|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
LỊCH SỬ CÔNG NGHỆ, CÔNG NGHỆ, ĐỐI TƯỢNG QUA CHÚNG TÔI
Nhà máy điện hạt nhân. Lịch sử phát minh và sản xuất
Cẩm nang / Lịch sử của công nghệ, kỹ thuật, các đối tượng xung quanh chúng ta Nhà máy điện hạt nhân (NPP) - cơ sở lắp đặt hạt nhân để sản xuất năng lượng ở các chế độ và điều kiện sử dụng cụ thể, nằm trong lãnh thổ được xác định bởi dự án, trong đó có lò phản ứng hạt nhân (lò phản ứng) và tổ hợp các hệ thống, thiết bị, thiết bị và công trình cần thiết với những công nhân cần thiết được sử dụng để đạt được mục đích này (nhân viên). Nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới được xây dựng ở Liên Xô 9 năm sau vụ đánh bom nguyên tử ở Hiroshima. Sự kiện quan trọng nhất trong lịch sử công nghệ này được bắt đầu bằng công việc sốt sắng và căng thẳng nhằm tạo ra vũ khí hạt nhân của riêng chúng ta. Nghiên cứu khoa học được dẫn dắt bởi nhà khoa học lỗi lạc và nhà tổ chức tài năng Igor Kurchatov.
Năm 1943, Kurchatov thành lập trung tâm nghiên cứu của riêng mình ở Moscow (lúc đó nó có tên là Phòng thí nghiệm số 2, sau này được chuyển thành Viện Năng lượng nguyên tử). Tại phòng thí nghiệm này và một số phòng thí nghiệm khác, tất cả các nghiên cứu của các nhà khoa học Mỹ đều được lặp lại trong thời gian ngắn nhất và thu được uranium tinh khiết và than chì nguyên chất. Vào tháng 1946 năm 1, phản ứng dây chuyền đầu tiên được thực hiện tại lò phản ứng hạt nhân-than chì thử nghiệm F100. Công suất của lò phản ứng này hầu như không đạt tới XNUMX W. Tuy nhiên, có thể thu được dữ liệu quan trọng làm cơ sở cho việc thiết kế một lò phản ứng công nghiệp lớn, quá trình phát triển lò phản ứng này đã diễn ra sôi nổi. Không có kinh nghiệm xây dựng một lò phản ứng như vậy ở Liên Xô. Sau một hồi cân nhắc, Kurchatov quyết định giao phó công việc này cho NIIkhimmash, do Nikolai Dollezhal đứng đầu. Mặc dù Dollezhal là một nhà hóa học cơ học thuần túy và chưa bao giờ nghiên cứu vật lý hạt nhân nhưng kiến thức của ông hóa ra lại rất có giá trị. Tuy nhiên, NIIkhimmash sẽ không thể tự mình tạo ra lò phản ứng. Công việc chỉ bắt đầu thành công sau khi có một số viện khác tham gia. Nguyên lý vận hành và thiết kế của lò phản ứng Dollezhal nhìn chung rất rõ ràng: các khối than chì với các kênh dành cho khối uranium và thanh điều khiển - bộ hấp thụ neutron - được đặt trong một vỏ kim loại. Tổng khối lượng uranium phải đạt đến giá trị yêu cầu mà các nhà vật lý tính toán, tại đó phản ứng phân hạch dây chuyền kéo dài của các nguyên tử uranium bắt đầu. Kết quả của phản ứng phân hạch của hạt nhân uranium, không chỉ xuất hiện hai mảnh (hai hạt nhân mới) mà còn xuất hiện một số neutron. Những neutron thế hệ thứ nhất này đóng vai trò duy trì phản ứng, dẫn đến việc tạo ra các neutron thế hệ thứ hai, thứ ba, v.v. Trung bình, cứ một nghìn neutron được tạo ra thì chỉ có một số ít không được tạo ra ngay lập tức, tại thời điểm phân hạch và một thời gian sau đó bay ra khỏi các mảnh vỡ. Sự tồn tại của cái gọi là neutron bị trì hoãn này, vốn là một phần nhỏ của quá trình phân hạch uranium, hóa