Цөмийн түлшийг юунд ашигладаг вэ? MSNW-ийн Fusion пуужин. Цөмийн нэгдэл: эрчим хүчний хувьсгал

Жишээ.
D-T нэгдэл нь дейтерий ба тритий атомаас эхэлж, гелий-4 атом ба нейтроноор төгсдөг. Анхны масс 2.013553 + 3.015500 = 5.029053. Эцсийн масс 4.001506 + 1.008665 = 5.010171. Эхнийхээс хоёр дахь хэсгийг хасвал массын согог 0.018882-тэй тэнцүү байна. 931.494028-аар үржүүлснээр бид 17.58847 МэВ-тэй тэнцэх энергийг олно.

Цөмийн нэгдэл нь том, том атомууд төмрийн атом болох хүртлээ нийлснээр энерги үүсгэдэг гэдгийг анхаарна уу. Үүний дараа хүнд атомуудын нэгдэл нь гаргаж авахаасаа илүү их энерги зарцуулж эхэлдэг.

Бөөмүүд

Энэ хүснэгтэд хайлуулах түлш болгон ашиглаж болох төрөл бүрийн тоосонцоруудын тэмдэглэгээг өгдөг. Доорх урвалын массын согогийг тооцоолж, олж авсан энергийн хэмжээгээр гайхах гэж байгаа тохиолдолд бөөмийн массыг өгсөн болно.

Тритиумын хагас задралын хугацаа ердөө 12.32 жил байдаг бөгөөд энэ нь түүнийг сансарт ашиглахад бага зэрэг төвөгтэй болгодог, учир нь арван хоёр жилийн дараа гелий-3 болж хагас задрах болно. Ийм учраас тритиумын байгалийн орд байдаггүй. Тритиум ашигладаг реакторын ихэнх загвар нь тритиум генератор дээр тулгуурладаг. Эдгээр нь ихэвчлэн реакторыг тойрсон шингэн литийн сав юм. Лити нь нейтроныг шингээж, шинэ трити, гели-4 болгон хувиргадаг.

Сансар огторгуйг судлах эдийн засгийн сэдэл гэж байнга дурдагддаг алдарт гелий-3 нь харамсалтай нь төсөөлж байсан шиг тийм ч сайн биш юм. Нэгдүгээрт, энэ нь дэлхий дээр олддоггүй тул олж авахад хэцүү болгодог. Зарим сонирхогчид үүнийг саран дээр олборлохыг хүсдэг, гэхдээ түүний концентраци маш бага байдаг. Ердөө нэг тонн гелий-3 авахын тулд 100 сая тонн сарны реголит боловсруулах шаардлагатай. Эсвэл үйлдвэрт үйлдвэрлэж болох боловч энэ нь маш олон тооны нейтрон шаарддаг. Ерөнхийдөө та тритиумыг авч, задрахыг хүлээх хэрэгтэй. Санчир, Тэнгэрийн ван гаригийн агаар мандалд асар их хэмжээний гелий-3 агуулагдаж байгаа ч түүнийг тэндээс гаргаж авахад зохих дэд бүтэц шаардлагатай. Тэдний агаар мандал дахь гелий-3-ын концентраци саяд арван хувь хүрэх боломжтой бөгөөд энэ нь саран дээрхээс хамаагүй дээр юм. Бархасбадь мөн агаар мандалдаа гелий-3 агуулдаг боловч асар их таталцлын улмаас түүнийг олборлох нь маш хэцүү байдаг.

Оршил

Энэ нийтлэлд анх харахад термоядролын энергийг сансрын нисгэгчтэй хурдан нисэхэд ашиглах өөр нэг аргыг тайлбарласан болно. Энэ зам дахь өмнөх хүчин чармайлт нь дараах хоёр шалтгааны улмаас бүтэлгүйтсэн. Нэгдүгээрт, тэдгээр нь хайлуулах реакторуудын загварт суурилсан байв. Реакторуудад ашигладаг аргуудыг шууд хэрэглэх нь асар их масстай систем, эрчим хүчний алдагдалтай холбоотой асуудалд хүргэдэг. Нарийвчилсан шинжилгээгээр хамгийн авсаархан TOKMAK концепцийн хувьд бөмбөрцөг торус хөлөг онгоцны жин 4000 тонн орчим байжээ. Химийн пуужин ашиглан бага жишиг тойрог замд хөөргөх хамгийн их масс нь 200 тонноос хэтрэхгүй байх ёстой.

Хоёрдахь шалтгаан нь үнэндээ өмнөх бүх хөдөлгөгч системүүд нь ихэвчлэн цэнэглэгдсэн тоосонцор үүсгэдэг нарийн төвөгтэй урвалуудыг шаарддаг явдал юм. Энэ нь нейтроноор дамждаг эрчим хүчний алдагдлыг бууруулахад шаардлагатай байв. Хамгийн ирээдүйтэй нь D- 3 He ба P- 11 B. Гэхдээ эдгээр урвалууд нь плазмын өндөр температурыг шаарддаг бөгөөд D-T хайлалтыг бодвол хүрэхэд илүү хэцүү байсан бөгөөд энэ нь илүү хүртээмжтэй бөгөөд дэлхий дээр хэрэглэх цорын ганц нэр дэвшигч гэж тооцогддог. . Ашиг багатай ч гэсэн тэд шаталтыг хадгалахын тулд асар их хэмжээний эрчим хүч шаарддаг бөгөөд энэ нь өөр хуваагдлын урвалаас арай дээр юм.

Сансрын хөдөлгүүрийн системд хайлуулах энергийг хэрхэн ашиглах тухай өнгөрсөн үеийн санаануудыг дахин бодох хэрэгтэй. Химийн пуужингийн хөдөлгүүрт ийм давуу талыг юу өгдөгийг харцгаая. Үүний гол шалтгаан нь шаталтын химийн урвалаас гаргаж авсан энерги нь хүссэн хэмжээгээрээ их эсвэл бага байж болно. Хүнд жинтэй Атлас зөөгч пуужингийн хувьд 13 ГВт-аас машинд 130 кВт хүртэл. Удаан хугацааны тасралтгүй ажиллагаатай үед эрчимтэй дулааныг зайлуулах, дулааны эвдрэл гарахаас санаа зовохгүйгээр температурыг нэмэгдүүлэх боломжтой тул бага эрчим хүчний үед шаталт илүү үр дүнтэй байдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Атомын болон устөрөгчийн бөмбөгний туршилтаас харахад цөмийн түлшний шаталт нь ижил Атласаас хэд хэдэн удаа эрчим хүч гаргаж чаддаг. Асуудал нь сансрын нислэгт шаардлагатай шинж чанаруудыг олж авахын тулд цөмийн энергийн ялгаралтыг хэрхэн хянах вэ: олон мегаваттын чавга, бага хувийн таталцал α (~ 1 кг / кВт), өндөр хувийн импульс ISP (> 20000 м/с). Наад зах нь цөмийн задралын хувьд шаардлагатай эрчим хүчний хэмжүүр хүртэл бууруулах ямар ч арга байхгүй, учир нь урвал өөрөө өөрийгөө дэмжиж эхлэхэд тодорхой чухал масс (чухал тохиргоо) шаардлагатай байдаг. Үүний үр дүнд, Орион гэх мэт цөмийн задралын урвалыг ашигласан төслүүд нь ихэвчлэн сая сая тонн түлхэлт үүсгэдэг бөгөөд энэ нь зөвхөн 10 7 кг ба түүнээс дээш жинтэй сансрын хөлөгт тохиромжтой.

Аз болоход, хайлуулах урвалын цар хүрээ нь хамаагүй бага байж болох ба Magneto Inertial Fusion (MIF) гэх мэт техникүүд нь жин, хүч, өртөг зэргээрээ сансрын хөдөлгүүрийн системийг багтаах боломжтой систем дэх цөмийн материалаас их хэмжээний энерги гаргаж чаддаг.

