Olga Baklitskaya-Kameneva.

În toamnă, la Dubna a fost lansat reactorul modernizat IBR-2. Angajații Laboratorului de Fizică a Neutronilor. I. M. Frank de la Joint Institute for Nuclear Research (JINR) a povestit de ce a fost oprit reactorul, despre cercetările care se desfășoară pe cele mai complexe instalații și despre sistemele de siguranță.

Panou de control al reactorului.

Inginerul șef al Laboratorului de fizică a neutronilor Alexander Vinogradov vorbește despre funcționarea reactorului.

Sala reactorului.

Alexander Kuklin, șeful Grupului de împrăștiere cu unghi mic al laboratorului, arată cum este organizată munca cu mostre.

Orez. 1. Principiul de funcționare al reactorului periodic pulsat IBR.

Orez. 2. Schema reactorului modernizat.

În decembrie 2006, reactorul IBR-2 a fost închis la Dubna. Dar nu pentru că nu este în ordine sau pentru că țara noastră limitează evoluțiile energie nucleara ca unele ţări europene după tragedia cumplită de la Fukushima. „Reactorul nostru a fost lansat la mijlocul anilor 1980. Acum echipamentul lui a fost înlocuit în conformitate cu noul standardele rusești care respectă pe deplin standardele AIEA”, a declarat Alexander Belushkin, directorul Laboratorului de fizică a neutronilor. Pe stadiu final pornirea puterii pe 12 octombrie 2011 la ora 14.34 reactorul IBR-2 a atins puterea nominală de 2 MW. Un reactor de cercetare actualizat a fost pus în funcțiune la JINR, unde s-a adunat deja o coadă de invidiat de oameni de știință pentru experimente tari diferite.

Un pic de istorie

Personalul JINR a avut nevoie de aproximativ cinci ani pentru a implementa ideile lui Dmitri Ivanovici Blokhintsev și pentru a lansa primul reactor cu neutroni rapidi IBR-1 în urmă cu jumătate de secol, deschizând astfel o nouă pagină cercetare științifică la celebrul Institut de Cercetări Nucleare. Experiența acumulată în construcția și exploatarea unor astfel de reactoare, iar la institut erau trei dintre ele - IBR, IBR-30 și IBR-2, a ajutat în același timp la pregătirea și implementarea soluțiilor tehnice fundamentale pentru modernizarea Reactorul IBR-2, care își îmbunătățește semnificativ caracteristicile operaționale.

Reactorul este conceput pentru a studia interacțiunea neutronilor cu nucleele atomice. Cu ajutorul unui fascicul de neutroni, este posibil să se studieze reacțiile nucleare emergente, excitația nucleelor, structura lor, adică proprietățile unei largi varietati de substanțe, rezolvând în același timp nu numai probleme pur științifice, ci și unele aplicate. Să vedem pe ce principii se bazează munca lui.

După cum a spus însuși academicianul D. I. Blokhintsev în cartea sa [Nașterea atomului pașnic. M., Atomizdat, 1977], cercetători de la Institutul de Fizică și Energie IBR au participat la dezvoltarea teoriei reactorului IBR. A. I. Leipunsky (SSC RF-IPPE). Au venit cu un dispozitiv de putere redusă, în care impulsurile scurte „aprind” o reacție în lanț controlată, sau mici „explozii nucleare” cu eliberare de neutroni, în timpul cărora se pot face măsurători. Blokhintsev a propus un design de reactor cu două zone active - fixate pe stator și care se rotesc rapid pe rotor. Reactorul intră într-o stare supercritică, provocând o reacție în lanț de fisiune atunci când rotorul depășește rapid statorul și dezvoltă momentan o reacție în lanț puternică care se stinge odată cu îndepărtarea rotorului. O astfel de „minibombă atomică” a fost îmblânzită în Dubna (Fig. 1).

Neutroni de diferite energii zboară din reactor, de la lent termic la rapid, născuți imediat după procesul de fisiune. Efectuând măsurători în timp (metoda de măsurare a timpului de zbor) cu o anumită porțiune de neutroni, este posibil să se facă distincția între evenimentele nucleare care au avut loc mai întâi (cu neutroni rapizi) și ultimele (cu neutroni lenți). Pentru a transforma neutronii într-un instrument convenabil pentru cercetare, cercetătorii au făcut o treabă grozavă creând un reactor cu impulsuri.

„Reactorul nostru IBR-2 a început să funcționeze în 1984. În 2006, fără niciun comentariu asupra lucrării, am oprit-o - acestea sunt regulile de funcționare. Atunci când o anumită resursă stabilită prin proiect încetează, indiferent de starea echipamentului și de prezența sau absența semnelor de degradare, suntem obligați să o schimbăm sau să prelungim funcționarea acesteia folosind proceduri stabilite. În special, consumul de combustibil și acumulat de structuri au atins limitele stabilite. miez fluența neutronilor”, spune Inginer sef Laboratoarele de fizică a neutronilor Alexander Vinogradov. – Astfel de limite sunt stabilite în faza de proiectare de către proiectantul șef și proiectantul general al reactorului. În acest caz, acesta este Institutul de Cercetare și Proiectare de Inginerie Energetică, numit după A.I. N. A. Dollezhal (JSC „NIKIET”) și institutul specializat de proiectare „GSPI”. În plus, JINR, All-Russian Scientific și Institut de cercetare materiale anorganice le. A. A. Bochvara (FSUE VNIINM), Asociația de producție Mayak și alte întreprinderi și organizații ale industriei nucleare”. Reactorul modernizat va funcționa până în 2035. Se presupune că oamenii de știință din peste 30 de țări vor desfășura anual peste 100 de lucrări experimentale de cercetare asupra acestuia.

Reactor modernizat

După oprirea IBR-2, personalul Laboratorului de Fizică a Neutronilor și a altor subdiviziuni ale JINR a început dezvoltarea, proiectarea, asamblarea și depanarea tuturor componentelor importante pentru reactorul modernizat. Vasul reactorului, dispozitivele interne și de lângă reactor, sistemul de alimentare cu energie, echipamentele electronice ale sistemului de control și protecție a reactorului și controlul parametrilor tehnologici au fost fabricate din nou în conformitate cu cerințe moderne. 11 milioane de dolari au fost investiți în reconstrucția reactorului.

La sfârșitul lunii iunie 2011, la JINR a avut loc o ședință a Comisiei de Acceptare de Stat pentru a stabili gradul de pregătire pentru pornirea electrică a reactorului modernizat IBR-2. Comisia a semnat un act de pregătire pentru punerea în funcțiune a reactorului, care a urmat pornirea fizică a reactorului (nu au existat porniri similare de reactoare de cercetare în Rusia timp de aproximativ douăzeci de ani). Pe baza rezultatelor pornirii energiei, Rostekhnadzor eliberează o licență de utilizare a reactorului.

S-au schimbat multe de la modernizarea reactorului. În primul rând, miezul IBR-2 a devenit mai compact - o prismă hexagonală de volum mic, de aproximativ 22 de litri. Este plasat într-un vas reactor cilindric cu o înălțime de aproximativ șapte metri într-o carcasă dublă de oțel. Densitatea maximă a fluxului de neutroni într-un impuls în centrul zonei active atinge o valoare uriașă - 1017 pe centimetru pătrat pe secundă. Fluxul de neutroni care părăsesc miezul este împărțit spațial în 14 fascicule orizontale pentru efectuarea experimentelor științifice (Fig. 2).

În IBR-2 modernizat, adâncimea de ardere a elementelor combustibile ale reactorului formate din pelete de dioxid de plutoniu (PuO2) a fost mărită de o dată și jumătate. Plutoniul ca bază pentru combustibilul nuclear este un material foarte rar; compozițiile de uraniu sunt de obicei folosite în reactoarele de cercetare. În cazul IBR-2, se folosește un avantaj semnificativ al plutoniului în comparație cu uraniul: fracția întârziată a neutronilor - o caracteristică importantă a calității unei surse de neutroni - este de trei ori mai mică pentru plutoniu decât pentru uraniu, prin urmare, fondul de radiație între impulsurile principale este mai mic. Densitatea mare de neutroni într-un impuls, campania lungă a miezului (datorită modului de funcționare în impulsuri) face posibilă clasificarea IBR-2 modernizată ca una dintre principalele surse de neutroni din lume.

O trăsătură distinctivă a reactorului JINR este capacitatea de a genera impulsuri de neutroni cu o frecvență de 5 herți, care este furnizată de așa-numitul reflector mobil. Acest sistem mecanic complex, montat în apropierea miezului, constă din două rotoare masive din oțel cu conținut ridicat de nichel, care se rotesc într-o carcasă umplută cu heliu pur. În momentul alinierii rotoarelor, un impuls este generat în centrul fizic al miezului reactorului. Rotoarele se rotesc în direcții opuse cu viteze diferite. Viteza rotorului principal în reflectorul mobil îmbunătățit este redusă de două ori și jumătate față de generația anterioară a reflectorului mobil - până la 600 rpm, datorită căreia resursa operațională a reactorului a crescut semnificativ - de la 20 la 55 de mii de ore, menținând în același timp durata pulsului de neutroni.