ra lại có tính quyết định đối với khả năng xảy ra phản ứng dây chuyền có kiểm soát. Một số trong số chúng bị trì hoãn một phần giây, một số khác bị trễ vài giây hoặc hơn. Số lượng neutron bị trì hoãn chỉ bằng 0% tổng số của chúng, nhưng chúng làm chậm đáng kể (khoảng 75 lần) tốc độ tăng dòng neutron và do đó tạo điều kiện thuận lợi cho nhiệm vụ điều chỉnh công suất lò phản ứng. Chính trong thời gian này, bằng cách điều khiển các thanh hấp thụ neutron, bạn có thể cản trở quá trình phản ứng, làm chậm hoặc tăng tốc phản ứng. Hầu hết các neutron được sinh ra đồng thời với quá trình phân hạch và trong thời gian tồn tại ngắn ngủi của chúng (khoảng một phần trăm nghìn giây), không thể ảnh hưởng đến quá trình phản ứng theo bất kỳ cách nào, cũng như không thể ngăn chặn một vụ nổ nguyên tử đã bắt đầu. . Dựa trên thông tin này, nhóm của Dollezhal đã có thể nhanh chóng hoàn thành nhiệm vụ. Ngay trong năm 1948, một nhà máy plutonium với một số lò phản ứng công nghiệp đã được xây dựng và vào tháng 1949 năm XNUMX, quả bom nguyên tử đầu tiên của Liên Xô đã được thử nghiệm. Sau này, Kurchatov có thể chú ý hơn đến việc sử dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình. Theo chỉ dẫn của ông, Feinberg và Dollezhal bắt đầu phát triển thiết kế lò phản ứng cho nhà máy điện hạt nhân. Người đầu tiên tính toán vật lý và người thứ hai tính toán kỹ thuật. Thực tế là một lò phản ứng hạt nhân không chỉ có thể là nơi sản xuất plutonium cấp độ vũ khí mà còn là một nhà máy điện mạnh mẽ, đã trở nên rõ ràng đối với những người tạo ra nó đầu tiên. Một trong những biểu hiện bên ngoài của phản ứng hạt nhân đang diễn ra, cùng với bức xạ phóng xạ, là sự giải phóng nhiệt đáng kể. Trong một quả bom nguyên tử, lượng nhiệt này được giải phóng ngay lập tức và đóng vai trò là một trong những yếu tố gây hại cho nó. Trong một lò phản ứng nơi phản ứng dây chuyền ở trạng thái âm ỉ, sự tỏa nhiệt mạnh có thể tiếp tục trong nhiều tháng, thậm chí nhiều năm, và vài kg uranium có thể giải phóng nhiều năng lượng như chúng giải phóng trong quá trình đốt cháy hàng nghìn tấn nhiên liệu thông thường. Vì các nhà vật lý Liên Xô đã học cách kiểm soát phản ứng hạt nhân nên vấn đề tạo ra một lò phản ứng năng lượng phụ thuộc vào việc tìm cách loại bỏ nhiệt khỏi nó. Kinh nghiệm thu được trong các thí nghiệm của Kurchatov rất có giá trị nhưng không giải đáp được nhiều câu hỏi. Không có lò phản ứng nào được xây dựng vào thời điểm này là lò phản ứng điện. Trong các lò phản ứng công nghiệp, năng lượng nhiệt không những không cần thiết mà còn có hại - nó phải được loại bỏ, tức là các khối uranium phải được làm lạnh. Vấn đề thu thập và sử dụng nhiệt tỏa ra trong phản ứng hạt nhân vẫn chưa được xem xét ở Liên Xô cũng như ở Hoa Kỳ. Các câu hỏi quan trọng nhất trong quá trình thiết kế lò phản ứng điện cho nhà máy điện hạt nhân là: loại lò phản ứng nào (neutron nhanh hay chậm) là thích hợp nhất, chất điều tiết neutron (graphite hay nước nặng) là gì, cái gì có thể phục vụ đối với chất làm mát (nước, khí hoặc kim loại lỏng), nhiệt độ và áp suất của nó phải như thế nào. Ngoài