Хөдөлгүүрийн физик

Хөдөлгүүр нь соронзон орон ашиглан FRC плазмоидын эргэн тойронд металл тугалган цаасыг гурван хэмжээст тэсрэлт (тэсэлгээний долгионоор шахах) зарчим дээр суурилдаг. Энэ нь өндөр температур, даралт зэрэг синтезийг эхлүүлэхэд шаардлагатай нөхцлийг бүрдүүлэхэд шаардлагатай. Энэ урвалыг эхлүүлэх арга нь инерцийн нэгдэл юм. Энэ нь хэрхэн ажилладаг талаар ойролцоогоор ойлгохын тулд та Inertial Confinement Fusion (ICF) -ийг үзэж болно. ICF синтезийг миллиметрийн хэмжээтэй криоген түлш бүхий бөмбөрцөг капсулыг гурван хэмжээст тэсрэлтийг ашиглан хийдэг. Лазер туяа, электрон эсвэл ион ашиглан халаасны дараа капсулын их бие тэсрэх ууршилтаас болж дэлбэрэлт үүсдэг. Капсулын халсан гадна давхарга нь гадагшаа дэлбэрэх ба энэ нь эсрэг хүчийг бий болгож, капсулын үлдсэн хэсгийг дотогшоо хурдасгаж, шахдаг. Мөн цочролын долгион нь бай руу шилжиж байгаа мэт харагдаж байна. Хангалттай хүчтэй цочролын долгион нь төвд байгаа түлшийг шахаж, халааж чаддаг тул термоядролын урвал эхэлдэг. Энэ арга нь жижиг капсулын инерци нь бүх түлшний урвалд орж, G ~ 200 ба түүнээс дээш (G = хайлуулах энерги/плазмын энерги) ашигтай гаралтыг бий болгоход хангалттай хэмжээний плазмыг барихад хангалттай гэж үздэг. ICF-ийн арга барилыг Цөмийн аюулгүй байдлын үндэсний газар (NNSA) хэдэн арван жилийн турш мөрдөж ирсэн, учир нь энэ нь бяцхан термоядролын бөмбөг шиг зүйлийг төлөөлдөг. Жижиг хэмжээтэй, жинтэй тул капсулыг нано секундын дотор синтезийн температур хүртэл халаах ёстой. Энэ асуудлыг шийдэх хамгийн ирээдүйтэй шийдэл бол D-T түлш бүхий капсул дээр төвлөрсөн өндөр хүчин чадалтай импульсийн лазерууд юм.

Сансрын нислэгийн тухайд гол үзүүлэлт нь Δv - хурдны өсөлт (м / с эсвэл км / с) гэдгийг тэмдэглэхийг хүсч байна. Энэ нь тойрог замд маневр хийх үед нэг замаас нөгөөд шилжихэд шаардагдах "хүчин чармайлт"-ын хэмжүүр юм. Сансрын хөлөгт түлшний нөөц, хамгийн их зай, хамгийн дээд хурд гэх мэт ойлголт байдаггүй, зөвхөн Δv байдаг. Усан онгоцны хамгийн их Δv-ийг бүх түлшээ хэрэглэсний дараа авах хурдны өсөлт гэж илэрхийлж болно. "Эрхэм зорилго" нь түүнийг дуусгахад ямар Δv шаардагдахаас хамаарч тодорхойлогддог гэдгийг мэдэх нь чухал юм. Жишээлбэл, Дэлхийгээс өгсөх, Хоман Ангараг гараг руу явах зам, түүн дээр буухад 18 км/с хурдтай Δv төсөв шаардлагатай. Хэрэв хөлөг онгоц Δv даалгавраас их буюу тэнцүү хэмжээтэй Δv нөөцтэй бол энэ даалгавраа гүйцээж чадна.

Хөлөг онгоцны Δv-ийг олохын тулд та Циолковскийн томъёог ашиглаж болно.

Хаана:
V нь онгоцны эцсийн (бүх түлш дууссаны дараа) хурд (м/с);
I нь пуужингийн хөдөлгүүрийн тодорхой импульс (хөдөлгүүрийн түлхэлтийн хоёр дахь түлшний массын зарцуулалт, цоргоноос урсах ажлын шингэний хурд, м / с);
M 1 - онгоцны анхны масс (ачаалал + тээврийн хэрэгслийн загвар + түлш, кг);
M 2 - онгоцны эцсийн масс (ачих ачаалал + бүтэц, кг).

Эндээс маш чухал дүгнэлт гарч байгаа бөгөөд энэ нь эхлээд харахад тийм ч тодорхой биш байж магадгүй юм. Хэрэв номлолын Δv нь тодорхой импульсээс бага эсвэл тэнцүү байвал хөлөг онгоцны харьцангуй масс том байх ба илүү том ачаа тээвэрлэх боломжтой болно. Гэсэн хэдий ч, хэрэв номлолын Δv нь тодорхой импульсээс их байвал харьцангуй масс нь экспоненциалаар буурч эхэлдэг бөгөөд энэ нь хөлөг онгоцыг өчүүхэн ачаатай асар том түлшний сав болгодог. Чухамдаа ийм учраас ердийн химийн хөдөлгүүр ашиглан гариг ​​хоорондын нислэг хийх нь маш хэцүү байдаг.

Ангараг руу буцах 210 хоногийн нислэгээ төлөвлө.

Ангараг гараг руу 90 хоногийн аялал (ΔV = 13.5 км/с)

Зорилго: Ачаа даацын нийт жингийн харьцааг сайжруулах.
Давуу тал:

• Нэмэлт тээврийн даалгавар хийх шаардлагагүй
• Хялбаршуулсан номлолын архитектур
• Нэг номлолын үеэр бүх хангамжийг авчрах чадвар
• Номлолын зардал бага
• Дэлхийгээс нэг удаа хөөргөсний дараа номлолд эхлэх боломжтой

Ангараг гараг руу 30 хоногийн аялал (ΔV = 40.9 км/с)

Зорилго: хамгийн хурдан даалгавар.
Давуу тал:

• Бага эрсдэлтэй
• Цацрагийн хамгийн бага өртөлт
• Аполло номлолын архитектур
• Ангараг гаригт тогтмол очиж үзэх түлхүүр
• Сансар огторгуйг эзлэхэд шаардлагатай технологийг хөгжүүлэх

НАСА одоогоор 70-130 тонн даацтай ачааг бага жишиг тойрог замд хөөргөх чадалтай, хэт хүнд хөөргөх зөөгч пуужингийн Space Launch System (SLS)-ийг бүтээж байна. Энэ нь ийм зөөгч пуужин хөөргөсний дараа л Ангараг гараг руу 90 хоногийн нислэгээ эхлүүлэх боломжтой болж байна.

Энэ хоёр номлол нь даруй цуцалж, дэлхий рүү буцах чадвартай.

Номлолын гол параметрүүд

Түлшний таамаглал
Доторлогооны материалыг ионжуулах зардал	75 МЖ/кг
Доторлогоо руу энерги дамжуулах үр ашиг (үлдэгдэл энерги нь конденсатор руу буцаж ирдэг)	50%
Хөрвүүлэх үр ашиг η t	90%
Дотор жин (50-аас 500 хүртэл нэмэгдэхэд тохирно)	0.28-аас 0.41 кг хүртэл
Гал асаах хүчин зүйл	5
Аюулгүй байдлын хязгаар (G F =G F(тооцоолол) /2)	2
Номлолын таамаглал
Ангараг гарагийн масс модуль (Дизайн лавлагааны архитектурын 5.0 дагуу)	61 т
Амьдрах боломжтой бүс	31 тн
Буцах капсул	16 т
Суллах систем	14 тн
Конденсаторуудын харьцангуй жин (үүнд шаардлагатай утаснууд орно)	1 Ж/г
Нарны хавтангийн харьцангуй масс	200 Вт/кг
Бүтцийн хүчин зүйл (танк, бүтэц, радиатор гэх мэт)	10%
Шатахууны бүрэн тоормостой, агаарын тоормос ашиглаагүй
Усан онгоцны дизайн
Бүтэц (файл, цахилгаан байгууламж, холбооны суваг, автомат удирдлагын систем, батерей)	6.6 т
Лити хадгалах систем	0.1 т
Плазм үүсгэх, шахах систем	0.2 т
Түлшний хангамжийн механизм	1.2 т
Конденсаторын банкууд	1.8 т
Доторлогооны шахалтын ороомог	0.3 т
Цахилгаан утас ба цахилгаан хэрэгсэл	1.8 т
Нарны хавтан (200 Вт/кг-д 180 кВт)	1.5 т
Дулааны хяналтын систем	1.3 т
Соронзон цорго	0.2 т
Усан онгоцны масс	15 тн
Ангараг гарагийн массын модуль	61 т
Литийн ажлын шингэн	57 т
нийт жин	133 т

Судалгааны төлөвлөгөөнөөс харахад импульсийн давталтын хурд 0.1 Гц-ээс их байх болно. Хэрэв бид хувийн импульс 51400 м / с, ажлын шингэний масс нэг импульс 0.37 кг байна гэж үзвэл бид импульсийг p = mv = 19018 кг м / с тооцоолж болно. Импульс хадгалагдах хуулийн дагуу хөлөг онгоцны хурд p/M = 19018/133000 = 0.14 м/с-ээр нэмэгдэнэ. Хэрэв цоргоны радиусыг 1 м гэж үзвэл t = r/v =1/51400 =0,00002 с талбайд тэлэх хийнүүд түүн дээр дарах болно. Иймээс хурдатгал нь a = dv/dt = 0.14/0.00002 = 7000 м/с 2 талбайд байх болно. Daedalus төслийн нэгэн адил цочрол шингээгч эсвэл импульсийг зөөлрүүлэх бусад техникийн шийдлүүдийг ашиглах нь ойлгомжтой.

