्रॉन को कोर छोड़ने और पर्यावरण में प्रवेश करने से रोकना है।
• शीतलक। शीतलक को उस ऊष्मा को अवशोषित करना चाहिए जो ईंधन परमाणुओं के विखंडन के दौरान जारी की गई थी और इसे अन्य पदार्थों में स्थानांतरित कर दिया। शीतलक काफी हद तक यह निर्धारित करता है कि परमाणु ऊर्जा संयंत्र कैसे डिजाइन किया गया है। आज का सबसे लोकप्रिय शीतलक पानी है।
  रिएक्टर नियंत्रण प्रणाली। सेंसर और तंत्र जो परमाणु ऊर्जा संयंत्र रिएक्टर को क्रिया में लाते हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन

परमाणु ऊर्जा संयंत्र क्या करता है? परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन रेडियोधर्मी गुणों वाले रासायनिक तत्व हैं। सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में यूरेनियम एक ऐसा तत्व है।

स्टेशनों के डिजाइन का तात्पर्य है कि परमाणु ऊर्जा संयंत्र जटिल मिश्रित ईंधन पर काम करते हैं, न कि शुद्ध रासायनिक तत्व पर। और प्राकृतिक यूरेनियम से यूरेनियम ईंधन निकालने के लिए, जिसे एक परमाणु रिएक्टर में लोड किया जाता है, आपको बहुत सारे जोड़तोड़ करने की आवश्यकता होती है।

समृद्ध यूरेनियम

यूरेनियम में दो समस्थानिक होते हैं, अर्थात इसमें विभिन्न द्रव्यमान वाले नाभिक होते हैं। उन्हें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन आइसोटोप -235 और आइसोटोप -238 की संख्या के आधार पर नामित किया गया था। 20वीं सदी के शोधकर्ताओं ने अयस्क से यूरेनियम 235 निकालना शुरू किया, क्योंकि। इसे विघटित करना और बदलना आसान था। यह पता चला कि प्रकृति में ऐसे यूरेनियम का केवल 0.7% है (शेष प्रतिशत 238 वें आइसोटोप में चला गया)।

इस मामले में क्या करें? उन्होंने यूरेनियम को समृद्ध करने का फैसला किया। यूरेनियम का संवर्धन एक ऐसी प्रक्रिया है जब इसमें कई आवश्यक 235x समस्थानिक और कुछ अनावश्यक 238x समस्थानिक बचे होते हैं। यूरेनियम संवर्द्धक का कार्य 0.7% से लगभग 100% यूरेनियम-235 बनाना है।

यूरेनियम को दो तकनीकों - गैस प्रसार या गैस सेंट्रीफ्यूज का उपयोग करके समृद्ध किया जा सकता है। उनके उपयोग के लिए, अयस्क से निकाले गए यूरेनियम को गैसीय अवस्था में परिवर्तित किया जाता है। गैस के रूप में यह समृद्ध होता है।

यूरेनियम पाउडर

समृद्ध यूरेनियम गैस एक ठोस अवस्था में परिवर्तित हो जाती है - यूरेनियम डाइऑक्साइड। यह शुद्ध ठोस यूरेनियम 235 बड़े सफेद क्रिस्टल जैसा दिखता है जिसे बाद में यूरेनियम पाउडर में कुचल दिया जाता है।

यूरेनियम की गोलियां

यूरेनियम छर्रे ठोस धातु के वाशर होते हैं, जो कुछ सेंटीमीटर लंबे होते हैं। यूरेनियम पाउडर से ऐसी गोलियों को मोल्ड करने के लिए, इसे एक पदार्थ - एक प्लास्टिसाइज़र के साथ मिलाया जाता है, यह टैबलेट दबाने की गुणवत्ता में सुधार करता है।

प्रेस किए गए वाशर को 1200 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक दिन से अधिक समय तक बेक किया जाता है ताकि टैबलेट को विशेष ताकत और उच्च तापमान का प्रतिरोध मिल सके। जिस तरह से परमाणु ऊर्जा संयंत्र सीधे काम करता है वह इस बात पर निर्भर करता है कि यूरेनियम ईंधन कितनी अच्छी तरह संपीड़ित और बेक किया गया है।

गोलियाँ मोलिब्डेनम बक्से में बेक की जाती हैं, क्योंकि। केवल यह धातु डेढ़ हजार डिग्री से अधिक "नारकीय" तापमान पर पिघलने में सक्षम नहीं है। उसके बाद, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए यूरेनियम ईंधन तैयार माना जाता है।

टीवीईएल और टीवीएस क्या है?