ra, còn có nhiều câu hỏi khác, chẳng hạn như về vật liệu, về an toàn cho nhân viên và về việc tăng hiệu quả. Cuối cùng, Feinberg và Dollezhal đã quyết định những gì đã được thử nghiệm: họ bắt đầu phát triển một lò phản ứng neutron chậm với bộ điều tiết than chì và chất làm mát bằng nước. Kinh nghiệm thực tế và lý thuyết tốt đã được tích lũy trong quá trình sử dụng chúng. Điều này đã định trước sự thành công của dự án của họ. Năm 1950, hội đồng kỹ thuật của Bộ Kỹ thuật Trung bình đã chọn lò phản ứng do NIIkhimmash phát triển từ một số phương án được đề xuất. Việc thiết kế toàn bộ nhà máy điện (người ta quyết định xây dựng nó ở Obninsk) được giao cho một trong những viện nghiên cứu Leningrad, do Gutov đứng đầu. Công suất dự kiến của nhà máy điện hạt nhân đầu tiên là 5000 kW phần lớn được lựa chọn một cách tình cờ. Ngay sau đó, MAES đã ngừng hoạt động một máy phát điện tua bin 5000 kW đang hoạt động hoàn toàn và vận chuyển nó đến Obninsk, nơi đang được xây dựng. Họ quyết định thiết kế toàn bộ nhà máy điện hạt nhân cho nó.
Lò phản ứng năng lượng không phải là một cơ sở công nghiệp mà là một cơ sở khoa học. Việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân được giám sát trực tiếp bởi Phòng thí nghiệm Vật lý và Năng lượng Obninsk, được thành lập vào năm 1947. Trong những năm đầu tiên không có đủ lực lượng khoa học cũng như trang thiết bị cần thiết. Điều kiện sống cũng không thể chấp nhận được. Thành phố vừa mới được xây dựng. Những con đường trải nhựa vào mùa xuân và mùa thu phủ đầy bùn không thể đi qua, trong đó ô tô bị mắc kẹt một cách vô vọng. Hầu hết cư dân chen chúc trong doanh trại ván và những ngôi nhà “Phần Lan” không thoải mái. Phòng thí nghiệm nằm trong những tòa nhà hoàn toàn ngẫu nhiên và không phù hợp với mục đích khoa học (một tòa nhà trước đây là khu dành cho trẻ em, tòa nhà còn lại là dinh thự Morozov). Điện được tạo ra bởi một tua bin hơi nước 500 kW cũ. Khi cô dừng lại, toàn bộ ngôi làng và công trường chìm trong bóng tối. Các tính toán phức tạp nhất được thực hiện thủ công. Tuy nhiên, các nhà khoa học (nhiều người mới từ mặt trận về) đã kiên trì vượt qua khó khăn. Ý nghĩ rằng họ đang thiết kế và xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới đã khiến tâm trí phấn khích và khơi dậy niềm đam mê lớn lao. Đối với những vấn đề thuần túy khoa học, chúng cũng rất khó khăn. Sự khác biệt cơ bản giữa lò phản ứng điện và lò phản ứng công nghiệp là ở loại lò phản ứng thứ hai, nước chỉ đóng vai trò làm chất làm mát và không có chức năng nào khác. Ngoài ra, lượng nhiệt dư do nước loại bỏ khiến nhiệt độ của nó giảm xuống gần điểm sôi. Ở đây, nước đóng vai trò là chất mang năng lượng, nghĩa là phục vụ cho việc hình thành hơi nước có khả năng thực hiện công hữu ích. Điều này có nghĩa là cần phải tăng nhiệt độ và áp suất lên càng nhiều càng tốt. Để máy phát điện tua-bin hoạt động hiệu quả, ít nhất cần phải tạo ra hơi nước có nhiệt độ trên 200 độ và áp suất 12 atm (nhân tiện, nhiệt độ này rất thấp vào thời điểm đó, nhưng chúng tôi quyết định giới hạn ở những điều này). các thông số hiện nay).
