Kodolreaktors, darbības princips, kodolreaktora darbība. Pirmais kodolreaktors – kurš to izgudroja

Uzcelta zem rietumu tribīnēm futbola laukums no Čikāgas universitātes un ieslēgts 1942. gada 2. decembrī, Čikāgas Pile-1 (CP-1) bija pasaulē pirmais kodolreaktors. Tas sastāvēja no grafīta un urāna blokiem, un tajā bija arī kadmija, indija un sudraba kontroles stieņi, taču tam nebija aizsardzības pret radiāciju vai dzesēšanas sistēmas. Projekta zinātniskais direktors, fiziķis Enriko Fermi CP-1 raksturoja kā "mitru melnu ķieģeļu un koka baļķu kaudzi".

Darbs pie reaktora sākās 1942. gada 16. novembrī. ir izdarīts grūts darbs. Fiziķi un universitātes darbinieki strādāja visu diennakti. Viņi uzbūvēja režģi no 57 urāna oksīda slāņiem un urāna lietņiem, kas iestrādāti grafīta blokos. Koka rāmis atbalstīja konstrukciju. Fermi protežē Leona Vudsa - vienīgā sieviete projektā - veica rūpīgus mērījumus, kad kaudze auga.

1942. gada 2. decembrī reaktors bija gatavs pārbaudei. Tajā bija 22 000 urāna lietņu, un tajā tika izmantotas 380 tonnas grafīta, kā arī 40 tonnas urāna oksīda un sešas tonnas urāna metāla. Reaktora uzbūvēšanai bija nepieciešami 2,7 miljoni dolāru. Eksperiments sākās 09:45. Tajā piedalījās 49 cilvēki: Fermi, Compton, Szilard, Zinn, Heberry, Woods, jauns galdnieks, kurš izgatavoja grafīta blokus un kadmija stieņus, ārsti, parastie studenti un citi zinātnieki.

Trīs cilvēki veidoja “pašnāvnieku vienību” - viņi bija daļa no drošības sistēmas. Viņu uzdevums bija nodzēst ugunsgrēku, ja kaut kas noiet greizi. Bija arī kontrole: vadības stieņi, kurus vadīja manuāli, un avārijas stienis, kas tika piesiets pie balkona margām virs reaktora. Avārijas gadījumā virvi nācās pārgriezt speciāli uz balkona dežurējošam cilvēkam un stienis dzēstu reakciju.

15:53 ​​pirmo reizi vēsturē sākās pašpietiekama kodolenerģijas ķēdes reakcija. Eksperiments bija veiksmīgs. Reaktors darbojās 28 minūtes.

Dizains un darbības princips

Enerģijas atbrīvošanas mehānisms

Vielas transformāciju pavada brīvās enerģijas izdalīšanās tikai tad, ja vielai ir enerģijas rezerve. Pēdējais nozīmē, ka vielas mikrodaļiņas atrodas stāvoklī ar miera enerģiju, kas ir lielāka nekā citā iespējamā stāvoklī, uz kuru pastāv pāreja. Spontānu pāreju vienmēr novērš enerģijas barjera, kuras pārvarēšanai mikrodaļiņai jāsaņem noteikts enerģijas daudzums no ārpuses – ierosmes enerģija. Eksoenerģētiskā reakcija sastāv no tā, ka transformācijā pēc ierosmes tiek atbrīvots vairāk enerģijas, nekā nepieciešams procesa ierosināšanai. Ir divi veidi, kā pārvarēt enerģijas barjeru: vai nu sadursmju daļiņu kinētiskās enerģijas dēļ, vai arī savienojošās daļiņas saistīšanas enerģijas dēļ.

Ja paturam prātā enerģijas izdalīšanās makroskopisko mērogu, tad visām vai sākumā vismaz kādai vielas daļiņu daļai ir jābūt kinētiskajai enerģijai, kas nepieciešama reakciju ierosināšanai. Tas ir sasniedzams, tikai palielinot vides temperatūru līdz vērtībai, pie kuras siltuma kustības enerģija tuvojas enerģijas slieksnim, kas ierobežo procesa gaitu. Molekulāro transformāciju gadījumā tas ir ķīmiskās reakcijas, šāds pieaugums parasti ir simtiem kelvinu, bet kodolreakciju gadījumā tas ir vismaz 10 7, jo saduras kodolu Kulona barjeras ir ļoti lielas. Kodolreakciju termiskā ierosme praksē tiek veikta tikai vieglāko kodolu sintēzes laikā, kurā Kulona barjeras ir minimālas (termonukleārā saplūšana).

Uzbudināšana, savienojot daļiņas, neprasa daudz kinētiskā enerģija, un tāpēc tas nav atkarīgs no vides temperatūras, jo tas rodas neizmantoto saišu dēļ, kas raksturīgas pievilcīgo spēku daļiņām. Bet, lai izraisītu reakcijas, ir nepieciešamas pašas daļiņas. Un, ja mēs atkal domājam nevis atsevišķu reakcijas aktu, bet gan enerģijas ražošanu makroskopiskā mērogā, tad tas ir iespējams tikai tad, kad notiek ķēdes reakcija. Pēdējais rodas, kad daļiņas, kas ierosina reakciju, atkal parādās kā eksoenerģētiskas reakcijas produkti.

Dizains

Jebkurš kodolreaktors sastāv no šādām daļām:

• Serde ar kodoldegvielu un moderatoru;
• Neitronu reflektors, kas ieskauj serdi;
• Ķēdes reakcijas kontroles sistēma, ieskaitot avārijas aizsardzību;
• Radiācijas aizsardzība;
• Tālvadības sistēma.

Fiziskie darbības principi

Skatiet arī galvenos rakstus:

Kodolreaktora pašreizējo stāvokli var raksturot ar efektīvo neitronu reizināšanas koeficientu k vai reaktivitāte ρ , kas ir saistīti ar šādu attiecību:

Šiem daudzumiem raksturīgas šādas vērtības:

• k> 1 - ķēdes reakcija laika gaitā palielinās, reaktors ir iekšā superkritisks stāvoklis, tā reaktivitāte ρ > 0;
• k < 1 - реакция затухает, реактор - subkritisks, ρ < 0;
• k = 1, ρ = 0 - kodola skaldīšanas gadījumu skaits ir nemainīgs, reaktors atrodas stabilā stāvoklī kritisks stāvokli.

Kodolreaktora kritiskuma nosacījums:

, Kur

Reizināšanas koeficienta maiņa pret vienotību tiek panākta, līdzsvarojot neitronu pavairošanu ar to zudumiem. Faktiski zaudējumiem ir divi iemesli: uztveršana bez skaldīšanas un neitronu noplūde ārpus audzēšanas vides.

Ir skaidrs, ka k< k 0 , поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k 0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k 0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны.

k 0 termiskajiem reaktoriem var noteikt ar tā saukto “4 faktoru formulu”:

, Kur

• η ir neitronu iznākums divām absorbcijām.

Mūsdienu jaudas reaktoru tilpumi var sasniegt simtiem m³, un tos galvenokārt nosaka nevis kritiskuma apstākļi, bet gan siltuma noņemšanas iespējas.

Kritiskais apjoms kodolreaktors - reaktora aktīvās zonas tilpums kritiskā stāvoklī. Kritiskā masa- reaktora skaldāmā materiāla masa, kas atrodas kritiskā stāvoklī.

Reaktoriem, kuros degviela ir tīru skaldāmo izotopu sāļu ūdens šķīdumi ar ūdens neitronu reflektoru, ir viszemākā kritiskā masa. 235 U šī masa ir 0,8 kg, 239 Pu - 0,5 kg. Tomēr ir plaši zināms, ka kritiskā masa LOPO reaktoram (pasaulē pirmais bagātinātā urāna reaktors), kuram bija berilija oksīda reflektors, bija 0,565 kg, neskatoties uz to, ka izotopa 235 bagātināšanas pakāpe bija tikai nedaudz lielāka. nekā 14%. Teorētiski tai ir mazākā kritiskā masa, kurai šī vērtība ir tikai 10 g.

Lai samazinātu neitronu noplūdi, serdenim tiek piešķirta sfēriska vai tuvu sfēriska forma, piemēram, īss cilindrs vai kubs, jo šiem skaitļiem ir vismazākā virsmas laukuma un tilpuma attiecība.

Neskatoties uz to, ka vērtība (e - 1) parasti ir maza, ātro neitronu vairošanās loma ir diezgan liela, jo lieliem kodolreaktoriem (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Lai sāktu ķēdes reakciju, parasti pietiek ar neitroniem, kas rodas urāna kodolu spontānās skaldīšanas laikā. Reaktora iedarbināšanai ir iespējams izmantot arī ārēju neitronu avotu, piemēram, un vai citu vielu maisījumu.

Joda bedre

Galvenais raksts: Joda bedre

Joda bedre - kodolreaktora stāvoklis pēc tā izslēgšanas, ko raksturo īslaicīga izotopa ksenona uzkrāšanās. Šis process izraisa īslaicīgu ievērojamas negatīvas reaktivitātes parādīšanos, kas savukārt padara neiespējamu noteiktā laika posmā (apmēram 1-2 dienās) sasniegt reaktora paredzēto jaudu.

