Olga Baklitskaya-Kameneva.

În toamnă, la Dubna a fost lansat reactorul modernizat IBR-2. Angajații Laboratorului de Fizică a Neutronilor poartă numele. I.M. Frank de la Joint Institute for Nuclear Research (JINR) a povestit de ce a fost oprit reactorul, despre cercetările care se desfășoară la 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 de impuls periodic 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 nucleară, ca unele țări europene după tragedia cumplită de la Fukushima. „Reactorul nostru a fost lansat la mijlocul anilor 1980. Acum echipamentul său a fost înlocuit în conformitate cu cele noi 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 o putere nominală de 2 MW. Un reactor de cercetare actualizat a fost lansat la JINR, cu o coadă de invidiat de oameni de știință deja adunați pentru a efectua experimente tari diferite.

Puțină istorie

Angajații JINR au 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 institutul a avut trei dintre ele - IBR, IBR-30 și IBR-2, a ajutat în aceeași perioadă scurtă de timp la pregătirea și implementarea soluțiilor tehnice fundamentale pentru modernizarea IBR- 2, îmbunătățindu-și semnificativ caracteristicile de funcționare.

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, excitarea nucleelor, structura lor, adică proprietățile unei largi varietăți de substanțe, rezolvând în același timp nu numai probleme pur științifice, ci și unele probleme 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 Inginerie Energetică au participat la dezvoltarea teoriei reactorului IBR. A. I. Leypunsky (SSC RF-IPPE). Ei au venit cu un dispozitiv de putere redusă în care impulsurile scurte „aprinde” o reacție în lanț controlată sau mici „explozii nucleare” cu eliberarea de neutroni, în timpul cărora pot fi efectuate măsurători. Blokhintsev a propus un design de reactor cu două zone active - staționare pe stator și care se rotește rapid pe rotor. Reactorul intră într-o stare supercritică, provocând o reacție în lanț de fisiune atunci când rotorul alunecă rapid pe lângă stator și o reacție în lanț puternică se dezvoltă în el pentru un moment, care se stinge pe măsură ce rotorul este îndepărtat. Această „minibombă atomică” a fost îmblânzită în Dubna (Fig. 1).

Din reactor zboară neutroni de diferite energii, de la cele termice lente la cele rapide, născuți imediat după procesul de fisiune. Efectuând măsurători extinse 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 cele lente). Pentru a transforma neutronii într-un instrument convenabil de cercetare, cercetătorii au depus multă muncă pentru a crea 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. Când o anumită resursă stabilită prin proiect se epuizează, indiferent de starea echipamentului și de prezența sau absența semnelor de degradare, suntem obligați să o schimbăm sau să prelungim funcționarea acesteia folosind procedurile stabilite. În special, consumul de combustibil și acumulat de structuri au atins limitele stabilite. miez fluență neutronică”, spune Inginer sef Laboratorul de Fizica Neutronilor Alexander Vinogradov. – Asemenea limite sunt stabilite de proiectantul șef și proiectantul general al reactorului în faza de proiectare. În acest caz, este Institutul de Cercetare și Proiectare de Inginerie Energetică care poartă numele. N. A. Dollezhala (JSC NIKIET) și institutul specializat de proiectare GSPI. În plus, JINR, instituția științifică panrusă Institut de cercetare materiale anorganice numite după. A. A. Bochvara (FSUE VNIINM), PA Mayak și alte întreprinderi și organizații ale industriei nucleare.” Reactorul actualizat va funcționa până în 2035. Se așteaptă ca oamenii de știință din peste 30 de țări să desfășoare peste 100 de proiecte de cercetare experimentală anual.

Reactor modernizat

După ce IBR-2 a fost închis, angajații Laboratorului de Fizică a Neutronilor și ai altor departamente ale JINR au început să dezvolte, să proiecteze, să asamblate și să depaneze toate componentele importante pentru reactorul modernizat. Vasul reactorului, dispozitivele interne și din apropierea reactorului, sistemul de alimentare cu energie, echipamentele electronice ale sistemului de control și protecție a reactorului și monitorizarea 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 pornirea electrică a reactorului, care a urmat pornirea fizică a reactorului (nu au existat porniri similare de reactoare de cercetare în Rusia de aproximativ douăzeci de ani). Pe baza rezultatelor pornirii energiei, Rostekhnadzor eliberează o licență de utilizare a reactorului.

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

În IBR-2 modernizat, adâncimea de ardere a elementelor de combustibil din reactor fabricate din peleți 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 utilizate în reactoarele de cercetare. În cazul IBR-2, un avantaj semnificativ al plutoniului este utilizat 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 pe puls și campania de nucleu lung (datorită modului de operare în impulsuri) fac posibilă clasificarea IBR-2 modernizată ca unul dintre grupul lider mondial de surse de neutroni.

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 în mișcare. Acest sistem mecanic complex, montat lângă miez, constă din două rotoare masive din oțel cu conținut ridicat de nichel, care se rotesc într-o carcasă umplută cu heliu pur. În momentul în care rotoarele sunt aliniate, un impuls este generat în centrul fizic al miezului reactorului. Rotoarele se rotesc în direcții opuse cu la 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 de rotații pe minut, datorită cărora durata de viață a reactorului a crescut semnificativ - de la 20 până 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 folosesc sodiu lichid, care este pompat de pompe electromagnetice, iar al treilea utilizează aer. Această schemă asigură siguranța reactorului: dacă un sistem se defectează, acesta poate fi oprit de supape de urgență.