Шошго: шошго нэмэх

Уран эсвэл плутони дээр суурилсан цөмийн түлшний амьдралын мөчлөг нь уул уурхайн үйлдвэрүүд, химийн үйлдвэрүүд, хийн центрифугуудаас эхэлдэг бөгөөд түлшний угсралт бүр урт замыг туулах ёстой тул түлшний угсралтыг реактороос буулгах мөчид дуусдаггүй. устгах, дараа нь дахин боловсруулах.

Цөмийн түлшний түүхий эд олборлох

Уран бол дэлхийн хамгийн хүнд металл юм. Дэлхий дээрх ураны 99.4% нь уран-238, ердөө 0.6% нь уран-235 байдаг. Фукушимагийн цөмийн ослоос үл хамааран ураны үйлдвэрлэл, эрэлт нэмэгдэж байгаа нь цөмийн эрчим хүчний хэтийн төлөвийн талаар олон хүнийг гайхшруулж байгааг Олон улсын атомын энергийн агентлагийн "Улаан ном"-ын тайлан харуулж байна. Сүүлийн хэдэн жилд л гэхэд ураны батлагдсан нөөц долоон хувиар нэмэгдсэн нь шинэ орд илрүүлсэнтэй холбоотой. Хамгийн том үйлдвэрлэгч нь Казахстан, Канад, Австрали хэвээр байгаа бөгөөд тэд дэлхийн ураны 63 хүртэлх хувийг олборлодог. Үүнээс гадна Австрали, Бразил, Хятад, Малави, Орос, Нигер, АНУ, Украин, Хятад болон бусад оронд металлын нөөц бий. Өмнө нь Пронедра 2016 онд ОХУ-д 7.9 мянган тонн уран олборлосон гэж бичиж байсан.

Өнөөдөр ураныг гурван өөр аргаар олборлож байна. Нээлттэй арга нь ач холбогдлоо алдахгүй. Энэ нь орд газрын гадаргууд ойрхон байгаа тохиолдолд ашиглагддаг. Нээлттэй аргын тусламжтайгаар бульдозерууд карьер байгуулж, дараа нь хольцтой хүдрийг боловсруулах цогцолбор руу тээвэрлэхийн тулд өөрөө буулгагч машинд ачдаг.

Ихэнхдээ хүдрийн биет нь маш гүнд байрладаг бөгөөд энэ тохиолдолд далд уурхайн аргыг ашигладаг. Уурхайг хоёр км хүртэл гүн ухаж, чулууг хэвтээ өрөмдлөгөөр олборлож, ачааны лифтээр дээшээ зөөдөг.

Ийм байдлаар дээшээ зөөгдөх хольц нь олон бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй байдаг. Чулууг буталж, усаар шингэлж, илүүдлийг нь зайлуулах шаардлагатай. Дараа нь уусгах процессыг явуулахын тулд хольцонд хүхрийн хүчил нэмнэ. Энэ урвалын явцад химичүүд ураны давсны шар тунадасыг олж авдаг. Эцэст нь хольцтой ураныг цэвэршүүлэх байгууламжид цэвэршүүлдэг. Үүний дараа л ураны исэл гарч, хөрөнгийн бирж дээр арилжаалагддаг.

Цооногийг газар дээр нь уусгах (ISL) хэмээх илүү аюулгүй, байгаль орчинд ээлтэй, зардал багатай арга бий.

Энэхүү олборлолтын аргын тусламжтайгаар газар нутаг нь ажилтнуудад аюулгүй хэвээр байгаа бөгөөд цацрагийн дэвсгэр нь томоохон хотуудын дэвсгэртэй тохирч байна. Уусгах аргаар уран олборлохын тулд зургаан өнцөгтийн буланд 6 цооног өрөмдөх шаардлагатай. Эдгээр цооногуудаар дамжуулан хүхрийн хүчлийг ураны ордуудад шахаж, давстай нь хольдог. Энэ уусмалыг олборлож, тухайлбал, зургаан өнцөгтийн төвд худагт шахдаг. Ураны давсны шаардлагатай концентрацид хүрэхийн тулд хольцыг сорбцийн баганаар хэд хэдэн удаа дамжуулдаг.

Цөмийн түлшний үйлдвэрлэл

Цөмийн түлш үйлдвэрлэхийг баяжуулсан уран үйлдвэрлэхэд ашигладаг хийн центрифуггүйгээр төсөөлөхийн аргагүй. Шаардлагатай концентрацид хүрсний дараа ураны давхар ислийг шахмал гэж нэрлэгддэг шахмал хэлбэрээр шахдаг. Эдгээрийг зууханд шатаах үед зайлуулдаг тосолгооны материалыг ашиглан бүтээдэг. Галын температур 1000 градус хүрдэг. Үүний дараа таблетуудыг заасан шаардлагад нийцэж байгаа эсэхийг шалгана. Гадаргуугийн чанар, чийгийн агууламж, хүчилтөрөгч, ураны харьцаа чухал.

Үүний зэрэгцээ түлшний элементүүдэд зориулсан хоолойн бүрхүүлийг өөр цехэд бэлтгэж байна. Дээрх процессууд, тухайлбал шахмалыг дараачийн тунгаар савлах, бүрхүүлийн хоолойд савлах, битүүмжлэх, халдваргүйжүүлэх зэргийг түлшний үйлдвэрлэл гэж нэрлэдэг. ОХУ-д түлшний угсралт (FA) бий болгох ажлыг Москва муж дахь "Машиностроительный завод", Новосибирск дахь Новосибирскийн химийн баяжмалын үйлдвэр, Москвагийн полиметалл үйлдвэр болон бусад үйлдвэрүүд гүйцэтгэдэг.

Түлшний угсралтын багц бүрийг тодорхой төрлийн реакторт зориулан бүтээдэг. Европын түлшний угсралтууд нь дөрвөлжин хэлбэртэй байдаг бол Оросынх нь зургаан өнцөгт хөндлөн огтлолтой байдаг. VVER-440 ба VVER-1000 төрлийн реакторуудыг ОХУ-д өргөнөөр ашигладаг. VVER-440-ийн анхны түлшний элементүүдийг 1963 онд, VVER-1000-ийн хувьд 1978 онд боловсруулж эхэлсэн. Орос улсад Фүкүшимагийн дараах аюулгүй байдлын технологи бүхий шинэ реакторуудыг идэвхтэй нэвтрүүлж байгаа хэдий ч улс орон даяар болон гадаадад олон тооны хуучин загварын цөмийн байгууламжууд ажиллаж байгаа тул янз бүрийн төрлийн реакторын түлшний угсралт ижил хамааралтай хэвээр байна.

Жишээлбэл, RBMK-1000 реакторын нэг цөмийг түлшээр хангахын тулд цирконы хайлшаар хийсэн 200 мянга гаруй бүрэлдэхүүн хэсэг, түүнчлэн 14 сая ширхэг ураны давхар ислийн үрэл шаардлагатай. Заримдаа түлшний угсралтын өртөг нь элементүүдэд агуулагдах түлшний зардлаас давж гардаг тул нэг кг ураны эрчим хүчний үр ашгийг хангах нь маш чухал юм.

Үйлдвэрлэлийн процессын зардал %

Судалгааны реакторуудад зориулсан түлшний угсралтын талаар тусад нь дурдах нь зүйтэй. Эдгээр нь нейтрон үүсгэх үйл явцыг ажиглах, судлахад аль болох тохь тухтай байхаар зохион бүтээгдсэн. Цөмийн физик, изотопын үйлдвэрлэл, цацрагийн анагаах ухааны салбарт туршилт хийх ийм түлшний савааг ОХУ-д Новосибирскийн химийн баяжмалын үйлдвэр үйлдвэрлэдэг. FA нь уран, хөнгөн цагаан бүхий үл үзэгдэх элементүүдийн үндсэн дээр бүтээгдсэн.

ОХУ-д цөмийн түлш үйлдвэрлэх ажлыг ТВЕЛ түлшний компани (Росатомын нэг хэсэг) гүйцэтгэдэг. Тус компани нь түүхий эдийг баяжуулах, түлшний элементүүдийг угсрах, түлшний лицензийн үйлчилгээ үзүүлдэг. Владимир мужийн Ковровын механикийн үйлдвэр, Свердловск муж дахь Уралын хийн центрифугийн үйлдвэр нь Оросын түлшний угсралтын тоног төхөөрөмжийг бүтээдэг.

