Mundareja: Kirish

Yadro yoqilg'i aylanishi
Yadro materiallari va yadro yoqilg'isi Trening kursi yadro texnologiyalarini tavsiflaydi, ya'ni yadroviy materiallar bilan ishlash texnologiyalari (NM).
Ta'rifga ko'ra, yadroviy materiallar bu moddalarsiz boshlash mumkin emas ikkita o'z-o'zidan barqaror yadroviy reaktsiyalar keyin katta miqdorda energiya ajralib chiqadi:
Neytronlar tomonidan og'ir yadrolarning zanjirli bo'linish reaktsiyasi
²³⁵U + n → FP₁ + FP₂ + (2-3) n + 200 MeV
Shuning uchun NM quyidagilarni o'z ichiga oladi: Tabiiy uran va tabiiy toriy izotoplari. Sun'iy transuran izotoplari, ya'ni Pu, Np, Am, Cm, ... izotoplari. Sun'iy uran izotopi ²³³U, ²³²Th (n, ) ²³³U reaktsiyasi mahsuloti.
2. Yengil yadrolarning termoyadroviy sintez reaksiyasi
D + T→4He + n + 17,6 MeV
Shuning uchun NM quyidagilarni o'z ichiga oladi:
Vodorod izotoplari: deyteriy va tritiy.
Tabiiy vodorod 0,015% deyteriyni o'z ichiga oladi, lekin radioaktivligi tufayli tritiyni o'z ichiga olmaydi (tritiyning yarimparchalanish davri T_1/2 = 12,3 yil).
2. Litiy.
Tabiiy litiy 7,5% ⁶Li va 92,5% ⁷Li dan iborat. Litiy izotopi ⁶Li ⁶Li(n,a)T reaksiyasida tritiyni intensiv ishlab chiqarishga qodir. ⁶Li(n,a)T reaksiyasining mikro kesmasi termal neytronlar uchun 940 barn.

Shubhasiz, NM yuqorida sanab o'tilgan materiallarning barcha kimyoviy birikmalarini o'z ichiga oladi. Masalan, uran dioksidi UO₂ yoki og'ir suv D₂O ham yadroviy materiallardir.

Yadro yoqilg'isi neytronlar tomonidan parchalanishi mumkin bo'lgan materialdir, ya'ni.
1. Uran va toriyning tabiiy izotoplari (²³⁵U, ²³⁸U, ²³²Th).
2. Plutoniy va boshqa transuran elementlarining sun'iy izotoplari.
3. Sun'iy uran izotopi ²³³U (²³²Th ga neytronlarni tutib olish mahsuloti).
Birlamchi yadro yoqilg'isi faqat o'z ichiga oladi tabiiy parchalanadigan izotoplar (²³⁵U, ²³⁸U, ²³²Th).
Ikkilamchi yadro yoqilg'isi o'z ichiga oladi sun'iy parchalanuvchi izotoplar (²³³U, ²³⁹Pu, ²⁴¹Pu). Hozirgi vaqtda atom energetikasi tabiiy urandan foydalanishga asoslangan u quyidagi ikkita izotopdan iborat:
1. ²³⁸U moqdori - 99,3%; yarimparchalanish davri T_1/2 = 4,5 milliard yil.
2. ²³⁵U miqdori - 0,7%; yarimparchalanish davri T_1/2 = 0,7 milliard yil.
Barcha uran izotoplari -emitentlar bo'lib, o'z-o'zidan bo'linishi mumkin. 235U neytronlar tomonidan parchalanishi mumkin bo'lgan yagona tabiiy materialdir haddan tashqari ko'p miqdorda tez bo'linadigan neytronlarni hosil qiladigan har qanday energiya.
Faqat bu ortiqcha neytronlar hosil qiladi zanjirli bo'linish reaktsiyasi mumkin. Afsuski, tabiiy uran faqat 0,7% ²³⁵U ni o'z ichiga oladi.
Biroq, yadro reaktorlari uranni boyitishni talab qiladi 3-5% gacha ²³⁵U.
²³⁵U tarkibiga qarab quyidagi uran turlari mavjud:
1. Kam boyitilgan uran - X₂₃₅ < 5%.
2. O'rta boyitilgan uran - X₂₃₅ 5% dan 20% gacha.
3. Yuqori darajada boyitilgan uran - X₂₃₅ 20% dan 90% gacha.
4. Qurol darajasidagi uran - X₂₃₅ > 90%.

