Lò phản ứng hạt nhân là gì: Hoạt động và ứng dụng của nó

Đầu tiên Nguyên tử lò phản ứng được thiết kế để sử dụng trong bom để tạo ra 239Pu. Sau đó, các lò phản ứng này được sử dụng cho các mục đích khác nhau như phát điện và cũng được sử dụng trong việc đẩy tàu để tạo ra đồng vị phóng xạ và cung cấp nhiệt. Có nhiều loại lò phản ứng hạt nhân khác nhau có sẵn trong các thiết kế khác nhau, trong đó việc phát điện trong các lò phản ứng này chủ yếu phụ thuộc vào sự phân hạch hạt nhân. Các lò phản ứng thường được sử dụng là PWR (Lò phản ứng nước có áp), BWR (Lò phản ứng nước sôi) & PHWR (Lò phản ứng nước nặng có áp). Bài viết này thảo luận tổng quan về lò phản ứng hạt nhân, các thành phần và các loại.

Lò phản ứng hạt nhân là gì?

Định nghĩa: Lò phản ứng hạt nhân là một hệ thống thiết yếu trong hạt nhân nhà máy điện . Chúng bao gồm các phản ứng thoát hạt nhân để tạo ra nhiệt bằng phương pháp gọi là phân hạch. Nhiệt được tạo ra có thể được sử dụng để tạo ra hơi nước để kéo sợi tuabin . Vì vậy, điện có thể được tạo ra. Trên toàn cầu, có hàng trăm lò phản ứng thương mại ở đó, trong đó hơn 90 lò phản ứng được đặt ở Hoa Kỳ. Vì vậy, điện hạt nhân là một trong những nguồn năng lượng lớn nhất để sản xuất điện đáng tin cậy và không có carbon.

Lò phản ứng hạt nhân hoạt động như thế nào?

Chức năng chính của lò phản ứng hạt nhân là điều khiển quá trình phân hạch hạt nhân. Nguyên tắc hoạt động của lò phản ứng hạt nhân là sự phân hạch hạt nhân và nó là một loại phương pháp được sử dụng để tách nguyên tử để tạo ra điện. Lò phản ứng hạt nhân sử dụng uranium sẽ xử lý thành các viên gốm nhỏ và xếp chồng lên nhau thành các thanh nhiên liệu. Một cụm nhiên liệu có thể được hình thành bởi một loạt trên 200 thanh nhiên liệu. Thông thường, một lõi lò phản ứng có thể được chế tạo thông qua các cụm này dựa trên mức công suất.

Trong bình của lò phản ứng hạt nhân, các thanh nhiên liệu được đặt trong nước. Vì vậy, nó có thể hoạt động như một chất làm mát cũng như chất trung gian để hỗ trợ trong khi giảm tốc độ của neutron. Những neutron này có thể được tạo ra thông qua quá trình phân hạch để duy trì phản ứng dây chuyền.

Sau đó, các thanh điều khiển có thể được đặt vào lõi lò phản ứng để giảm tốc độ phản ứng. Nhiệt được tạo ra thông qua quá trình phân hạch có thể làm cho nước thành hơi để quay một tuabin để tạo ra điện không có carbon.

Các thành phần

Sự cần thiết các thành phần của lò phản ứng hạt nhân chủ yếu bao gồm những điều sau đây. Sơ đồ lò phản ứng hạt nhân được hiển thị bên dưới.

Sơ đồ khối lò phản ứng hạt nhân

• Cốt lõi
• Người phản ánh
• Thanh điều khiển
• Người điều hành
• Chất làm mát
• Tuabin
• Chứa đựng
• Tháp làm mát
• Che chắn

Cốt lõi

Lõi trong lò phản ứng bao gồm nhiên liệu hạt nhân để tạo ra nhiệt. Nó bao gồm uranium ít được làm giàu hơn, hệ thống điều khiển và vật liệu cấu trúc. Hình dạng của lõi là một hình trụ tròn có đường kính từ 5 đến 15 mét. Phần lõi bao gồm một số chốt nhiên liệu riêng lẻ.

Người phản ánh

Tấm phản xạ được bố trí xung quanh lõi để tái tạo mặt sau của các neutron tràn ra khỏi bề mặt lõi.