Sistemul de răcire a reactorului este format din trei circuite, primul și al doilea circuit folosesc sodiu lichid, care este pompat de pompe electromagnetice, iar al treilea circuit folosește aer. O astfel de schemă asigură siguranța reactorului: dacă un sistem se defectează, acesta poate fi oprit de supape de urgență.

De ce să folosiți sodiu lichid? Dacă există apă în toate circuitele, care încetinește puternic neutronii, caracteristicile energetice ale radiației neutronice a miezului vor fi mai rele. În primul circuit, ale cărui conducte au o dublă înveliș de protecție, circulă sodiu radioactiv, în al doilea - sodiu, neiradiat de neutroni. În cazul unei întreruperi de urgență a curentului, încălzirea circuitului și, prin urmare, răcirea reactorului, va asigura în mod fiabil încălzirea cu gaz.

Securitate (și protecție împotriva proștilor)

Din punct de vedere geografic, orașul Dubna este o insulă care este bine controlată de granițele sale. În plus, JINR, ca organizație, își desfășoară activitatea pe un loc de producție protejat, unde IBR are propriul perimetru intern de protecție fizică. Conceptul de „insulă nucleară” protejată face posibilă garantarea protecției reactorului împotriva amenințărilor externe. Dacă în timpul funcționării reactorului, în mod ipotetic, ceva nu merge bine din cauza acțiunilor personalului, așa-numitul „sistem antiproști” ar trebui să funcționeze. Reactorul este protejat în mod fiabil de „factorul uman”, dacă nicio persoană, conștient sau inconștient, nu poate provoca daune reactorului.

Diverse sisteme, inclusiv electronice sofisticate, opresc funcționarea reactorului la putere. Cunoașterea legilor fizicii ajută la prezicerea proceselor care apar în situații de urgență. De exemplu, dacă brusc următorul impuls diferă de parametrii setați, se declanșează o protecție rapidă de urgență fără intervenția operatorului. Un astfel de control se efectuează pentru toți parametrii reactorului, toate sistemele de protecție sunt rezervate și duplicate.

LA anul trecut, spune Vinogradov, au existat mai multe fals pozitive ale sistemului de protecție, de regulă, din cauza întreruperilor sursei externe de alimentare. În acest caz, reactorul este stins, analiză completă care apar de fiecare dată când protecția de urgență este declanșată. Din motive de siguranță, reactorul folosește trei surse de energie: o sursă de alimentare standard printr-o linie de înaltă tensiune de 110 kV de la substația Tempy, 10 kV de la centrala hidroelectrică Ivankovskaya de pe Volga și de la un generator diesel puternic, pt. care există întotdeauna o aprovizionare cu combustibil necesar pentru funcționarea pe termen lung. Sarcina principală a oricărui reactor, subliniază Vinogradov, este de a asigura o răcire stabilă a miezului în cazul oricărui accident pentru a evita desfășurarea evenimentelor conform scenariului japonez (CNE Fukushima), când, în cazul răcirii miezului a avut loc defectarea, depresurizarea elementelor combustibile si topirea partiala a combustibilului.produse de fisiune in mediu inconjurator. La reactorul nostru, scenariile negative ale posibilelor accidente și consecințele acestora sunt bine gândite, adaugă omul de știință, și nu a fost nevoie să ne revizuim calculele după tragedia japoneză. Acest eveniment trist, care s-a soldat cu numeroase victime, a arătat cât de învechite sunt unele dintre principiile de siguranță încorporate în proiectarea centralei nucleare de la Fukushima. Este necesar să tragem concluzii din astfel de lecții, dar nu să intimidați oamenii cu energie nucleară. În vremea noastră, în timpul construcției centralelor nucleare, principii moderne securitate, multe evenimente din trecut sunt luate în considerare, iar astăzi, de exemplu, nimeni nu va pune o centrală nucleară pe ocean într-o zonă foarte seismică. Orice electronică modernă poate fi lipsită de apărare împotriva unui val mare. În ceea ce privește reactorul JINR, acesta va rezista la un cutremur de până la 7 puncte, deși un cutremur cu magnitudinea de 6 puncte în această zonă poate avea loc cu o probabilitate de o dată la o mie de ani și cu o magnitudine de 5 puncte - o dată. peste o sută de ani.

Cercetări la reactor

Reactorul JINR funcționează ca un centru de utilizare comună. Aceasta înseamnă că orice cercetător din alte organizații poate efectua experimente pe aceasta. Timpul de lucru la reactorul IBR-2M este distribuit clar: utilizatorii interni primesc 35% din timp, pentru cercetătorii din alte organizații 55% cade pe aplicațiile obișnuite, 10% pe cele urgente.

„O comisie internațională specială de experți va analiza propunerea și, dacă va primi aprobarea și o evaluare ridicată a potențialului științific, va aloca timp proiectului pentru realizarea unui experiment. Eu, ca experimentator responsabil, analizez și cererile și dau o concluzie dacă este posibil să se efectueze astfel de studii asupra instalațiilor noastre. La urma urmei, experimentele sunt foarte scumpe, iar expertiza lor este o practică internațională comună”, spune Alexander Ivanovich Kuklin, șeful grupului de împrăștiere cu unghi mic al laboratorului.

Potrivit omului de știință, rectorul modernizat deschide oportunități incredibile pentru cercetare atât în ​​cercetarea fundamentală, cât și în cea aplicată; este chiar numită „fereastra către nanolume”. Pentru aceasta sunt proiectate instalații unice, care de mulți ani au fost testate și îmbunătățite în interiorul zidurilor institutului. Pe fiecare dintre cele paisprezece canale ale reactorului există unități de cercetare cu ținte. Acum, în special, se lucrează pentru a crea un concept pentru un nou moderator criogenic pentru reactor, care va permite modificarea spectrului neutronilor. Există zece spectrometre la reactor și încă două sunt pe drum.

„Folosind metoda de împrăștiere a neutronilor, se pot obține informații despre modul în care materia este aranjată la nivel atomic și supraatomic, se pot afla proprietățile și structura ei, iar acest lucru se aplică și materialelor biologice”, explică Vinogradov. „Acest tip de cercetare fundamentală va deveni cu siguranță baza pentru crearea de noi materiale și tehnologii.”

Folosind difractometrul Fourier, de exemplu, puteți studia structura materiei, structura monocristalelor și policristalelor, puteți explora noi tipuri de materiale, cum ar fi compozitele, ceramica, sistemele de gradient, precum și tensiunile și deformațiile mecanice care apar în cristale și sisteme multifazate. Capacitatea mare de penetrare a neutronilor determină utilizarea lor pentru testarea nedistructivă a tensiunilor în volume de materiale sau produse sub influența sarcinilor, iradierii sau presiunii înalte. Metodele convenționale nu permit detectarea defectelor ascunse în interiorul unei bare de câțiva centimetri grosime. Difracția cu neutroni face posibilă studierea materialului în volum și găsirea punctelor de stres care vor deveni defecte critice în timpul funcționării. O astfel de cercetare este foarte importantă pentru dezvoltarea viitoarelor reactoare sigure. Sau, de exemplu, cercetarea geofizică: neutronii pot fi folosiți pentru a studia rocile. În funcție de orientarea cristalitelor din acestea, este posibil să se reconstituie tabloul proceselor din care au fost extrase rocile. Studii interesante au fost deja efectuate la reactor pe probe din puțul superadânc Kola, prelevate de la adâncimi de 8 până la 10 kilometri. Datele obținute au făcut posibilă verificarea și completarea modelelor proceselor tectonice care au avut loc în această regiune.

Studiile fundamentale și aplicative ale materialelor care conțin atomi magnetici, hidrogen, litiu și oxigen sunt de mare interes. Astfel de materiale funcționale pot fi utilizate pe scară largă în tehnologiile de înregistrare și stocare a informațiilor, în sistemele energetice și de comunicații. IBR-2 a efectuat deja și efectuează cercetări asupra materialelor oxidice complexe cu proprietăți unice - rezistență magnetică colosală, supraconductivitate, efecte magnetoelectrice, a aflat ce mecanisme stau la baza proprietăților lor fizice la nivel structural. Spectrometrele și reflectometrele cu electroni polarizați fac posibilă studierea nanostructurilor în vrac, inclusiv a celor multistrat; soluții coloidale, fluide feromagnetice, pentru a determina proprietățile suprafețelor și peliculelor subțiri cu grosimea de până la câteva mii de microni, proprietățile lor nucleare și magnetice.

