Физические принципы атомной энергетики

Русская мебель XIX века
История мебели
ДИЗАЙН-ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОСТЮМА
Моделирование
Стиль
Ассортимент
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ДЕТСКОЙ ОДЕЖДЫ
ОБРАЗНО-АССОЦИАТИВНЫЙ ПОДХОД
К ПРЕКТИРОВАНИЮ КОСТЮМА
Ансамбль
КЛАССИФИКАЦИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
И КОЛЛЕКЦИЙ
ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В СОВРЕМЕННОМ
ДИЗАЙНЕ ОДЕЖДЫ
Художественное восприятие произведений
дизайна
Работа с деревом Советы мастера
Курс
лекций по ТОЭ и типовые задания
Источники электрической энергии
Расчет цепей постоянного тока по законам
Кирхгофа
Выполним расчет цепи по методу контурных токов
Реактивные сопротивления элементов цепи
Найдем комплексные амплитуды токов
Параметры элементов схем реактивных
двухполюсников
Амплитудный и фазовый спектры напряжения
Расчет переходных процессов в электрических
цепях
Найти токи во всех ветвях
Расчет переходных процессов при импупьсных
воздействиях

Атомная энергетика

Энергетический реактор на быстрых нейтронах
Принцип работы атомных электрических станций
Примеры курсового расчета по дисциплине
"Теоретическая механика"
Проекция силы на ось
Уравнения равновесия плоской системы
сходящихся сил
Момент сил относительно точки и оси
Сумма статических моментов
Ускорение точки
Кинематические пары и цепи
Работа и мощность при вращательном движении
Сила трения качения
Построение эпюр продольных сил
Расчеты на срез и смятие
Расчеты на прочность и жесткость
Понятие о сложном деформированном
состоянии
Понятие о теориях прочности
Основные требования к машинам и деталям
Классификация машин
Храповые механизмы
Ременные передачи
Шпоночные и зубчатые (шлицевые) соединения
Назначение и классификация муфт
Сварные соединения

 

Основные этапы ядерного топливного цикла

Для того, чтобы освоить практическое исполь­зование ядерной энергетики, разрабо­тать и построить эф­фективные, надёжные и безопас­ные ядер­ные реакторы, людям потребовалось глубоко изучить теорию атомно-го ядра, на-учиться создавать и поддерживать условия, при которых протекает управляемая цепная реакция деления ядер, исследовать физические и химические свойства ядерного горючего, найти и создать необходимые конструкционные материалы, реализовать очень сложные технологии обогащения урана и обращения с радиоактивным облучённым топливом. Длинным оказывается даже простой список важнейших задач, возникающих и решаемых в ядерной энергетике. Несколько лекций могут быть только введением в круг этих вопросов. В рамках настоящей лекции мы обсудим самые основные физические принципы ядерной энергетики, а также увидим, как эти принципы можно объединить в одну систему между собой и с основными этапами ядерного топливного цикла.

Краткое содержание лекции

· Структура атомного ядра. Ядерные реакции и цепная реакция деления ядер;

· Состав горючего атомных реакторов. Возмож-ность воспроизводства делящихся изотопов;

· Облучённое топливо, отработавшее в реакторе. Состав и возможности переработки;

· Краткие характеристики основных этапов ядерного топливного цикла;

Структура и деление атомного ядра

Ядра атомов представляют собой системы из протонов и нейтронов, связанных очень большими силами притяжения, действующими только на очень маленьких расстояниях. Характерный размер ядра – 10-5 нм.

Как и большинство других физических систем, ядра стремятся к конфигурациям, минимизирующим суммарную энергию протонов и нейтронов. Самым оптимальным для этого размером является размер ядра железа. Если же размер ядра примерно в два раза больше, то такое ядро (например, ядро урана-235 или плутония-239) при распаде на два осколка выделяет большую энергию, примерно в миллион раз большую, чем энергии химических реакций.

Деление атомного ядра

Рис. 1. Деление атомного ядра

Процесс столкновения нейтрона с ядром

Рис. 2. Процесс столкновения нейтрона с ядром

Цепная реакция деления ядер

Рис. 3. Цепная реакция деления ядер

Утечка нейтронов из реактора

Утечка нейтронов из реактора при недостаточных количестве или плотности вещества

Рис. 4. Утечка нейтронов из реактора при недостаточных количестве или плотности вещества. Препятствует протеканию цепной реакции

Критический радиус

Критический радиус реактора

Рис. 5. Критический радиус реактора соответствует ситуации, когда утечка нейтронов достаточно мала для поддержания цепной реакции

Делящиеся вещества

Таблица 1

Делящиеся вещества

Изотоп

Критическая масса, кг

Критический диаметр,см

232Th

232Th + n ® (233Th)*  233U

233U

14.4

11.3

235U

45.6

16.6

238U

238U + n ® (239U)*  239Pu

238Pu

8.2

9.29

239Pu

10.3

10.0

241Pu

12.4

10.7

242Am

12.8

12.2

243Cm

9.9

11.2

Стационарная работа реактора

Стационарная цепная реакция

Рис. 6. Стационарная цепная реакция

Осколки деления

Распределение осколков деления по массам

Рис. 7. Распределение осколков деления по массам

Радиоактивность ядерного горючего

Таблица 2

Радиологическая опасность ядерного горючего

3.5 % 235U

Реакт. Pu

Оруж. Pu

Выделение
тепла, Вт/кг

0.012

340

52

Индекс ра­диолог. опас­ности, м3/г

6.5

28×106

4.2×106

Реакторный плутоний: 1.3% Pu-238, 60.3% Pu-239, 24.3% Pu-240, 5.6% Pu-241, 5.0% Pu-242, 3.5% Am-241

Оружейный плутоний: 0.01% Pu-238, 93.8% Pu-239, 5.8% Pu-240, 0.13% Pu-241, 0.02% Pu-242, 0.22% Am-241

Добыча и обработка урановой руды

Добыча и обработка урановой руды

· В состав горных пород уран вхо­дит преиму­щественно как оксид U3O8; Содержание урана в породе – от 0.05 до ~1 %;

Состав природного урана:

238U – 99.28%,
235U – 0.71%,

234U – 0.005%

Общие запасы урана – около 1014 тонн

Процессы извлечения урана из руды

· Дробление и удаление пустой породы;

· Выщелачивание урана кислотами или щелочами;

· Выделение урана из растворов методами сорбции, экстракции, химического осаждения;

· Получение уранового концентрата, чистых соединений природного урана

Методы повышения содержания урана в руде

· Радиометрическое обогащение. Выби­раются куски породы, имеющие более высокую гамма-активность;

· Гравитационное обогащение. В водном потоке тяжёлые частицы с ураном быстрее опускаются на дно;

· Флотационное обогащение. Частицы различ­ных минералов по-разному прилипают к пузырькам воздуха, пропускаемым через водную взвесь

Гексафторид урана UF6

· Фтор содержит только один стабильный изотоп 19F;

· UF6 может находиться и в газообразном, и в твёр­дом, и в жидком состояниях при умеренных темпе­ратурах и давлениях; Тройная точка – T = 64°С, P = 1.5 атм;

· В реакции с газообразным фтором получают ура­нил-фторид UO2F2. Затем при пониженной темпе­ратуре (~270°С) в реакции с фтором из UO2F2 об­разуется UF6.

Обогащение урана изотопом 235U

· Более лёгкий 235UF6 стремится к центру центрифуги.

Схема простейшего каскада из разделительных элементов для обогащения урана

Рис. 8. Схема простейшего каскада из разделительных элементов для обогащения урана

На главную