De ce se folosește sodiu lichid? Dacă toate circuitele conțin apă, ceea ce încetinește foarte mult neutronii, caracteristicile energetice ale radiației neutronice din miez vor fi mai proaste. În primul circuit, ale cărui conducte au o înveliș de protecție dublă, circulă sodiu radioactiv, în al doilea - sodiu, neiradiat cu 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 cu granițe bine controlate. În plus, JINR, ca organizație, operează pe un loc de producție protejat, unde BID are propriul perimetru intern de protecție fizică. Conceptul de „insulă nucleară” păzită permite protecția garantată a reactorului împotriva amenințărilor externe. Dacă, în mod ipotetic, ceva nu merge bine în timpul funcționării reactorului din cauza acțiunilor personalului, așa-numitul „sistem antiproști” ar trebui declanșat. Reactorul este protejat în mod fiabil de „factorul uman” dacă nicio persoană, conștient sau inconștient, nu poate provoca daune reactorului.

Diverse sisteme, inclusiv electronice complexe, opresc reactorul să funcționeze la putere. Cunoașterea legilor fizicii ajută la prezicerea proceselor care apar în situații de urgență. De exemplu, dacă brusc următorul impuls diferă de parametrii specificați, protecția rapidă de urgență este declanșată fără intervenția operatorului. Un astfel de control se efectuează asupra tuturor parametrilor reactorului; toate sistemele de protecție sunt rezervate și duplicate.

ÎN anul trecut, spune Vinogradov, au existat mai multe alarme false ale sistemului de protecție, de obicei din cauza întreruperilor sursei externe de alimentare. În acest caz, reactorul este stins, analiză completă ce s-a întâmplat de fiecare dată când a fost declanșată protecția de urgență. Din motive de siguranță, reactorul utilizează trei surse de energie: 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, pentru care există este întotdeauna o sursă de combustibil necesară pentru funcționarea pe termen lung. Sarcina principală a oricărui reactor, subliniază Vinogradov, este de a asigura o răcire stabilă a miezului în timpul oricărui accident, pentru a evita desfășurarea unor evenimente conform versiunii japoneze (CNE Fukushima), când, dacă răcirea miezului a fost întreruptă, elemente de combustibil depresurizate și s-a produs topirea parțială a combustibilului, ieșirea produselor de fisiune în mediu inconjurator. La reactorul nostru, scenariile negative ale posibilelor accidente și consecințele acestora sunt destul de 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 erau unele dintre principiile de siguranță încorporate în proiectul centralei nucleare de la Fukushima. Trebuie să tragem concluzii din astfel de lecții, dar să nu intimidați oamenii cu energia nucleară. În zilele noastre, în timpul construcției centralelor nucleare, principii moderne securitate, multe evenimente din trecut au fost luate în considerare, iar astăzi, de exemplu, nimeni nu va instala o centrală nucleară pe malul oceanului într-o zonă puternic 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 6 în această zonă poate avea loc cu o probabilitate de o dată la o mie de ani și cu o magnitudine de 5 - o dată la sută de ani.

Cercetări la reactor

Reactorul JINR funcționează în modul de centru de utilizare colectivă. 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% este pentru solicitări de rutină, 10% pentru cele urgente.

„O comisie internațională specială de experți va analiza propunerea și, în cazul în care va primi aprobare și o evaluare ridicată a potențialului științific, va aloca timp proiectului pentru realizarea unui experiment. Eu, în calitate de experimentator responsabil, examinez și cererile și îmi dau o opinie dacă este posibil să se efectueze acest tip de cercetare la unitățile noastre. La urma urmei, experimentele sunt foarte scumpe, iar examinarea 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 de cercetare atât pentru cercetarea fundamentală, cât și pentru cea aplicată; este chiar numită „fereastra către nanolume”. În acest scop, sunt proiectate instalații unice, care au fost testate și îmbunătățite în interiorul zidurilor institutului de mulți ani. Pe fiecare dintre cele paisprezece canale de reactoare sunt instalate de cercetare cu tinte. Acum, în special, se lucrează pentru a crea conceptul unui nou moderator criogenic pentru reactor, care va permite modificarea spectrului de neutroni. Sunt zece spectrometre la reactor, cu încă două în drum.

„Folosind metoda de împrăștiere a neutronilor, este posibil să obțineți informații despre modul în care materia este structurată la nivel atomic și supraatomic, pentru a 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 un difractometru Fourier, de exemplu, puteți studia structura materiei, structura monocristalelor și policristalelor, puteți explora noi tipuri de materiale, de exemplu, compozite, ceramică, sisteme de gradient, precum și solicitările mecanice și deformațiile 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. Neutronografia face posibilă examinarea volumetrice a materialului 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. Pe baza orientării cristalitelor din acestea, este posibil să se reconstituie tabloul proceselor din care au fost extrase rocile. Reactorul a efectuat deja studii interesante asupra probelor din puțul superadânc Kola, prelevate de la adâncimi de 8 până la 10 kilometri. Datele obținute au făcut posibilă verificarea și completarea modelelor de procese tectonice care au avut loc în această regiune.

Cercetarea fundamentală și aplicată asupra materialelor care conțin atomi magnetici, hidrogen, litiu și oxigen este de mare interes. Astfel de materiale funcționale pot fi utilizate pe scară largă în tehnologiile de înregistrare și stocare a informațiilor, sisteme de energie și comunicații. La IBR-2 au fost deja și sunt în curs de desfășurare studii asupra materialelor oxidice complexe cu proprietăți unice - rezistență magnetică colosală, supraconductivitate, efecte magnetoelectrice și au aflat ce mecanisme stau la baza proprietăților lor fizice la nivel structural. Spectrometrele și reflectometrele cu electroni polarizați fac posibilă studierea nanostructurilor volumetrice, inclusiv a celor multistrat; soluții coloidale, lichide feromagnetice, determină proprietățile suprafeței și ale peliculelor subțiri de până la câteva mii de microni grosime, proprietățile lor nucleare și magnetice.