Түлшний саваа тээвэрлэх онцлог

Байгалийн уран нь цацраг идэвхт чанар багатай байдаг ч түлшний угсралт үйлдвэрлэхээс өмнө металыг баяжуулах процедурт ордог. Байгалийн хүдэр дэх уран-235-ын агууламж 0.7%-иас хэтрэхгүй, цацраг идэвхт чанар нь 1 миллиграмм уранд 25 беккерель байна.

Түлшний иж бүрдэлд байрлуулсан ураны үрэл нь 5% -ийн уран-235 агууламжтай уран агуулдаг. Цөмийн түлш бүхий бэлэн түлшний угсралтыг тусгай өндөр бат бэх металл саванд тээвэрлэдэг. Тээвэрлэлтийн хувьд төмөр зам, авто зам, далай, тэр байтугай агаарын тээврийг ашигладаг. Контейнер бүр хоёр угсралттай. Цацрагдаагүй (шинэхэн) түлшийг тээвэрлэх нь цацрагийн аюул учруулахгүй, учир нь цацраг нь шахагдсан ураны үрэл байрлуулсан цирконы хоолойноос хэтэрдэггүй.

Түлшний тээвэрлэлтийн тусгай маршрутыг боловсруулсан бөгөөд ачааг үйлдвэрлэгч эсвэл үйлчлүүлэгчийн хамгаалалтын ажилтнууд (илүү олон удаа) дагалдан тээвэрлэдэг бөгөөд энэ нь тоног төхөөрөмжийн өндөр өртөгтэй холбоотой юм. Цөмийн түлшний үйлдвэрлэлийн түүхэнд түлшний угсралттай холбоотой нэг ч тээврийн осол, хүрээлэн буй орчны цацрагийн дэвсгэрт нөлөөлж, хүний ​​амь нас хохироход хүргэсэн тохиолдол бүртгэгдээгүй байна.

Реакторын цөм дэх түлш

Цөмийн түлшний нэгж - TVEL нь урт хугацааны туршид асар их хэмжээний энерги ялгаруулах чадвартай. Нүүрс, хий хоёрын аль нь ч ийм хэмжээтэй харьцуулах боломжгүй. Аливаа атомын цахилгаан станцын түлшний амьдралын мөчлөг нь түлшний угсралтын агуулахад шинэ түлшийг буулгах, зайлуулах, хадгалахаас эхэлдэг. Реактор дахь түлшний өмнөх хэсэг шатахад ажилтнууд түлшний угсралтыг цөмд (ярах урвал явагддаг реакторын ажлын хэсэг) ачихаар угсардаг. Дүрмээр бол түлшийг хэсэгчлэн цэнэглэдэг.

Бүрэн түлшийг зөвхөн реакторыг анх эхлүүлэх үед л цөмд нэмнэ. Энэ нь реактор дахь түлшний саваа жигд бус шатдагтай холбоотой, учир нь реакторын янз бүрийн бүсэд нейтроны урсгалын эрчим харилцан адилгүй байдаг. Тоолуурын төхөөрөмжийн ачаар станцын ажилтнууд түлшний нэгж бүрийн шаталтын түвшинг бодит цаг хугацаанд хянаж, солих боломжтой болсон. Заримдаа шинэ түлшний угсралтыг ачаалахын оронд угсралтуудыг хооронд нь шилжүүлдэг. Идэвхтэй бүсийн төвд ядрах нь хамгийн эрчимтэй явагддаг.

Атомын цахилгаан станцын дараа FA

Цөмийн реакторт зарцуулсан ураныг цацрагт эсвэл шатсан гэж нэрлэдэг. Ийм түлшний угсралтыг ашигласан цөмийн түлш болгон ашигладаг. SNF нь цацраг идэвхт хог хаягдлаас тусад нь байрладаг, учир нь энэ нь дор хаяж хоёр ашигтай бүрэлдэхүүн хэсэгтэй байдаг - шатаагүй уран (металын шатаах гүн хэзээ ч 100% хүрдэггүй) ба трансуран радионуклид.

Сүүлийн үед физикчид ашигласан цөмийн түлшинд хуримтлагдсан цацраг идэвхт изотопуудыг үйлдвэр, анагаах ухаанд ашиглаж эхэлжээ. Түлшний кампанит ажил дууссаны дараа (угсралт нь нэрлэсэн хүчин чадлаар реакторын цөмд байх хугацаа) түүнийг хөргөх усан сан руу, дараа нь реакторын тасалгаанд шууд хадгалах, дараа нь дахин боловсруулах эсвэл устгах зорилгоор илгээдэг. Реактороос салгасны дараа түлшний угсралт аюултай хэвээр байгаа тул хөргөх усан сан нь дулааныг арилгах, ионжуулагч цацрагаас хамгаалах зориулалттай.

АНУ, Канад, Шведэд ашигласан түлшийг дахин боловсруулахад явуулдаггүй. Бусад улс орнууд, тэр дундаа Орос улс түлшний хаалттай горимд ажиллаж байна. Ашигласан түлшний нэг хэсгийг дахин ашигладаг тул цөмийн түлш үйлдвэрлэх зардлыг мэдэгдэхүйц бууруулах боломжийг танд олгоно.

Түлшний савааг хүчилд уусгасны дараа судлаачид плутони болон ашиглагдаагүй ураныг хаягдлаас ялгаж авдаг. Түүхий эд материалын 3 орчим хувийг дахин ашиглах боломжгүй, эдгээр нь битумжуулах эсвэл шилэнжуулах процедурт ордог өндөр түвшний хаягдал юм.

Ашигласан цөмийн түлшнээс 1% плутони гаргаж авах боломжтой. Энэ металлыг баяжуулах шаардлагагүй, Орос үүнийг шинэлэг MOX түлш үйлдвэрлэх явцад ашигладаг. Хаалттай түлшний эргэлт нь нэг түлшний угсралтыг ойролцоогоор 3% хямд болгох боломжийг олгодог боловч энэ технологи нь аж үйлдвэрийн нэгжийг барихад их хэмжээний хөрөнгө оруулалт шаарддаг тул дэлхий даяар өргөн тархаагүй байна. Гэсэн хэдий ч "Росатом" түлшний компани энэ чиглэлээр судалгаа хийхээ зогсоохгүй байна. Пронедра саяхан Оросын Холбооны Улс өндөр цацраг идэвхт хаягдлын 3% -д багтдаг реакторын цөм дэх америциум, куриум, нептуний изотопуудыг дахин боловсруулах чадвартай түлш дээр ажиллаж байна гэж бичжээ.

Цөмийн түлш үйлдвэрлэгчид: зэрэглэл

1. Францын Арева компани саяхныг хүртэл шатахууны угсралтын дэлхийн зах зээлийн 31 хувийг хангадаг байсан. Тус компани нь цөмийн түлш үйлдвэрлэж, атомын цахилгаан станцын эд ангиудыг угсардаг. 2017 онд Арева компанид чанарын шинэчлэл хийгдэж, шинэ хөрөнгө оруулагчид орж ирж, 2015 оны асар их алдагдал 3 дахин буурсан.
2. Westinghouse бол Японы Toshiba компанийн Америкийн салбар юм. Зүүн Европын зах зээлийг идэвхтэй хөгжүүлж, Украины атомын цахилгаан станцуудад түлшний эд анги нийлүүлж байна. Toshiba-тай хамтран дэлхийн цөмийн түлшний үйлдвэрлэлийн зах зээлийн 26 хувийг хангадаг.
3. Гуравдугаарт "Росатом" төрийн корпорацийн TVEL түлшний компани (ОХУ) оржээ. ТВЭЛ нь дэлхийн зах зээлийн 17 хувийг хангадаг, 30 тэрбум ам.долларын өртөг бүхий арван жилийн гэрээтэй, 70 гаруй реакторыг түлшээр хангадаг. TVEL нь VVER реакторын түлшний угсралтыг боловсруулж, барууны загварын цөмийн станцуудын зах зээлд нэвтэрдэг.
4. Japan Nuclear Fuel Limited нь хамгийн сүүлийн үеийн мэдээллээр дэлхийн зах зээлийн 16 хувийг хангаж, Японы ихэнх цөмийн реакторуудад түлш нийлүүлдэг.
5. Mitsubishi Heavy Industries бол турбин, танк, агааржуулагч, сүүлийн үед барууны загварын реакторуудад зориулсан цөмийн түлш үйлдвэрлэдэг Японы аварга компани юм. Mitsubishi Heavy Industries (толгой компанийн нэг хэсэг) нь Ареватай хамтран APWR цөмийн реактор барих, судалгааны ажил эрхэлдэг. Энэ компанийг Японы засгийн газар шинэ реактор бүтээхээр сонгосон.