रिएक्टर कोर एक विशाल डिस्क या पाइप की तरह दिखता है जिसमें दीवारों में छेद (रिएक्टर के प्रकार के आधार पर) होता है, जो मानव शरीर से 5 गुना बड़ा होता है। इन छिद्रों में यूरेनियम ईंधन होता है, जिसके परमाणु वांछित प्रतिक्रिया करते हैं।

रिएक्टर में केवल ईंधन फेंकना असंभव है, ठीक है, यदि आप पूरे स्टेशन का विस्फोट और आस-पास के कुछ राज्यों के परिणामों के साथ दुर्घटना नहीं करना चाहते हैं। इसलिए, यूरेनियम ईंधन को ईंधन की छड़ों में रखा जाता है, और फिर ईंधन असेंबलियों में एकत्र किया जाता है। इन संक्षिप्ताक्षरों का क्या अर्थ है?

• टीवीईएल - ईंधन तत्व (रूसी कंपनी के उसी नाम से भ्रमित नहीं होना चाहिए जो उन्हें पैदा करता है)। दरअसल, यह जिरकोनियम मिश्र धातुओं से बनी एक पतली और लंबी जिरकोनियम ट्यूब होती है, जिसमें यूरेनियम के छर्रे रखे जाते हैं। यह ईंधन की छड़ों में है कि यूरेनियम परमाणु एक दूसरे के साथ बातचीत करना शुरू करते हैं, प्रतिक्रिया के दौरान गर्मी छोड़ते हैं।

जिरकोनियम को इसकी अपवर्तकता और जंग रोधी गुणों के कारण ईंधन छड़ के उत्पादन के लिए एक सामग्री के रूप में चुना गया था।

ईंधन तत्वों का प्रकार रिएक्टर के प्रकार और संरचना पर निर्भर करता है। एक नियम के रूप में, ईंधन छड़ की संरचना और उद्देश्य नहीं बदलता है, ट्यूब की लंबाई और चौड़ाई भिन्न हो सकती है।

मशीन 200 से अधिक यूरेनियम छर्रों को एक जिरकोनियम ट्यूब में लोड करती है। रिएक्टर में कुल मिलाकर लगभग 10 मिलियन यूरेनियम छर्रे एक साथ काम करते हैं।
एफए - ईंधन विधानसभा। एनपीपी कार्यकर्ता ईंधन असेंबलियों को बंडल कहते हैं।

वास्तव में, ये कई टीवीईएल एक साथ जुड़े हुए हैं। फ्यूल असेंबली रेडीमेड न्यूक्लियर फ्यूल है, जिस पर न्यूक्लियर पावर प्लांट चलता है। यह ईंधन असेंबली है जिसे परमाणु रिएक्टर में लोड किया जाता है। एक रिएक्टर में लगभग 150 - 400 ईंधन असेंबलियाँ रखी जाती हैं।
ईंधन असेंबली किस रिएक्टर में काम करेगी, इसके आधार पर वे अलग-अलग आकार में आते हैं। कभी-कभी बंडलों को एक क्यूबिक में, कभी एक बेलनाकार में, कभी-कभी एक हेक्सागोनल आकार में मोड़ा जाता है।

4 साल के संचालन के लिए एक ईंधन असेंबली उतनी ही ऊर्जा उत्पन्न करती है जितनी 670 कोयला कारों, 730 टैंकों को जलाने पर प्राकृतिक गैसया 900 टैंक तेल से लदे हुए हैं।
आज, ईंधन असेंबलियों का उत्पादन मुख्य रूप से रूस, फ्रांस, संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान के कारखानों में किया जाता है।