Datorită naturii blânde a radiației, spectrometrul cu unghi mic de împrăștiere a neutronilor 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 obiectului. Acestea sunt, în primul rând, proteine ​​în soluție, membrane sau mitocondrii, polimeri. Sub influența diverșilor factori, membrana își schimbă structura, 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.

BID are o istorie glorioasă, plină de multe descoperiri. Astăzi în plus cercetare de baza De asemenea, se acordă multă atenție cercetării aplicate asupra proprietăților nanostructurilor, nanomaterialelor și țesuturilor vii, toate acestea pot fi importante și benefice pentru sănătatea umană.

În toamna anului 2011, la Institutul Comun de Cercetări Nucleare (JINR, Dubna), după o oprire planificată, reactorul cu neutroni rapizi pulsați deja modernizat - IBR-2M - a fost repornit. Impulsurile scurte cu o frecvență de până la cinci herți și 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 niciun comentariu, a fost oprit - acestea sunt regulile de funcționare. Când o anumită resursă specificată de proiect se termină, 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 justificate de proiectantul șef și proiectantul general al reactorului în faza de proiectare.

Reactorul a fost proiectat la Institutul de Cercetare și Proiectare de Inginerie Energetică, numit astfel. N. A. Dollezhala (JSC NIKIET) și Institutul de Design Specializat (GSPI). La lucrările de modernizare, care au durat aproximativ zece ani, au participat Institutul de Cercetare a Materialelor Anorganice din Rusia. A. A. Bochvara (FSUE VNIINM), Asociația de producție Mayak și alte întreprinderi din industria nucleară. Acum echipamentul reactorului a fost înlocuit în conformitate cu noile standarde rusești, care îndeplinesc 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 actualizat va funcționa până în 2035. Este de așteptat ca cercetătorii din întreaga lume să poată efectua cel puțin o sută de experimente științifice în fiecare an.

Reactorul 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, IBR-30 și IBR-2 (a se vedea „Știința și viața” nr. 1, 2005) . Reactoarele au fost menite să studieze 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 probleme aplicate. .

În cartea „Nașterea unui atom pașnic” (M.: Atomizdat, 1977), academicianul D.I. Blokhintsev a spus că angajații Institutului de Fizică și Inginerie Energetică au luat parte la dezvoltarea teoriei unui reactor cu impulsuri. A. I. Leypunsky (SSC RF-IPPE). Ei 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 - staționare pe stator și care se rotește rapid pe rotor. Reactorul intră într-o stare supercritică atunci când rotorul alunecă pe lângă stator și o reacție puternică în lanț se dezvoltă în el pentru un moment, stingându-se pe măsură ce rotorul este îndepărtat. Această „mini-bombă atomică” a fost „îmblânzită” în Dubna. Neutroni de diferite energii sunt eliberați din reactor, de la lent (termic) la rapid (energie mare), apărând într-un impuls scurt imediat după procesul de fisiune. Pe drumul de la reactor la țintă, pulsul este întins, astfel încât să poți înțelege ce reacții nucleare sunt cauzate de neutronii rapizi (care ajung primii) și care de cei lente (vin mai târziu).

După ce IBR-2 a fost închis, angajații Laboratorului de Fizică Neutronilor și ai altor departamente ale JINR au început să dezvolte, să proiecteze, să asamblate și să depaneze toate componentele sale importante. Vasul reactorului, dispozitivele interne și din apropierea reactorului, sistemul de alimentare cu energie, echipamentele sistemului 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 pornirea în putere (cu eliberare de neutroni), care a urmat celui fizic, când doar exploatarea. a componentelor și mecanismelor sale a fost verificată și a emis o licență pentru utilizarea acestuia.

După modernizarea reactorului s-au schimbat multe. În primul rând, IBR-2M are o zonă activă mai compactă - o prismă hexagonală cu un volum de aproximativ 22 de litri. Este găzduit într-o carcasă cilindrică înaltă de aproximativ șapte metri într-o carcasă dublă de oțel. Densitatea maximă a fluxului de neutroni pe impuls în centrul nucleului 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 din reactor fabricate din peleți de dioxid de plutoniu (PuO 2) a fost mărită de o dată și jumătate. Plutoniul servește foarte rar ca bază pentru combustibilul nuclear în reactoarele de cercetare, de obicei, compozițiile de uraniu sunt utilizate în ele. IBR-2M folosește un avantaj semnificativ al plutoniului în comparație cu uraniu: proporția 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 de neutroni pe puls și funcționarea pe termen lung a miezului (datorită modului de funcționare pe termen scurt, în impulsuri) fac posibilă clasificarea IBR-2 modernizată ca unul dintre grupul lider de surse de neutroni din lume.

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

Sistemul de răcire a reactorului este format din trei circuite: primul și al doilea folosesc sodiu lichid, care este pompat de pompe electromagnetice, iar al treilea utilizează aer. Această schemă asigură siguranța reactorului: dacă un circuit se defectează, 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 înveliș de protecție dublă, circulă sodiu radioactiv, în al doilea - sodiu neiradiat. În cazul unei întreruperi de urgență a energiei electrice, păstrarea sodiului în formă lichidă (peste punctul de topire de 97,9 ° C) și, prin urmare, răcirea reactorului, va fi asigurată în mod fiabil prin încălzirea cu gaz.