Spectrometrul cu unghi mic de împrăștiere a neutronilor, datorită naturii blânde a radiației, face posibilă efectuarea de experimente privind studiul obiectelor biologice cu dimensiuni cuprinse între una și câteva sute de nanometri. „Putem studia nu numai structura internă, ci și suprafața unui obiect. Acestea sunt, în primul rând, proteine ​​în soluție, membrane sau mitocondrii, polimeri. Sub influența diverșilor factori, structura membranei, grosimea, proprietăți fizice, permeabilitate, mobilitate. Putem obține informații noi despre obiectele biologice în diferite condiții în procesul vieții, care nu pot fi obținute în alte moduri ”, spune Kuklin despre munca grupului său.

IBR are o istorie glorioasă, plină de multe descoperiri. Astăzi, în afară de cercetare fundamentală De asemenea, se acordă multă atenție cercetării aplicate privind proprietățile nanostructurilor, nanomaterialelor și țesuturilor vii, toate acestea pot fi importante și benefice pentru sănătatea umană.

În toamna anului 2011, la Institutul Comun de Cercetare Nucleară (JINR, Dubna), după o oprire planificată, a fost lansat din nou reactorul cu impulsuri de neutroni rapidi, deja modernizat, IBR-2M. Impulsurile scurte cu o frecvență de până la cinci herți cu o densitate mare de neutroni îl plasează la egalitate cu cele mai bune instalații din lume din această clasă. Reactorul actualizat este un instrument unic pentru fizicieni, biologi și creatorii de noi substanțe și nanomateriale.

Reactorul IBR-2 a început să funcționeze în 1984. În 2006, fără nicio observație, a fost oprit - acestea sunt regulile de funcționare. Când o anumită resursă specificată de proiect se încheie, reactorul trebuie fie demontat, fie modernizat, indiferent de starea echipamentului. În acest caz, arderea combustibilului și influența neutronică acumulată de structurile de bază au atins limitele, care au fost fundamentate în faza de proiectare de către proiectantul șef și proiectantul general al reactorului.

Reactorul a fost proiectat la Institutul de Cercetare și Proiectare de Inginerie Energetică. N. A. Dollezhal (JSC „NIKIET”) și un institut specializat de proiectare (GSPI). Institutul rusesc de cercetare a materialelor anorganice, numit după V.I. A. A. Bochvara (FGUP VNIINM), Asociația de producție Mayak și alte întreprinderi din industria nucleară. Acum echipamentul reactorului a fost înlocuit în conformitate cu noile standarde rusești, care respectă pe deplin standardele AIEA. Pe 12 octombrie 2011 la ora 14.34 reactorul IBR-2M a fost lansat și a atins o putere nominală de 2 MW. Reactorul modernizat va funcționa până în 2035. Se presupune că cercetătorii din întreaga lume vor putea efectua cel puțin o sută de experimente științifice în fiecare an.

Un reactor cu neutroni rapidi pulsați este întruchiparea ideii lui Dmitri Ivanovici Blokhintsev. Primul astfel de reactor - IBR-1 - a fost lansat cu o jumătate de secol în urmă și au existat trei dintre ele la institut - IBR-1, ȘI BR-30 și IBR-2 (a se vedea „Știința și viața” nr. 1, 2005 ). Reactoarele au fost proiectate pentru a studia interacțiunea neutronilor cu nucleele atomice. Cu ajutorul unui fascicul de neutroni, este posibil să se studieze reacțiile nucleare emergente, excitația nucleelor, structura lor, adică proprietățile unei largi varietati de substanțe, rezolvând în același timp nu numai probleme pur științifice, ci și unele aplicate.

În cartea „Nașterea atomului pașnic” (Moscova: Atomizdat, 1977), academicianul D. I. Blokhintsev a spus că angajații I.P. A. I. Leipunsky (SSC RF-IPPE). Au venit cu un dispozitiv de putere redusă, în care o reacție în lanț controlată este „aprinsă” sub formă de impulsuri scurte, sau mici „explozii nucleare” cu eliberarea de neutroni. Blokhintsev a propus un design de reactor cu două zone active - fixate pe stator și care se rotesc rapid pe rotor. Reactorul intră într-o stare supercritică atunci când rotorul depășește statorul și dezvoltă momentan o reacție în lanț puternică care se stinge odată cu îndepărtarea rotorului. O astfel de „minibombă atomică” a fost „îmblânzită” la Dubna. Neutroni de diferite energii zboară din reactor, de la lent (termic) la rapid (energie mare), care apar sub forma unui impuls scurt imediat după procesul de fisiune. Pe drumul de la reactor la țintă, pulsul este întins, astfel încât să puteți înțelege ce reacții nucleare sunt cauzate de neutronii rapizi (care ajung primii) și care sunt cauzate de cei lente (vin mai târziu).

După oprirea IBR-2, personalul Laboratorului de fizică a neutronilor și a altor subdiviziuni ale JINR s-a ocupat de dezvoltarea, proiectarea, asamblarea și depanarea tuturor componentelor sale importante. Vasul reactorului, dispozitivele interne și din apropierea reactorului, sistemul de alimentare cu energie, echipamentele sistemelor de control, protecția reactorului și controlul parametrilor tehnologici au fost create din nou în conformitate cu cerințele moderne. Aproximativ 11 milioane de dolari au fost investiți în reconstrucția reactorului.

La sfârșitul lunii iunie 2011, la JINR, Comisia de Acceptare de Stat a semnat un act privind pregătirea reactorului modernizat IBR-2M pentru pornire în putere (cu eliberare de neutroni), care a urmat celui fizic, când doar funcționarea componentele și mecanismele sale au fost verificate și a emis o licență pentru utilizarea acestuia.

S-au schimbat multe de la modernizarea reactorului. În primul rând, miezul IBR-2M a devenit mai compact - o prismă hexagonală cu un volum de aproximativ 22 de litri. Este plasat într-o carcasă cilindrică înaltă de aproximativ șapte metri într-o carcasă dublă de oțel. Densitatea maximă a fluxului de neutroni într-un impuls în centrul zonei active atinge o valoare uriașă - 10 17 pe centimetru pătrat pe secundă. Fluxul de neutroni care părăsește miezul este împărțit în 14 fascicule orizontale pentru experimente științifice.

În IBR-2 modernizat, adâncimea de ardere a elementelor combustibile ale reactorului formate din pelete de dioxid de plutoniu (PuO 2) este mărită de o dată și jumătate. Plutoniul este foarte rar folosit ca bază a combustibilului nuclear în reactoarele de cercetare; compozițiile de uraniu sunt de obicei folosite în ele. IBR-2M folosește un avantaj semnificativ al plutoniului în comparație cu uraniu: fracția de neutroni întârziați - o caracteristică importantă a calității unei surse de neutroni - este de trei ori mai mică pentru plutoniu decât pentru uraniu, prin urmare, fondul de radiație dintre impulsurile principale este mai slab. Densitatea mare a neutronilor într-un impuls, funcționarea pe termen lung a miezului (datorită modului de funcționare pe termen scurt, pulsat) fac posibilă atribuirea IBR-2 modernizată celui mai important grup de surse de neutroni din lume.

Reactorul generează impulsuri de neutroni cu o frecvență de cinci herți, care este furnizată de așa-numitul reflector în mișcare. Acest sistem mecanic complex, montat lângă miez, constă din două rotoare masive. Sunt fabricate din oțel cu un conținut ridicat de nichel și se rotesc în direcții opuse cu viteze diferite într-o carcasă umplută cu heliu pur. În momentul alinierii rotoarelor, în centrul fizic al miezului reactorului apare un impuls de neutroni. Viteza rotorului principal în reflectorul mobil îmbunătățit este redusă de două ori și jumătate față de cel precedent - până la 600 rpm, datorită căruia durata de funcționare a reactorului a crescut de la 20 la 55 mii de ore, iar durata pulsului de neutroni nu sa schimbat.

Sistemul de răcire a reactorului este format din trei circuite: primul și al doilea circuit folosesc sodiu lichid, care este pompat de pompe electromagnetice, iar al treilea utilizează aer. O astfel de schemă asigură siguranța reactorului: dacă un circuit eșuează, acesta va fi întrerupt de supape de urgență. Se folosește sodiul lichid deoarece dacă există apă în toate circuitele, care încetinește puternic neutronii, energia radiației neutronice va scădea. În primul circuit, ale cărui conducte au o dublă înveliș de protecție, circulă sodiu radioactiv, în al doilea - sodiu neiradiat. În cazul unei întreruperi de urgență a curentului, păstrarea sodiului în formă lichidă (peste punctul de topire de 97,9 ° C) și, prin urmare, răcirea reactorului, va asigura în mod fiabil încălzirea cu gaz.