अन्य देशों में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन पहुंचाने के लिए, ईंधन असेंबलियों को लंबी और चौड़ी धातु के पाइपों में सील कर दिया जाता है, हवा को पाइप से बाहर निकाल दिया जाता है और विशेष मशीनों द्वारा बोर्ड कार्गो विमान पर पहुंचाया जाता है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए परमाणु ईंधन का वजन बहुत अधिक होता है, tk। यूरेनियम ग्रह पर सबसे भारी धातुओं में से एक है। इसका विशिष्ट गुरुत्व स्टील के 2.5 गुना है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र: संचालन का सिद्धांत

परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत क्या है? परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के संचालन का सिद्धांत एक रेडियोधर्मी पदार्थ - यूरेनियम के परमाणुओं के विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रिया पर आधारित है। यह प्रतिक्रिया एक परमाणु रिएक्टर के मूल में होती है।

यह जानना महत्वपूर्ण है:

यदि आप परमाणु भौतिकी की पेचीदगियों में नहीं जाते हैं, तो परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत इस तरह दिखता है:
परमाणु रिएक्टर शुरू होने के बाद, ईंधन की छड़ से अवशोषित छड़ें हटा दी जाती हैं, जो यूरेनियम को प्रतिक्रिया करने से रोकती हैं।

जैसे ही छड़ें हटा दी जाती हैं, यूरेनियम न्यूट्रॉन एक दूसरे के साथ बातचीत करना शुरू कर देते हैं।

जब न्यूट्रॉन टकराते हैं, परमाणु स्तर पर एक छोटा विस्फोट होता है, ऊर्जा निकलती है और नए न्यूट्रॉन पैदा होते हैं, एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होने लगती है। इस प्रक्रिया से गर्मी निकलती है।

गर्मी को शीतलक में स्थानांतरित कर दिया जाता है। शीतलक के प्रकार के आधार पर, यह भाप या गैस में बदल जाता है, जो टरबाइन को घुमाता है।

टरबाइन एक विद्युत जनरेटर चलाता है। यह वह है जो वास्तव में बिजली उत्पन्न करता है।

यदि आप इस प्रक्रिया का पालन नहीं करते हैं, तो यूरेनियम न्यूट्रॉन एक दूसरे से तब तक टकरा सकते हैं जब तक कि रिएक्टर को उड़ा न दिया जाए और पूरे परमाणु ऊर्जा संयंत्र को नष्ट न कर दिया जाए। कंप्यूटर सेंसर प्रक्रिया को नियंत्रित करते हैं। वे रिएक्टर में तापमान में वृद्धि या दबाव में बदलाव का पता लगाते हैं और प्रतिक्रियाओं को स्वचालित रूप से रोक सकते हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और ताप विद्युत संयंत्रों (थर्मल पावर प्लांट) के संचालन के सिद्धांत में क्या अंतर है?

काम में अंतर केवल पहले चरण में है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में, शीतलक यूरेनियम ईंधन के परमाणुओं के विखंडन से गर्मी प्राप्त करता है, थर्मल पावर प्लांटों में शीतलक कार्बनिक ईंधन (कोयला, गैस या तेल) के दहन से गर्मी प्राप्त करता है। यूरेनियम के परमाणुओं या कोयले के साथ गैस के गर्मी छोड़ने के बाद, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और थर्मल पावर प्लांटों के संचालन की योजनाएँ समान हैं।

परमाणु रिएक्टरों के प्रकार

परमाणु ऊर्जा संयंत्र कैसे काम करता है यह इस बात पर निर्भर करता है कि उसका परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है। आज दो मुख्य प्रकार के रिएक्टर हैं, जिन्हें न्यूरॉन्स के स्पेक्ट्रम के अनुसार वर्गीकृत किया गया है:
एक धीमा न्यूट्रॉन रिएक्टर, जिसे थर्मल रिएक्टर भी कहा जाता है।

इसके संचालन के लिए 235 यूरेनियम का उपयोग किया जाता है, जो संवर्धन, यूरेनियम गोलियों के निर्माण आदि के चरणों से गुजरता है। आज, धीमे न्यूट्रॉन रिएक्टर विशाल बहुमत में हैं।
फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर।