Dubna este de fapt o insulă ale cărei granițe sunt bine controlate. În plus, JINR însuși operează într-o zonă protejată, iar IBR-2M are propriul perimetru intern de protecție fizică. Conceptul de „insulă nucleară” protejată este garantat pentru a proteja reactorul de amenințările externe. Dacă se întâmplă ceva în timpul funcționării reactorului din cauza acțiunilor personalului, așa-numita protecție împotriva nelegiuirii va funcționa ( sistem de prost) - nimeni, fie conștient, fie inconștient, nu-i poate face rău. De exemplu, dacă brusc parametrii următorului puls de neutroni diferă de cei preconizați, protecția rapidă de urgență va funcționa fără intervenția operatorului. Un astfel de control are loc în întregul reactor și toate sistemele de protecție sunt rezervate și duplicate. Când au fost mai multe alarme false din cauza întreruperilor de curent, reactorul a fost oprit și incidentele au fost analizate. Din motive de siguranță, reactorul folosește trei surse de energie: alimentare obișnuită prin linii de înaltă tensiune 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 un combustibil. aprovizionare 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 se evita desfășurarea evenimentelor conform versiunii japoneze, când, dacă răcirea miezului a fost întreruptă, elemente de combustibil depresurizate cu produsele lor de topire parțială și de fisiune eliberate în mediu. La reactorul IBR-2M, scenariile negative pentru posibile accidente și consecințele acestora au fost destul de bine gândite și nu a fost nevoie să se revizuiască calculele după tragedia japoneză. Tristul eveniment de la Fukushima, care s-a soldat cu numeroase victime, a arătat cât de învechite sunt 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 instala o centrală nucleară pe malul oceanului într-o zonă foarte seismică. În ceea ce privește reactorul JINR, acesta va rezista la un cutremur cu magnitudinea de până la șapte, deși în zona Dubna probabilitatea unui cutremur cu magnitudinea de șase este o dată la o mie de ani, iar de o magnitudine de cinci este o dată în o sută de ani.

Reactorul JINR este operat ca un centru de utilizare comună - cercetătorii din alte organizații pot efectua și experimente acolo. Timpul de lucru la reactorul IBR-2M este distribuit în mod clar: utilizatorii interni primesc 35% din timp, pentru alte organizații 55% este alocat pentru solicitările regulate, 10% pentru cele urgente. Aplicațiile sunt analizate de o comisie internațională de experți și de un experimentator responsabil, care își dau o opinie dacă aceste studii pot fi efectuate la reactor. Experimentele sunt foarte scumpe, astfel încât examinarea lor este o practică internațională comună. Reactorul modernizat deschide oportunități bogate atât pentru cercetarea fundamentală, cât și pentru cea aplicată, folosind echipamente unice, care au fost testate și îmbunătățite în interiorul zidurilor institutului de mulți ani. Astăzi este situat pe toate cele paisprezece canale ale reactorului, se lucrează la crearea unui nou moderator criogenic pentru acesta, care să permită schimbarea spectrului de neutroni.

Folosind metoda de împrăștiere a neutronilor, se pot obține informații despre structura materiei la nivel atomic și supraatomic, pentru a determina proprietățile și structura acesteia, iar acest lucru se aplică și materialelor biologice. Folosind un difractometru Fourier, de exemplu, puteți studia structura materiei, structura monocristalelor și policristalelor, puteți explora noi tipuri de materiale - compozite, ceramică, sisteme de gradient; tensiuni mecanice si deformatii aparute in cristale si sisteme multifazate. 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. Neutronografia face posibilă examinarea materialului în întregul său volum și găsirea punctelor de stres care vor deveni defecte critice în timpul funcționării. În geofizică, neutronii sunt folosiți pentru a studia rocile, iar prin orientarea cristalitelor din acestea, este posibil să se reconstituie tabloul proceselor care au avut loc acolo. Reactorul a examinat deja miezurile de rocă din puțul superadânc Kola, ridicate de la opt la zece kilometri. Datele obținute au făcut posibilă verificarea și completarea modelelor de procese tectonice care au avut loc în această regiune.

La IBR-2M studiază materiale oxidice 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 volumetrice, inclusiv a celor multistrat; soluții coloidale; lichide feromagnetice; determina structura suprafetelor si a peliculelor subtiri cu grosimea de pana la cateva mii de microni, proprietatile lor nucleare si magnetice. Datorită naturii blânde a radiației, spectrometrul cu unghi mic de împrăștiere a neutronilor este capabil să studieze obiecte biologice de până la un nanometru: polimeri, proteine ​​în soluție, mitocondrii, membrane. Sub influența diverșilor factori, structura membranei, grosimea, proprietățile fizice, permeabilitatea și mobilitatea se modifică. Toate aceste schimbări se reflectă în spectrul de împrăștiere a neutronilor și oferă informații despre obiectele biologice în procesul activității lor de viață, ceea ce nu poate fi realizat în alte moduri.