Tabiiy darajadan past bo'lgan ²³⁵U miqdoridagi kamaygan uran (odatdagidek 0,2-0,3%) uranni boyitish jarayonining yon mahsulotidir. Yadro yoqilg'isi va organik yoqilg'idan energiyani chiqarish jarayonlari tubdan farq qiladi. Yadro yoqilg'isida sezilarli darajada katta energiya miqdori. Bitta uglerod atomini yoqish 4 eV darajasida issiqlik energiyasini chiqaradi:

C + O₂  CO₂ + 4 eV.
Bitta ²³⁵U yadroning neytronlar tomonidan bo'linishi issiqlik energiyasini chiqaradi 200 MeV darajasida:
²³⁵U + n  FP₁ + FP₂ + (2,5-3) n + 2  10⁸ eV.
Atom og'irliklarining farqini (235:12) hisobga olgan holda, ²³⁵U bo'linish reaktsiyasining energiya tarkibi ¹²C oksidlanish reaktsiyasining energiya tarkibidan oshadi (massa birligi uchun) taxminan 2,510⁶ marta.
Yadro yoqilg'isining katta energiya tarkibi sezilarli darajada kamayadi yoqilg'i massasi va hajmi bir xil energiya ishlab chiqarish uchun zarur.
Shunday qilib, yadro yoqilg'isi uran konlari va yadro yoqilg'isini ishlab chiqaruvchi zavodlarni joylashtirishda AES maydonini joylashtirishning geografik mustaqilligini ta'minlaydi.
2. Bo'linuvchi nuklidlarni to'liq hajmda yoqish mumkin emas bitta nurlanish davri uchun. Zanjirli bo'linish reaktsiyasini faqat reaktor yadrosi mavjud bo'lganda boshlash mumkin yadro yoqilg'isi miqdori uning kritik massasidan ancha yuqori. Bir nurlanish siklida yonib ketish mumkin faqat yadro yoqilg'isining kritik massasidan oshib ketadigan qismi va parchalanuvchi nuklidlarning yonishi va parchalanish mahsulotlarining (FP) hosil bo'lishining salbiy ta'sirini qoplash uchun zarur bo'lgan reaktivlik chegarasini ta'minlaydi.
Yoqilg'i yonishi odatda quyidagicha o'lchanadi:
1. Umumiy yoqilg'i massasiga FP miqdori. 10% yoqilg'ining yonishi yoqilg'i massasining 10% yonib ketganligini va FP massasining 10% ga aylanishini anglatadi.
2. Umumiy yoqilg'i massasiga ajratilgan issiqlik energiyasining miqdori, GVt/ t. Yoqilg'ining 1% yonishi ko'rsatilishi mumkin
taxminan 10 GVt/t issiqlik energiyasi hosiliga teng. Yengil suvli reaktorlarda odatdagi yoqilg'ining yonishi: 40-50 GVt / t yoki 4-5% FP.
3. Parchalanuvchi va unumdor izotoplarni qayta ishlatish (qayta ishlash) imkoniyati.
Qayta ishlash tabiiy uranni qazib olish ehtiyojini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin va uning ²³⁵U izotopini boyitish.