ये रिएक्टर भविष्य हैं, क्योंकि वे यूरेनियम -238 पर काम करते हैं, जो प्रकृति में एक पैसा एक दर्जन है और इस तत्व को समृद्ध करना आवश्यक नहीं है। ऐसे रिएक्टरों का नुकसान केवल डिजाइन, निर्माण और लॉन्च के लिए बहुत अधिक लागत में है। आज, फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर केवल रूस में काम करते हैं।

फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टरों में शीतलक पारा, गैस, सोडियम या सीसा होता है।

स्लो न्यूट्रॉन रिएक्टर, जो आज दुनिया के सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा उपयोग किए जाते हैं, भी कई प्रकार के होते हैं।

IAEA संगठन (अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी) ने अपना स्वयं का वर्गीकरण बनाया है, जिसका उपयोग विश्व परमाणु उद्योग में सबसे अधिक बार किया जाता है। चूंकि परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत काफी हद तक शीतलक और मॉडरेटर की पसंद पर निर्भर करता है, आईएईए ने इन अंतरों पर अपना वर्गीकरण आधारित किया है।

रासायनिक दृष्टिकोण से, ड्यूटेरियम ऑक्साइड एक आदर्श मॉडरेटर और शीतलक है, क्योंकि इसके परमाणु अन्य पदार्थों की तुलना में यूरेनियम के न्यूट्रॉन के साथ सबसे प्रभावी ढंग से बातचीत करते हैं। सीधे शब्दों में कहें, भारी पानी न्यूनतम नुकसान और अधिकतम परिणामों के साथ अपना कार्य करता है। हालांकि, इसके उत्पादन में पैसा खर्च होता है, जबकि हमारे लिए सामान्य "प्रकाश" और परिचित पानी का उपयोग करना बहुत आसान है।

परमाणु रिएक्टरों के बारे में कुछ तथ्य...

यह दिलचस्प है कि एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र रिएक्टर कम से कम 3 वर्षों के लिए बनाया गया है!
एक रिएक्टर बनाने के लिए, आपको ऐसे उपकरणों की आवश्यकता होती है जो 210 किलो एम्पीयर के विद्युत प्रवाह पर चलते हैं, जो कि एक व्यक्ति की जान लेने वाले करंट से दस लाख गुना अधिक है।

परमाणु रिएक्टर के एक खोल (संरचनात्मक तत्व) का वजन 150 टन होता है। एक रिएक्टर में ऐसे 6 तत्व होते हैं।

दबावयुक्त जल रिएक्टर

हमने पहले ही पता लगा लिया है कि परमाणु ऊर्जा संयंत्र सामान्य रूप से कैसे काम करता है, "इसे हल करने" के लिए आइए देखें कि सबसे लोकप्रिय दबाव वाला परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है।
आज पूरी दुनिया में जेनरेशन 3+ प्रेशराइज्ड वॉटर रिएक्टरों का इस्तेमाल किया जाता है। उन्हें सबसे विश्वसनीय और सुरक्षित माना जाता है।

अपने संचालन के सभी वर्षों में दुनिया के सभी दबाव वाले जल रिएक्टर पहले ही 1000 से अधिक वर्षों से परेशानी मुक्त संचालन हासिल करने में कामयाब रहे हैं और कभी भी गंभीर विचलन नहीं दिया है।

दबाव वाले जल रिएक्टरों पर आधारित परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की संरचना का तात्पर्य है कि आसुत जल ईंधन की छड़ों के बीच घूमता है, जिसे 320 डिग्री तक गर्म किया जाता है। इसे वाष्प अवस्था में जाने से रोकने के लिए इसे 160 वायुमंडल के दबाव में रखा जाता है। एनपीपी योजना इसे प्राथमिक जल कहती है।

गर्म पानी भाप जनरेटर में प्रवेश करता है और माध्यमिक सर्किट के पानी को अपनी गर्मी देता है, जिसके बाद यह फिर से रिएक्टर में "लौटता है"। बाह्य रूप से, ऐसा लगता है कि प्राथमिक जल सर्किट के पाइप अन्य पाइपों के संपर्क में हैं - दूसरे सर्किट का पानी, वे गर्मी को एक दूसरे में स्थानांतरित करते हैं, लेकिन पानी संपर्क नहीं करते हैं। ट्यूब संपर्क में हैं।