Уран бол цөмийн эрчим хүчний гол элемент бөгөөд цөмийн түлш, плутони үйлдвэрлэх түүхий эд, цөмийн зэвсгийн зориулалтаар ашиглагддаг. Дэлхийн царцдас дахь ураны агууламж 2,5-10 -4%, литосферийн 20 км зузаан давхаргад нийт хэмжээ 1,3-10 14 тонн хүрдэг.Ураны эрдэс бараг бүх газар олддог. Гэсэн хэдий ч уран бол ул мөр элемент юм. Энэ нь түүний чулуулаг дахь агууламж нь ихэвчлэн арилжааны хувьд ашигтай үйлдвэрлэлд хангалтгүй байдаг гэсэн үг юм. Хүдэр дэх ураны агууламж нь үйлдвэрлэлийн өртгийг тодорхойлдог гол үзүүлэлтүүдийн нэг юм. 0.03-0.10% уран агуулсан ураны хүдрийг ядуу, энгийн - 0.10-0.25%, дундаж - 0.25-0.5%, баян - 0.50% -иас дээш 1.

Уран нь 14 изотоптой боловч тэдгээрийн гурав нь л байгальд байдаг (Хүснэгт 1.6).

Хүснэгт 1.6

Хамгийн сүүлийн үеийн мэдээллээр олборлолтын өртөг нь 130 ам.доллар/кг U-аас хэтрэхгүй ураны нөөцийн хайгуулын хэмжээ 5,327,200 тонн байна.260 доллар/кг-аас бага үйлдвэрлэлийн өртөгтэй ангилалд 7,096,600 тонн байна. Үүнээс гадна урьдчилсан болон тооцоолсон нөөц гэгдэх ураны хэмжээ 10,429,100 тоннд хүрдэг.

Хүснэгт 1.7

130 доллар/кг U-аас ихгүй ураны хамгийн том нөөцтэй орнууд

Сүүлийн жилүүдэд ураны хэд хэдэн ордыг судлах явцад Африк тивийн орнуудад (Ботсвана, Замби, Исламын Бүгд Найрамдах Мавритани, Малави, Мали) нэмэлт нөөц илэрсэнтэй холбоотойгоор ураны ордын улс орнуудаар хуваарилалт бага зэрэг өөрчлөгдсөн. , Намиби, Бүгд Найрамдах Танзани Улс). Мөн Гайана, Колумб, Парагвай, Перу, Шведэд шинэ нөөц илрүүлсэн.

Уран агуулсан гол ашигт малтмал нь уранинит (ерөнхий томьёотой уран ба торийн ислийн холимог (U, Th)0 2x), давирхай (ураны исэл: U0 2, U0 3, ураны давирхай гэгддэг), карнотит - К, (U0 2)2 (V0 4) 2 -3H 2 0, уранофан - Ca (U0 2)Si0 3 (0H) 2 -5H 2 0 болон бусад 110].

Чулуулагаас уран олборлох ажлыг дараахь аргаар явуулдаг.

• Ил уурхайн олборлолт(нээлттэй арга) нь дэлхийн царцдасын гадаргад байрлах буюу гүехэн орших хүдрийг олборлоход хэрэглэгддэг. Энэ арга нь карьер эсвэл зүслэг гэж нэрлэгддэг нүхийг бий болгодог. Өнөөдрийг хүртэл ил аргаар олборлох боломжтой ордууд бараг дуусчээ. Үйлдвэрлэл 23%;
• Уурхайн олборлолт(хаалттай арга) нь ихээхэн гүнд байрлах ашигт малтмалын олборлолтод хэрэглэгддэг ба далд уурхайн иж бүрэн . Үйлдвэрлэл - 32%;
• Газар дээр нь уусгахЭнэ нь хүдрээр дамжин байгалийн ураны нэгдлүүдийг сонгон уусгадаг химийн урвалжийн усан уусмалыг даралтын дор давхаргад шахах явдал юм. Уран болон холбогдох металл агуулсан уусгах уусмалыг олборлох цооногоор дамжуулан газрын гадаргуу дээр гаргаж ирдэг. Үйлдвэрлэл - 39%.
• Бусад металлын хүдэртэй хамтарсан олборлолт(энэ тохиолдолд уран нь дайвар бүтээгдэхүүн) - 6% байна.

Ураны хүдрээс давхар ислийн түлш үйлдвэрлэх нь хүдрээс уран олборлох, баяжуулах, цэвэршүүлэх (цэвэршүүлэх), хувиргах (ураны гексафторид үйлдвэрлэх, баяжуулах, хувиргах (UF орчуулга)) зэрэг нарийн төвөгтэй бөгөөд өндөр өртөгтэй үйл явц юм. 6 b U0 2), түлшний элементүүдийн үйлдвэрлэл (түлшний саваа).

Карьер болон уурхайн аргаар олборлосон ураны хүдрийг боловсруулах эхний шатанд цацраг идэвхт бодисоор буталж ангилдаг. Ангилсаны дараа хүдрийн хэсгүүдийг цааш бутлан уусгахад илгээж, ураныг уусдаг хэлбэрт шилжүүлдэг. Уран агуулсан ашигт малтмалын төрлөөс хүдрийг нээх химийн уусмалыг сонгох нь зүйтэй. Зарим тохиолдолд микробиологийн аргыг ашиглан хүдрийг .

Уусгасны үр дүнд уран агуулсан бүтээмжтэй уусмал үүсдэг. Бүтээмжтэй уусмалыг ион солилцох, олборлох эсвэл тунадасжуулах аргаар боловсруулах явцад ураныг баяжуулж, хүсээгүй хольцыг (Na, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Ni гэх мэт) ялгаж авдаг. Үүссэн бүтээгдэхүүнийг шүүж, хатааж, өндөр температурт халааж, ураны исэл - шар бялуу (U 3 0 8) үүсдэг. Ураныг хольцоос гүн цэвэршүүлэхийн тулд цэвэршүүлэх ажлыг хийдэг бөгөөд уламжлалт схем нь U 3 0 8-ийг азотын хүчилд уусгаж, олборлох замаар цэвэршүүлэх (бага түгээмэл, хур тунадас) юм. Энэ тохиолдолд цэвэршүүлэх технологийн эцсийн бүтээгдэхүүн нь U 3 0 8 буюу ураны гурвалсан исэл U0 3. Үүссэн ислийн бүтээгдэхүүн нь хийн төлөвт хувирдаг - UF 6 нь баяжуулахад хамгийн тохиромжтой. Энэ процессыг хувиргах гэж нэрлэдэг.

Буталсан ураны хүдрийг (1.10-р зургийг үз) боловсруулах үйлдвэрт нийлүүлдэг. Хүдрийн баяжмалыг (байгалийн уран) үйлдвэрт илгээж, ураны гексафторид (UF 6) үйлдвэрлэдэг.

Цагаан будаа. 1.10.

Цацраг химийн түлшийг нөхөн сэргээх үйлдвэрийн ураныг эргэлтэнд оруулдаг. Ураны гексафторидыг 235 U изотопын агууламжийг нэмэгдүүлэхийн тулд байгалийн болон сэргээгдсэн ураныг баяжуулах үйлдвэрт илгээдэг.Уран изотопыг ялгахын тулд тусгай арга (хийн тархалт ба хийн центрифуг) шаардлагатай, учир нь тусгаарлагдсан изотопууд 23:> ба ба 238 нь нэг химийн элементийг төлөөлдөг (өөрөөр хэлбэл химийн аргаар ялгах боломжгүй) бөгөөд зөвхөн массын тоогоор ялгаатай (235 ба 238 аму). Эдгээр аргууд нь маш нарийн төвөгтэй бөгөөд ихээхэн хэмжээний эрчим хүч, цаг хугацаа, тусгай тоног төхөөрөмж шаарддаг. Хийн тархалтын арга нь уран-238 ба уран-235 гексафторидын сүвэрхэг хуваалтуудаар (мембран) нэвтрэн орох хурдны зөрүү дээр суурилдаг. Хийн ураныг нэг мембранаар дамжуулахад концентраци нь ердөө 0.43% -иар өөрчлөгддөг, өөрөөр хэлбэл анхны концентраци нь 2b бөгөөд 0.710-аас 0.712% хүртэл нэмэгддэг. Хольцыг 235 U-аар их хэмжээгээр баяжуулахын тулд салгах процессыг олон удаа давтах ёстой. Ийнхүү 2.4% -иас 235U хүртэл баяжуулсан байгалийн уранаас холимог гаргаж авахын тулд шавхагдсан уран (хаягдал) дахь 235 U-ийн агууламж 0.3%, 840 орчим алхам шаардлагатай. Өндөр баяжуулсан уран (90% ба түүнээс дээш) үйлдвэрлэх каскад нь 3000 үе шаттай байх ёстой.

