เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คืออะไร: การทำงานและการใช้งาน

ครั้งแรก นิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้ในการทิ้งระเบิดเพื่อสร้าง 239Pu หลังจากนั้นเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้จะถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆเช่น การผลิตไฟฟ้า และยังใช้ในเรือขับเคลื่อนเพื่อสร้างไอโซโทปวิทยุและจ่ายความร้อน มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หลายประเภทในการออกแบบที่แตกต่างกันซึ่งการผลิตไฟฟ้าในเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการแยกตัวของนิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้บ่อย ได้แก่ PWR (Pressurized Water Reactor), BWR (Boiling Water Reactor) & PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor) บทความนี้กล่าวถึงภาพรวมของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ส่วนประกอบและประเภท

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คืออะไร?

คำจำกัดความ: เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นระบบที่จำเป็นในนิวเคลียร์ โรงไฟฟ้า . รวมถึงปฏิกิริยาการระบายนิวเคลียร์เพื่อสร้างความร้อนโดยใช้วิธีการที่เรียกว่าฟิชชัน ความร้อนที่เกิดขึ้นสามารถนำไปใช้ทำไอน้ำเพื่อปั่นได้ก กังหัน . เพื่อให้สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ ในทั่วโลกมีเครื่องปฏิกรณ์เชิงพาณิชย์หลายร้อยเครื่องในนั้นกว่า 90 เครื่องปฏิกรณ์ตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกา ดังนั้นพลังงานนิวเคลียร์จึงเป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานที่ใหญ่ที่สุดสำหรับการผลิตไฟฟ้าที่เชื่อถือได้และปราศจากคาร์บอน

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำงานอย่างไร?

หน้าที่หลักของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คือการควบคุมนิวเคลียร์ฟิชชัน หลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คือนิวเคลียร์ฟิชชันและเป็นวิธีการหนึ่งที่ใช้ในการแยก อะตอม เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใช้ยูเรเนียมซึ่งจะแปรรูปเป็นเม็ดเซรามิกขนาดเล็กและเรียงซ้อนกันเป็นแท่งเชื้อเพลิง การประกอบเชื้อเพลิงสามารถเกิดขึ้นได้จากแท่งเชื้อเพลิงกว่า 200 แท่ง โดยปกติแล้วแกนเครื่องปฏิกรณ์สามารถประดิษฐ์ผ่านชุดประกอบเหล่านี้ตามระดับของกำลัง

ในเรือของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แท่งเชื้อเพลิงจะอยู่ในน้ำ เพื่อให้มันสามารถทำหน้าที่เหมือนสารหล่อเย็นและสื่อกลางเพื่อช่วยในขณะที่ลดความเร็วของนิวตรอน นิวตรอนเหล่านี้สามารถสร้างขึ้นโดยการฟิชชันเพื่อรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่

หลังจากนั้นสามารถวางแท่งควบคุมลงในแกนเครื่องปฏิกรณ์เพื่อลดอัตราการเกิดปฏิกิริยา ความร้อนที่เกิดขึ้นผ่านกระบวนการฟิชชันสามารถทำให้น้ำกลายเป็นไอน้ำเพื่อหมุนกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าที่ปราศจากคาร์บอน

ส่วนประกอบ

จำเป็น ส่วนประกอบของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ส่วนใหญ่รวมสิ่งต่อไปนี้ แผนภาพเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสดงไว้ด้านล่าง

แผนภาพบล็อกเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

• แกน
• ตัวสะท้อนแสง
• แท่งควบคุม
• พิธีกร
• น้ำยาหล่อเย็น
• กังหัน
• บรรจุ
• คูลลิ่งทาวเวอร์
• การป้องกัน

แกน

แกนกลางในเครื่องปฏิกรณ์ประกอบด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เพื่อสร้างความร้อน ประกอบด้วยยูเรเนียมที่มีการปรับปรุงระบบควบคุมและวัสดุโครงสร้างน้อย รูปร่างของแกนกลางเป็นทรงกระบอกกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 ถึง 15 เมตร แกนกลางประกอบด้วยหมุดเชื้อเพลิงแต่ละตัว

ตัวสะท้อนแสง

ตัวสะท้อนจะถูกจัดเรียงไว้รอบ ๆ แกนกลางเพื่อจำลองด้านหลังของนิวตรอนที่ล้นออกมาจากผิวของแกนกลาง

แท่งควบคุม

แท่งควบคุมเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ได้รับการออกแบบให้มีองค์ประกอบมวลหนัก หน้าที่หลักของสิ่งนี้คือการดูดซับนิวตรอน เพื่อให้สามารถดำเนินต่อหรือหยุดปฏิกิริยาได้ ตัวอย่างหลักของแท่งเหล่านี้ ได้แก่ ตะกั่วแคดเมียมเป็นต้น
แท่งเหล่านี้ส่วนใหญ่จะใช้ในการสตาร์ทเครื่องปฏิกรณ์รักษาปฏิกิริยาในระดับคงที่และปิดเครื่องปฏิกรณ์