Dubna este de fapt o insulă ale cărei granițe sunt bine controlate. În plus, JINR însuși operează într-o zonă protejată, în timp ce IBR-2M are propriul perimetru intern de protecție fizică. Conceptul de „insulă nucleară” protejată este garantat pentru a proteja reactorul de amenințările externe. Dacă în timpul funcționării reactorului ceva se întâmplă din cauza acțiunilor personalului, așa-numita protecție prost va funcționa ( sistem de prost) - nimeni, nici conștient, nici inconștient, nu-i poate face rău. De exemplu, dacă parametrii următorului impuls de neutroni diferă brusc de cei setați, o protecție rapidă de urgență va funcționa fără intervenția operatorului. Un astfel de control este efectuat în întregul reactor, iar toate sistemele de protecție sunt redundante și duplicate. Când au fost mai multe alarme false din cauza întreruperilor de curent, reactorul a fost stins și incidentele au fost analizate. Din motive de siguranță, reactorul utilizează trei surse de energie: linii standard de înaltă tensiune de 110 kV de la punctul de alimentare Tempy, 10 kV de la centrala hidroelectrică Ivankovskaya de pe Volga și de la un generator diesel puternic de rezervă, cu o rezervă de combustibil suficientă. pentru funcționare pe termen lung. În orice reactor, este necesar, în primul rând, să se asigure o răcire stabilă a miezului în cazul oricărui accident pentru a evita desfășurarea evenimentelor conform scenariului japonez, când, în cazul încălcării răcirii miezul, a avut loc depresurizarea elementelor combustibile cu topirea lor parțială și eliberarea produselor de fisiune în mediu. La reactorul IBR-2M, scenariile negative ale posibilelor accidente și consecințele acestora sunt bine gândite, nefiind nevoie să se revizuiască calculele după tragedia japoneză. Evenimentul nefericit de la Fukushima, care s-a soldat cu numeroase victime, a arătat cât de învechite unele dintre principiile de siguranță încorporate în proiectarea acestei centrale nucleare. În zilele noastre, la construirea centralelor nucleare, sunt stabilite principii de siguranță mai stricte, ținând cont de multe evenimente din trecut. Astăzi, de exemplu, nimeni nu va pune o centrală nucleară pe ocean într-o zonă foarte seismică. În ceea ce privește reactorul JINR, acesta va rezista la un cutremur de până la șapte puncte, deși în regiunea Dubna probabilitatea unui cutremur cu o magnitudine de șase puncte este o dată la o mie de ani și cu o magnitudine de cinci puncte - o dată la o sută de ani.

Reactorul JINR este operat în modul unui centru de utilizare comună - cercetătorii din alte organizații pot efectua și experimente pe el. Timpul de lucru la reactorul IBR-2M este distribuit clar: utilizatorii interni primesc 35% din timp, pentru alte organizații 55% este asigurat pentru aplicații obișnuite, 10% pentru aplicații urgente. Aplicațiile sunt luate în considerare de o comisie internațională de experți și de un experimentator responsabil, care oferă o concluzie: este posibil să se efectueze aceste studii la reactor. Experimentele sunt foarte scumpe, așa că expertiza lor este o practică internațională comună. Reactorul modernizat deschide cele mai bogate oportunități atât pentru cercetarea fundamentală, cât și pentru cea aplicată, cu ajutorul unor echipamente unice, care au fost testate și îmbunătățite între zidurile institutului de mulți ani. Astăzi, este instalat pe toate cele paisprezece canale ale reactorului și se lucrează la crearea unui nou moderator criogenic pentru acesta, care să facă posibilă schimbarea spectrului neutronilor.

Metoda de împrăștiere a neutronilor poate fi folosită pentru a obține informații despre structura materiei la nivel atomic și supraatomic, pentru a afla proprietățile și structura acesteia, iar acest lucru se aplică și materialelor biologice. Cu ajutorul unui difractometru Fourier, de exemplu, se poate studia structura unei substanțe, structura monocristalelor și policristale, explora noi tipuri de materiale - compozite, ceramică, sisteme de gradient; tensiuni mecanice și deformari care apar în cristale și sisteme multifazice. Capacitatea mare de penetrare a neutronilor le permite să fie utilizați pentru testarea nedistructivă a tensiunilor în materiale sau produse în vrac sub influența sarcinilor, iradierii sau presiunii înalte. Metodele convenționale nu sunt capabile să detecteze defecte ascunse în interiorul unei bare de câțiva centimetri grosime. Difracția cu neutroni face posibilă examinarea materialului în volumul său și găsirea punctelor de stres care vor deveni defecte critice în timpul funcționării. În geofizică, neutronii sunt folosiți pentru a studia rocile, iar din orientarea cristalitelor din acestea se poate reconstrui imaginea proceselor care au avut loc acolo. La reactor, au fost deja studiate miezuri de rocă din puțul super-adânc Kola, prelevate de la opt până la zece kilometri. Datele obținute au făcut posibilă verificarea și completarea modelelor proceselor tectonice care au avut loc în această regiune.

La IBR-2M se studiază materiale de oxizi complexe utilizate pentru înregistrarea și stocarea informațiilor în sistemele de comunicații și în sectorul energetic - cu rezistență magnetică colosală, supraconductivitate, efecte magnetoelectrice, aflând ce mecanisme stau la baza proprietăților lor fizice la nivel structural. Spectrometrele și reflectometrele cu electroni polarizați fac posibilă studierea nanostructurilor în vrac, inclusiv a celor multistrat; soluții coloidale; ferofluide; pentru a determina structura suprafețelor și a peliculelor subțiri cu grosimea de până la câteva mii de microni, proprietățile lor nucleare și magnetice. Spectrometrul cu unghi mic de împrăștiere a neutronilor, datorită naturii blânde a radiației, este capabil să studieze obiecte biologice de dimensiuni de până la un nanometru: polimeri, proteine ​​în soluție, mitocondrii, membrane. Sub influența diverșilor factori, structura, grosimea, proprietățile fizice, permeabilitatea și mobilitatea membranei se modifică. Toate aceste schimbări se reflectă în spectrul de împrăștiere a neutronilor și oferă informații despre obiectele biologice în cursul activității lor de viață, ceea ce nu poate fi realizat prin alte mijloace.

Fluență - numărul total de neutroni care au trecut prin suprafața specifică a structurii pe toată durata de viață a reactorului. Pentru toate materialele utilizate în reactoarele nucleare, valoare limită fluență, al cărei exces provoacă daune radiațiilor.
Difractometrul Fourier este un dispozitiv optic în care, după ce neutronii trec printr-o probă, se obține mai întâi distribuția maximelor de difracție, iar apoi se calculează distribuția spectrală a neutronilor prin transformată Fourier, adică expansiunea frecvenței.

NU18 - Echipament AKNP (2 seturi)

NU19-NU24 - panouri de securitate 1, 2, 3 sisteme

NU25, NU26 - tablouri de bord unitate de turbină

NU27 - turbină HPC

NU28 - condensator, sistem de circulatie, ejectoare

NU30 - planta dezaeratoare de nutrienti

NU31 - pompe de ulei

NU32, NU33 - bloc generator-transformator si S.N.

NU34, NU35 - TPN nr. 1 și nr. 2

NU14a - Alimentare PG (RPK)

NU37, NU37a - panou de terminale industriale TO

NU38, NU39 - controlul temperaturii generatorului (А701-03)

NU40, NU41 - panou de înregistrare întreținere

NU42 - panou de sincronizare generator

NU43 - panou iluminat de urgență

NU51 - Consola echipament FGU

NU52 - Consola de echipamente AKNP

NU53 - Consolă echipament SVRK (tastatură)

NU54 - Consolă cu tastatură UVS

NU55 - Consola echipament CPS

NU56 - Consolă cu tastatură UVS

NU57, NU58 - telecomandă a afișajelor alb-negru

NU59, NU59a - afișaj SVRK

NU60, NU61 - afișaje color

NU62, NU63 - Console de tastatură UVS

NU64, NU66 - Console de tastatură UVS

NU65 - panou de comandă pentru turbine și echipamente de protecție TVC

NU67, NU68 - Panou de afișare UVS alb-negru

NU69 - Consolă echipamente FGU și ASUT-1000

NU74, NU75 - Telecomanda ZNS. Tastatura UVS

NU75a - Telecomanda ZNS. Display UVS alb-negru

NU76 - telecomanda ZNS. Display color UVS

HZ12-HZ15 - panouri de control incendiu

Dispunerea generală a camerei principale de control a unității de alimentare ZNPP PS este prezentată în Figura 47.

Figura 47 - Dispunerea generală a camerei de control

Pe consolele din stânga se află echipamente legate de centrala reactorului. Aceste console oferă la locul de muncă, care este o zonă permanentă de acțiune a operatorului centralei reactoare.

Pe consolele din dreapta se afla echipamente legate de sala motoarelor, si este prevazut un loc de munca pentru operatorul camerei turbinelor.

Tastaturile și afișajele RMOT NSB sunt situate la locul de muncă al supraveghetorului de tură al unității.