Хийн центрифугийн арга нь илүү үр дүнтэй бөгөөд уран-235 ба 238 изотопын гексафторидыг секундэд 1500 эргэлтийн хурдтайгаар эргэдэг хийн центрифугт оруулдаг. Энэ тохиолдолд их хэмжээний төвөөс зугтах хүч үүсч, уран-238-ыг хана руу түлхэж, уран-235 нь эргэлтийн тэнхлэгийн хэсэгт төвлөрдөг. Шаардлагатай баяжуулалтын түвшинд хүрэхийн тулд хийн центрифугуудыг хэдэн арван мянган төхөөрөмжөөс бүрдсэн каскад болгон нэгтгэдэг.

Баяжуулсны дараа UF 6-г ураны давхар исэл U O болгон хувиргахын тулд "нойтон" (усанд уусгах, хур тунадас, шохойжилт) ба "хуурай" (UF 6-г устөрөгчийн дөлөөр шатаах) аргыг ашигладаг. Үүссэн U0 2 нунтагыг шахмал хэлбэрээр шахаж, ойролцоогоор 1750 ° C-ийн температурт шингэлнэ.

Баяжуулсны дараа баяжуулсан уран болон шавхагдсан уран гэсэн хоёр урсгал өөр өөр замыг дагадаг. Барагдсан ураныг диффузийн үйлдвэрт хадгалж, баяжуулсан ураныг ураны давхар исэл (U0 2) болгон хувиргаж, түлшний саваа үйлдвэрлэх үйлдвэрт илгээдэг.

Эдгээр үйлдвэрүүдэд реакторуудад зориулагдсан U0 2 нь түлшний үрэл болж хувирдаг. Хатуу, өтгөн тууштай байдлыг олж авахын тулд шахмалыг халааж, шингэлнэ (Зураг 1.11). Боловсруулсны дараа тэдгээрийг цирконоор хийсэн хоолойд (бүрхүүл) хийж, залгуурыг төгсгөлд нь гагнаж, үр дүн нь гарна. түлшний элемент.Тодорхой тооны түлшний савааг нэг бүтэц болгон угсардаг - түлшний угсралт(TVS).

Цагаан будаа. 1.11. U0 2-аас түлшний үрэл

Дууссан түлшний угсралтыг тусгай саванд төмөр зам, авто зам, далайн тээврээр АЦС-д хүргэдэг. Зарим тохиолдолд агаарын тээврийг ашигладаг.

Цөмийн түлшний техник, эдийн засгийн үзүүлэлтийг сайжруулах ажил дэлхий даяар өрнөж байна. Цөмийн түлшний эдийн засгийн үр ашгийн үүднээс хамгийн чухал шаардлага бол шаталтыг нэмэгдүүлэх явдал юм. Ураныг илүү бүрэн ашиглахын тулд түлш нь реакторын цөмд илүү удаан байх ёстой (Хүснэгт 1.8-ыг үзнэ үү). Түлшний ашиглалтын хугацааг нэмэгдүүлэхийн тулд илүү урт, илүү хүнд нөхцөлд ажиллах ёстой бүтцийн материалыг сайжруулж байна; түлшний найрлага (хуваалтын бүтээгдэхүүний гарцыг багасгах); түлшний угсралтын хүрээний хатуу байдал нэмэгддэг.

Хүснэгт 1.8

Байгалийн баяжуулсан уран ашиглан орчин үеийн, ирээдүйтэй VVER түлшний эргэлт

		2014 оны байдал			Ойрын хугацаа
			Шатахуун	Дулааны хүч реактор,		Шатахуун	Дулааны хүч реактор,
	Бөмбөг АЦС 1-3
	RosAES 1,2
	Кал АЦС 1-4				TVSA-нэмэх
					төрөл TVS-2 M
					төрөл TVS-2 M
Болгар	Козлодуй 5.6
	Тяньвань 1.2
	Тяньвань 3.4
	Темелин 1,2
	Каданкулам 1
	Каданкулам 2
	ZaNPP, Өмнөд Украины АЦС, Хм АЦС, РовАЦС

1.4. Yader шинэ түлш

VVER-1000 төрлийн реакторын хувьд хоёр үндсэн сайжруулсан түлшний угсралт байдаг (Зураг 1.12): TVSA (I. I. Afrikantov-ийн нэрэмжит OKBM боловсруулсан) болон TVS-2 M (OKB Gidropress боловсруулсан),

Цагаан будаа. 1.12. VVER реакторын түлшний угсралт: А- TVSA-PLUS, б- ТВС-2 М

TVSA-PLUS ба TVS-2 M түлшний угсралт нь ижил төстэй техник, эдийн засгийн шинж чанартай бөгөөд реакторын станцын хүчийг нэрлэсэн 18 сарын түлшний мөчлөгийн 104% хүртэл нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог (бүртгэл 66 нэгж), түлш. шаталт - 72 МВт хоног/кг U, маневрлах горимд ажиллах боломж, гадны биетээс хамгаалах.

Эрчим хүчний баланс дахь АЦС-ын цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн эзлэх хувь нэмэгдэж, цахилгаан эрчим хүчний либерал зах зээлд шилжихийн тулд ойрын жилүүдэд зарим цөмийн эрчим хүчний нэгжийг уян хатан горимд шилжүүлэх шаардлагатай болно. Атомын цахилгаан станцуудад урьд өмнө хэрэглэж байгаагүй энэхүү ажиллагааны горим нь түлш, түлшний эргэлтэд мөн нэмэлт шаардлага тавьдаг. Хувьсах ачааллын нөхцөлд өндөр гүйцэтгэлийн шинж чанарыг хадгалах түлшийг боловсруулсан байх ёстой.

• ОУАЭА болон ЭЗХАХБ-ын хамтарсан “Уран 2011: нөөц, үйлдвэрлэл, эрэлт” тайланд дурдсан байна.

TURD-ийн үйл ажиллагааны зарчим ба дизайн

Одоогийн байдлаар TURD-ийн дизайны 2 хувилбарыг санал болгож байна.

Соронзон плазмын хоригтой термоядролын реактор дээр суурилсан TNR

Эхний тохиолдолд TNRE-ийн үйл ажиллагааны зарчим, дизайн нь дараах байдалтай байна: хөдөлгүүрийн гол хэсэг нь хяналттай термоядролын хайлуулах урвал явагддаг реактор юм. Реактор нь нэг талдаа нээлттэй, хөндий цилиндр хэлбэртэй "танхим" юм. "нээлттэй урхи" термоядролын хайлуулах суурилуулалт ("соронзон лонх" эсвэл толин тусгал камер гэж нэрлэдэг). Реакторын "тасалгаа" нь заавал (тэр ч байтугай хүсээгүй) бүрэн битүүмжлэх шаардлагагүй бөгөөд энэ нь соронзон системийн ороомогуудыг зөөвөрлөх хөнгөн жинтэй, тогтвортой ферм байх магадлалтай. Одоогийн байдлаар схем гэж нэрлэгддэг схемийг хамгийн ирээдүйтэй гэж үзэж байна. "Хоёр туйлт хорих" эсвэл "соронзон толь" (eng. тандем толь), бусад хорих схемүүд боломжтой боловч: хийн динамик хавх, төвөөс зугтах, урвуу соронзон орон (FRC). Орчин үеийн тооцоогоор урвалын "тасалгааны" урт нь 1-3 м-ийн диаметртэй 100-аас 300 м-ийн хооронд байх болно. Сонгосон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн термоядролын хайлалтыг эхлүүлэхэд хангалттай нөхцөл нь реакторын камерт бий болсон. түлшний хос (хэдэн зуун сая градусын дарааллын температур, Лоусоны шалгуур үзүүлэлт). Термоядролын түлш - түлшний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн холимогоос урьдчилан халаасан плазмыг реакторын камерт оруулдаг бөгөөд тэнд тогтмол хайлуулах урвал явагддаг. Цөмийг тойрсон соронзон орны генераторууд (нэг эсвэл өөр загвартай соронзон ороомог) нь реакторын камерт өндөр эрчимтэй, нарийн төвөгтэй тохиргооны талбаруудыг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь өндөр температурт термоядролын плазмыг реакторын бүтэцтэй харьцахаас хамгаалж, доторх үйл явцыг тогтворжуулдаг. Термоядролын "шатаах" бүс (плазмын бамбар) нь реакторын уртааш тэнхлэгийн дагуу үүсдэг. Соронзон хяналтын системээр удирдуулсан плазм нь реактороос цоргооор урсаж, тийрэлтэт цохилтыг үүсгэдэг.