Klasifikācija

Pēc mērķa

Atbilstoši to izmantošanas veidam kodolreaktorus iedala:

• Jaudas reaktori, kas paredzēts enerģētikā izmantojamās elektroenerģijas un siltumenerģijas ražošanai, kā arī jūras ūdens atsāļošanai (atsāļošanas reaktori arī tiek klasificēti kā rūpnieciskie). Šādus reaktorus galvenokārt izmanto atomelektrostacijās. Mūsdienu spēka reaktoru siltuma jauda sasniedz 5 GW. Atsevišķā grupā ietilpst:
  • Transporta reaktori, kas paredzēti enerģijas padevei transportlīdzekļu dzinējiem. Plašākās pielietojuma grupas ir jūras transporta reaktori, ko izmanto zemūdenēs un dažādos virszemes kuģos, kā arī kosmosa tehnoloģijās izmantotie reaktori.
• Eksperimentālie reaktori, paredzēts dažādu fizikālu lielumu izpētei, kuru vērtība ir nepieciešama kodolreaktoru projektēšanai un darbībai; Šādu reaktoru jauda nepārsniedz vairākus kW.
• Pētniecības reaktori, kurā kodolā radītās neitronu un gamma kvantu plūsmas tiek izmantotas pētījumiem kodolfizikas, cietvielu fizikas, radiācijas ķīmijas, bioloģijas jomā, materiālu testēšanai, kas paredzēti darbam intensīvās neitronu plūsmās (tostarp kodolreaktoru daļās). izotopu ražošana. Pētniecisko reaktoru jauda nepārsniedz 100 MW. Atbrīvotā enerģija parasti netiek izmantota.
• Rūpnieciskie (ieroči, izotopu) reaktori, ko izmanto, lai ražotu izotopus, ko izmanto dažādās jomās. Visplašāk izmanto kodolieroču materiālu, piemēram, 239 Pu, ražošanai. Kā rūpnieciskie tiek klasificēti arī reaktori, ko izmanto jūras ūdens atsāļošanai.

Bieži vien reaktorus izmanto, lai atrisinātu divas vai vairākas dažādas problēmas, un tādā gadījumā tos sauc daudzfunkcionāls. Piemēram, daži jaudas reaktori, īpaši kodolenerģijas sākumposmā, bija paredzēti galvenokārt eksperimentiem. Ātri neitronu reaktori var vienlaikus ražot enerģiju un ražot izotopus. Rūpnieciskie reaktori papildus savam galvenajam uzdevumam bieži ražo elektrisko un siltumenerģiju.

Pēc neitronu spektra

• Termiskais (lēns) neitronu reaktors (“termiskais reaktors”)
• Ātro neitronu reaktors ("ātrs reaktors")

Pēc degvielas novietošanas

• Heterogēni reaktori, kur kodolā diskrēti tiek ievietota degviela bloku veidā, starp kuriem ir moderators;
• Homogēni reaktori, kur degviela un moderators ir viendabīgs maisījums (homogēna sistēma).

Heterogēnajā reaktorā degvielu un moderatoru var telpiski atdalīt, jo īpaši dobuma reaktorā moderators-reflektors ieskauj dobumu ar degvielu, kas nesatur moderatoru. No kodolfizikālā viedokļa viendabīguma/neviendabīguma kritērijs ir nevis konstrukcija, bet gan degvielas bloku izvietojums attālumā, kas pārsniedz neitronu moderatora garumu noteiktā moderatorā. Tādējādi reaktori ar tā saukto “tuvējo režģi” ir veidoti kā viendabīgi, lai gan tajos degviela parasti tiek atdalīta no moderatora.

Kodoldegvielas blokus neviendabīgā reaktorā sauc par degvielas komplektiem (FA), kas atrodas kodolā parastā režģa mezglos, veidojot šūnas.

Pēc degvielas veida

• urāna izotopi 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
• plutonija izotops 239 (239 Pu), arī izotopi 239-242 Pu maisījuma veidā ar 238 U (MOX degviela)
• torija izotops 232 (232 Th) (pārveidojot uz 233 U)

Pēc bagātināšanas pakāpes:

• dabiskais urāns
• vāji bagātināts urāns
• augsti bagātināts urāns

Pēc ķīmiskā sastāva:

• metāls U
• UC (urāna karbīds) utt.

Pēc dzesēšanas šķidruma veida

• Gāze (sk. Grafīta gāzes reaktoru)
• D 2 O (smagais ūdens, skatiet Smagā ūdens kodolreaktors, CANDU)

Pēc moderatora veida

• C (grafīts, sk. Grafīta gāzes reaktors, Grafīta-ūdens reaktors)
• H2O (ūdens, skatiet Vieglā ūdens reaktors, Ūdens dzesēšanas reaktors, VVER)
• D 2 O (smagais ūdens, skatiet Smagā ūdens kodolreaktors, CANDU)
• Metālu hidrīdi
• Bez moderatora (skatīt Ātrais reaktors)

Pēc dizaina

Ar tvaika ģenerēšanas metodi

• Reaktors ar ārēju tvaika ģeneratoru (sk. Ūdens-ūdens reaktors, VVER)

SAEA klasifikācija

• PWR (hermetizētā ūdens reaktori) - ūdens-ūdens reaktors (spiedienūdens reaktors);
• BWR (boiling water reactor) - verdoša ūdens reaktors;
• FBR (fast Breeder Reactor) - ātrā pavairotāja reaktors;
• GCR (gāzes dzesēšanas reaktors) - ar gāzi dzesēts reaktors;
• LWGR (vieglā ūdens grafīta reaktors) - grafīta-ūdens reaktors
• PHWR (hermetizēts smagā ūdens reaktors) - smagā ūdens reaktors

Pasaulē visizplatītākie ir spiediena ūdens (apmēram 62%) un verdoša ūdens (20%) reaktori.

Reaktora materiāli

Materiāli, no kuriem būvēti reaktori, darbojas augstā temperatūrā neitronu, γ kvantu un skaldīšanas fragmentu laukā. Tāpēc ne visi citās tehnoloģiju nozarēs izmantotie materiāli ir piemēroti reaktoru celtniecībai. Izvēloties reaktora materiālus, tiek ņemta vērā to radiācijas izturība, ķīmiskā inerce, absorbcijas šķērsgriezums un citas īpašības.

Materiālu radiācijas nestabilitātei ir mazāka ietekme augstās temperatūrās. Atomu kustīgums kļūst tik liels, ka ievērojami palielinās iespējamība, ka no kristāliskā režģa izsisti atomi atgriezīsies savās vietās vai ūdeņraža un skābekļa rekombinācija ūdens molekulā. Tādējādi enerģētiskajos nevārīšanās reaktoros (piemēram, VVER) ūdens radiolīze ir nenozīmīga, savukārt jaudīgos pētniecības reaktoros izdalās ievērojams daudzums sprādzienbīstama maisījuma. Reaktoros ir speciālas sistēmas tā sadedzināšanai.

Reaktora materiāli saskaras viens ar otru (degvielas apvalks ar dzesēšanas šķidrumu un kodoldegvielu, degvielas kasetes ar dzesēšanas šķidrumu un moderatoru utt.). Protams, saskares materiāliem jābūt ķīmiski inertiem (saderīgiem). Nesaderības piemērs ir urāna un karstā ūdens nonākšana ķīmiskā reakcijā.

Lielākajai daļai materiālu stiprības īpašības strauji pasliktinās, palielinoties temperatūrai. Jaudas reaktoros konstrukcijas materiāli darbojas augstā temperatūrā. Tas ierobežo būvmateriālu izvēli, īpaši tām spēka reaktora daļām, kurām jāiztur augsts spiediens.

Kodoldegvielas izdegšana un atražošana

Kodolreaktora darbības laikā, akumulējoties kurināmā skaldīšanas fragmentiem, mainās tās izotopiskais un ķīmiskais sastāvs, veidojas transurāna elementi, galvenokārt izotopi. Sadalīšanās fragmentu ietekmi uz kodolreaktora reaktivitāti sauc saindēšanās(radioaktīviem fragmentiem) un izdedžu(stabiliem izotopiem).

Galvenais reaktora saindēšanās iemesls ir , kam ir lielākais neitronu absorbcijas šķērsgriezums (2,6·10 6 barn). 135 Xe pussabrukšanas periods T 1/2 = 9,2 stundas; Raža sadalīšanas laikā ir 6-7%. Lielākā daļa 135 Xe veidojas sabrukšanas rezultātā ( T 1/2 = 6,8 stundas). Saindēšanās gadījumā Keff mainās par 1-3%. Lielais 135 Xe absorbcijas šķērsgriezums un starpprodukta izotopa 135 I klātbūtne izraisa divas svarīgas parādības:

1. Uz 135 Xe koncentrācijas palielināšanos un līdz ar to reaktora reaktivitātes samazināšanos pēc tā apturēšanas vai jaudas samazināšanas (“joda bedre”), kas padara neiespējamas īslaicīgas apstāšanās un izejas jaudas svārstības. . Šis efekts tiek pārvarēts, ieviešot reaktivitātes rezervi regulatīvajās iestādēs. Joda urbuma dziļums un ilgums ir atkarīgs no neitronu plūsmas Ф: pie Ф = 5·10 18 neitroni/(cm²·s) joda urbuma ilgums ir ˜ 30 stundas, un dziļums ir 2 reizes lielāks nekā stacionārais. Kefa izmaiņas, ko izraisījusi saindēšanās ar 135 Xe.
2. Saindēšanās dēļ var rasties neitronu plūsmas F un līdz ar to arī reaktora jaudas telpiskās un laika svārstības. Šīs svārstības notiek pie Ф > 10 18 neitroni/(cm² sek) un lieli izmēri reaktors. Svārstību periodi ~ 10 stundas.

