|
Termiz davlat universiteti fizika-matematika fakulteti nazariy fizika kafedrasi
|
| bet | 7/16 | | Sana | 25.11.2023 | | Hajmi | 0,53 Mb. | | #105330 |
Bog'liq ramazon1.2-rasm. AES dagi issiqlik energiyasini elektr energiyaga aylantirishning 2 ta konturdan iborat boʻlgan prinsipial sxema.
1-yadro reaktori, 2-dastlabki biologik himoya, 3-ikkilamchi biologik himoya, 4-konturdagi bosim regulyatori, 5-turbina, 6-elektrogenerator, 7-kondensator yoki gaz sovutgich, 8-nasos yoki kompressor, 9-ishchi jism, 10-regenerativ issiqlik almashtiruvchi, 11-bug’ issitkich, 12-sirkulyatsion nasos, 13- oraliq issiqlik almashtiruvchi.
AES dagi issiqlik energiyasini elektr energiyaga aylantirishning 2ta konturdan iborat boʻlgan prinsipial sxema quyida keltirilgan. Birinchi AESning ishlash jarayonini kuzatishlar atom energiyasidan elektr energiya olishda foydalanish mumkinligini koʻrsatibgina qolmay, shu bilan birga keyinchalik katta quvvatli AES larni qurishda baza boʻlib xizmat qildi. Toʻplangan tajriba natijalari atom energiyasining kelajagi uchun sekinlashtiruvchi va issiqlik uzatuvchi moddasi oddiy suvdan iborat boʻlgan korpusli reaktorlar va uran-grafit tipidagi reaktorlar maqsadga muvofiq deb topildi.
Hozirgi vaqtda AES larni qurish xarajatlari boshqa elektr stansiyalari qurish xarajatlarga qaraganda yuqori boʻlsa-da, lekin ularni ekspluatatsiya qilish xarajatlari (yonilg’i qiymatini qo’shib olganda) boshqa elektr stansiyalariga qaraganda kamdir.
Hozirgi kunda yadro energetikasini intensiv rivojlantirmay turib, energiya ishlab chiqarish darajasini bir xil ushlab turmasligi ayondir. Atom energetikasi barcha rivojlangan mamlakatlarda asosiy energetika manbayiga aylanib borishi ko’zda
1.3. Xavfsiz reaktorlar va AESlar haqida ma’lumot
Reaktorlarda zanjir reaksiyasini boshqarish neyronlarni kuchli yutuvchi materiallardan tayyorlangan, odatda, kadmiydan yasalgan sterjenlar yordamida amalga oshiriladi. Sterjenlarni yuqoriga koʻtarib yoki pastga tushirib kritik holatga mos ravishda zanjir reaksiyasini kuchaytirish yoki susaytirib, ya’ni reaktor quvvatini boshqarib turish mumkin. Ammo bir falokat yuz berib hamma boshqaruv sterjenlari, masalan, avtomat boshqaruv sistemalari noto’g’ri ishlashi tufayli chiqarib olinsa, zanjir reaksiyasi o’z-o’zidan kuchayib falokatga olib keladi. Shu nuqtai nazardan hozirgi zamonda mavjud reaktorlarni mutloq xavfsiz deb boʻlmaydi. Issiqlik va tez neyronli reaktorlar haqida toʻxtalib oʻtaylik. Issiqlik neytronlarda spektri muvozanatlangan Maksvell spektriga yaqin va temperaturasi atrof-muhitnikiga teng. Tez neytronli reaktorlarda esa, aksincha, neyronlarning sekinlashishiga yoʻl qoʻymaslikka intiliniladi. Shuning uchun ularning spektiri boʻlinishini neytronlari spektriga yaqin-ularning energiyasi boʻlinishda hosil bo’ladiganlaridek katta. Sekinlatgichning yoʻqligi eng arzon issiqlik tashuvchi boʻlgan suvdan foydalanishni inkor qiladi (ularni