TURD-ийн "олон горим" ажиллах боломжийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Плазмын чавганы тийрэлтэт онгоцонд харьцангуй хүйтэн бодис оруулснаар хөдөлгүүрийн нийт хүчийг огцом нэмэгдүүлэх боломжтой (тодорхой импульсийг багасгах замаар), энэ нь турбо хөдөлгүүртэй хөлөг онгоцыг асар том селестиел биетүүдийн таталцлын талбарт үр дүнтэй маневрлах боломжийг олгоно. , жишээлбэл, том гаригууд, хөдөлгүүрийн их хэмжээний нийт хүч ихэвчлэн шаардлагатай байдаг. Ерөнхий тооцоогоор ийм загвартай цөмийн хөдөлгүүр нь 10,000 сек-ээс 4 сая сек хүртэл тодорхой импульс бүхий хэдэн кг-аас хэдэн арван тонн хүртэл хүч чадалтай байдаг. Харьцуулбал хамгийн дэвшилтэт химийн пуужингийн хөдөлгүүрүүдийн тодорхой импульс 450 секунд орчим байдаг.

Инерцийн хайлуулах системд суурилсан TURD (импульсийн термоядролын реактор)

Хоёр дахь төрлийн хөдөлгүүр нь инерцийн импульсийн термоядролын хөдөлгүүр юм. Ийм реакторт хяналттай термоядролын урвал нь импульсийн горимд (1-10 Гц давтамжтай микросекундын фракцууд), термоядролын түлш агуулсан микробагуудыг үе үе шахаж, халаах замаар явагддаг. Эхэндээ лазер хайлуулах хөдөлгүүр (LTYARD) ашиглахаар төлөвлөж байсан. Ийм LTE-ийг ялангуяа Daedalus төслийн од хоорондын автомат датчикийг санал болгосон. Үүний гол хэсэг нь импульсийн горимд ажилладаг реактор юм. Термоядролын түлшийг (жишээлбэл, дейтерий ба тритий) реакторын бөмбөрцөг камерт зорилтот хэлбэрээр нийлүүлдэг - хэдэн миллиметр диаметртэй бүрхүүл дэх хөлдөөсөн түлшний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн холимогоос бөмбөрцгийн нарийн төвөгтэй дизайн. Тасалгааны гадна талд олон зуун тераваттын хүчин чадалтай лазерууд байдаг бөгөөд нано секундын цацрагийн импульс нь камерын ханан дахь оптик тунгалаг цонхоор зорилтот түвшинд хүрдэг. Энэ тохиолдолд 100 сая гаруй градусын температур зорилтот гадаргуу дээр сая орчим атмосферийн даралтаар шууд үүсдэг - энэ нь термоядролын урвал эхлэхэд хангалттай нөхцөл юм. Хэдэн зуун кг TNT хүчин чадалтай термоядролын бичил дэлбэрэлт болдог. Daedalus төслийн камерт ийм дэлбэрэлтийн давтамж нь секундэд 250 орчим байдаг бөгөөд энэ нь EM буу ашиглан 10 км / с-ээс дээш хурдтай түлшний байг тэжээх шаардлагатай байв. Өргөтгөсөн плазм нь реакторын камерын задгай хэсгээс тохирох хийцтэй хушуугаар урсаж, тийрэлтэт цохилтыг бий болгодог. Одоогийн байдлаар бичил байг шахах/халаах лазерын арга нь мухардмал зүйл болох нь онолын болон практикийн хувьд нотлогдсон бөгөөд хангалттай нөөцөөр ийм чадалтай лазерыг бүтээх нь бараг боломжгүй юм. Иймээс микро зорилтот ион-цацрагт шахалт/халаалт бүхий хувилбар нь илүү үр ашигтай, авсаархан, илүү урт нөөцтэй тул инерцийн синтезийн хувьд одоогоор авч үзэж байна.

Гэсэн хэдий ч инерциал-импульсийн зарчим дээр суурилсан TURE нь импульсийн улмаас үүсдэг соронзон хаалттай TURE-ээс илүү тодорхой импульс, түлхэлттэй, эргэлдэж буй маш том хүчнүүдийн улмаас хэтэрхий том хэмжээтэй байдаг гэсэн үзэл бодол байдаг. -түүний үйл ажиллагааны үечилсэн төрөл . Үзэл суртлын хувьд Орион төсөл гэх мэт термоядролын цэнэг дээр суурилсан тэсрэх пуужингууд нь инерцийн импульсийн зарчим дээр суурилсан TURE-уудтай зэргэлдээ байрладаг.

Урвалын төрлүүд ба хайлуулах түлш

TNRE нь ашигласан түлшний төрлөөс хамааран янз бүрийн термоядролын урвалыг ашиглаж болно. Ялангуяа дараахь төрлийн урвалууд нь үндсэндээ боломжтой юм.

Дейтери + тритиум урвал (D-T түлш)

2 H + 3 H = 4 He + n нь 17.6 МэВ-ийн энергийн гаралтанд

Энэхүү урвал нь орчин үеийн технологийн үүднээс хамгийн амархан хэрэгжих боломжтой бөгөөд эрчим хүчний ихээхэн гарцыг өгдөг бөгөөд түлшний бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь харьцангуй хямд байдаг. Үүний сул тал нь хүсээгүй (мөн шууд түлхэлт үүсгэхэд ашиггүй) нейтроны цацрагийн маш их гаралт бөгөөд энэ нь урвалын ихэнх хүчийг зайлуулж, хөдөлгүүрийн үр ашгийг эрс бууруулдаг. Тритиум нь цацраг идэвхт, хагас задралын хугацаа нь ойролцоогоор 12 жил, өөрөөр хэлбэл удаан хугацаагаар хадгалах боломжгүй юм. Үүний зэрэгцээ, дейтерий-тритиум реакторыг литийн агуулсан бүрхүүлээр хүрээлэх боломжтой: сүүлийнх нь нейтроны урсгалаар цацраг туяагаар тритий болж хувирдаг бөгөөд энэ нь реактор нь үржүүлэгчид ажилладаг тул түлшний эргэлтийг тодорхой хэмжээгээр хаадаг. горим. Тиймээс D-T реакторын түлш нь үнэндээ дейтерий ба лити юм.

Урвал дейтерий + гелий-3

2 H + 3 He = 4 He + p. 18.3 МэВ эрчим хүчний гаралттай

Үүнд хүрэх нөхцөл нь илүү төвөгтэй байдаг. Гели-3 бол ховор бөгөөд маш үнэтэй изотоп юм. Одоогоор үйлдвэрийн хэмжээнд үйлдвэрлэгдээгүй байна. Хэдийгээр D-T урвалын энергийн гарц илүү өндөр боловч D-3He урвал нь дараах давуу талуудтай.

Нейтроны урсгал багассан тул урвалыг "нейтронгүй" гэж ангилж болно.

Цацрагийн хамгаалалтын масс бага,

Реакторын соронзон ороомогуудын жин бага.

D-3 He урвалын үед энергийн ердөө 5% орчим нь нейтрон хэлбэрээр ялгардаг (D-T урвалын хувьд 80%).20% нь рентген туяа хэлбэрээр ялгардаг. Үлдсэн бүх энергийг шууд тийрэлтэт цохилтыг бий болгоход ашиглаж болно. Тиймээс D-3He урвал нь цөмийн эрчим хүчний реакторт ашиглахад илүү ирээдүйтэй юм.

Бусад төрлийн урвалууд

Дейтерийн цөм (D-D, монопропеллант) хоорондын урвал D + D -> 3 He + n энергийн гарц нь 3.3 МэВ ба

D + D -> T + p+ 4 МэВ энергийн гаралттай. Энэ урвалын нейтроны гарц нь нэлээд чухал юм.

Бусад зарим төрлийн урвалууд боломжтой:

P + 6 Li → 4 Хэ (1.7 МэВ) + 3 Хэ (2.3 МэВ) 3 Хэ + 6 Ли → 2 4 Хэ + p + 16.9 МэВ p + 11 B → 3 4 Хэ + 8.7 МэВ

Дээрх урвалуудад нейтроны гарц байхгүй.