4. Bo'linuvchi izotoplarni ko'paytirish imkoniyati. ²³⁸U unumdor izotopi tomonidan neytronlarning radiatsiyaviy tutilishiga olib keladi ²³⁹Pu bo'linuvchi izotopning to'planishi. ²³²Th unumdor izotop tomonidan neytronlarning radiatsiyaviy tutilishiga olib keladi parchalanuvchi izotop ²³³U ishlab chiqarish. Reproduktivlik ko'payish nisbati (BR) bilan belgilanadi, ya'ni ikkilamchi yoqilg'i ishlab chiqarish tezligining nisbati asosiy yoqilg'ining yonish tezligiga. Ikkilamchi yadro yoqilg'isi reaktorning ishlash muddatini uzaytirishi mumkin va qo'shimcha issiqlik energiyasini ishlab chiqaradi. BR qiymatiga qarab, Yoqilg'i ishlab chiqarishning quyidagi variantlarini ajratib ko'rsatish mumkin: qisman (BR < 1), toʻliq (BR = 1) va kengaytirilgan (BR> 1) yadro yoqilg'isini qayta ishlab chiqarish.
Yadro yoqilg'isini ko'paytirish (ko'paytirish) uchun eng yaxshi sharoitlar faqat tez neytron reaktorlarida hosil bo'lishi mumkin aralash uran va plutoniy dioksidlarida. Tez neytron reaktorlari shunchalik plutoniy ishlab chiqarishi mumkin
yetarlicha katta ishlab chiqaruvchi reaktorning yoqilg'iga bo'lgan talabini qondirish (yoqilg'i avtonomiyasi) va yangi iste'molchi reaktori uchun dastlabki yoqilg'i yukini yaratish. Agar tabiiy uranning katta zaxiralari mavjud bo'lsa,
yoki atom elektr stantsiyalarini keng joylashtirish uchun iqtisodiy rag'batlar bo'lmasa, keyin tez reaktorlar o'rtacha yoqilg'i avtonomiyasi rejimida ishlashi mumkin BR qiymati bir atrofida.
5. Yadro yoqilg'isini "yondirish" uchun oksidlovchi vosita kerak emas.
An'anaviy issiqlik elektr stansiyalarida (IES) qazib olinadigan yoqilg'ilarni yoqish uchun Yer atmosferasidan olingan kislorod massasidan taxminan uch baravar ko'p talab qilinadi. Bundan tashqari, yoqish zaharli chiqindilarning bevosita chiqishi bilan birga keladi. (tutun, kul, oltingugurt va azot oksidi) atrof-muhitga.
"Yonayotgan" yadro yoqilg'isi oksidlovchini umuman talab qilmaydi.
Radioaktiv parchalanish mahsulotlari va ishlatilgan yoqilg'i yadro chiqindilari sifatida tasniflanishi mumkin, ammo ular uzoq vaqt davomida yoqilg'i elementlarida qoladilar. Kundalik yoqilg'i ehtiyojlarini solishtiring ko'mirda ishlaydigan issiqlik elektr stansiyalaridan va bir xil elektr quvvatiga ega (1000 MVt) atom elektr stansiyalaridan. Ikkala elektr stantsiyasi tomonidan kunlik elektr energiyasi ishlab chiqarish:
1 GVt kun = 4 GVt kun (=25%) = 2,2  10³³ eV.
Ushbu energiya chiqishi uchun yondirilishi kerak bo'lgan uglerod atomlari va kislorod molekulalari soni:
2,2  10³³ eV/4 eV = 5,5  10³².

Massasi 5,5  10³² uglerod atomi = (5,5  10³²/6  10²³)  0,012 kg  10⁴ tonna, ya'ni kuniga taxminan uchta poezd.

Kislorod molekulalarining massasi = (5,5  10³²/6  10²³)  0,032 kg  2,5  10⁴ t. Bu kislorod massasi har kuni to'ldirilishi mumkin umumiy maydoni 2000 km² yoki diametri 50 km bo'lgan o’rmon hududiga teng.
Xuddi shu kunlik energiya ishlab chiqarishni olish mumkin 2.2  10³³ eV/200 MeV  10^{25 235}U yadro, yoki keyingi massa 235U = (6  10²³)  0,235 kg  4 kg.