Trong quá trình xây dựng, thiết kế lò phản ứng công nghiệp được lấy làm cơ sở. Chỉ thay vì các thanh uranium, các bộ phận loại bỏ nhiệt uranium - thanh nhiên liệu - mới được cung cấp. Sự khác biệt giữa chúng là nước chảy xung quanh thanh nhiên liệu từ bên ngoài, trong khi thanh nhiên liệu là một ống có thành đôi. Uranium đã được làm giàu được đặt giữa các bức tường và nước chảy qua kênh bên trong. Các tính toán đã chỉ ra rằng với thiết kế này, việc làm nóng nó đến nhiệt độ yêu cầu sẽ dễ dàng hơn nhiều. Theo bản vẽ phác thảo, hình dáng sau đây của lò phản ứng đã xuất hiện. Ở phần giữa của thân hình trụ có đường kính hơn 1,5 m có một vùng hoạt động - một khối xây bằng than chì cao khoảng 170 cm, xuyên qua các kênh. Một số trong số chúng được dùng làm thanh nhiên liệu, số khác dùng để làm thanh hấp thụ neutron và tự động duy trì trạng thái cân bằng ở một mức nhất định. Nước lạnh sẽ chảy vào phần dưới của cụm thanh nhiên liệu (thực tế không lạnh chút nào - nhiệt độ của nó khoảng 190 độ). Sau khi đi qua các bộ phận loại bỏ nhiệt và trở nên nóng hơn 80 độ, nó đi vào phần trên của cụm và từ đó đi vào bộ thu nước nóng. Để không sôi và biến thành hơi (điều này có thể khiến lò phản ứng hoạt động bất thường), nó phải chịu áp suất 100 atm. Từ bộ thu, nước phóng xạ nóng chảy qua các đường ống vào máy tạo hơi nước trao đổi nhiệt, sau đó, sau khi đi qua máy bơm tuần hoàn, nó quay trở lại bộ thu nước lạnh. Dòng điện này được gọi là mạch đầu tiên. Chất làm mát (nước) lưu thông trong đó theo một vòng tròn khép kín mà không thấm ra ngoài. Trong mạch thứ hai, nước đóng vai trò là chất lỏng hoạt động. Ở đây nó không có chất phóng xạ và an toàn cho người khác. Sau khi được làm nóng tới 190 độ trong bộ trao đổi nhiệt và biến thành hơi với áp suất 12 atm, nó được cung cấp cho tuabin, nơi nó thực hiện công việc hữu ích của mình. Hơi nước rời khỏi tuabin phải được ngưng tụ và đưa trở lại máy tạo hơi nước. Hiệu suất của toàn bộ nhà máy điện là 17%. Sơ đồ mô tả có vẻ đơn giản này trên thực tế lại rất phức tạp về mặt kỹ thuật. Khi đó lý thuyết về lò phản ứng chưa tồn tại - nó ra đời cùng với nó. Một yếu tố đặc biệt phức tạp là các thanh nhiên liệu, thiết kế của chúng quyết định phần lớn hiệu quả của toàn bộ hệ thống lắp đặt. Các quá trình diễn ra ở chúng rất phức tạp theo mọi quan điểm: cần phải quyết định cách thức và cách thức nạp uranium vào chúng, cần làm giàu nó ở mức độ nào, làm thế nào để đạt được sự tuần hoàn của nước dưới áp suất cao, và làm thế nào để đảm bảo trao đổi nhiệt. Từ một số phương án, các thanh nhiên liệu do Vladimir Malykh phát triển đã được chọn - bằng bột uranium-molypden (uranium đã được làm giàu đến 5%), được ép bằng magiê nghiền mịn - kim loại này được cho là tạo ra sự tiếp xúc nhiệt hiệu quả của hợp kim uranium-molypden với vách của thanh nhiên liệu.