Pe placa bloc, principalele mijloace de prezentare a informațiilor personalului de întreținere sunt afișajele grafice color RMOT-03 situate pe construcții de tip dulap, dintre care unul conține un modul procesor.

Tastaturile funcționale RMOT-03 sunt amplasate pe consolele operatorului. În plus, la locul de muncă VIUR au fost instalate afișaje și tastaturi a două seturi de SVRK și un afișaj NFMS.


Pe panourile sălii reactorului și sălii mașinilor din partea superioară sunt amplasate panouri de semnalizare tehnologică, rezervând modalitatea principală de prezentare a informațiilor operatorului.

Indicatori de mișcare a unităților de detectare;

Indicatori pentru monitorizarea funcționării intervalelor de măsurare a densității fluxului de neutroni (DI, PD, ED);

Indicatori pentru monitorizarea densității fluxului de neutroni în RI în timpul realimentării cu combustibil (intermitent ale SKP și RCR);

Înregistratoare de putere RP-160 și perioada de schimbare a fluxului de neutroni.

Figura 4.5- Panoul HY 17

Alarma de funcționare a AZ, PZ, URB,

Dispozitive de control al sursei de alimentare CPS,

Indicatori de poziție CPS în miezul reactorului,

Chei pentru îndepărtarea fixării, alimentarea AZ

Figura 66 - Forma generală panou de operare al camerei de comandă HY-10 - Sistem de purjare a completare-circuit primar -TK

Postul VIUR este situat în partea stângă a camerei de control.

Consola găzduiește echipamentul pentru sistemul de control și protecție al reactorului (CPS), controlul fluxului de neutroni al reactorului (NFCR) și controlul în reactor.

Elementele de control cel mai frecvent utilizate ale echipamentelor RO sunt amplasate pe consolele VIUR. Aspect Panoul de control pentru regulatoarele RO și tastatura funcțională RMOT-03 este prezentat în Figura 48.

RMOT - locul de muncă al operatorului-tehnolog;

Figura 4.2 - Vedere generală a locului de muncă VIUR.

Panou de control al operațiunii ROM;

Cartograma de amplasare a unităților CPS în miezul reactorului;

CPS conduce tastele de control în modurile individuale și de grup.

Figura 43 - Fragment de RMOT YA00M „Primul circuit”


Dispozitivul ARM-5C oferă următoarele moduri de operare:

Mod de întreținere a puterii neutronilor astatic ( Modul „H”.);

Modul de menținere astatică a parametrului de inginerie termică prin impactul asupra CPS OR ( Modul „T”.);

Modul de menținere a parametrului termic conform programului de compromis ( Modul „K”.);

Modul de pază de menținere a unui parametru termic prin acționarea asupra CPS OR ( modul "C").

Canalul de control al puterii reactorului pentru puterea neutronilor RPH este proiectat pentru a stabiliza fluxul de neutroni în reactor la un nivel dat cu o precizie statică de ± 2% din valoarea setată („modul H”) prin deplasarea elementelor de control al reactorului. Dacă regulatorul funcționează în acest mod, atunci menținerea presiunii aburului în fața turbinei, dacă este necesar, se realizează de la distanță sau automat folosind sistemul de control al turbinei.

Canalul de control al puterii reactorului conform parametrului termic RRT este conceput pentru a stabiliza parametrul termic (presiunea aburului în fața turbinei) la un nivel dat cu o precizie statică de ± 0,5 kgf/cm2 prin influențarea puterii reactorului prin deplasarea SAU (modul „T”). Deoarece fluctuațiile de putere sunt principalul motiv pentru modificarea presiunii aburului înainte de turbină, acest controler menține puterea termică a reactorului în conformitate cu puterea necesară a turbinei.

Când operați dispozitivul în modul "C" puterea reactorului este redusă odată cu creșterea valorii presiunii față de valoarea setată. Zona moartă a regulatorului PPT pentru modul „C” este de +1 kgf / cm 2. Puterea reactorului nu crește atunci când regulatorul funcționează în acest mod. Includerea ARM-5C în modul „C” se realizează numai din modul „T”.

Când dispozitivul ARM-5C funcționează în modul "K" la un nivel de putere mai mic decât o anumită putere termică Q 0 , se menține o presiune constantă în colectorul principal de abur, iar la un nivel de putere mai mare de Q 0 , se menține o temperatură constantă a lichidului de răcire din reactor.

Notă- În proiectarea regulatorului APM-5C, modul de stabilizare a presiunii aburului cu modificarea automată a valorii setate (modul „K”) momentan nu este utilizat.

Blocări AWP

Tranziție automată de la modul „H” la modul „T”, prin depășirea presiunii aburului în CHP cu 1,5-2,0 kgf/cm2

Tranziție automată de la modul „T” la modul „H”, cu N>Nset;

Se deconectează de la controlul automat al reactorului și trece la modul „H” când apare semnalul PZ-1. După ce semnalul PZ-1 este îndepărtat, stația de lucru este conectată la controlul automat al reactorului în modul „H”.

Postul VIUT este situat în partea dreaptă a camerei de control.

Cele mai utilizate controale pentru echipamentele de întreținere sunt situate pe consolele VIUT. Aspectul telecomenzii locului de muncă VIUT și al terminalelor video RMOT-03 este prezentat în Figura 49.

Figura 49 - Panou de control pentru regulatoarele TO și terminalele video RMOT-03

Panourile operaționale sunt amplasate în fața consolelor, pe care sunt amplasate înregistratoare și dispozitive indicatoare, care sunt necesare pentru ca operatorul să conducă procesul tehnologic, precum și controale pentru echipamentele tehnologice corespunzătoare.

Figura 27 Fragment al RMOT „R000M” Al doilea circuit

Textul este puțin naiv, dar fotografiile reactoarelor sunt bune și interesante. În centrul pe piedestal - capul reactorului SM, în partea stângă și în dreapta jos a piesei cilindrice - reactoarele RBT-10/1 (cu naftalină) și RBT-10/2

================================
Original preluat din alexio_marziano Unde și cum este fabricat cel mai scump metal din lume?

Dacă credeți că aurul și platina sunt cele mai valoroase metale de pe planetă, atunci vă înșelați. În comparație cu unele metale artificiale, valoarea aurului poate fi comparată cu valoarea ruginii de pe o bucată veche de fier pentru acoperiș. Vă puteți imagina prețul de 27.000.000 de dolari SUA pentru un gram de substanță? Cât costă elementul radioactiv California-252. Doar antimateria este mai scumpă, care este cea mai scumpă substanță din lume (aproximativ 60 de trilioane de dolari pe gram de antihidrogen).

Până în prezent, în lume s-au acumulat doar 8 grame de California-252 și nu se produc mai mult de 40 de micrograme anual. Și există doar 2 locuri pe planetă unde este produs în mod regulat: la Laboratorul Național Oak Ridge din SUA și... în Dimitrovgrad, în regiunea Ulyanovsk.

Vrei să știi cum se naște aproape cel mai scump material din lume și pentru ce este?


Dimitrovgrad

La 80 de kilometri de Ulyanovsk, pe râul Cheremshan, se află orașul Dimitrovgrad cu o populație de aproximativ 100.000 de oameni. Principala sa întreprindere este Institutul de Cercetare Științifică a Reactorilor Atomici (NIIAR), care a fost înființat în 1956 la inițiativa lui Kurchatov. Inițial, a fost o stație experimentală de testare a reactoarelor nucleare, dar în prezent gama de activități s-a extins semnificativ. Acum RIAR testează diverse materiale pentru a determina modul în care se comportă în condiții de radiație prelungită, pentru a crea surse de radionuclizi și medicamente care sunt utilizate în medicină și cercetare, pentru a rezolva problemele tehnice ale tehnologiilor ecologice și pur și simplu desfășoară activități științifice. La RIAR lucrează aproximativ 3.500 de angajați și 6 reactoare.

Luminează, dar nu se încălzește

Niciunul dintre cele șase reactoare „Niyarov” nu este folosit ca sursă de energie și nu încălzește orașul - aici nu veți vedea instalații gigantice pentru mii de MW. Sarcina principală a acestor „bebe” este să creeze fluxul maxim de neutroni, cu care oamenii de știință ai institutului bombardează diverse ținte, creând ceva ce nu există în natură. Reactoarele RIAR funcționează după schema „10/10” - zece zile de muncă și 10 zile de odihnă, prevenire și realimentare. În acest mod, este pur și simplu imposibil să le folosiți pentru a încălzi apa. Da, iar temperatura maximă a lichidului de răcire obținut la ieșire este de doar 98 C, apa se răcește rapid în mici turnuri de răcire și se lasă în cerc.