Kad notiek kodola skaldīšanās liels skaits stabili fragmenti, kas atšķiras pēc absorbcijas šķērsgriezumiem salīdzinājumā ar skaldāmā izotopa absorbcijas šķērsgriezumu. Fragmentu koncentrācija ar lieliska vērtība Absorbcijas šķērsgriezums sasniedz piesātinājumu dažu pirmo dienu laikā pēc reaktora darbības. Tie galvenokārt ir dažāda vecuma degvielas stieņi.

Pilnīgas degvielas maiņas gadījumā reaktoram ir pārmērīga reaktivitāte, kas ir jākompensē, savukārt otrajā gadījumā kompensācija ir nepieciešama tikai pirmo reizi iedarbinot reaktoru. Nepārtraukta pārslodze ļauj palielināt degšanas dziļumu, jo reaktora reaktivitāti nosaka skaldāmo izotopu vidējās koncentrācijas.

Iekrautās degvielas masa pārsniedz izkrautās degvielas masu atbrīvotās enerģijas “svara” dēļ. Pēc reaktora izslēgšanas, vispirms galvenokārt aizkavētu neitronu izraisītas skaldīšanas dēļ, un pēc 1-2 minūtēm skaldīšanas fragmentu un transurāna elementu β un γ starojuma dēļ turpinās enerģijas izdalīšanās degvielā. Ja reaktors pirms apstāšanās strādāja pietiekami ilgi, tad 2 minūtes pēc apstāšanās enerģijas izdalīšanās ir aptuveni 3%, pēc 1 stundas - 1%, pēc dienas - 0,4%, pēc gada - 0,05% no sākotnējās jaudas.

Kodolreaktorā izveidoto skaldāmo Pu izotopu skaita attiecību pret sadegušo 235 U daudzumu sauc. reklāmguvumu līmenis K K . K K vērtība palielinās, samazinoties bagātināšanai un izdegšanai. Smagā ūdens reaktoram, kurā izmanto dabisko urānu, kura sadegšana ir 10 GW dienā/t K K = 0,55 un ar nelieliem sadegumiem (šajā gadījumā sauc par K K sākotnējais plutonija koeficients) K K = 0,8. Ja kodolreaktors sadedzina un ražo vienus un tos pašus izotopus (selekcijas reaktors), tad vairošanās ātruma attiecību pret sadegšanas ātrumu sauc reprodukcijas ātrums K V. Kodolreaktoros, kuros izmanto termiskos neitronus K V< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах К В может достигать 1,4-1,5. Рост К В для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов g aug un A krīt.

Kodolreaktora kontrole

Kodolreaktora vadība iespējama tikai tāpēc, ka skaldīšanas laikā daļa neitronu no fragmentiem izlido ar kavēšanos, kas var svārstīties no vairākām milisekundēm līdz vairākām minūtēm.

Reaktora vadīšanai tiek izmantoti absorbcijas stieņi, kas ievietoti aktīvā, izgatavoti no materiāliem, kas spēcīgi absorbē neitronus (galvenokārt un dažus citus) un/vai borskābes šķīduma. noteikta koncentrācija pievieno dzesēšanas šķidrumam (bora regulēšana). Tiek kontrolēta stieņu kustība īpaši mehānismi, piedziņas, kas darbojas saskaņā ar signāliem no operatora vai iekārtas neitronu plūsmas automātiskai kontrolei.

Atšķirīgu gadījumā ārkārtas situācijas Katrā reaktorā tiek nodrošināta ķēdes reakcijas avārijas pārtraukšana, kas tiek veikta, visus absorbējošos stieņus nolaižot kodolā - avārijas aizsardzības sistēmā.

Atlikušais siltums

Svarīgs jautājums, kas tieši saistīts ar kodoldrošību, ir sabrukšanas siltums. Tā ir kodoldegvielas īpatnība, kas sastāv no tā, ka pēc skaldīšanas ķēdes reakcijas pārtraukšanas un jebkuram enerģijas avotam ierastās termiskās inerces, siltuma izdalīšanās reaktorā turpinās. uz ilgu laiku, kas rada vairākas tehniski sarežģītas problēmas.

Atlikušais siltums ir reaktora darbības laikā degvielā uzkrājušos dalīšanās produktu β- un γ-sabrukšanas sekas. Sadalīšanās produktu kodoli sabrukšanas rezultātā pārvēršas stabilākā vai pilnīgi stabilākā stāvoklī, atbrīvojot ievērojamu enerģiju.

Lai gan sabrukšanas siltuma izdalīšanās ātrums ātri samazinās līdz vērtībām, kas ir mazas salīdzinājumā ar līdzsvara stāvokļa vērtībām, jaudīgos jaudas reaktoros tas ir nozīmīgs absolūtās vērtības. Šī iemesla dēļ ir nepieciešama atlikušā siltuma ražošana ilgu laiku nodrošināt siltuma noņemšanu no reaktora aktīvās zonas pēc izslēgšanas. Šis uzdevums paredz, ka reaktora iekārtas projektēšanā ir dzesēšanas sistēmas ar uzticamu elektroenerģijas padevi, kā arī ir nepieciešama ilgstoša (3-4 gadi) izlietotās kodoldegvielas uzglabāšana glabātavās ar speciālām temperatūras apstākļi- dzesēšanas baseini, kas parasti atrodas tiešā reaktora tuvumā.

Skatīt arī

• Padomju Savienībā projektēto un būvēto kodolreaktoru saraksts

Literatūra

• Levins V.E. Kodolfizika un kodolreaktori. 4. izd. - M.: Atomizdāts, 1979.
• Šukoļukovs A. Yu “Urāns. Dabiskais kodolreaktors." “Ķīmija un dzīve” Nr. 6, 1980, 1. lpp. 20-24

Piezīmes

1. "ZEEP - Kanādas pirmais kodolreaktors", Kanādas Zinātnes un tehnoloģiju muzejs.
2. Grešilovs A. A., Egupovs N. D., Matuščenko A. M. Kodolvairogs. - M.: Logos, 2008. - 438 lpp. -

Dizains un darbības princips

Enerģijas atbrīvošanas mehānisms

Vielas transformāciju pavada brīvās enerģijas izdalīšanās tikai tad, ja vielai ir enerģijas rezerve. Pēdējais nozīmē, ka vielas mikrodaļiņas atrodas stāvoklī ar miera enerģiju, kas ir lielāka nekā citā iespējamā stāvoklī, uz kuru pastāv pāreja. Spontānu pāreju vienmēr novērš enerģijas barjera, kuras pārvarēšanai mikrodaļiņai jāsaņem noteikts enerģijas daudzums no ārpuses – ierosmes enerģija. Eksoenerģētiskā reakcija sastāv no tā, ka transformācijā pēc ierosmes tiek atbrīvots vairāk enerģijas, nekā nepieciešams procesa ierosināšanai. Ir divi veidi, kā pārvarēt enerģijas barjeru: vai nu sadursmju daļiņu kinētiskās enerģijas dēļ, vai arī savienojošās daļiņas saistīšanas enerģijas dēļ.

Ja paturam prātā enerģijas izdalīšanās makroskopisko mērogu, tad visām vai sākumā vismaz kādai vielas daļiņu daļai ir jābūt kinētiskajai enerģijai, kas nepieciešama reakciju ierosināšanai. Tas ir sasniedzams, tikai palielinot vides temperatūru līdz vērtībai, pie kuras siltuma kustības enerģija tuvojas enerģijas slieksnim, kas ierobežo procesa gaitu. Molekulāro transformāciju, tas ir, ķīmisko reakciju gadījumā šāds pieaugums parasti ir simtiem kelvinu, bet kodolreakciju gadījumā tas ir vismaz 10 7, jo saduras kodolu Kulona barjeras ir ļoti augstā augstumā. Kodolreakciju termiskā ierosme praksē tiek veikta tikai vieglāko kodolu sintēzes laikā, kurā Kulona barjeras ir minimālas (termonukleārā saplūšana).

Uzbudināšanai, savienojot daļiņas, nav nepieciešama liela kinētiskā enerģija, un tāpēc tā nav atkarīga no vides temperatūras, jo tā notiek neizmantoto saišu dēļ, kas raksturīgas daļiņu pievilcības spēkiem. Bet, lai izraisītu reakcijas, ir nepieciešamas pašas daļiņas. Un, ja mēs atkal domājam nevis atsevišķu reakcijas aktu, bet gan enerģijas ražošanu makroskopiskā mērogā, tad tas ir iespējams tikai tad, kad notiek ķēdes reakcija. Pēdējais rodas, kad daļiņas, kas ierosina reakciju, atkal parādās kā eksoenerģētiskas reakcijas produkti.

Dizains

Jebkurš kodolreaktors sastāv no šādām daļām:

• Serde ar kodoldegvielu un moderatoru;
• Neitronu reflektors, kas ieskauj serdi;
• Ķēdes reakcijas kontroles sistēma, ieskaitot avārijas aizsardzību;
• Radiācijas aizsardzība;
• Tālvadības sistēma.

Fiziskie darbības principi

Skatiet arī galvenos rakstus:

Kodolreaktora pašreizējo stāvokli var raksturot ar efektīvo neitronu reizināšanas koeficientu k vai reaktivitāte ρ , kas ir saistīti ar šādu attiecību:

Šiem daudzumiem raksturīgas šādas vērtības:

• k> 1 - ķēdes reakcija laika gaitā palielinās, reaktors ir iekšā superkritisks stāvoklis, tā reaktivitāte ρ > 0;
• k < 1 - реакция затухает, реактор - subkritisks, ρ < 0;
• k = 1, ρ = 0 - kodola skaldīšanas gadījumu skaits ir nemainīgs, reaktors atrodas stabilā stāvoklī kritisks stāvokli.