oldida suyuq metall ishlatiladi). Shu sababli konstruksiya jihatdan tez reaktorlar issiq neytronli reaktorlarga qaraganda ancha murakkab va kapital xarajatlar ham yuqoriroqdir. Lekin ularni ulkan afzalliklari bor, ularda boʻlinishiga moyil boʻlgan atomlarning (uran va plutoniyning toq izotoplari) yo’qolishi bilan birga ularni ayrimlari qaytadan, masalan, 238U+n reaksiyasi natijasida 239Pu hosil boʻladi (regeneratsiya). Reaktorlarning bu xususiyati K-qayta ishlab chiqarish koeffitsiyenti bilan xarakterlanadi. Bu koeffitsiyent hosil boʻlayotgan boʻlinishga qodir atomlar sonining yo’qoladiganlari (soniga) nisbatiga teng va qayta ishlab chiqarish koeffitsiyenti deb ataladi. Issiqlik neytronli reaktorlar uchun K-har doim 1 dan kichik, ularda issiqlik neytronlar taʼsiri ostida asosan 235U ning kuyishi-yonishi yuz beradi. Tez neytronli reaktorlarda K-birdan katta va arzon, tabiat katta keng tarqalgan 238U yonishga jalb qilinadi. Bunday reaktor bir vaqtning oʻzida reaktor-ko’paytirgich ham boʻladi. U issiqlik va tez reaktorlarni boʻlinuvchi modda bilan taʼminlash qobiliyatiga ega.
Tez neytronli reaktor ikki zonaga bo’lingan: zanjir reaksiyasi va beradigan markaziy (aktiv) va 238U dan iborat, plutoniy toplanadigan markazdan uzoq zonalar. Yopiq davrda maʼlum vaqt oʻtishi bilan reaktordan boʻlinuvchi material olib qayta ishlash uchun kimyo kombinatlariga yuboriladi. Ulardan ajratib olingan plutoniy va uran yana reaktorlarning aktiv zonalariga qaytariladi.
Agar reaktorning ikkita zonasini bitta bilan almashtirsak (ularni shunday proporsiyada aralashtirsakki, unda kritik holat va yoqilg’i to’plash qobiliyati ta’minlangan bo’lsa), neytron reaksiyasining ikki funksiyasi-yonish va regeniratsiya fazoviy o’zaro moslashgan bo’ladi. Arashtirishning manfiy tomoni – yoqilg’ining kritik massasi Mkr uran-235 yoki plutoniy-239 izotopi uran-238 izotopi bilan qancha ko’p aralashtirilsa, shunchalik ko’p marta oshadi.
Uran-238 bilan plutoniy-239 aralashmasi kritik massasi Mkr ning plutoniy-239 ning konsentratsiyasiga bog’liqligi.
1.1-jadval
239Pu,%
|
100
|
50
|
25
|
10
|
7,5
|
6
|
5
|
4,8
|
Mkr, kg
|
11
|
34
|
120
|
800
|
2000
|
5500
|
30000
|
Cheksiz
|
239Pu,kg
|
11
|
17
|
30
|
80
|
150
|
330
|
1500
|
Cheksiz
|
Kritik massa 239Pu konsentratsiyaga oddiy teskari proporsionallik qonuniga ko’ra bog’liq emas; masalan, konsentratsiyani 100 dan 50 foizgacha kamaytirilganda, kritik massa 3marta ortadi. Bundan tashqari, kritik massa bo’sag’a qiymatga ega, unda Mkr cheksiz ortib ketadi. Bu esa bo’linuvchi modda miqdoriga emas, balki uning yadrolari orasidagi masofaga bog’liqligidandir.
Shunday bo’linishga qaramasdan aralashtirishning ko’rsatilgan kamchiliklari unchalik ahamiyatga ega emas. Chunki quvvati 1GWt bo’lgan AES blokida yoqilg'ining yil davomida yonadigan bo’linuvchi qismining miqdori 1t ga yaqin. Reaktorda uning boshlang’ich umumiy miqdori esa, bir necha tonnani tashkil qiladi.
