Принцип работы и схема устройства ядерного реактора: как работает

Последние полвека доля ядерной энергии, используемой человечеством, заметно выросла. Без неё не запустятся электрические двигатели и компьютеры – основа для создания практически всех продуктов и предоставления услуг, необходимых человеку для жизнедеятельности и развития. Рассмотрим, как устроен генерирующий электроэнергию ядерный реактор (ЯР) и принцип его работы.

Ядерный реактор: что это такое

Первый ЯР создан в 1942 году в США, второй – в 1945 в Канаде, в СССР – годом спустя. Являются основой атомных станций. Кроме генерирования электрической энергии последние хранят её и передают потребителю, придав электроэнергии нужные параметры. Ядерный реактор – технически сложное устройство для организации самоподдерживаемой ядерной реакции и управления ею. 

Как работает ядерный реактор, его схема, устройство

Принцип работы атомного реактора заключается в поддержании цепной ядерной реакции – делении ядер тяжёлых элементов. Вследствие преобразования радиоактивных химических элементов в активной зоне агрегата в более простые высвобождается масса быстрых нейтронов. Они замедляются графитовыми стержнями, расположенными в обычной воде H₂O либо тяжёлой – дейтерий с формулой D₂O.

Высокоэнергетическое инфракрасное излучение кипятит воду. Горячая жидкость направляется на парогенератор, оттуда под высоким давлением – на лопасти многоступенчатой турбины. Вращаясь сама, турбина приводит в движение электрогенератор, который превращает механическую энергию в электрическую. Та поступает на электрораспределительные станции с трансформаторами, оттуда – к потребителю.

Графитовые стержни и вода (дейтерий) называются замедлителем.

Устройство ядерного реактора приведено на схеме выше, где:

1. Управляющий графитовый стержень для поддержания параметров ядерной реакции, её остановки.


2. Защитная среда, непроницаемая для радиации.


3. Изолятор тепловой энергии.


4. Замедлитель – среда, снижающая кинетическую энергию нейтронов путём их столкновения для самоподдержания реакции.


5. Ядерное топливо или тепловыделяющий элемент.


6. Теплоноситель – обычная или тяжёлая вода – передаёт тепловую энергию из активной зоны в парогенератор.

Всё это называется активной зоной ядерного реактора. В качестве топлива в нём обычно применяют уран-235, реже – изотопы плутония, тория. У него нестабильное ядро из-за недостатка нейтронов. При столкновении с ним нейтрона ядро расщепляется и само испускает нейтроны. И так по цепочке.

Конструкция реактора помещена в так называемый отражатель нейтронов.

Мы разобрались, как работает атомный реактор. Кроме атомных станций миниатюрными установками оснащаются подводные лодки, ледоколы, корабли.