Kodolreaktora kritiskuma nosacījums:

, Kur

Reizināšanas koeficienta maiņa pret vienotību tiek panākta, līdzsvarojot neitronu pavairošanu ar to zudumiem. Faktiski zaudējumiem ir divi iemesli: uztveršana bez skaldīšanas un neitronu noplūde ārpus audzēšanas vides.

Ir skaidrs, ka k< k 0 , поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k 0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k 0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны.

k 0 termiskajiem reaktoriem var noteikt ar tā saukto “4 faktoru formulu”:

, Kur

• η ir neitronu iznākums divām absorbcijām.

Mūsdienu jaudas reaktoru tilpumi var sasniegt simtiem m³, un tos galvenokārt nosaka nevis kritiskuma apstākļi, bet gan siltuma noņemšanas iespējas.

Kritiskais apjoms kodolreaktors - reaktora aktīvās zonas tilpums kritiskā stāvoklī. Kritiskā masa- reaktora skaldāmā materiāla masa, kas atrodas kritiskā stāvoklī.

Reaktoriem, kuros degviela ir tīru skaldāmo izotopu sāļu ūdens šķīdumi ar ūdens neitronu reflektoru, ir viszemākā kritiskā masa. 235 U šī masa ir 0,8 kg, 239 Pu - 0,5 kg. Tomēr ir plaši zināms, ka kritiskā masa LOPO reaktoram (pasaulē pirmais bagātinātā urāna reaktors), kuram bija berilija oksīda reflektors, bija 0,565 kg, neskatoties uz to, ka izotopa 235 bagātināšanas pakāpe bija tikai nedaudz lielāka. nekā 14%. Teorētiski tai ir mazākā kritiskā masa, kurai šī vērtība ir tikai 10 g.

Lai samazinātu neitronu noplūdi, serdenim tiek piešķirta sfēriska vai tuvu sfēriska forma, piemēram, īss cilindrs vai kubs, jo šiem skaitļiem ir vismazākā virsmas laukuma un tilpuma attiecība.

Neskatoties uz to, ka vērtība (e - 1) parasti ir maza, ātro neitronu vairošanās loma ir diezgan liela, jo lieliem kodolreaktoriem (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Lai sāktu ķēdes reakciju, parasti pietiek ar neitroniem, kas rodas urāna kodolu spontānās skaldīšanas laikā. Reaktora iedarbināšanai ir iespējams izmantot arī ārēju neitronu avotu, piemēram, un vai citu vielu maisījumu.

Joda bedre

Galvenais raksts: Joda bedre

Joda bedre - kodolreaktora stāvoklis pēc tā izslēgšanas, ko raksturo īslaicīga izotopa ksenona uzkrāšanās. Šis process izraisa īslaicīgu ievērojamas negatīvas reaktivitātes parādīšanos, kas savukārt padara neiespējamu noteiktā laika posmā (apmēram 1-2 dienās) sasniegt reaktora paredzēto jaudu.

Klasifikācija

Pēc mērķa

Atbilstoši to izmantošanas veidam kodolreaktorus iedala:

• Jaudas reaktori, kas paredzēts enerģētikā izmantojamās elektroenerģijas un siltumenerģijas ražošanai, kā arī jūras ūdens atsāļošanai (atsāļošanas reaktori arī tiek klasificēti kā rūpnieciskie). Šādus reaktorus galvenokārt izmanto atomelektrostacijās. Mūsdienu spēka reaktoru siltuma jauda sasniedz 5 GW. Atsevišķā grupā ietilpst:
  • Transporta reaktori, kas paredzēti enerģijas padevei transportlīdzekļu dzinējiem. Plašākās pielietojuma grupas ir jūras transporta reaktori, ko izmanto zemūdenēs un dažādos virszemes kuģos, kā arī kosmosa tehnoloģijās izmantotie reaktori.
• Eksperimentālie reaktori, paredzēts dažādu fizikālu lielumu izpētei, kuru vērtība ir nepieciešama kodolreaktoru projektēšanai un darbībai; Šādu reaktoru jauda nepārsniedz vairākus kW.
• Pētniecības reaktori, kurā kodolā radītās neitronu un gamma kvantu plūsmas tiek izmantotas pētījumiem kodolfizikas, cietvielu fizikas, radiācijas ķīmijas, bioloģijas jomā, materiālu testēšanai, kas paredzēti darbam intensīvās neitronu plūsmās (tostarp kodolreaktoru daļās). izotopu ražošana. Pētniecisko reaktoru jauda nepārsniedz 100 MW. Atbrīvotā enerģija parasti netiek izmantota.
• Rūpnieciskie (ieroči, izotopu) reaktori, ko izmanto, lai ražotu izotopus, ko izmanto dažādās jomās. Visplašāk izmanto kodolieroču materiālu, piemēram, 239 Pu, ražošanai. Kā rūpnieciskie tiek klasificēti arī reaktori, ko izmanto jūras ūdens atsāļošanai.

Bieži vien reaktorus izmanto, lai atrisinātu divas vai vairākas dažādas problēmas, un tādā gadījumā tos sauc daudzfunkcionāls. Piemēram, daži jaudas reaktori, īpaši kodolenerģijas sākumposmā, bija paredzēti galvenokārt eksperimentiem. Ātri neitronu reaktori var vienlaikus ražot enerģiju un ražot izotopus. Rūpnieciskie reaktori papildus savam galvenajam uzdevumam bieži ražo elektrisko un siltumenerģiju.

Pēc neitronu spektra

• Termiskais (lēns) neitronu reaktors (“termiskais reaktors”)
• Ātro neitronu reaktors ("ātrs reaktors")

Pēc degvielas novietošanas

• Heterogēni reaktori, kur kodolā diskrēti tiek ievietota degviela bloku veidā, starp kuriem ir moderators;
• Homogēni reaktori, kur degviela un moderators ir viendabīgs maisījums (homogēna sistēma).

Heterogēnajā reaktorā degvielu un moderatoru var telpiski atdalīt, jo īpaši dobuma reaktorā moderators-reflektors ieskauj dobumu ar degvielu, kas nesatur moderatoru. No kodolfizikālā viedokļa viendabīguma/neviendabīguma kritērijs ir nevis konstrukcija, bet gan degvielas bloku izvietojums attālumā, kas pārsniedz neitronu moderatora garumu noteiktā moderatorā. Tādējādi reaktori ar tā saukto “tuvējo režģi” ir veidoti kā viendabīgi, lai gan tajos degviela parasti tiek atdalīta no moderatora.

Kodoldegvielas blokus neviendabīgā reaktorā sauc par degvielas komplektiem (FA), kas atrodas kodolā parastā režģa mezglos, veidojot šūnas.

Pēc degvielas veida

• urāna izotopi 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
• plutonija izotops 239 (239 Pu), arī izotopi 239-242 Pu maisījuma veidā ar 238 U (MOX degviela)
• torija izotops 232 (232 Th) (pārveidojot uz 233 U)

Pēc bagātināšanas pakāpes:

• dabiskais urāns
• vāji bagātināts urāns
• augsti bagātināts urāns

Pēc ķīmiskā sastāva:

• metāls U
• UC (urāna karbīds) utt.

Pēc dzesēšanas šķidruma veida

• Gāze (sk. Grafīta gāzes reaktoru)
• D 2 O (smagais ūdens, skatiet Smagā ūdens kodolreaktors, CANDU)

Pēc moderatora veida

• C (grafīts, sk. Grafīta gāzes reaktors, Grafīta-ūdens reaktors)
• H2O (ūdens, skatiet Vieglā ūdens reaktors, Ūdens dzesēšanas reaktors, VVER)
• D 2 O (smagais ūdens, skatiet Smagā ūdens kodolreaktors, CANDU)
• Metālu hidrīdi
• Bez moderatora (skatīt Ātrais reaktors)

Pēc dizaina

Ar tvaika ģenerēšanas metodi

• Reaktors ar ārēju tvaika ģeneratoru (sk. Ūdens-ūdens reaktors, VVER)

SAEA klasifikācija

• PWR (hermetizētā ūdens reaktori) - ūdens-ūdens reaktors (spiedienūdens reaktors);
• BWR (boiling water reactor) - verdoša ūdens reaktors;
• FBR (fast Breeder Reactor) - ātrā pavairotāja reaktors;
• GCR (gāzes dzesēšanas reaktors) - ar gāzi dzesēts reaktors;
• LWGR (vieglā ūdens grafīta reaktors) - grafīta-ūdens reaktors
• PHWR (hermetizēts smagā ūdens reaktors) - smagā ūdens reaktors

Pasaulē visizplatītākie ir spiediena ūdens (apmēram 62%) un verdoša ūdens (20%) reaktori.

Reaktora materiāli

Materiāli, no kuriem būvēti reaktori, darbojas augstā temperatūrā neitronu, γ kvantu un skaldīšanas fragmentu laukā. Tāpēc ne visi citās tehnoloģiju nozarēs izmantotie materiāli ir piemēroti reaktoru celtniecībai. Izvēloties reaktora materiālus, tiek ņemta vērā to radiācijas izturība, ķīmiskā inerce, absorbcijas šķērsgriezums un citas īpašības.

Materiālu radiācijas nestabilitātei ir mazāka ietekme augstās temperatūrās. Atomu kustīgums kļūst tik liels, ka ievērojami palielinās iespējamība, ka no kristāliskā režģa izsisti atomi atgriezīsies savās vietās vai ūdeņraža un skābekļa rekombinācija ūdens molekulā. Tādējādi enerģētiskajos nevārīšanās reaktoros (piemēram, VVER) ūdens radiolīze ir nenozīmīga, savukārt jaudīgos pētniecības reaktoros izdalās ievērojams daudzums sprādzienbīstama maisījuma. Reaktoros ir speciālas sistēmas tā sadedzināšanai.