Cel mai puternic

Dintre cele 6 reactoare, există unul cel mai iubit de oamenii de știință RIAR. El este, de asemenea, primul. El este și Cel Mai Puternic, ceea ce i-a dat numele - SM. În 1961, a fost SM-1 cu o capacitate de 50 MW, în 1965 după modernizare a devenit SM-2, în 1992 - SM-3, a cărui funcționare este proiectată până în 2017. Acesta este un reactor unic și este singurul din lume. Unicitatea sa constă în densitatea foarte mare a fluxului de neutroni pe care este capabil să o creeze. Neutronii sunt produsele principale ale RIAR. Neutronii pot fi folosiți pentru a rezolva multe probleme în studiul materialelor și crearea de izotopi utili. Și chiar și pentru a realiza visul alchimiștilor medievali - de a transforma plumbul în aur. Fără a intra în detalii, procesul este foarte simplu - o substanță este luată și aruncată din toate părțile de neutroni rapizi, care sparg nucleele într-o grămadă de altele. Deci, de exemplu, elemente mai ușoare pot fi obținute din uraniu prin zdrobirea nucleelor ​​sale cu neutroni: iod, stronțiu, molibden, xenon și altele.

Punerea în funcțiune a reactorului SM-1 și funcționarea cu succes a acestuia au provocat o mare rezonanță în lumea științifică, stimulând, în special, construcția în Statele Unite ale reactoarelor de mare flux cu spectru de neutroni duri - HFBR (1964) și HFIR (1967). Luminații fizicii nucleare, inclusiv părintele chimiei nucleare, Glenn Seaborg, au venit în mod repetat la RIAR și și-au adoptat experiența. Dar totuși, nimeni altcineva nu a creat un reactor de aceeași eleganță și simplitate.

Reactorul SM este ingenios de simplu. Zona sa activă este un cub de 42 x 42 x 35 cm, dar puterea de ieșire a acestui cub este de 100 megawați! Tuburile cu diferite substanțe sunt instalate în jurul miezului în canale speciale, care trebuie arse cu neutroni.

De exemplu, destul de recent, a fost scos din reactor un balon cu iridiu, din care a fost obținut izotopul necesar. Acum atârnă și se răcește.

După aceea, un mic container cu iridiu acum radioactiv va fi încărcat într-un container special de protecție de plumb, cântărind câteva tone, și trimis cu mașina către client.

Combustibilul uzat (doar câteva grame) va fi apoi răcit, conservat într-un butoi de plumb și trimis la o unitate de depozitare radioactivă de pe teritoriul institutului pentru depozitare pe termen lung.

bazin albastru

Există mai mult de un reactor în această cameră. Lângă SM se află un alt - RBT - un reactor de tip bazin, care lucrează cu el în perechi. Cert este că în reactorul SM combustibilul „se arde” doar la jumătate. Prin urmare, trebuie să fie „ars” în RBT.

În general, RBT este un rector uimitor, în interiorul căruia poți chiar să te uiți (nu ni s-a dat). Nu are o carcasă groasă obișnuită din oțel și beton, iar pentru a proteja împotriva radiațiilor, este pur și simplu plasată într-un bazin imens de apă (de unde și numele). Coloana de apă reține particulele active, încetinindu-le. În același timp, particulele care se mișcă cu o viteză de fază care depășește viteza luminii în mediu provoacă o strălucire albăstruie cunoscută pentru mulți din filme. Acest efect este numit după oamenii de știință care l-au descris - Vavilov-Cherenkov.


(fotografia nu are legătură cu reactorul RBT sau RIAR și demonstrează efectul Vavilov-Cherenkov)

Miros de furtună

Mirosul halei reactorului nu poate fi confundat cu nimic altceva. Miroase puternic a ozon, ca după o furtună. Aerul este ionizat în timpul supraîncărcării, când ansamblurile uzate sunt scoase și mutate în piscină pentru răcire. Molecula de oxigen O2 se transformă în O3. Apropo, ozonul nu miroase deloc a prospețime, ci seamănă mai mult cu clorul și la fel de caustic. Cu o concentrație mare de ozon, vei strănuta și tuși, apoi vei muri. Este alocat primei clase de substanțe nocive, cea mai mare de pericol.

Fondul de radiații din sală crește în acest moment, dar nici aici nu sunt oameni - totul este automatizat și operatorul urmărește procesul printr-o fereastră specială. Cu toate acestea, chiar și după aceea, nu trebuie să atingeți balustrada din hol fără mănuși - puteți ridica murdăria radioactivă.

Spălați-vă mâinile, față și spate

Dar nu te vor lăsa să pleci acasă cu el - la ieșirea din „zona murdară” toată lumea este neapărat verificată cu un detector de radiații beta, iar dacă vei fi detectat, tu și hainele tale veți merge în reactor ca combustibil. Glumă.

Dar, în orice caz, mâinile trebuie spălate cu apă și săpun după vizitarea unor astfel de zone.

schimba genul

Coridoarele și scările din clădirea reactorului sunt acoperite cu linoleum gros special, ale cărui margini sunt îndoite pe pereți. Acest lucru este necesar pentru ca, în caz de contaminare radioactivă, să nu fie posibilă eliminarea întregii clădiri, ci pur și simplu rulați linoleum-ul și așezați unul nou. Curățenia de aici este aproape ca într-o sală de operație, pentru că cel mai mare pericol aici este praful și murdăria care pot intra pe haine, piele și în interiorul corpului - particulele alfa și beta sunt foarte grele și nu pot zbura departe, dar cu impact strâns sunt precum ghiulele uriașe, celulele vii cu siguranță nu vor fi sănătoase.

Telecomanda cu buton rosu

Sala de control al reactorului.

Consola în sine dă impresia că este profund depășită, dar de ce să schimbi ceva care este conceput să reziste mulți ani? Cel mai important lucru este ce se află în spatele scuturilor și totul este nou acolo. Cu toate acestea, mulți senzori au fost transferați de la înregistratoare la tablouri de bord electronice și chiar sisteme software, care, de altfel, sunt dezvoltate la RIAR.

Fiecare reactor are multe grade independente de protecție, așa că în principiu nu poate exista „Fukushima” aici. Cât despre „Cernobîl” - nu sunt aceleași capacități, aici funcționează reactoarele „de buzunar”. Cel mai mare pericol este emisia unor izotopi de lumină în atmosferă, dar acest lucru nu va fi lăsat să se întâmple, suntem asigurați.

Fizicienii nucleari

Fizicienii institutului sunt fani ai muncii lor și pot vorbi ore întregi într-un mod interesant despre munca și reactoarele lor. Ora alocată întrebărilor nu a fost suficientă și conversația a durat două ore plictisitoare. După părerea mea, nu există o astfel de persoană care să nu fie interesată fizica nucleara:) Și directorul departamentului „Reactor Research Complex” Petelin Alexei Leonidovich cu inginer-șef are dreptate să conducă programe științifice populare pe tema construcției de reactoare nucleare :)

Dacă îți bagi pantalonii în șosete în afara RIAR, atunci cel mai probabil cineva îți va face o poză și o va posta pe net să râdă. Totuși, aceasta este o necesitate aici. Încercați să ghiciți de ce.

Bine ați venit la hotelul California

Acum despre California-252 și de ce este nevoie. Am vorbit deja despre reactorul cu neutroni de mare flux SM și despre beneficiile acestuia. Acum imaginați-vă că energia pe care o produce un întreg reactor SM poate fi furnizată de doar un gram (!) de California.

Californiul-252 este o sursă puternică de neutroni, ceea ce îi permite să fie utilizat pentru a trata tumorile maligne acolo unde alte terapii cu radiații sunt ineficiente. Metalul unic face posibilă strălucirea prin părți ale reactoarelor, părți ale aeronavei și detectarea daunelor care sunt de obicei ascunse cu grijă de razele X. Cu ajutorul lui, este posibil să găsiți rezerve de zăcăminte de aur, argint și petrol în măruntaiele pământului. Nevoia de el în lume este foarte mare și, uneori, clienții sunt nevoiți să stea la coadă ani de zile pentru râvnita microgramă din California! Și totul pentru că producția acestui metal durează .... ani. Pentru a produce un gram de California-252, plutoniul sau curiul este supus la iradiere cu neutroni pe termen lung într-un reactor nuclear, timp de 8, respectiv 1,5 ani, prin transformări succesive prin aproape întreaga linie de elemente transuraniu din tabelul periodic. Procesul nu se termină aici - din produsele de iradiere rezultate prin mijloace chimice luni lungi aloca californiul însuși. Aceasta este o lucrare foarte, foarte minuțioasă care nu iartă graba. Microgramele de metal sunt colectate literalmente de atomi. Acest lucru explică un preț atât de mare.


(panorama mare pe care se poate face clic)

Apropo, masa critică a metalului California-252 este de numai 5 kg și, sub formă de soluții apoase de sare - 10 grame (!), ceea ce îi permite să fie utilizat în bombe nucleare miniaturale. Totuși, așa cum am scris deja, sunt doar 8 grame în lume până acum și ar fi foarte risipitor să o folosești ca bombă :) Și problema este că în 2 ani rămâne exact jumătate din California existentă și după 4 ani se transformă complet în praf din alte substanțe mai stabile.