Fluența este numărul total de neutroni care trec prin suprafața specifică a structurii pe întreaga durată de viață a reactorului. Pentru toate materialele utilizate în reactoarele nucleare, valoare limită fluență, depășirea care provoacă daune radiațiilor.
Un difractometru 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 folosind transformata 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 - unitate de dezaerator de furaj

NU31 - pompe de ulei

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

NU34, NU35 - TPN nr. 1 și nr. 2

NU14a - sursă de alimentare PG (RPK)

NU37, NU37a - panou terminal de întreținere

NU38, NU39 - controlul temperaturii generatorului (A701-03)

NU40, NU41 - panou de înregistrare întreținere

NU42 - panou de sincronizare generator

NU43 - panou iluminat de urgență

NU51 - Consola echipament FGU

NU52 - Telecomanda echipament AKNP

NU53 - Telecomandă pentru echipament SVRK (tastatură)

NU54 - Telecomandă cu tastatură UVS

NU55 - Consola echipament CPS

NU56 - Telecomandă cu tastatură UVS

NU57, NU58 - telecomandă pentru afișaje 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 echipamente de protecție a turbinelor și pompelor de combustibil

NU67, NU68 - telecomandă pentru afișaje UVS alb-negru

NU69 - panou de control pentru 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 de incendiu

Dispunerea generală a camerei principale de control a unității de alimentare a CNE Zaporizhia este prezentată în Figura 47.

Figura 47 - Dispunerea generală a camerei de control

Pe consolele din stânga se află echipamente legate de instalația reactorului. În spatele acestor console este prevăzut la locul de muncă, care este aria de acoperire constantă a operatorului centralei reactoare.

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

La locul de muncă al conducătorului de tură de unitate există tastaturi și afișaje ale RMOT NSB.

Pe panoul de control, principalele mijloace de prezentare a informațiilor personalului de întreținere sunt afișajele grafice color RMOT-03, situate pe structuri de tip dulap, în una dintre care se află modulul procesor.

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


Pe panourile compartimentului reactor și din camera mașinilor din partea superioară sunt amplasate panouri de alarmă de proces care rezervă principala metodă de prezentare a informațiilor operatorului.

Indicatori de mișcare a blocurilor 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 DI în timpul realimentării cu combustibil (intermitent SKP și cameră de control);

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

Figura 4.5- Panoul HY 17

Alarma pentru activarea AZ, PZ, URB,

Dispozitive de control al sursei de alimentare CPS,

Indicatoare de poziție pentru tijele de control în miezul reactorului,

Chei pentru îndepărtarea fixării, alimentarea AZ

Figura 66 - Forma generală panou de comandă panou de comandă HY-10 - Sistem de completare și purjare a circuitului primar -TK

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

Panoul de control conține echipamente pentru sistemul de control și protecție a reactorului (CPS), monitorizarea fluxului de neutroni în reactor (NFS) și monitorizarea în reactor.

Cele mai frecvent utilizate comenzi pentru echipamentele RO sunt situate pe consolele VIUR. Aspect Panoul de control pentru regulatoarele RO și tastatura funcțională RMOT-03 sunt prezentate 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 POM;

Cartograma de amplasare a antrenărilor tijei de control în miezul reactorului;

Tastele de control pentru unitățile CPS în modurile individuale și de grup.

Figura 43 - Fragment de RMOT YA00M „Primul circuit”


Dispozitivul ARM-5S oferă următoarele moduri de operare:

Modul de menținere astatică a puterii neutronilor ( Modul „H”.);

Mod de întreținere astatică a unui parametru termic prin influențarea angrenajului tijei de control ( Modul „T”.);

Mod de menținere a unui parametru termic conform unui program de compromis ( Modul „K”.);

Modul gardian de menținere a unui parametru termic prin influențarea tijei de control a tijei de control ( modul "C").

Canalul de control al puterii reactorului bazat pe puterea neutronilor RRN este conceput pentru a stabiliza fluxul de neutroni din reactor la un nivel dat cu o precizie statică de ± 2% din valoarea specificată (modul „N”) prin deplasarea elementelor de control al reactorului. Dacă regulatorul funcționează în acest mod, atunci presiunea aburului din fața turbinei este menținută, dacă este necesar, de la distanță sau automat folosind sistemul de control al turbinei.

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

Când dispozitivul funcționează în modul "C" puterea reactorului este redusă atunci când valoarea presiunii crește față de valoarea specificată. Zona moartă a regulatorului PPT pentru modul „C” este de +1 kgf/cm2. Puterea reactorului nu crește atunci când regulatorul funcționează în acest mod. ARM-5S poate fi pornit în modul „C” numai din modul „T”.

Când dispozitivul ARM-5S 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 ARM-5S, modul de stabilizare a presiunii aburului cu schimbarea automată a valorii setate (modul „K”) momentan nu este utilizat.

Încuietori pentru stația de lucru

Tranziție automată de la modul „N” la modul „T” atunci când presiunea aburului în complexul de procesare a gazului este depășită cu 1,5-2,0 kgf/cm2

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

Este deconectat de la controlul automat al reactorului și trece în modul „N” când apare semnalul PZ-1. După eliminarea semnalului PZ-1, locul de muncă automatizat este conectat la control automat reactor în modul „H”.

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

Cele mai frecvent utilizate comenzi pentru echipamentele de întreținere sunt situate pe consolele VIUT. Aspectul consolei stației de lucru VIUT și al terminalelor video RMOT-03 este prezentat în Figura 49.

Figura 49 - Panou de control pentru regulatoare de întreținere și terminale video RMOT-03

În fața consolelor se află panouri operaționale pe care se află instrumentele de înregistrare și indicare necesare operatorului pentru a conduce proces tehnologic, precum și controale pentru echipamentele tehnologice relevante.

Figura 27 Fragment al RMOT „R000M” Al doilea circuit

Textul este puțin naiv, dar fotografiile reactoarelor sunt bune și interesante. În centrul de pe piedestal se află capul reactorului SM, mai jos în stânga și în dreapta obiectului cilindric sunt reactoarele RBT-10/1 (cu naftalină) și RBT-10/2.