Reaktora materiāli saskaras viens ar otru (degvielas apvalks ar dzesēšanas šķidrumu un kodoldegvielu, degvielas kasetes ar dzesēšanas šķidrumu un moderatoru utt.). Protams, saskares materiāliem jābūt ķīmiski inertiem (saderīgiem). Nesaderības piemērs ir urāna un karstā ūdens nonākšana ķīmiskā reakcijā.

Lielākajai daļai materiālu stiprības īpašības strauji pasliktinās, palielinoties temperatūrai. Jaudas reaktoros konstrukcijas materiāli darbojas augstā temperatūrā. Tas ierobežo būvmateriālu izvēli, īpaši tām spēka reaktora daļām, kurām jāiztur augsts spiediens.

Kodoldegvielas izdegšana un atražošana

Kodolreaktora darbības laikā, akumulējoties kurināmā skaldīšanas fragmentiem, mainās tās izotopiskais un ķīmiskais sastāvs, veidojas transurāna elementi, galvenokārt izotopi. Sadalīšanās fragmentu ietekmi uz kodolreaktora reaktivitāti sauc saindēšanās(radioaktīviem fragmentiem) un izdedžu(stabiliem izotopiem).

Galvenais reaktora saindēšanās iemesls ir , kam ir lielākais neitronu absorbcijas šķērsgriezums (2,6·10 6 barn). 135 Xe pussabrukšanas periods T 1/2 = 9,2 stundas; Raža sadalīšanas laikā ir 6-7%. Lielākā daļa 135 Xe veidojas sabrukšanas rezultātā ( T 1/2 = 6,8 stundas). Saindēšanās gadījumā Keff mainās par 1-3%. Lielais 135 Xe absorbcijas šķērsgriezums un starpprodukta izotopa 135 I klātbūtne izraisa divas svarīgas parādības:

1. Uz 135 Xe koncentrācijas palielināšanos un līdz ar to reaktora reaktivitātes samazināšanos pēc tā apturēšanas vai jaudas samazināšanas (“joda bedre”), kas padara neiespējamas īslaicīgas apstāšanās un izejas jaudas svārstības. . Šis efekts tiek pārvarēts, ieviešot reaktivitātes rezervi regulatīvajās iestādēs. Joda urbuma dziļums un ilgums ir atkarīgs no neitronu plūsmas Ф: pie Ф = 5·10 18 neitroni/(cm²·s) joda urbuma ilgums ir ˜ 30 stundas, un dziļums ir 2 reizes lielāks nekā stacionārais. Kefa izmaiņas, ko izraisījusi saindēšanās ar 135 Xe.
2. Saindēšanās dēļ var rasties neitronu plūsmas F un līdz ar to arī reaktora jaudas telpiskās un laika svārstības. Šīs svārstības notiek pie Ф > 10 18 neitroni/(cm²·s) un lieliem reaktora izmēriem. Svārstību periodi ~ 10 stundas.

Kodola dalīšanās rada lielu skaitu stabilu fragmentu, kas atšķiras pēc absorbcijas šķērsgriezuma, salīdzinot ar skaldāmā izotopa absorbcijas šķērsgriezumu. Fragmentu koncentrācija ar lielu absorbcijas šķērsgriezumu sasniedz piesātinājumu pirmajās reaktora darbības dienās. Tie galvenokārt ir dažāda vecuma degvielas stieņi.

Pilnīgas degvielas maiņas gadījumā reaktoram ir pārmērīga reaktivitāte, kas ir jākompensē, savukārt otrajā gadījumā kompensācija ir nepieciešama tikai pirmo reizi iedarbinot reaktoru. Nepārtraukta pārslodze ļauj palielināt degšanas dziļumu, jo reaktora reaktivitāti nosaka skaldāmo izotopu vidējās koncentrācijas.

Iekrautās degvielas masa pārsniedz izkrautās degvielas masu atbrīvotās enerģijas “svara” dēļ. Pēc reaktora izslēgšanas, vispirms galvenokārt aizkavētu neitronu izraisītas skaldīšanas dēļ, un pēc 1-2 minūtēm skaldīšanas fragmentu un transurāna elementu β un γ starojuma dēļ turpinās enerģijas izdalīšanās degvielā. Ja reaktors pirms apstāšanās strādāja pietiekami ilgi, tad 2 minūtes pēc apstāšanās enerģijas izdalīšanās ir aptuveni 3%, pēc 1 stundas - 1%, pēc dienas - 0,4%, pēc gada - 0,05% no sākotnējās jaudas.

Kodolreaktorā izveidoto skaldāmo Pu izotopu skaita attiecību pret sadegušo 235 U daudzumu sauc. reklāmguvumu līmenis K K . K K vērtība palielinās, samazinoties bagātināšanai un izdegšanai. Smagā ūdens reaktoram, kurā izmanto dabisko urānu, kura sadegšana ir 10 GW dienā/t K K = 0,55 un ar nelieliem sadegumiem (šajā gadījumā sauc par K K sākotnējais plutonija koeficients) K K = 0,8. Ja kodolreaktors sadedzina un ražo vienus un tos pašus izotopus (selekcijas reaktors), tad vairošanās ātruma attiecību pret sadegšanas ātrumu sauc reprodukcijas ātrums K V. Kodolreaktoros, kuros izmanto termiskos neitronus K V< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах К В может достигать 1,4-1,5. Рост К В для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов g aug un A krīt.

Kodolreaktora kontrole

Kodolreaktora vadība iespējama tikai tāpēc, ka skaldīšanas laikā daļa neitronu no fragmentiem izlido ar kavēšanos, kas var svārstīties no vairākām milisekundēm līdz vairākām minūtēm.

Reaktora vadīšanai tiek izmantoti absorbcijas stieņi, kas ievietoti aktīvā, izgatavoti no materiāliem, kas spēcīgi absorbē neitronus (galvenokārt un dažus citus) un/vai borskābes šķīdumu, kas pievienots dzesēšanas šķidrumam noteiktā koncentrācijā (bora kontrole). . Stieņu kustību kontrolē speciāli mehānismi, piedziņas, kas darbojas pēc operatora signāliem vai iekārtas neitronu plūsmas automātiskai kontrolei.

Dažādu avārijas situāciju gadījumā katram reaktoram tiek nodrošināta avārijas ķēdes reakcijas pārtraukšana, kas tiek veikta, visus absorbējošos stieņus iemetot aktīvā - avārijas aizsardzības sistēmā.

Atlikušais siltums

Svarīgs jautājums, kas tieši saistīts ar kodoldrošību, ir sabrukšanas siltums. Tā ir kodoldegvielas īpatnība, kas sastāv no tā, ka pēc skaldīšanas ķēdes reakcijas pārtraukšanas un jebkuram enerģijas avotam ierastās termiskās inerces, siltuma izdalīšanās reaktorā turpinās ilgu laiku, kas rada skaitli. tehniski sarežģītām problēmām.

Atlikušais siltums ir reaktora darbības laikā degvielā uzkrājušos dalīšanās produktu β- un γ-sabrukšanas sekas. Sadalīšanās produktu kodoli sabrukšanas rezultātā pārvēršas stabilākā vai pilnīgi stabilākā stāvoklī, atbrīvojot ievērojamu enerģiju.

Lai gan sabrukšanas siltuma izdalīšanās ātrums ātri samazinās līdz vērtībām, kas ir mazas salīdzinājumā ar līdzsvara stāvokļa vērtībām, lieljaudas jaudas reaktoros tas ir nozīmīgs absolūtā izteiksmē. Šī iemesla dēļ atlikušā siltuma izdalīšanai ir nepieciešams ilgs laika periods, lai nodrošinātu siltuma izvadīšanu no reaktora aktīvās zonas pēc tā izslēgšanas. Šis uzdevums paredz, ka reaktora iekārtas projektēšanā ir dzesēšanas sistēmas ar uzticamu elektroapgādi, kā arī ir nepieciešama ilgstoša (3-4 gadi) izlietotās kodoldegvielas uzglabāšana glabātavās ar īpašu temperatūras režīmu - dzesēšanas baseiniem, kas ir parasti atrodas tiešā reaktora tuvumā.

Skatīt arī

• Padomju Savienībā projektēto un būvēto kodolreaktoru saraksts

Literatūra

• Levins V.E. Kodolfizika un kodolreaktori. 4. izd. - M.: Atomizdāts, 1979.
• Šukoļukovs A. Yu “Urāns. Dabiskais kodolreaktors." “Ķīmija un dzīve” Nr. 6, 1980, 1. lpp. 20-24

Piezīmes

1. "ZEEP - Kanādas pirmais kodolreaktors", Kanādas Zinātnes un tehnoloģiju muzejs.
2. Grešilovs A. A., Egupovs N. D., Matuščenko A. M. Kodolvairogs. - M.: Logos, 2008. - 438 lpp. -

Kodolreaktoru radīšanas vēsturē var izsekot trīs posmiem. Pirmajā posmā tika noteikti nepieciešamie un pietiekamie apstākļi pašpietiekamas ķēdes reakcijas rašanai. kodolreakcija nodaļa. Otrajā posmā tika konstatēti visi fizikālie efekti, kas veicina un kavē pašpietiekamas kodoldalīšanās ķēdes reakcijas rašanos, t.i. paātrinot un palēninot šo procesu. Visbeidzot, tika veikti kvantitatīvie aprēķini attiecībā uz reaktora konstrukciju un tajā notiekošajiem procesiem.