Endi qanday sharoitlarda reaktor yonish emas, to’plash rejimida ishlashi mumkinligini aniqlaylik. Reaktorda plutoniy bir vaqtning o’zida ham paydo bo’ladi, ham yo’qoladi. “Tug’ilishi” soni plutoniy konsentratsiyasiga bog’liq emas, lekin “nobut bo’lishlari” soni esa, unga to’g’ri proporsionaldir. Bu plutoniy konsentratsiyasining muvozanatga intilishga olib keladi. Plutoniyning boshlang’ich konsentratsiyasi qancha bo’lishidan qat’iy nazar vaqt o’tishi bilan u ga intiladi.
Agar bo’lsa, plutoniy yonib, kamayadi, bo’lsa u holda u yig’iladi. Shu bilan birga, 238U atomlari tomonidan neytronlarning qamralishi tufayli uran va plutoniy aralashmasida kritik holatda erishiladigan plutoniyning qandaydir minimal konsentratsiyasi mavjud. Ya’ni reaktorda statsionar rejimda mavjud bo’lishi mumkin. Kritik konsentratsiya ga qaraganda boshqa fizik doimiylar orqali aniqlanadi. Shu sababli, , amalda dan katta bo’lishi ham, kichik bo’lishi ham mumkin. Bu munosabat neytronlar spektriga, ya’ni reaktorning xiliga bog’liq; issiqlik reaktorlar uchun tez reaktor uchun . Boshqacha aytganda, yoqilg’i to’planadigan reaktor qurish mumkin. Yuqorida keltirilgan K-qayta ishlab chiqarish koeffitsiyenti va doimiylari orqali ifodalanishi mumkin:
(2)
Bundan ko’rinib turibdiki, K>1 bo’lganda reaktor uchun ya’ni u yonish emas, to’plash rejimida ishlashi mumkin.
Reaktorda intilsa , lekin k dan katta bo’la olmasligi sababli, kritik holat avtomatik ravishda saqlanib turiladi. Boshqacha aytganda, eng kamida yonish rejimida ishlaydigan reaktorni boshqaruvchi sterjenlar yordamida moslash talab qilinmaydi. Demak, bunday reaktor yadroviy portlashga nisbatan xavfsiz bo’ladi. Bunday reaktorda yoqilg’ining effektiv (50-70%) yonishiga erishish mumkin. Zanjir reaksiyasi to’xtashi uchun konsentratsiyasi 238U ning miqdoriga proportional bo’lganligidan k bo’lishi kifoya. Agar boshlang’ich sharoitda k =2 bo’lsa, u holda uranning faqat yarmi yonib bo’ladi.
Effektiv yonish yoqilg’i etishmasligi bilan bog’liq bo’lgan muammoni susaytiradi va boshlang’ich paytlarda yoqilg’ini regeneratsiya qilishdan voz kechishga imkon beradi.
Kritik holatni avtomatik ravishda saqlab turish mumkinligini noyob, xatto afsonaviy loyihalar tuzishga sharoit yaratadi. Uran og’ir metall bo’lganligi uchun Yer sirtidagi jinslarning solishtirma og'irligidan katta solishtirma og’irlikka ega bo’lgan reaktorni tasavvur qilish qiyin emas. Bunda o’z holiga qo’yilgan reaktor muhit jinslarining erish temperaturasidan katta temperatura bera olsa, u yerga cho’ka boshlaydi. Bunday reaktorning o’lchami va shaklini o’zgartirib, Yerga ko’milishning yetarli tezligiga erishish mumkin (taxminan bir yilga bir kilometr). Bu holda cho’kish joyi atrofida qizigan tuproqning katta hajmi (~0,1 km2) hosil bo’ladi. Bu joydan, xuddi geotermal stansiyalardagidek issiqlik olish mumkin. Muhimi shundaki, Yer jinslari reaktor neytronlari ta’sirida sust aktivlashadi. Hosil bo’lgan radioaktiv izotoplar esa qisqa yarim parchalanish davriga ega [4].
|
| |