พิธีกร

หน้าที่หลักของไฟล์ ผู้ดูแลในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ คือการทำให้นิวตรอนช้าลงจากระดับพลังงานสูงและความเร็วสูง เพื่อให้มีโอกาสที่นิวตรอนจะชนแท่งเชื้อเพลิง e จะเพิ่มขึ้น

โมเดอเรเตอร์สมัยใหม่ที่ใช้ในปัจจุบันส่วนใหญ่ ได้แก่ H2o น้ำ, D2o น้ำหนัก, เบริลเลียมและกราไฟท์ คุณสมบัติของโมเดอเรเตอร์คือเสถียรภาพของความร้อนสูงรังสีและเสถียรภาพทางเคมีไม่กัดกร่อน ฯลฯ

น้ำยาหล่อเย็น

วัสดุที่ใช้ในการถ่ายเทความร้อนจากเชื้อเพลิงไปยังกังหันผ่านแกนกลางเช่นน้ำโซเดียมเหลวน้ำหนักฮีเลียมหรืออย่างอื่นเรียกว่าสารหล่อเย็น ลักษณะของสารหล่อเย็นส่วนใหญ่ ได้แก่ จุดหลอมเหลวต่ำจุดเดือดสูงไม่เป็นพิษความหนืดน้อยความเสถียรของรังสีและสารเคมีเป็นต้นสารหล่อเย็นที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ Hg, He, Co2, H2o

กังหัน

หน้าที่หลักของกังหันคือการถ่ายโอนพลังงานความร้อนจากอุปกรณ์หล่อเย็นไปยังไฟฟ้า

บรรจุ

การกักกันแยกเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ออกจากสภาพแวดล้อม โดยทั่วไปสิ่งเหล่านี้มีอยู่ในรูปทรงโดมและออกแบบด้วยคอนกรีตที่มีความหนาแน่นสูงและเสริมเหล็ก

คูลลิ่งทาวเวอร์

สิ่งเหล่านี้ถูกใช้โดยโรงไฟฟ้าบางประเภทเพื่อทำให้ความร้อนส่วนเกินซึ่งไม่สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนได้เนื่องจากกฎทางอุณหพลศาสตร์ อาคารเหล่านี้เป็นสัญลักษณ์ไฮเปอร์โบลิกสำหรับพลังงานนิวเคลียร์ อาคารเหล่านี้สามารถสร้างไอน้ำจืดได้

การป้องกัน

ปกป้องผู้ชายวัยทำงานจากผลของรังสี ในกระบวนการฟิชชันสามารถเกิดอนุภาคเช่นอัลฟาเบต้าแกมมานิวตรอนเร็วและช้าได้ ดังนั้นเพื่อให้เกิดความปลอดภัยจึงใช้ชั้นคอนกรีตหรือตะกั่วหนารอบเครื่องปฏิกรณ์ อนุภาคอัลฟาและเบต้าสามารถหยุดได้โดยใช้พลาสติกหรือโลหะหนา ๆ

ประเภทของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ทั่วโลกมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประเภทต่างๆ จากการออกแบบใช้ยูเรเนียมที่มีความเข้มข้นต่างกันซึ่งใช้เป็นเชื้อเพลิงผู้กลั่นกรองเพื่อชะลอกระบวนการฟิชชันและสารหล่อเย็นในการถ่ายเทความร้อน เครื่องปฏิกรณ์แบบ PWR หรือเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันเป็นเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด

PWR / เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน

เครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้ถูกใช้บ่อยที่สุดในทั่วโลก ใช้น้ำธรรมดาเหมือนทั้งโมเดอเรเตอร์และน้ำยาหล่อเย็น ด้วยเหตุนี้สารหล่อเย็นสามารถเร่งเพื่อหยุดการกระพริบเป็นไอเพื่อรักษาระหว่างกระบวนการ ปั๊มที่มีประสิทธิภาพเคลื่อนย้ายน้ำโดยใช้ท่อถ่ายเทความร้อนจากน้ำเดือดในวงรอง ไอที่เป็นผลลัพธ์จะขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

BWR / เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด

ในเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ light war จะทำหน้าที่เหมือนทั้งสารหล่อเย็นและตัวกลั่นกรอง น้ำหล่อเย็นตั้งทิ้งไว้ที่ความดันต่ำเพื่อให้น้ำเดือด ไอสามารถจ่ายโดยตรงไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูง

สิ่งเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าเครื่องปฏิกรณ์ชนิด CANDU เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้มีความหมายประมาณ 12% ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทั่วโลก สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่จะใช้ในสถานีนิวเคลียร์ของแคนาดาทั้งหมด เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ใช้น้ำหนักเช่นสารหล่อเย็นและสารปรับสภาพ ในฐานะเชื้อเพลิงใช้ยูเรเนียมธรรมชาติเนื่องจากในเครื่องปฏิกรณ์น้ำที่มีแรงดันสูงสามารถใช้สารหล่อเย็นสำหรับต้มน้ำธรรมดาในวงอื่นได้

เครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยแก๊ส

เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ใช้เฉพาะในสหราชอาณาจักร มีให้เลือกสองประเภทคือ Magnox และ AGR (เครื่องปฏิกรณ์ที่ระบายความร้อนด้วยแก๊สขั้นสูง) เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ใช้ C02 เช่นสารหล่อเย็นและกราไฟต์เช่นเดียวกับโมเดอเรเตอร์ เชื้อเพลิงที่ใช้ใน Magnox เป็นยูเรเนียมธรรมชาติในขณะที่ AGR ใช้ยูเรเนียมที่ปรับปรุงแล้ว

เครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์น้ำเบา

เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ใช้ในประเทศรัสเซีย ดังนั้นเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้จึงใช้น้ำธรรมดาเป็นสารหล่อเย็นและกราไฟต์เหมือนกับโมเดอเรเตอร์ ในเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดน้ำหล่อเย็นจะเดือดเมื่อจ่ายไปทั่วเครื่องปฏิกรณ์ ไอน้ำที่สร้างขึ้นจะถูกส่งไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันโดยตรง การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ประเภท LWG ในยุคแรกมักดำเนินการโดยไม่มีลักษณะด้านความปลอดภัย

เครื่องปฏิกรณ์พ่อพันธุ์แม่พันธุ์ที่รวดเร็ว

เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ใช้นิวตรอนอย่างรวดเร็วเพื่อเปลี่ยนวัสดุเช่น U238 และทอเรียม 232 เป็นวัสดุฟิสไซล์เพื่อเป็นเชื้อเพลิงให้กับเครื่องปฏิกรณ์ กระบวนการนี้รวมเข้ากับการรีไซเคิลซึ่งมีความสามารถในการเพิ่มทรัพยากรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่สามารถเข้าถึงได้ เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ดำเนินการในรัสเซีย

เครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็ก

SMR สมัยใหม่ได้รับการออกแบบอย่างประหยัดเป็นหลัก เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้กำลังเติบโตเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับกริดไฟฟ้าขนาดเล็กและอาจจะจ่ายความร้อนให้กับอุตสาหกรรมทรัพยากร เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ยังสามารถใช้ในกริดขนาดใหญ่เมื่อความต้องการเพิ่มขึ้น

เครื่องปฏิกรณ์ประเภท SMR บางตัวอยู่ในขั้นตอนที่ยากลำบากในการพัฒนาเช่นการใช้งานใต้ดินโดยสมบูรณ์ลดการใช้ที่ดินข้อกำหนดในการจัดหาบุคลากรและการรักษาความปลอดภัย เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้บางเครื่องมีระบบความปลอดภัยแบบพาสซีฟซึ่งทำงานได้นานถึง 4 ปีโดยไม่ต้องเติม

เครื่องปฏิกรณ์ชนิดอื่น ๆ ได้แก่ CANDU, ผู้เพาะพันธุ์อย่างรวดเร็ว, ทอเรียม, น้ำเดือด, น้ำแรงดัน, ปริซึม, เกลือหลอมเหลว, โมดูลาร์ขนาดเล็ก, เครื่องกำเนิดความร้อนด้วยไอโซโทป, เครื่องปฏิกรณ์แบบฟิวชั่น, RBMKs, Magnox, Pebble bed, Supercritical water-cooled, AES-2006 / เครื่องปฏิกรณ์ชนิด VVER-1000, VHTR, HTGR และ Research

การใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

การใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ รวมสิ่งต่อไปนี้

• สิ่งเหล่านี้ใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าและยังใช้ในการขับเคลื่อนทางทะเลด้วยนิวเคลียร์
• โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จัดหาพลังงานที่ต้องการเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้า
• สิ่งเหล่านี้ขับเคลื่อนใบพัดของเรือเพื่อหมุนเพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ดังนั้นทั้งหมดนี้จึงเกี่ยวกับไฟล์ ภาพรวมของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ . ในทำนองเดียวกันมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เชิงพาณิชย์หลายประเภทที่มีอยู่ทั่วโลกเช่นก๊าซระบายความร้อนด้วยนิวตรอนเร็วและกราไฟท์น้ำเบาน้ำแรงดันน้ำเดือดน้ำแรงดันสูงและเครื่องปฏิกรณ์แบบ Fast Breed นี่คือคำถามสำหรับคุณเชื้อเพลิงที่ใช้ใน PHWR คืออะไร?