Kodolreaktoru izveide bija risinājums vienam no vispārējās atomu problēmas neatņemamajiem uzdevumiem.

Pasaulē pirmo reaktoru CP-1 (Chicago Physics) projektēja un uzbūvēja E. Fermi sadarbībā ar Andersonu, Zinnu, L. Vudsu un Dž. Veilu, un tas atradās tenisa hallē zem Čikāgas Universitātes tribīnēm. stadions. Reaktors sāka darboties 1942. gada 2. decembrī ar sākotnējo projektēto jaudu 0,5 W. Pirmais urāna reaktors SR-1 tika noslogots ar 6 tonnām urāna metāla un noteiktu daudzumu (nav precīzi zināms) urāna oksīda, jo trūka urāna tīrā veidā.

Reaktoram bija jābūt sfēriskai formai, un tas sastāvēja no horizontāliem blokgrafīta slāņiem, kas atradās starp līdzīgiem mainīgu grafīta un urāna bloku slāņiem, ko atdzesēja gaiss. Reaktora kritiskais stāvoklis, kurā neitronu zudumi tika kompensēti ar to ražošanu (radīšanu), tika sasniegts, kad sfēra tika uzbūvēta līdz trīs ceturtdaļām, kā rezultātā reaktors nekad nesaņēma parastās sfēras galīgo formu. .

Pēc 12 dienām jauda tika palielināta līdz 200 W, un turpmāka jaudas palielināšana tika uzskatīta par riskantu iekārtas radītā bīstamā starojuma dēļ. Reaktors tika pārvietots ārpus pilsētas uz Argonnes laboratoriju, kur tas tika atkārtoti salikts un aprīkots ar aizsargvairogu.

Reaktors tika manuāli kontrolēts, izmantojot kadmija stieņus, kas absorbēja liekos neitronus un atradās īpašos kanālos. Papildus tika nodrošināti divi avārijas stieņi un automātiskais vadības stienis.

Pirmā izmēģinājuma iekārta ļāva veikt eksperimentālu pētījumu par plutonija ražošanas procesu, kas ļāva secināt, ka šī metode nodrošina reālu iespēju to ražot tādos daudzumos, kas ir pietiekami atombumbas izveidošanai. 1943. gadā Argonnas Nacionālajā laboratorijā eksperimentālajiem pētījumiem tika uzbūvēts tieši tāds pats reaktors SR-2 (17.1. att.), bet ar kritisko izmēru kuba formā un 1944. gadā tika uzbūvēts vēl viens reaktors SR-3 ( 17.1. att.) 17.2. att.), kurā kā moderators kalpoja smagais ūdens, kas ļāva būtiski samazināt reaktora izmērus, salīdzinot ar iepriekšējiem.

Dzesēšanas sistēmas trūkuma dēļ reaktora maksimālā drošā jauda bija 200 W, bet plkst. īss laiks jaudu varētu palielināt līdz 100 kW. Reaktorā tika izmantoti pieci 5,6 m gari vadības stieņi, kas izgatavoti no bronzas, kas pārklāta ar kadmiju. Trīs no šiem stieņiem bija avārijas stieņi, viens stienis kalpoja rupjai regulēšanai un otrs neitronu plūsmas un reaktora jaudas precīzai regulēšanai.

1945. gada beigās Maskavā, PSRS Zinātņu akadēmijas 2. laboratorijas teritorijā, tika uzsākta fiziskā reaktora F-1 ēkas celtniecība, bet 1946. gada sākumā – pirmā reaktora projektēšana. sākās rūpnieciskais reaktors un ar to saistītā plutonija rūpnīca Čeļabinskā-40. 1946. gada decembrī urāna-grafīta pētniecības reaktorā F-1 I.V. vadībā. Kurčatovs bija pirmais Eiropā, kurš veica pašpietiekamu ķēdes reakciju. F-1 reaktora palaišana, kas joprojām kalpo zinātnei, ļāva izmērīt nepieciešamās kodolkonstantes, izvēlēties optimālo pirmā rūpnieciskā reaktora konstrukciju un pētīt regulējuma un radiācijas drošības jautājumus.

Divdesmitā gadsimta fizikas vēsturē bija arī pirmais kodolreaktors Eiropā, kas tika izveidots PSRS un kuru personīgi pārbaudīja I.V. Kurčatovs 1946. gada decembrī. Tā jauda jau sasniedza 4000 kW, kas ļāva izveidot industriālos reaktorus, pamatojoties uz iegūto pieredzi. Pats reaktors atradās betona bedrē, kuras apakšā bija ielikti astoņi grafīta stieņu slāņi. Virs tiem tika uzlikti slāņi ar caurumiem-ligzdām, kuros tika ievietoti urāna bloki. Kadmija stieņiem tika izgatavoti arī trīs kanāli, kas nodrošina reakcijas regulēšanu un tās avārijas apturēšanu, kā arī vairāki horizontālie kanāli dažādas formas un izmēri instrumentiem un eksperimentāliem nolūkiem. Kopējais skaits grafīta stieņu slāņi sasniedza sešdesmit divus.

1947. gadā šajā reaktorā bija iespējams iegūt pirmās dabā neesošā plutonija devas, kas, tāpat kā urāns, ir kodoldegviela, un pietiekamā daudzumā, lai izpētītu pamata fiziskās īpašības tās kodols. PSRS pirmo rūpniecisko reaktoru plutonija ražošanai Kurčatovs palaida 1948. gada jūnijā.

Divdesmitā gadsimta 40. gadu vidū Losalamos zinātniskajai laboratorijai (ASV) tika uzdots izveidot eksperimentālu ātru reaktoru ar plutonija degvielu, demonstrējot iespēju ražot elektroenerģiju. Šī reaktora, ko sauc par Clementine, serdeņa tilpums bija 2,5 litri metāla plutonija, un to atdzesēja ar dzīvsudrabu. Reaktora montāža sākās 1946. gadā, kritiskums tika sasniegts 1946. gada novembrī. Jaudas iedarbināšana notika 1949. gada martā. Reaktors darbojās ar jaudu 25 kW (th).

Kā daļa no Manhetenas projekta (slepens plāns, lai izveidotu Amerikāņu bumba) viss darbs pie urāna izotopu atdalīšanas tika uzticēts slavenā amerikāņu fiziķa E. Lorensa laboratorijai. Savā ziņojumā ASV valdībai 1941. gada jūlijā Lorenss rakstīja: “Ir pavērusies jauna un ārkārtīgi svarīga iespēja izmantot ķēdes reakciju ar neatdalītiem [urāna] izotopiem. Acīmredzot, ja varētu panākt ķēdes reakciju, to varētu veikt... uz noteiktu laiku, lai radītu elementu ar atomu skaitu 94 [plutonijs]... Ja ir pieejams... lielos daudzumos ar šo elementu, iespējams, būtu iespējams veikt ķēdes reakciju, izmantojot ātros neitronus. Šādā reakcijā enerģija tiktu atbrīvota sprādzienbīstamā ātrumā, un atbilstošo sistēmu varētu raksturot ... kā "superbumbu".

Clementine reaktors bija pirmais ātrais reaktors un arī pirmais, kas izmantoja plutoniju-239 kā degvielu. Aktīvā zona cilindra formā ar augstumu 15 cm un diametru 15 cm sastāvēja no vertikāliem degvielas stieņiem tērauda apvalkā. Protams, moderatora nebija. Metāla urāns un tērauds kalpoja kā atstarotājs. Dzīvsudraba dzesēšanas šķidrumam bija niecīgs šķērsgriezums lēno neitronu uztveršanai. Reaktoru kontrolēja ar stieņiem, kas no reflektora noņēma daļu urāna, jo termiskajos reaktoros izmantotais bors vai kadmijs nav piemērots ātrajiem reaktoriem.

Argonnas Nacionālajā laboratorijā (ASV), neatkarīgi no aprakstītajiem pētījumiem, tika veikts darbs, lai izveidotu eksperimentālu ātro neitronu selekcijas reaktoru EBR-1. Galvenais mērķisŠis projekts bija kodolspēkstacijas koncepcijas pārbaude ar ātrgaitas reaktoru kā barošanas bloku. Reaktoru sāka būvēt 1951. gadā, un kritiskums tika sasniegts 1951. gada augustā. 1951. gada decembrī pirmo reizi izmantojot kodolenerģiju, elektriskā strāva ar reaktora jaudu 200 kW(e). Reaktora degvielas elementi bija nerūsējošā tērauda caurules, kurās bija ļoti bagātināts urāns, kodols tika atdzesēts, sūknējot caur to nātrija un kālija sakausējumu (17.3. att.). Atstarotājs sastāvēja no divām daļām: vairākiem dabīgā urāna metāla stieņiem, kas apņēma serdi, un vairākiem ķīļveida blokiem no tā paša materiāla. Reaktors tika kontrolēts, ievietojot urāna metāla stieņus ārējā reflektorā un no tā.

Reaktors vienlaikus ģenerēja skaldīšanas laikā atbrīvoto enerģiju ātro neitronu ietekmē un atveidoja skaldmateriālu. Stingri runājot, selekcijas reaktoram ir jāizmanto tas pats skaldāmais materiāls, ko tas ražo, piemēram, plutonijs-239 reaktoros ar urānu-238 kā izejvielu otrreizējās degvielas (plutonija) ražošanai. Tomēr daudzi ātro neitronu reaktori tagad izmanto urānu-235 kā skaldāmo materiālu. Ātro neitronu reaktoros dzesēšanas šķidrumā nedrīkst būt elementi ar mazu masas skaitli, jo tie palēninās neitronu darbību. Intensīvai siltuma noņemšanai no maza kodola ir nepieciešams dzesēšanas šķidrums ar īpaši augstām siltuma noņemšanas īpašībām.