Thanh điều khiển

Thanh điều khiển lò phản ứng hạt nhân được thiết kế với các yếu tố khối lượng nặng. Chức năng chính của nó là hấp thụ các neutron. Để nó có thể tiếp tục hoặc dừng một phản ứng. Các ví dụ chính của các thanh này là chì, cadmium, v.v.
Những thanh này chủ yếu được sử dụng để khởi động lò phản ứng, duy trì phản ứng ở mức không đổi và tắt lò phản ứng.

Người điều hành

Chức năng chính của người điều hành trong lò phản ứng hạt nhân là làm chậm các neutron khỏi mức năng lượng cao cũng như vận tốc lớn. Vì vậy, cơ hội để neutron va vào các thanh nhiên liệu sẽ tăng e.

Các chất điều chế hiện đại được sử dụng hiện nay chủ yếu bao gồm nước H2o, nước nặng D2o, Beryllium và Graphit. Các đặc tính của bộ điều độ là tính ổn định nhiệt cao, ổn định bức xạ và hóa học, không bị ăn mòn, v.v.

Chất làm mát

Vật liệu được sử dụng để truyền nhiệt từ nhiên liệu đến tuabin qua lõi như nước, natri lỏng, nước nặng, heli, hoặc một thứ khác được gọi là chất làm mát. Đặc tính của dung dịch làm mát chủ yếu bao gồm nhiệt độ nóng chảy thấp, nhiệt độ sôi cao, không độc, ít nhớt, tính ổn định của bức xạ và hóa chất, ... Các chất làm mát thường được sử dụng là Hg, He, Co2, H2o.

Tuabin

Chức năng chính của tuabin là truyền nhiệt năng từ thiết bị làm mát thành điện năng.

Chứa đựng

Khu vực ngăn cách lò phản ứng hạt nhân với môi trường xung quanh. Nói chung, chúng có dạng hình vòm và được thiết kế bằng bê tông cốt thép và mật độ cao.

Tháp làm mát

Chúng được một số loại nhà máy điện sử dụng để đưa nhiệt lượng thặng dư không thể thay đổi thành nhiệt năng vì các định luật nhiệt động lực học. Những tòa tháp này là biểu tượng hypebol cho năng lượng hạt nhân. Những tháp này có thể tạo ra hơi nước ngọt đơn giản.

Che chắn

Nó bảo vệ những người đàn ông làm việc khỏi tác động của bức xạ. Trong quá trình phân hạch, các hạt như alpha, beta, gamma, neutron nhanh và chậm có thể được hình thành. Vì vậy, để đảm bảo an toàn, người ta sử dụng các lớp bê tông hoặc chì dày xung quanh lò phản ứng. Các hạt alpha & beta có thể được ngăn chặn bằng cách sử dụng các lớp nhựa hoặc kim loại dày.

Các loại lò phản ứng hạt nhân

Trên thế giới, có nhiều loại lò phản ứng hạt nhân khác nhau. Dựa trên thiết kế của nó, nó sử dụng Uranium với các nồng độ khác nhau dùng làm nhiên liệu, chất điều tiết để trì hoãn quá trình phân hạch và chất làm mát để truyền nhiệt. PWR hoặc lò phản ứng nước có áp là loại lò phản ứng phổ biến nhất.

PWR / Lò phản ứng nước điều áp

Các loại lò phản ứng này được sử dụng thường xuyên nhất trên toàn thế giới. Nó sử dụng nước bình thường như cả chất điều tiết cũng như chất làm mát. Trong trường hợp này, chất làm mát có thể được cấp tốc để ngăn nó chuyển sang dạng hơi để duy trì trong suốt quá trình. Máy bơm mạnh mẽ di chuyển nước bằng đường ống, truyền nhiệt từ nước sôi trong một vòng lặp thứ cấp. Hơi từ kết quả sẽ thúc đẩy máy phát tuabin tạo ra điện.

BWR / Lò phản ứng nước sôi

Trong các lò phản ứng này, chiến tranh ánh sáng hoạt động giống như chất làm mát cũng như chất điều tiết. Chất làm mát được đặt ở áp suất thấp để đun sôi nước. Hơi có thể được cung cấp trực tiếp cho các máy phát tua bin để tạo ra điện.