इस प्रकार, माध्यमिक सर्किट के पानी में विकिरण की संभावना, जो आगे बिजली पैदा करने की प्रक्रिया में भाग लेगा, को बाहर रखा गया है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र सुरक्षा

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के संचालन के सिद्धांत को सीखने के बाद, हमें यह समझना चाहिए कि सुरक्षा की व्यवस्था कैसे की जाती है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के डिजाइन के लिए आज सुरक्षा नियमों पर अधिक ध्यान देने की आवश्यकता है।
परमाणु ऊर्जा संयंत्र की सुरक्षा की लागत लगभग 40% है कुल लागतस्टेशन ही।

एनपीपी योजना में 4 भौतिक अवरोध शामिल हैं जो रेडियोधर्मी पदार्थों की रिहाई को रोकते हैं। इन बाधाओं को क्या करना चाहिए? सही समय पर, परमाणु प्रतिक्रिया को रोकने में सक्षम हो, कोर और रिएक्टर से लगातार गर्मी हटाने को सुनिश्चित करें, और रेडियोन्यूक्लाइड्स को नियंत्रण (रोकथाम क्षेत्र) से मुक्त होने से रोकें।

• पहला अवरोध यूरेनियम छर्रों की ताकत है।यह महत्वपूर्ण है कि वे परमाणु रिएक्टर में उच्च तापमान के प्रभाव में न गिरें। जिस तरह से यह काम करता है परमाणु ऊर्जा प्लांट, इस बात पर निर्भर करता है कि निर्माण के प्रारंभिक चरण में यूरेनियम छर्रों को "बेक्ड" कैसे किया गया था। यदि यूरेनियम ईंधन छर्रों को गलत तरीके से बेक किया जाता है, तो रिएक्टर में यूरेनियम परमाणुओं की प्रतिक्रिया अप्रत्याशित होगी।
• दूसरा अवरोध ईंधन की छड़ों की जकड़न है।ज़िरकोनियम ट्यूबों को कसकर बंद कर दिया जाना चाहिए, अगर मजबूती टूट गई है, तो सबसे अच्छा रिएक्टर क्षतिग्रस्त हो जाएगा और काम बंद हो जाएगा, कम से कम सब कुछ हवा में उड़ जाएगा।
• तीसरा अवरोध एक मजबूत स्टील रिएक्टर पोत हैए, (वही बड़ा टॉवर - एक नियंत्रण क्षेत्र) जो सभी रेडियोधर्मी प्रक्रियाओं को अपने आप में "होल्ड" करता है। पतवार क्षतिग्रस्त है - विकिरण वातावरण में छोड़ा जाएगा।
• चौथा अवरोध आपातकालीन सुरक्षा छड़ है।सक्रिय क्षेत्र के ऊपर, मॉडरेटर वाली छड़ें चुम्बकों पर निलंबित होती हैं, जो 2 सेकंड में सभी न्यूट्रॉन को अवशोषित कर सकती हैं और श्रृंखला प्रतिक्रिया को रोक सकती हैं।

यदि कई डिग्री सुरक्षा के साथ परमाणु ऊर्जा संयंत्र के निर्माण के बावजूद, रिएक्टर कोर को सही समय पर ठंडा करना संभव नहीं है, और ईंधन का तापमान 2600 डिग्री तक बढ़ जाता है, तो सुरक्षा प्रणाली की आखिरी उम्मीद खेल में आती है - तथाकथित पिघल जाल।

तथ्य यह है कि इस तरह के तापमान पर रिएक्टर पोत का तल पिघल जाएगा, और परमाणु ईंधन और पिघली हुई संरचनाओं के सभी अवशेष रिएक्टर कोर के ऊपर निलंबित एक विशेष "ग्लास" में प्रवाहित होंगे।

पिघला हुआ जाल प्रशीतित और दुर्दम्य है। यह तथाकथित "बलिदान सामग्री" से भरा है, जो धीरे-धीरे विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया को रोकता है।

इस प्रकार, एनपीपी योजना में सुरक्षा के कई डिग्री शामिल हैं, जो दुर्घटना की किसी भी संभावना को लगभग पूरी तरह से बाहर कर देता है।