În următoarele părți, voi vorbi despre producția la RIAR de ansambluri combustibile (FA) și un alt important și necesar în medicina radionuclizilor izotop Molibden-99. Va fi teribil de interesant!

: ... destul de banal, dar cu toate acestea nu am găsit niciodată informațiile într-o formă digerabilă - cum ÎNCEPE să funcționeze un reactor nuclear. Totul despre principiul și funcționarea dispozitivului a fost deja mestecat și înțeles de 300 de ori, dar iată cum se obține combustibilul și din ce, și de ce nu este atât de periculos până nu este în reactor și de ce nu reacționează înainte de a fi scufundat în reactor! - la urma urmei, se încălzește doar în interior, cu toate acestea, înainte de încărcare, tijele de combustibil sunt reci și totul este în regulă, așa că ceea ce face ca elementele să se încălzească nu este complet clar cum sunt afectate și așa mai departe, de preferință nu științific).

Desigur, este dificil să aranjezi un astfel de subiect nu „conform științei”, dar voi încerca. Să înțelegem mai întâi care sunt aceste TVEL-uri.

Combustibilul nuclear este tablete negre cu un diametru de aproximativ 1 cm și o înălțime de aproximativ 1,5 cm. Acestea conțin 2% dioxid de uraniu 235 și 98% uraniu 238, 236, 239. În toate cazurile, cu orice cantitate de combustibil nuclear, un explozia nucleară nu se poate dezvolta, deoarece pentru o reacție de fisiune rapidă ca o avalanșă, caracteristică unei explozii nucleare, este necesară o concentrație de uraniu 235 de peste 60%.

Două sute de pelete de combustibil nuclear sunt încărcate într-un tub din zirconiu metalic. Lungimea acestui tub este de 3,5 m. diametru 1,35 cm.Acest tub se numeste TTEL - element de combustibil. 36 de TVEL sunt asamblate într-o casetă (un alt nume este „asamblare”).

Dispozitivul elementului de combustibil al reactorului RBMK: 1 - dop; 2 - tablete de dioxid de uraniu; 3 - carcasa de zirconiu; 4 - primăvară; 5 - bucșă; 6 - pont.

Transformarea unei substanțe este însoțită de eliberarea de energie liberă numai dacă substanța are o rezervă de energii. Aceasta din urmă înseamnă că microparticulele substanței se află într-o stare cu o energie de repaus mai mare decât într-o altă stare posibilă, tranziția către care există. Tranziția spontană este întotdeauna împiedicată de o barieră energetică, pentru a o depăși, microparticula trebuie să primească o anumită cantitate de energie din exterior - energia excitației. Reacția exoenergetică constă în faptul că în transformarea care urmează excitației se eliberează mai multă energie decât este necesară pentru excitarea procesului. Există două moduri de a depăși bariera energetică: fie datorită energiei cinetice a particulelor care se ciocnesc, fie datorită energiei de legare a particulei care aderă.

Dacă ținem cont de scalele macroscopice ale eliberării de energie, atunci energia cinetică necesară pentru excitarea reacțiilor trebuie să aibă toate sau la început cel puțin o parte din particulele substanței. Acest lucru se poate realiza doar prin creșterea temperaturii mediului până la o valoare la care energia mișcării termice se apropie de valoarea pragului de energie care limitează cursul procesului. În cazul transformărilor moleculare, adică al reacțiilor chimice, o astfel de creștere este de obicei de sute de grade Kelvin, în timp ce în cazul reacțiilor nucleare este de cel puțin 107 K datorită înălțimii foarte mari a barierelor Coulomb a nucleelor ​​care se ciocnesc. Excitarea termică a reacțiilor nucleare a fost realizată în practică numai în sinteza celor mai ușoare nuclee, în care barierele Coulomb sunt minime (fuziune termonucleară).

Excitarea de către particulele de îmbinare nu necesită o energie cinetică mare și, prin urmare, nu depinde de temperatura mediului, deoarece se produce din cauza legăturilor neutilizate inerente particulelor de forțe atractive. Dar, pe de altă parte, particulele în sine sunt necesare pentru a excita reacțiile. Și dacă din nou avem în vedere nu un act separat de reacție, ci producerea de energie la scară macroscopică, atunci acest lucru este posibil numai atunci când are loc o reacție în lanț. Acesta din urmă apare atunci când particulele care excită reacția reapar ca produse ale unei reacții exoenergetice.

Pentru a controla și proteja un reactor nuclear, se folosesc tije de control care pot fi deplasate de-a lungul întregii înălțimi a miezului. Tijele sunt fabricate din substanțe care absorb puternic neutronii, cum ar fi borul sau cadmiul. Odată cu introducerea profundă a tijelor, reacția în lanț devine imposibilă, deoarece neutronii sunt puternic absorbiți și îndepărtați din zona de reacție.

Tijele sunt mutate de la distanță de la panoul de control. Cu o mișcare mică a tijelor, procesul de lanț fie se va dezvolta, fie se va degrada. În acest fel, puterea reactorului este reglată.

CNE Leningrad, reactor RBMK

Pornirea reactorului:

În momentul inițial de timp după prima încărcare cu combustibil, nu există o reacție în lanț de fisiune în reactor, reactorul este într-o stare subcritică. Temperatura lichidului de răcire este mult mai mică decât temperatura de funcționare.

După cum am menționat deja aici, pentru a începe o reacție în lanț, materialul fisionabil trebuie să formeze o masă critică - o cantitate suficientă de material fisionabil spontan într-un spațiu suficient de mic, condiția în care numărul de neutroni eliberați în timpul fisiunii nucleare trebuie să să fie mai mare decât numărul de neutroni absorbiți. Acest lucru se poate face prin creșterea conținutului de uraniu-235 (numărul de elemente de combustibil încărcate) sau prin încetinirea vitezei neutronilor, astfel încât aceștia să nu zboare pe lângă nucleele de uraniu-235.

Reactorul este adus la putere în mai multe etape. Cu ajutorul regulatorilor de reactivitate, reactorul este transferat în starea supercritică Kef>1 iar puterea reactorului crește la un nivel de 1-2% din nominală. În această etapă, reactorul este încălzit până la parametrii de funcționare ai lichidului de răcire, iar viteza de încălzire este limitată. În timpul procesului de încălzire, comenzile mențin puterea la un nivel constant. Apoi se pornesc pompele de circulație și se pune în funcțiune sistemul de îndepărtare a căldurii. După aceea, puterea reactorului poate fi crescută la orice nivel în intervalul de la 2 la 100% din puterea nominală.

Când reactorul este încălzit, reactivitatea se modifică din cauza schimbărilor de temperatură și densitate a materialelor miezului. Uneori, în timpul încălzirii, poziția reciprocă a miezului și a elementelor de control care intră în miez sau ies din acesta se modifică, provocând un efect de reactivitate în absența mișcării active a elementelor de control.

Control prin elemente absorbante solide, mobile

În marea majoritate a cazurilor, absorbantele solide mobile sunt folosite pentru a modifica rapid reactivitatea. În reactorul RBMK, tijele de control conțin bucșe din carbură de bor închise într-un tub de aliaj de aluminiu diametru 50 sau 70 mm. Fiecare tijă de control este plasată într-un canal separat și răcită cu apă din circuitul CPS (sistem de control și protecție) la o temperatură medie de 50 ° C. În funcție de scopul lor, tijele sunt împărțite în tije AZ (protecție de urgență), în RBMK există 24 de astfel de tije. tije reglare automată- 12 bucăți, tije de control automat local - 12 bucăți, tije de control manual -131 și 32 de tije de absorbție scurtate (USP). Sunt 211 lansete în total. Mai mult, tijele scurtate sunt introduse în AZ de jos, restul de sus.

reactor VVER 1000. 1 - actionare CPS; 2 - capac reactor; 3 - vas reactor; 4 - bloc de conducte de protectie (BZT); 5 - al meu; 6 - miez deflector; 7 - ansambluri combustibile (FA) si tije de control;

Elemente absorbante de ardere.

Otrăvurile ardabile sunt adesea folosite pentru a compensa reactivitatea excesivă după ce a fost încărcat combustibil proaspăt. Principiul de funcționare al cărui principiu este că ei, ca și combustibilul, după capturarea unui neutron, ulterior încetează să absoarbă neutroni (arde). Mai mult, rata de declin ca urmare a absorbției neutronilor, nuclee absorbante, este mai mică sau egală cu rata de pierdere, ca urmare a fisiunii, a nucleelor ​​de combustibil. Dacă încărcăm în miezul reactorului combustibil proiectat să funcționeze pe parcursul anului, atunci este evident că numărul de nuclee de combustibil fisionabil la începutul lucrării va fi mai mare decât la sfârșit și trebuie să compensăm excesul de reactivitate prin plasarea de absorbante. în miez. Dacă în acest scop se folosesc tije de control, atunci trebuie să le mișcăm constant pe măsură ce numărul de nuclee de combustibil scade. Utilizarea otrăvurilor ardabile face posibilă reducerea utilizării tijelor mobile. În prezent, otrăvurile ardabile sunt adesea încorporate direct în pelete de combustibil în timpul fabricării lor.