================================
Original preluat din alexio_marziano în Unde și cum se face cel mai scump metal din lume

Dacă crezi că aurul și platina sunt cele mai valoroase metale de pe planetă, atunci te înșeli. 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 per 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... la Dimitrovgrad, în regiunea Ulyanovsk.

Vrei să știi cum ia ființă aproape cel mai scump material din lume și pentru ce este necesar?


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 Reactoarelor Atomice (NIIAR), care a fost creat 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. În prezent, RIAR testează diverse materiale pentru a determina modul în care se comportă în condiții de radiație prelungită, creând surse și preparate de radionuclizi care sunt utilizate în medicină și cercetare, rezolvând problemele tehnice ale tehnologiilor ecologice și pur și simplu desfășurând activități științifice. RIAR are aproximativ 3.500 de angajați și 6 reactoare.

Se aprind, dar nu se încălzesc

Niciunul dintre cele șase reactoare Niyarov nu este folosit ca sursă de energie și nu încălzi orașul - aici nu veți vedea instalații gigantice de mii de MW. Sarcina principală a acestor „bebe” este să creeze densitatea maximă de neutroni, cu care oamenii de știință ai institutului bombardează diverse ținte, creând ceva care nu există în natură. Reactoarele RIAR funcționează conform schemei „10/10” - zece zile de lucru și 10 zile de odihnă, întreținere și realimentare. În acest mod, este pur și simplu imposibil să le folosiți pentru a încălzi apa. 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 circulă.

Cel mai puternic

Dintre cele 6 reactoare, există unul, cel mai îndrăgit 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 există doar unul de acest fel în 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. Cu ajutorul neutronilor, multe probleme pot fi rezolvate în studiul materialelor și crearea de izotopi utili. Și chiar realizează visul alchimiștilor medievali - transformarea plumbului în aur. Fără a intra în detalii, procesul este foarte simplu - o substanță este luată și bombardată din toate părțile cu neutroni rapizi, care sparg nucleele într-o grămadă de altele. Deci, de exemplu, din uraniu prin zdrobirea nucleelor ​​sale cu neutroni se pot obține elemente mai ușoare: iod, stronțiu, molibden, xenon și altele.

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

Reactorul SM este extraordinar de simplu. Zona sa activă este un cub de 42 x 42 x 35 cm Dar puterea eliberată a acestui cub este de 100 de megawați! În jurul miezului, în canale speciale, sunt instalate tuburi cu diverse substanțe care trebuie bombardate cu neutroni.

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

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

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

Piscina albastra

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

În general, RBT este un rector uimitor, poți chiar să te uiți înăuntru (nu ne-au lăsat). Nu are corpul obișnuit din oțel gros și beton, iar pentru a proteja împotriva radiațiilor este pur și simplu plasat într-un bazin imens de apă (de unde și numele). Coloana de apă reține particulele active, încetinindu-le. În acest caz, 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 de 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. Aici se simte un miros puternic de ozon, ca după o furtună. Aerul este ionizat în timpul supraîncărcării atunci când ansamblurile uzate sunt îndepărtate și transferate într-o piscină de răcire. Molecula de oxigen O2 se transformă în O3. Apropo, ozonul nu miroase deloc a proaspăt, ci mai degrabă a clorului și la fel de înțepător. Dacă concentrațiile de ozon sunt mari, vei strănuta și tuși și apoi vei muri. Este clasificat în prima, cea mai înaltă clasă de substanțe periculoase.

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

Spălați-vă mâinile, față și spate

Dar nu veți avea voie să mergeți acasă cu el - la ieșirea din „zona murdară” toată lumea este neapărat verificată cu un detector de radiații beta și, dacă sunt detectate, tu și hainele tale veți merge în reactor ca combustibil. Glumă.

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

Schimbați genul

Coridoarele și scările din clădirea reactorului sunt acoperite cu linoleum gros special, ale cărui margini sunt curbate 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, deoarece cel mai mare pericol aici este praful și murdăria, care pot ajunge pe haine, piele și în interiorul corpului - particulele alfa și beta sunt foarte grele și nu pot zbura departe, dar la distanță scurtă ele sunt ca niște ghiulele uriașe, cu siguranță nu va fi bine pentru celulele vii.

Telecomanda cu buton rosu

Sala de control al reactorului.

Telecomanda 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 tot ceea ce există este nou. Cu toate acestea, mulți senzori au fost transferați de la înregistratoare pe afișaje 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. În ceea ce privește „Cernobîl” - puterea nu este aceeași, reactoarele „de buzunar” funcționează aici. Cel mai mare pericol este reprezentat de eliberarea unor izotopi de lumină în atmosferă, dar nici acest lucru nu va fi lăsat să se întâmple, așa cum suntem asigurați.

Fizicienii nucleari

Fizicienii institutului sunt fani ai muncii lor și pot petrece ore întregi vorbind 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 este timpul ca directorul departamentului „Reactor Research Complex”, Alexey Leonidovich Petelin și inginer-șef să găzduiască programe științifice populare pe tema proiectării reactorului nuclear :)

Dacă în afara RIAR îți bagi pantalonii în șosete, atunci cel mai probabil cineva îți va face o fotografie și o va posta online pentru a râde. Totuși, aici este o necesitate. Încercați să ghiciți singur de ce.