Vấn đề không chỉ ở việc đổ đầy bộ phận nhiên liệu mà cả lớp bọc của nó cũng tạo ra vấn đề. Vật liệu của các bộ phận truyền nhiệt phải bền, chống ăn mòn và không bị thay đổi tính chất khi tiếp xúc lâu với bức xạ. Vật liệu tốt nhất theo quan điểm hóa học - thép không gỉ - không được các nhà vật lý ưa thích vì nó hấp thụ mạnh neutron. Cuối cùng, Dollezhal quyết định chọn thép. Để bù đắp cho đặc tính hấp thụ của nó, người ta đã quyết định tăng tỷ lệ uranium được làm giàu (sau này, một hợp kim zirconium đặc biệt đã được phát triển cho các nguyên tố nhiên liệu đáp ứng tất cả các điều kiện cần thiết).
Việc chế tạo các thanh nhiên liệu và hàn thép không gỉ tỏ ra vô cùng khó khăn. Mỗi thanh nhiên liệu có một số đường nối, và có 128 thanh nhiên liệu như vậy, trong khi đó, yêu cầu về độ kín của các đường nối là cao nhất - chúng bị đứt và nước nóng dưới áp suất cao xâm nhập vào lõi lò phản ứng đe dọa thảm họa. Một trong nhiều viện nghiên cứu vấn đề này được giao nhiệm vụ phát triển công nghệ hàn thép không gỉ. Cuối cùng công việc đã được hoàn thành thành công. Lò phản ứng được khởi động vào tháng 1954 năm XNUMX và vào tháng XNUMX cùng năm, nhà máy điện hạt nhân đã sản xuất dòng điện đầu tiên. Tại nhà máy điện hạt nhân đầu tiên, hệ thống điều khiển các quá trình xảy ra trong lò phản ứng đã được tính toán cẩn thận. Các thiết bị được tạo ra để điều khiển từ xa các thanh điều khiển từ xa tự động và thủ công, để tắt khẩn cấp lò phản ứng và các thiết bị để thay thế các thanh nhiên liệu. Người ta biết rằng phản ứng hạt nhân chỉ bắt đầu khi đạt đến khối lượng tới hạn nhất định của vật liệu phân hạch. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành lò phản ứng, nhiên liệu hạt nhân bị đốt cháy. Vì vậy, cần phải tính toán lượng nhiên liệu cung cấp đáng kể để đảm bảo lò phản ứng hoạt động trong thời gian ít nhiều. Ảnh hưởng của lượng dự trữ siêu tới hạn này đến quá trình phản ứng được bù đắp bằng các thanh đặc biệt hấp thụ neutron dư thừa. Nếu cần tăng công suất của lò phản ứng (vì nhiên liệu đã cháy hết), các thanh điều khiển sẽ được kéo dài ra một chút so với lõi lò phản ứng và được lắp đặt ở vị trí mà lò phản ứng sắp xảy ra phản ứng dây chuyền và hoạt động phân hạch uranium hạt nhân đang được tiến hành. Cuối cùng, các thanh bảo vệ khẩn cấp đã được cung cấp, việc hạ chúng xuống lõi sẽ ngay lập tức dập tắt phản ứng hạt nhân. Tác giả: Ryzhov K.V.
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ Điện năng tiêu thụ của màn hình OLED sẽ giảm ▪ Cảm biến ISOCELL mới của Samsung ▪ Tinh chế nước từ uranium sử dụng vi khuẩn từ tính ▪ Tối ưu hóa phần cứng giúp giảm mức tiêu thụ điện năng 5G ▪ Tàu điện ngầm Siemens Mobility X-Wagen
▪ phần radio của trang web. Lựa chọn bài viết ▪ bài viết của Figaro ở đây, Figaro ở đó. biểu hiện phổ biến ▪ bài viết Tại sao Cepheids được gọi là đèn hiệu của vũ trụ? đáp án chi tiết ▪ article Người lái máy kéo (người lái máy kéo). Hướng dẫn tiêu chuẩn về bảo hộ lao động ▪ Bài viết Mật ong nhân tạo. Công thức nấu ăn đơn giản và lời khuyên ▪ bài báo Pepperbox với những đồng tiền biến mất. bí mật tập trung
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela 
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này