Lò phản ứng nước nặng có áp suất

Chúng còn được gọi là lò phản ứng kiểu CANDU. Các lò phản ứng này chiếm khoảng 12% tổng số lò phản ứng hạt nhân trên toàn cầu. Chúng chủ yếu được sử dụng tại tất cả các trạm hạt nhân của Canada. Các lò phản ứng này sử dụng nước nặng như cả chất làm mát và chất điều tiết. Là một loại nhiên liệu, nó sử dụng uranium tự nhiên vì trong lò phản ứng nước có áp suất, chất làm mát có thể được sử dụng để đun sôi nước bình thường trong một vòng lặp khác.

Lò phản ứng làm mát bằng khí

Các lò phản ứng này chỉ được sử dụng ở Anh. Chúng có hai loại là Magnox và AGR (lò phản ứng làm mát bằng khí tiên tiến). Các lò phản ứng này sử dụng C02 như chất làm mát và than chì như chất điều tiết. Nhiên liệu được sử dụng trong Magnox là uranium tự nhiên, trong khi trong AGR, nó sử dụng uranium tăng cường.

Lò phản ứng Graphit nước nhẹ

Các lò phản ứng này được sử dụng ở nước Nga. Vì vậy, các lò phản ứng này sử dụng nước thông thường làm chất làm mát & than chì giống như chất điều tiết. Trong lò phản ứng nước sôi, chất làm mát sôi khi nó cung cấp khắp lò phản ứng. Hơi nước được tạo ra sẽ được cung cấp trực tiếp cho các máy phát tua bin. Các thiết kế lò phản ứng kiểu LWG ban đầu thường được vận hành mà không có các đặc điểm bảo mật.

Lò phản ứng của người chăn nuôi nhanh

Các lò phản ứng này sử dụng neutron nhanh chóng để thay đổi các vật liệu như U238 và Thorium232 thành vật liệu phân hạch để cung cấp nhiên liệu cho lò phản ứng. Quá trình này kết hợp với tái chế, có khả năng tăng cường các nguồn nhiên liệu hạt nhân có thể tiếp cận được. Các lò phản ứng này hoạt động ở Nga.

Lò phản ứng mô-đun nhỏ

SMR hiện đại chủ yếu được thiết kế kinh tế. Các lò phản ứng này đang phát triển để cung cấp điện cho các lưới điện nhỏ và có thể là cung cấp nhiệt cho các ngành tài nguyên. Các lò phản ứng này cũng có thể được sử dụng trong các lưới điện lớn hơn khi nhu cầu tăng lên.

Một số lò phản ứng kiểu SMR đang trong giai đoạn phát triển khó khăn như hoàn toàn nằm dưới lòng đất, giảm việc sử dụng đất, nhân viên và các yêu cầu an ninh. Một số lò phản ứng này có hệ thống an toàn thụ động hoạt động trong tối đa 4 năm mà không cần nạp lại

Một số loại lò phản ứng khác là CANDU, Máy tạo giống nhanh, Thorium, Nước sôi, Nước có áp, Lăng kính, Muối nóng chảy, Mô-đun nhỏ, Máy phát nhiệt đồng vị phóng xạ, Lò phản ứng nhiệt hạch, RBMK, Magnox, Lớp đá cuội, Làm mát bằng nước siêu tới hạn, AES-2006 / Lò phản ứng loại VVER-1000, VHTR, HTGR và Nghiên cứu.

Sử dụng lò phản ứng hạt nhân

Các ứng dụng của lò phản ứng hạt nhân bao gồm những thứ sau

• Chúng được sử dụng tại các nhà máy điện hạt nhân để tạo ra điện và cũng được sử dụng trong động cơ đẩy hạt nhân trên biển.
• Các nhà máy điện hạt nhân cung cấp năng lượng cần thiết để sản xuất năng lượng điện.
• Ngược lại, chúng điều khiển các chân vịt của tàu làm quay trục của máy phát điện.

Vì vậy, đây là tất cả về một tổng quan về lò phản ứng hạt nhân . Tương tự như vậy, có nhiều loại lò phản ứng hạt nhân thương mại khác nhau có sẵn trên khắp thế giới như làm mát bằng khí, Neutron nhanh & Graphite nước nhẹ, nước có áp, nước sôi, nước nặng có áp suất và lò phản ứng giống nhanh. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, nhiên liệu được sử dụng trong PHWR là gì?