Bine ați venit la hotel California

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

California-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 iluminarea părților reactoarelor, părților aeronavei și detectarea daunelor care sunt de obicei ascunse cu grijă de razele X. Cu ajutorul lui, este posibil să găsiți rezerve de aur, argint și zăcăminte de petrol în măruntaiele pământului. Nevoia de el în lume este foarte mare, iar clienții sunt uneori forțați 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, suferind transformări succesive prin aproape întreaga linie de elemente transuraniu de pe tabelul periodic. Procesul nu se termină aici - din produsele de iradiere rezultate prin mijloace chimice de luni lungi izola californiul însuși. Aceasta este o lucrare foarte, foarte minuțioasă care nu iartă graba. Microgramele de metal sunt colectate literalmente atom cu atom. Acest lucru explică un preț atât de mare.


(panoramă 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 săruri - 10 grame (!), ceea ce îi permite să fie utilizat în bombe nucleare miniaturale. Totuși, așa cum am scris deja, până acum există doar 8 grame în lume și folosirea lui ca bombă ar fi foarte irosită :) Și iată problema, după 2 ani rămâne exact jumătate din California existentă și după 4 ani se transformă complet în putregai de la alte substanțe mai stabile.

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

: ... destul de banal, dar cu toate acestea încă nu am găsit informațiile într-o formă digerabilă - cum ÎNCEPE să funcționeze reactor atomic. Totul despre principiul și structura muncii a fost deja mestecat de peste 300 de ori și este clar, 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, combustibilul este rece și totul este în regulă, deci nu este în totalitate clar ce cauzează încălzirea elementelor, cum sunt afectate și așa mai departe, de preferință nu științific).

Este dificil, desigur, să încadrezi un astfel de subiect într-un mod non-științific, dar voi încerca. Să ne dăm seama mai întâi care sunt aceste bare de combustibil.

Combustibilul nuclear este tablete negre cu un diametru de aproximativ 1 cm și o înălțime de aproximativ 1,5 cm 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 asemănătoare unei avalanșe, 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 numește element de combustibil - element de combustibil. 36 de tije de combustibil sunt asamblate într-o casetă (un alt nume este „ansamblu”).

Proiectare element combustibil reactor 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 energie. Aceasta din urmă înseamnă că microparticulele unei substanțe se află într-o stare cu o energie de repaus mai mare decât într-o altă stare posibilă la care există o tranziție. O tranziție spontană este întotdeauna împiedicată de o barieră energetică, pentru a o depăși microparticula trebuie să primească o anumită cantitate de energie din exterior - energie de excitație. Reacția exoenergetică constă în faptul că în transformarea care urmează excitării 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 se unește.

Dacă ținem cont de scara macroscopică a eliberării de energie, atunci toate sau inițial cel puțin o parte din particulele substanței trebuie să aibă energia cinetică necesară pentru a excita reacțiile. Acest lucru este realizabil doar prin creșterea temperaturii mediului până la o valoare la care energia mișcării termice se apropie de pragul 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, dar 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 se realizează în practică numai în timpul sintezei celor mai ușoare nuclee, în care barierele Coulomb sunt minime (fuziune termonucleară).

Excitarea prin unirea particulelor nu necesită energie cinetică mare și, prin urmare, nu depinde de temperatura mediului, deoarece apare din cauza legăturilor neutilizate inerente forțelor atractive ale particulelor. Dar pentru a excita reacțiile, particulele în sine sunt necesare. Și dacă ne referim din nou la un act separat de reacție, ci la 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 făcute din substanțe care absorb puternic neutronii - de exemplu, bor sau cadmiu. Când tijele sunt introduse adânc, o reacție 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 ușoară a tijelor, procesul de lanț fie se va dezvolta, fie se va estompa. În acest fel este reglată puterea reactorului.

CNE Leningrad, reactor RBMK

Începerea funcționării reactorului:

În momentul inițial de timp după prima încărcare a combustibilului, nu există o reacție în lanț de fisiune în reactor, reactorul este într-o stare subcritică. Temperatura lichidului de răcire este semnificativ 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, condiție în care numărul de neutroni eliberați în timpul fisiunii nucleare trebuie să fie mai mare decât numărul de neutroni absorbiți. Acest lucru se poate face prin creșterea conținutului de uraniu-235 (cantitatea de bare 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 cea nominală. În această etapă, reactorul este încălzit 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 aceasta, puterea reactorului poate fi mărită la orice nivel în intervalul de la 2 la 100% din puterea nominală.

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

Reglare prin elemente absorbante solide, mobile

Pentru a schimba rapid reactivitatea, în marea majoritate a cazurilor se folosesc absorbante solide mobile. În reactorul RBMK, tijele de control conțin bucșe de carbură de bor închise într-un tub de aliaj de aluminiu cu diametrul de 50 sau 70 mm. Fiecare tijă de control este plasată într-un canal separat și este răcită cu apă din circuitul sistemului de control și protecție (sistem de control și protecție) la o temperatură medie de 50 ° C. În funcție de scopul lor, tijele sunt împărțite în AZ (protecție de urgență). ) tije există 24 de astfel de tije în RBMK. 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 miez de jos, restul de sus.

Reactorul VVER 1000 1 - sistem de comandă; 2 - capac reactor; 3 - corpul reactorului; 4 - bloc de conducte de protectie (BZT); 5 - arbore; 6 - carcasă miez; 7 - ansambluri combustibile (FA) si tije de control;

Elemente absorbante ardebile.