Tikai viena viela - šķidrais nātrijs - atbilst šiem nosacījumiem.

Reaktora EBR-1 reflektora kurināmo materiālu analīze pēc tā darbības kādu laiku parādīja, ka sasniegtais selekcijas koeficients, t.i. saražotā plutonija-239 daudzuma attiecība pret patērētā urāna-235 daudzumu ir nedaudz lielāka par 100%. Tā kā apstākļi reaktorā nebija ideāli, tika uzskatīts, ka plutonija-239 audzēšanai vajadzētu būt praktiski izdevīgai. Apvienotajā Karalistē to apstiprināja eksperimenti ar ļoti mazjaudas (2 W) ātro neitronu reaktoru, kurā plutonijs-239 kalpoja par degvielu. Tika konstatēts, ka katram plutonija kodolam, kas sadalās, no jauna izveidojās aptuveni divi. Tādējādi ieguvums reprodukcijas laikā ir diezgan ievērojams. Galu galā šādiem reaktoriem vajadzētu piederēt galvenā loma kodolenerģijas attīstības programmā.

Kodolreaktoriem ir viens uzdevums: sadalīt atomus kontrolētā reakcijā un izmantot atbrīvoto enerģiju ģenerēšanai elektriskā jauda. Daudzus gadus reaktori tika uzskatīti gan par brīnumu, gan par draudiem.

Kad pirmais komerciālais ASV reaktors 1956. gadā nonāca tiešsaistē Shippingport, Pensilvānijas štatā, šī tehnoloģija tika slavēta kā nākotnes enerģijas avots, un daži uzskatīja, ka reaktori padarīs elektroenerģijas ražošanu pārāk lētu. Pašlaik visā pasaulē ir uzbūvēti 442. kodolreaktors, aptuveni ceturtā daļa no šiem reaktoriem atrodas ASV. Pasaule ir kļuvusi atkarīga no kodolreaktoriem, kas saražo 14 procentus no savas elektroenerģijas. Futūristi pat fantazēja par kodolmašīnām.

Kad 1979. gadā 2. bloka reaktors Trīsjūdžu salas spēkstacijā Pensilvānijā piedzīvoja dzesēšanas sistēmas atteici un daļēju radioaktīvās degvielas kušanu, siltās jūtas par reaktoriem radikāli mainījās. Lai gan iznīcinātais reaktors tika ierobežots un netika izdalīts nopietns starojums, daudzi cilvēki sāka uzskatīt reaktorus par pārāk sarežģītiem un neaizsargātiem ar potenciālu. katastrofālas sekas. Arī cilvēki bija noraizējušies radioaktīvie atkritumi no reaktoriem. Rezultātā jaunu atomelektrostaciju būvniecība ASV ir apstājusies. Kad notika nopietnāks negadījums Černobiļas atomelektrostacija Padomju Savienībā 1986. gadā kodolenerģija šķita lemta.

Bet 2000. gadu sākumā kodolreaktori sāka atgriezties, pateicoties pieaugošajam enerģijas pieprasījumam un fosilā kurināmā krājumu samazināšanās, kā arī pieaugošajām bažām par klimata pārmaiņām, ko izraisa oglekļa dioksīda emisijas.

Taču 2011. gada martā notika vēl viena krīze – šoreiz Fukušimas 1 atomelektrostacija Japānā tika nopietni bojāta zemestrīcē.

Kodolreakcijas izmantošana

Vienkārši sakot, kodolreaktors sadala atomus un atbrīvo enerģiju, kas satur to daļas kopā.

Ja esat aizmirsis fiziku vidusskola, mēs jums atgādināsim, kā kodola skaldīšana darbojas. Atomi ir kā mazi saules sistēmas, ar tādu kodolu kā Saule un elektroniem, piemēram, planētām, kas riņķo ap to. Kodols sastāv no daļiņām, ko sauc par protoniem un neitroniem, kas ir savstarpēji saistīti. Spēku, kas saista kodola elementus, ir grūti pat iedomāties. Tas ir daudzus miljardus reižu spēcīgāks par gravitācijas spēku. Neskatoties uz šo milzīgo spēku, ir iespējams sadalīt kodolu, šaujot uz to neitronus. Kad tas būs izdarīts, tiks atbrīvots daudz enerģijas. Kad atomi sadalās, to daļiņas ietriecas tuvējos atomos, tos sadalot, un tie, savukārt, ir nākamie, nākamie un nākamie. Ir ts ķēdes reakcija.

Urāns, elements ar lieliem atomiem, ir ideāli piemērots skaldīšanas procesam, jo ​​spēks, kas saista tā kodola daļiņas, ir salīdzinoši vājš, salīdzinot ar citiem elementiem. Kodolreaktori izmanto īpašu izotopu, ko sauc Uskrēja-235 . Urāns-235 dabā ir reti sastopams, jo rūda no urāna raktuvēm satur tikai aptuveni 0,7% urāna-235. Tāpēc tiek izmantoti reaktori bagātinātsUbrūces, kas rodas, atdalot un koncentrējot urānu-235 gāzes difūzijas procesā.

Var izveidot ķēdes reakcijas procesu atombumba, līdzīgi tiem, kas Otrā pasaules kara laikā tika nomesti Japānas pilsētās Hirosimā un Nagasaki. Bet kodolreaktorā ķēdes reakciju kontrolē, ievietojot vadības stieņus, kas izgatavoti no tādiem materiāliem kā kadmijs, hafnijs vai bors, kas absorbē dažus neitronus. Tas joprojām ļauj dalīšanās procesam atbrīvot pietiekami daudz enerģijas, lai uzsildītu ūdeni līdz aptuveni 270 grādiem pēc Celsija un pārvērstu to tvaikā, ko izmanto spēkstacijas turbīnu griešanai un elektroenerģijas ražošanai. Būtībā šajā gadījumā kontrolēta kodolbumba darbojas ogļu vietā, lai radītu elektrību, izņemot to, ka enerģija ūdens vārīšanai nāk no atomu sadalīšanas, nevis sadedzinot oglekli.

Kodolreaktora sastāvdaļas

Ir vairāki dažādi veidi kodolreaktori, bet tiem visiem ir daži vispārīgās īpašības. Viņiem visiem ir radioaktīvās degvielas granulu, parasti urāna oksīda, krājumi, kas ir sakārtoti caurulēs, veidojot degvielas stieņus. aktīvās zonasereaktors.

Reaktoram ir arī iepriekš minētais vadītājiemestienisUn- izgatavots no neitronus absorbējoša materiāla, piemēram, kadmija, hafnija vai bora, ko ievieto, lai kontrolētu vai apturētu reakciju.

Reaktoram arī ir moderators, viela, kas palēnina neitronu darbību un palīdz kontrolēt skaldīšanas procesu. Lielākā daļa reaktoru Amerikas Savienotajās Valstīs izmanto parasto ūdeni, bet citu valstu reaktori dažreiz izmanto grafītu vai smagswowūdensplkst, kurā ūdeņradis ir aizstāts ar deitēriju, ūdeņraža izotopu ar vienu protonu un vienu neitronu. Vēl viena svarīga sistēmas daļa ir dzesēšanaakšķidrumsb, kā likums, tīrs ūdens, kas absorbē un pārnes siltumu no reaktora, lai radītu tvaiku, lai grieztu turbīnu, un atdzesē reaktora zonu tā, lai tā nesasniegtu temperatūru, pie kuras urāns izkusīs (apmēram 3815 grādi pēc Celsija).

Visbeidzot, reaktors ir slēgts čaumalasplkst, liela, smaga konstrukcija, parasti vairākus metrus bieza, izgatavota no tērauda un betona, kas satur radioaktīvās gāzes un šķidrumus iekšā, kur tie nevienam nevar kaitēt.

Ir vairāki dažādi dizaini lietošanā esošie reaktori, bet viens no visizplatītākajiem ir Spiediena ūdens enerģijas reaktors (VVER). Šādā reaktorā ūdens tiek piespiests saskarties ar serdi un pēc tam paliek tur zem tāda spiediena, ka nevar pārvērsties tvaikā. Pēc tam šis ūdens nonāk saskarē ar bezspiediena ūdeni tvaika ģeneratorā, kas pārvēršas tvaikā, kas rotē turbīnas. Ir arī dizains lieljaudas kanālu tipa reaktors (RBMK) ar vienu ūdens kontūru un ātro neitronu reaktors ar divām nātrija un vienu ūdens ķēdēm.

Cik drošs ir kodolreaktors?

Atbildēt uz šo jautājumu ir diezgan grūti, un tas ir atkarīgs no tā, kam jūs uzdodat un kā jūs definējat “drošs”. Vai jūs uztrauc radiācija vai radioaktīvie atkritumi, kas rodas reaktoros? Vai arī jūs vairāk uztrauc katastrofālas avārijas iespēja? Kādu riska pakāpi jūs uzskatāt par pieņemamu kompromisu pret kodolenerģijas ieguvumiem? Un cik lielā mērā jūs uzticaties valdībai un kodolenerģijai?

"Radiācija" ir spēcīgs arguments, galvenokārt tāpēc, ka mēs visi zinām, ka lielas starojuma devas, piemēram, no sprādziena kodolbumba, var nogalināt daudzus tūkstošus cilvēku.