Reglarea lichidului a reactivității.

O astfel de reglare este utilizată, în special, în timpul funcționării unui reactor de tip VVER, acid boric H3BO3 care conține 10B nuclee care absorb neutroni este introdus în lichidul de răcire. Schimbând concentrația de acid boric în calea lichidului de răcire, modificăm astfel reactivitatea în miez. În perioada inițială a funcționării reactorului, când sunt multe nuclee de combustibil, concentrația de acid este maximă. Pe măsură ce combustibilul se arde, concentrația de acid scade.

mecanism de reacție în lanț

Un reactor nuclear poate funcționa la o putere dată timp îndelungat numai dacă are o marjă de reactivitate la începutul funcționării. Excepție fac reactoarele subcritice cu sursă externă neutroni termici. Eliberarea reactivității legate pe măsură ce aceasta scade din cauze naturale asigură menținerea stării critice a reactorului în fiecare moment al funcționării acestuia. Marja de reactivitate inițială este creată prin construirea unui miez cu dimensiuni mult mai mari decât cele critice. Pentru a preveni ca reactorul să devină supercritic, k0 din mediul de reproducere este redus în mod artificial în același timp. Acest lucru se realizează prin introducerea de absorbanți de neutroni în miez, care pot fi ulterior îndepărtați din miez. Ca și în elementele de control al reacției în lanț, substanțele absorbante sunt incluse în materialul tijelor de una sau alta secțiune transversală, deplasându-se de-a lungul canalelor corespunzătoare din miez. Dar dacă una, două sau mai multe tije sunt suficiente pentru reglare, atunci numărul de tije poate ajunge la sute pentru a compensa excesul inițial de reactivitate. Aceste tije se numesc compensatoare. Tijele de reglare și compensare nu sunt neapărat elemente structurale diferite. Un număr de tije compensatoare pot fi tije de control, dar funcțiile ambelor sunt diferite. Tijele de control sunt concepute pentru a menține o stare critică în orice moment, pentru a opri, a porni reactorul, a comuta de la un nivel de putere la altul. Toate aceste operațiuni necesită mici modificări ale reactivității. Tijele de compensare sunt retrase treptat din miezul reactorului, asigurând o stare critică pe toată durata de funcționare a acestuia.

Uneori, tijele de control nu sunt fabricate din materiale absorbante, ci din material fisionabil sau împrăștiat. În reactoarele termice, aceștia sunt în principal absorbanți de neutroni, în timp ce nu există absorbitori rapidi de neutroni eficienți. Astfel de absorbanți precum cadmiul, hafniul și altele absorb puternic doar neutronii termici datorită apropierii primei rezonanțe de regiunea termică, iar în afara acesteia din urmă nu diferă de alte substanțe prin proprietățile lor de absorbție. O excepție este borul, a cărui secțiune transversală de absorbție a neutronilor scade cu energia mult mai lent decât cea a substanțelor indicate, conform legii l/v. Prin urmare, borul absoarbe neutronii rapid, deși slab, dar oarecum mai bine decât alte substanțe. Numai borul, dacă este posibil îmbogățit în izotopul 10B, poate servi ca material absorbant într-un reactor cu neutroni rapid. Pe lângă bor, materialele fisionabile sunt folosite și pentru tijele de control în reactoarele cu neutroni rapidi. O tijă compensatoare din material fisionabil îndeplinește aceeași funcție ca o tijă absorbantă de neutroni: crește reactivitatea reactorului cu scăderea lui naturală. Cu toate acestea, spre deosebire de un absorbant, o astfel de tijă este situată în afara miezului la începutul funcționării reactorului și apoi este introdusă în miez.

Dintre materialele de împrăștiere din reactoarele rapide se folosește nichelul, care are o secțiune transversală de împrăștiere pentru neutronii rapizi ceva mai mare decât secțiunile transversale pentru alte substanțe. Tijele de împrăștiere sunt situate de-a lungul periferiei miezului și scufundarea lor în canalul corespunzător determină o scădere a scurgerii de neutroni din miez și, în consecință, o creștere a reactivității. În unele cazuri speciale, scopul controlării unei reacții în lanț îl reprezintă părțile mobile ale reflectoarelor de neutroni, care, atunci când se mișcă, schimbă scurgerea neutronilor din miez. Tijele de control, compensare și de urgență, împreună cu toate echipamentele care asigură funcționarea lor normală, formează sistemul de control și protecție a reactorului (CPS).

Protecție în caz de urgență:

Protecția de urgență a reactorului nuclear - un set de dispozitive concepute pentru a opri rapid o reacție nucleară în lanț în miezul reactorului.

Protecția activă de urgență este declanșată automat atunci când unul dintre parametrii unui reactor nuclear atinge o valoare care poate duce la un accident. Astfel de parametri pot fi: temperatura, presiunea și debitul lichidului de răcire, nivelul și viteza de creștere a puterii.

Elementele executive ale protecției în caz de urgență sunt, în cele mai multe cazuri, tije cu o substanță care absoarbe bine neutronii (bor sau cadmiu). Uneori, un captator de lichid este injectat în bucla de lichid de răcire pentru a opri reactorul.

Pe lângă protecția activă, multe proiecte moderne includ și elemente de protecție pasivă. De exemplu, versiunile moderne ale reactoarelor VVER includ „Emergency Core Cooling System” (ECCS) - rezervoare speciale cu acid boric situat deasupra reactorului. În cazul unui accident de bază de proiectare maximă (ruperea circuitului primar de răcire al reactorului), conținutul acestor rezervoare se află prin gravitație în interiorul miezului reactorului, iar reacția nucleară în lanț este stinsă de o cantitate mare de substanță care conține bor. care absoarbe bine neutronii.

Conform „Regulilor de siguranță nucleară pentru instalațiile de reactoare ale centralelor nucleare”, conform macar unul dintre sistemele de oprire a reactorului furnizate ar trebui să îndeplinească funcția de protecție în caz de urgență (EP). Protecția în caz de urgență trebuie să aibă cel puțin două grupuri independente de organisme de lucru. La semnalul AZ, corpurile de lucru ale AZ trebuie acționate din orice poziții de lucru sau intermediare.

Echipamentul AZ trebuie să fie format din cel puțin două seturi independente.

Fiecare set de echipamente AZ trebuie proiectat astfel încât, în intervalul de modificări ale densității fluxului de neutroni de la 7% la 120% din valoarea nominală, să se asigure protecție pentru:

1. După densitatea fluxului de neutroni - cel puțin trei canale independente;
2. În funcție de rata de creștere a densității fluxului de neutroni - cu cel puțin trei canale independente.

Fiecare set de echipamente AZ trebuie proiectat astfel încât, în întreaga gamă de modificări ale parametrilor de proces stabilite în proiectarea centralei reactorului (RP), protecția în caz de urgență să fie asigurată de cel puțin trei canale independente pentru fiecare parametru de proces pentru care este protejată. necesar.

Comenzile de control ale fiecărui set pentru actuatoarele AZ trebuie transmise pe cel puțin două canale. Când un canal este scos din funcțiune într-unul dintre seturile de echipamente AZ fără ca acest set să fie scos din funcțiune, un semnal de alarmă ar trebui să fie generat automat pentru acest canal.

Declanșarea protecției de urgență ar trebui să aibă loc cel puțin în următoarele cazuri:

1. La atingerea punctului de referință AZ în termeni de densitate a fluxului de neutroni.
2. La atingerea punctului de referință AZ în ceea ce privește viteza de creștere a densității fluxului de neutroni.
3. În cazul unei căderi de curent în orice set de echipamente AZ și magistrale de alimentare cu energie CPS care nu au fost scoase din funcțiune.
4. În cazul defectării oricăror două dintre cele trei canale de protecție din punct de vedere al densității fluxului de neutroni sau al ratei de creștere a fluxului de neutroni în orice set de echipamente AZ care nu a fost dezafectat.
5. Când setările AZ sunt atinse de parametrii tehnologici, conform cărora este necesar să se efectueze protecția.
6. La inițierea funcționării AZ-ului de la cheia din punctul de control al blocului (BCR) sau din punctul de control al rezervă (RCP).

Poate cineva va putea explica pe scurt și mai puțin științific cum începe să funcționeze unitatea de putere a unei centrale nucleare? :-)

Amintiți-vă un subiect ca Articolul original este pe site InfoGlaz.rf Link către articolul din care este făcută această copie -