Pentru a compensa excesul de reactivitate după încărcarea combustibilului proaspăt, se folosesc adesea absorbante ardabile. 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 scădere ca urmare a absorbției neutronilor de către nucleele absorbante este mai mică sau egală cu rata de scădere ca urmare a fisiunii nucleelor ​​de combustibil. Dacă încărcăm un miez de reactor cu combustibil proiectat să funcționeze timp de un an, atunci este evident că numărul de nuclee de combustibil fisionabil la începutul funcționării 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, trebuie să le mișcăm continuu pe măsură ce numărul de nuclee de combustibil scade. Utilizarea absorbantelor ardabile reduce utilizarea tijelor mobile. În zilele noastre, absorbanții ardebili sunt adesea adăugați direct pe pelete de combustibil în timpul fabricării lor.

Controlul reactivității fluidelor.

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

Mecanismul de reacție în lanț

Un reactor nuclear poate funcționa la o putere dată timp îndelungat numai dacă are o rezervă de reactivitate la începutul funcționării. Excepție fac reactoarele subcritice cu sursă externă neutroni termici. Eliberarea reactivității legate pe măsură ce aceasta scade din motive naturale asigură menținerea stării critice a reactorului în fiecare moment al funcționării acestuia. Rezerva inițială de reactivitate este creată prin construirea unui miez cu dimensiuni care le depășesc semnificativ pe cele critice. Pentru a preveni ca reactorul să devină supercritic, k0 al mediului de reproducere este simultan redus artificial. Acest lucru se realizează prin introducerea de substanțe absorbante de neutroni în miez, care pot fi ulterior îndepărtate din miez. Ca și în elementele de control al reacției în lanț, substanțele absorbante sunt incluse în materialul tijelor cu una sau alta secțiune transversală care se deplasează prin canalele corespunzătoare din miez. Dar dacă una sau două sau mai multe tije sunt suficiente pentru reglare, atunci pentru a compensa excesul de reactivitate inițial, numărul de tije poate ajunge la sute. Aceste tije se numesc tije compensatoare. Tijele de control și compensare nu reprezintă neapărat elemente de proiectare 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 și a porni reactorul și pentru a trece de la un nivel de putere la altul. Toate aceste operațiuni necesită mici modificări ale reactivității. Tijele de compensare sunt îndepărtate treptat din miezul reactorului, asigurând o stare critică pe toată durata funcționării acestuia.

Uneori, tijele de control nu sunt fabricate din materiale absorbante, ci din material fisionabil sau material de împrăștiere. În reactoarele termice, acestea sunt în principal absorbanți de neutroni, nu există absorbitori rapidi de neutroni. Absorbanții precum cadmiul, hafniul și altele absorb puternic doar neutronii termici datorită apropierii primei rezonanțe de regiunea termică, iar în afara acesteia din urmă nu se deosebesc de alte substanțe în proprietățile lor absorbante. 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. Materialul absorbant dintr-un reactor cu neutroni rapidi poate fi doar bor, dacă este posibil îmbogățit cu izotopul 10B. 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 în timp ce aceasta scade în mod natural. Totuși, spre deosebire de un absorbant, o astfel de tijă este situată în afara miezului la începutul funcționării reactorului și apoi este introdusă în miez.

Materialele de împrăștiere utilizate în reactoarele rapide sunt nichelul, care are o secțiune transversală de împrăștiere pentru neutronii rapizi care este puțin mai mare decât secțiunile transversale ale altor 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 controlului reacției în lanț este servit de părțile mobile ale reflectoarelor de neutroni, care, atunci când sunt mutate, 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 unui reactor nuclear este 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 ar putea duce la un accident. Astfel de parametri pot include: 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, pentru a opri reactorul, un absorbant de lichid este injectat în bucla de răcire.

Pe lângă protecția activă, multe proiecte moderne includ și elemente de protecție pasivă. De exemplu, versiunile moderne ale reactoarelor VVER includ un „Sistem de răcire a miezului de urgență” (ECCS) - rezervoare speciale cu acid boric situat deasupra reactorului. În cazul unui accident de bază de proiectare maximă (ruperea primului circuit de răcire al reactorului), conținutul acestor rezervoare ajunge în interiorul miezului reactorului prin gravitație, 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 prevăzute trebuie să îndeplinească funcția de protecție în caz de urgență (EP). Protecția în caz de urgență trebuie să aibă cel puțin două grupuri independente de elemente de lucru. La semnalul AZ, părțile de lucru AZ trebuie activate din orice poziție de lucru sau intermediară.

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

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

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

Fiecare set de echipamente de protecție în caz de urgență trebuie proiectat astfel încât, pe întreaga gamă de modificări ale parametrilor tehnologici stabilite în proiectarea centralei reactoare (RP), protecția în caz de urgență să fie asigurată prin cel puțin trei canale independente pentru fiecare parametru tehnologic. pentru care este necesară protecția.

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

Protecția de urgență trebuie declanșată cel puțin în următoarele cazuri:

1. La atingerea setării AZ pentru densitatea fluxului de neutroni.
2. La atingerea setării AZ pentru rata de creștere a densității fluxului de neutroni.
3. Dacă tensiunea dispare în orice set de echipamente de protecție în caz de urgență și magistralele de alimentare CPS care nu au fost scoase din funcțiune.
4. În cazul defectării oricăror două dintre cele trei canale de protecție pentru densitatea fluxului de neutroni sau pentru rata de creștere a fluxului de neutroni în orice set de echipamente AZ care nu a fost scos din funcțiune.
5. Când setările AZ sunt atinse de parametrii tehnologici pentru care trebuie efectuată protecția.
6. La declanșarea AZ de la o cheie dintr-un punct de control al blocului (BCP) sau dintr-un punct de control al rezervă (RCP).

Poate cineva poate explica pe scurt, într-un mod și mai puțin științific, cum începe să funcționeze o centrală nucleară? :-)

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