Tomēr kodolenerģijas atbalstītāji norāda, ka mēs visi regulāri esam pakļauti starojumam no dažādiem avotiem, t.sk. kosmiskie stari un Zemes emitētais dabiskais starojums. Gada vidējā starojuma doza ir aptuveni 6,2 milizīverti (mSv), puse no tās no dabiskie avoti, un puse no mākslīgiem avotiem, sākot no krūškurvja rentgena stariem, dūmu detektoriem un gaismas pulksteņu ciparnīcām. Cik daudz radiācijas mēs iegūstam no kodolreaktoriem? Tikai niecīga procentuālā daļa no mūsu tipiskā gada ekspozīcijas ir 0,0001 mSv.

Kamēr visas atomelektrostacijas neizbēgami izplūst neliels daudzums radiācijas, regulējošās komisijas izvirza atomelektrostaciju operatoriem stingras prasības. Tie nevar pakļaut cilvēkus, kas dzīvo ap rūpnīcu, vairāk nekā 1 mSv starojumam gadā, un rūpnīcā strādniekiem ir noteikts 50 mSv slieksnis gadā. Tas var šķist daudz, taču, kā norāda Kodolenerģijas regulēšanas komisija, nav medicīnisku pierādījumu tam, ka gada starojuma devas, kas mazākas par 100 mSv, radītu kādus riskus cilvēka veselībai.

Bet ir svarīgi atzīmēt, ka ne visi piekrīt šim pašapmierinātajam radiācijas risku novērtējumam. Piemēram, Physicians for Social Responsibility, ilggadējs kodolenerģijas nozares kritiķis, pētīja bērnus, kas dzīvo ap Vācijas atomelektrostacijām. Pētījumā konstatēts, ka cilvēkiem, kas dzīvo 5 km attālumā no elektrostacijām, bija divreiz lielāks risks saslimt ar leikēmiju, salīdzinot ar tiem, kas dzīvo tālāk no atomelektrostacijām.

Kodolreaktoru atkritumi

Kodolenerģiju tās atbalstītāji dēvē par "tīru" enerģiju, jo reaktors neizdala lielu daudzumu siltumnīcefekta gāzu atmosfērā, salīdzinot ar ogļu spēkstacijām. Taču kritiķi norāda uz ko citu vides problēma— pārstrāde kodolatkritumi. Daļa no reaktoros izlietotās kodoldegvielas joprojām izdala radioaktivitāti. Cits nevajadzīgs materiāls, kas būtu jāsaglabā, ir radioaktīvie atkritumi augsts līmenis , šķidrs izlietotās kodoldegvielas pārstrādes atlikums, kurā paliek daļa urāna. Šobrīd lielākā daļa šo atkritumu tiek uzglabāti lokāli plkst atomelektrostacijasūdens dīķos, kas absorbē daļu no izlietotās degvielas radītā atlikušā siltuma un palīdz aizsargāt darbiniekus no radiācijas iedarbības

Viena no problēmām ar iztērēto kodoldegviela ir tas, ka tas ir mainījies skaldīšanas procesā, kad tiek sadalīti lieli urāna atomi, tie rada blakusproduktus — vairāku vieglo elementu, piemēram, cēzija-137 un stroncija-90, radioaktīvos izotopus. skaldīšanas produkti. Tie ir karsti un ļoti radioaktīvi, bet galu galā 30 gadu laikā tie sadalās mazāk bīstamas formas. Šis periods viņiem ir saukts nperiodāohmpussabrukšanas periods. Citiem radioaktīvajiem elementiem būs atšķirīgs pussabrukšanas periods. Turklāt daži urāna atomi uztver arī neitronus, veidojot smagākus elementus, piemēram, plutoniju. Šie transurāna elementi nerada tik daudz siltuma vai caurejoša starojuma kā skaldīšanas produkti, taču tiem ir nepieciešams daudz ilgāks laiks, lai sabruktu. Piemēram, plutonija-239 pussabrukšanas periods ir 24 000 gadu.

Šie radioaktīvseatkritumis augsts līmenis no reaktoriem ir bīstami cilvēkiem un citām dzīvības formām, jo ​​tie var izdalīt milzīgus, letāla deva starojums pat no īslaicīgas iedarbības. Piemēram, desmit gadus pēc atlikušās degvielas izņemšanas no reaktora tie stundā izdala 200 reižu vairāk radioaktivitātes, nekā tas būtu nepieciešams, lai nogalinātu cilvēku. Un, ja atkritumi nonāk gruntsūdeņi vai upēs, tās var iekrist pārtikas ķēde un pakļauj riskam lielu skaitu cilvēku.

Tā kā atkritumi ir tik bīstami, daudzi cilvēki atrodas sarežģītā situācijā. 60 000 tonnu atkritumu atrodas netālu esošajās atomelektrostacijās lielākajās pilsētās. Taču atrast drošu vietu atkritumu uzglabāšanai nav viegli.

Kas var noiet greizi ar kodolreaktoru?

Valdības regulatoriem atskatoties uz savu pieredzi, inženieri gadu gaitā ir pavadījuši daudz laika, izstrādājot reaktorus optimālai drošībai. Vienkārši tie nesabojājas, nedarbojas pareizi, un tiem ir rezerves drošības pasākumi, ja kaut kas nenotiek, kā plānots. Rezultātā atomelektrostacijas gadu no gada šķiet diezgan drošas salīdzinājumā ar, piemēram, gaisa satiksmi, kas regulāri nogalina no 500 līdz 1100 cilvēkiem gadā visā pasaulē.

Tomēr kodolreaktori cieš no nopietniem bojājumiem. Starptautiskajā kodolnotikumu skalā, kurā reaktoru avārijas novērtētas no 1 līdz 7, kopš 1957. gada ir notikušas piecas avārijas, kas ir no 5 līdz 7.

Sliktākais murgs ir dzesēšanas sistēmas kļūme, kas izraisa degvielas pārkaršanu. Degviela pārvēršas šķidrumā un pēc tam izdeg cauri norobežojumam, izplūstot radioaktīvais starojums. 1979. gadā Three Mile Island atomelektrostacijas (ASV) 2. bloks atradās uz šī scenārija robežas. Par laimi, labi izstrādāta ierobežošanas sistēma bija pietiekami spēcīga, lai apturētu starojuma izplūšanu.

PSRS bija mazāk paveicies. Smaga kodolavārija notika 1986. gada aprīlī Černobiļas atomelektrostacijas 4. energoblokā. To izraisīja sistēmas kļūmes, dizaina nepilnības un slikti apmācīts personāls. Parastā testa laikā reakcija pēkšņi pastiprinājās un vadības stieņi iestrēga, novēršot avārijas izslēgšanu. Pēkšņa tvaika uzkrāšanās izraisīja divus termiskus sprādzienus, izmetot gaisā reaktora grafīta regulētāju. Tā kā nebija nekā, kas atdzesētu reaktora degvielas stieņus, tie sāka pārkarst un pilnībā sabrukt, kā rezultātā degviela ieguva šķidru formu. Bojā gāja daudzi stacijas darbinieki un avāriju likvidatori. Liels daudzums starojums izplatījās 323 749 kvadrātkilometru platībā. Radiācijas izraisīto nāves gadījumu skaits joprojām nav skaidrs, taču Pasaules organizācija veselības aizsardzības amatpersonas apgalvo, ka tas varētu būt izraisījis 9000 vēža izraisītu nāves gadījumu.

Kodolreaktoru ražotāji sniedz garantijas, pamatojoties uz varbūtības novērtējumse, kurā viņi cenšas līdzsvarot notikuma iespējamo kaitējumu ar iespējamību, ar kādu tas faktiski notiek. Bet daži kritiķi saka, ka viņiem vajadzētu sagatavoties retiem, negaidītiem, bet ļoti bīstamiem notikumiem. Kā piemēru var minēt 2011. gada martā notikušo avāriju Fukušimas 1 atomelektrostacijā Japānā. Tiek ziņots, ka stacija bija paredzēta, lai izturētu spēcīga zemestrīce, taču ne tik katastrofāla kā 9,0 magnitūdu zemestrīce, kas pacēla 14 metrus garu cunami vilni pāri aizsprostiem, kas paredzēti, lai izturētu 5,4 metrus garu vilni. Cunami uzbrukums iznīcināja rezerves dīzeļģeneratorus, kas bija paredzēti, lai strāvas padeves pārtraukuma gadījumā darbinātu spēkstacijas sešu reaktoru dzesēšanas sistēmu. Tāpēc pat pēc tam, kad Fukušimas reaktoru vadības stieņi apturēja skaldīšanu, joprojām karstā degviela ļāva paaugstināt temperatūru. bīstami pacelties iznīcinātajos reaktoros.

Japānas amatpersonas ķērās pie pēdējās iespējas - pārpludināja reaktorus ar milzīgiem daudzumiem jūras ūdens pievienojot borskābi, kas spēja novērst katastrofu, bet iznīcināja reaktora iekārtas. Galu galā ar ugunsdzēsēju mašīnu un liellaivu palīdzību japāņi spēja sūknēt saldūdens reaktoros. Taču līdz tam laikam monitorings jau bija parādījis satraucošus radiācijas līmeņus apkārtējā zeme un ūdens. Kādā ciematā 40 km attālumā no atomelektrostacijas radioaktīvais elements Cēzijs-137 tika atrasts daudz augstākā līmenī nekā pēc Černobiļas katastrofas, radot šaubas par cilvēku apmešanās iespējamību šajā rajonā.