Түлшний сонголт нь олон хүчин зүйлээс хамаардаг - түүний хүртээмж, хямд өртөг, эрчим хүчний гаралт, термоядролын хайлуулах урвалд шаардагдах нөхцлийг хангахад хялбар байдал (үндсэндээ температур), реакторын шаардлагатай дизайны шинж чанар гэх мэт. Цөмийн хөдөлгүүрт пуужингийн хөдөлгүүрийг хэрэгжүүлэхэд хамгийн ирээдүйтэй гэж нэрлэгддэг хөдөлгүүрүүд юм. "нейтронгүй" урвалууд, учир нь термоядроны нэгдлээс үүссэн нейтроны урсгал (жишээлбэл, дейтерий-тритий урвалын үед) эрчим хүчний ихээхэн хэсгийг гадагшлуулж, түлхэц үүсгэхэд ашиглах боломжгүй юм. Нэмж дурдахад нейтрон цацраг нь реактор болон хөлөг онгоцны бүтцэд цацраг идэвхт бодис үүсгэж, багийнханд аюул учруулдаг. Дейтерий-гелий-3 урвал нь нейтроны гарцгүйн улмаас ирээдүйтэй юм. Одоогийн байдлаар TNRE-ийн өөр нэг үзэл баримтлалыг санал болгож байна - бага хэмжээний антиматерийг термоядролын урвалын катализатор болгон ашиглах.

TURD-ийн хөгжлийн түүх, өнөөгийн байдал, хэтийн төлөв

TNRE бий болгох санаа нь анхны термоядролын урвал (термоядролын цэнэгийн туршилт) хийсний дараа бараг тэр даруй гарч ирэв. TURD-ийн хөгжлийн сэдвээр гарсан анхны нийтлэлүүдийн нэг бол 1958 онд хэвлэгдсэн Ж.Россын нийтлэл юм. Одоогийн байдлаар ийм төрлийн хөдөлгүүрийн онолын боловсруулалт (ялангуяа лазерын термоядролын хайлмал дээр үндэслэсэн) хийгдэж байгаа бөгөөд ерөнхийдөө хяналттай термоядролын хайлуулах чиглэлээр өргөн практик судалгаа хийж байна. Энэ төрлийн хөдөлгүүрийг ойрын ирээдүйд хэрэгжүүлэх онолын болон инженерийн хатуу урьдчилсан нөхцөлүүд бий. TNRE-ийн тооцоолсон шинж чанарт үндэслэн ийм хөдөлгүүрүүд нь нарны аймгийн хайгуулын өндөр хурдтай, үр ашигтай гариг ​​хоорондын тээврийг бий болгох боломжтой болно. Гэсэн хэдий ч TNRE-ийн бодит дээжийг одоогоор хараахан бүтээгээгүй байна (2012).

бас үзнэ үү

Холбоосууд

• XXI зууны сансрын нисгэгч: термоядролын хөдөлгүүр // "Шинжлэх ухааны төлөө" сонин, 2003 он.
• Шинэ эрдэмтдийн сансрын орон зай (2003 оны 01-р сарын 23): Цөмийн нэгдэл нь НАСА-гийн сансрын хөлгийг тэжээж чадна (Англи хэл)
• Физик нэвтэрхий толь, 4-р боть, нийтлэл "термоядролын урвал", 102-р хуудас, Москва, "Орос том нэвтэрхий толь", 1994, 704 х.

Уурын хөдөлгүүр Стирлингийн хөдөлгүүр Агаарын мотор Ажлын шингэний төрлөөр Хий Хийн турбин үйлдвэр Хийн турбин цахилгаан станц Хийн турбин хөдөлгүүр Уур Хосолсон циклийн үйлдвэр Конденсацийн турбин Гидравлик турбинууд Сэнсний турбин Момент хувиргагч Загварын онцлогоор Тэнхлэгийн (тэнхлэгийн) турбин Төвөөс зугтах турбин (радиаль,

Цөмийн энерги нь янз бүрийн зориулалттай олон тооны үйлдвэрүүдээс бүрддэг. Энэ үйлдвэрийн түүхий эдийг ураны уурхайгаас олборлодог. Дараа нь түлш үйлдвэрлэх үйлдвэрүүдэд хүргэдэг.

Дараа нь түлшийг цөмийн цахилгаан станц руу зөөвөрлөж, реакторын цөмд ордог. Цөмийн түлшний ашиглалтын хугацаа дуусахад түүнийг устгана. Аюултай хог хаягдал нь зөвхөн түлшийг дахин боловсруулсны дараа төдийгүй уран олборлохоос эхлээд реакторт ажиллах хүртэлх аль ч үе шатанд гарч ирдэг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Цөмийн түлш

Хоёр төрлийн түлш байдаг. Эхнийх нь байгалийн гаралтай, уурхайд олборлосон уран. Энэ нь плутони үүсгэх чадвартай түүхий эдийг агуулдаг. Хоёр дахь нь зохиомлоор (хоёрдогч) үүссэн түлш юм.

Цөмийн түлшийг химийн найрлагаар нь металл, исэл, карбид, нитрид, холимог гэж хуваадаг.

Ураны олборлолт, түлшний үйлдвэрлэл

Ураны үйлдвэрлэлийн дийлэнх хувийг Орос, Франц, Австрали, АНУ, Канад, Өмнөд Африк зэрэг хэдхэн улсаас авдаг.

Уран бол атомын цахилгаан станцын түлшний гол элемент юм. Реакторт орохын тулд хэд хэдэн боловсруулалтын үе шатыг дамждаг. Ихэнхдээ ураны ордууд нь алт, зэсийн хажууд байрладаг тул олборлолт нь үнэт металлын олборлолтоор хийгддэг.

Уран нь хортой материал бөгөөд олборлох явцад гарч буй хий нь янз бүрийн хэлбэрийн хорт хавдар үүсгэдэг учраас олборлолтын явцад хүний ​​эрүүл мэндэд ихээхэн эрсдэлтэй байдаг. Хэдийгээр хүдэр өөрөө маш бага хэмжээний уран агуулдаг - 0.1-1 хувь. Ураны уурхайн ойролцоо амьдардаг хүн ам ч гэсэн маш их эрсдэлтэй.

Баяжуулсан уран нь атомын цахилгаан станцын гол түлш боловч түүнийг ашигласны дараа асар их хэмжээний цацраг идэвхт хаягдал үлддэг. Бүх аюулыг үл харгалзан уран баяжуулах нь цөмийн түлш үйлдвэрлэх салшгүй үйл явц юм.

Байгалийн хувьд ураныг хаана ч ашиглах боломжгүй. Ашиглахын тулд баяжуулах ёстой. Хийн центрифугуудыг баяжуулахад ашигладаг.

Баяжуулсан ураныг цөмийн эрчим хүч төдийгүй зэвсгийн үйлдвэрлэлд ашигладаг.

Тээвэр

Шатахууны эргэлтийн аль ч үе шатанд тээвэрлэлт байдаг. Үүнийг боломжтой бүх хэрэгслээр гүйцэтгэдэг: газар, далай, агаар. Энэ бол байгаль орчинд төдийгүй хүн төрөлхтөнд маш том эрсдэл, том аюул юм.

Цөмийн түлш буюу түүний элементүүдийг тээвэрлэх явцад олон осол аваар гарч, улмаар цацраг идэвхт элемент ялгардаг. Энэ нь аюултай гэж үзэх олон шалтгааны нэг юм.

Реакторуудыг ашиглалтаас гаргах

Нэг ч реакторыг задлаагүй. Тэр ч байтугай гутамшигт Чернобылийн асуудал нь шинжээчдийн үзэж байгаагаар задлах зардал нь шинэ реактор барих зардалтай тэнцэх эсвэл бүр давсан зардал юм. Гэхдээ яг хэдий хэмжээний мөнгө шаардагдахыг хэн ч хэлж чадахгүй: судалгаанд зориулж жижиг станцуудыг татан буулгах туршлага дээр үндэслэн зардлыг тооцоолсон. Мэргэжилтнүүд хоёр сонголтыг санал болгодог.

1. Реактор болон ашигласан цөмийн түлшийг агуулахад байрлуулна.
2. Ашиглалтаас гарсан реакторууд дээр саркофаг барих.

Ирэх арван жилд дэлхий даяар 350 орчим реактор ашиглалтын хугацаагаа дуусгаж, ашиглалтаас гарах ёстой. Гэвч аюулгүй байдал, үнийн хувьд хамгийн тохиромжтой аргыг олоогүй тул энэ асуудал шийдэгдсээр байна.

Одоогоор дэлхий даяар 436 реактор ажиллаж байна. Мэдээжийн хэрэг, энэ нь эрчим хүчний системд ихээхэн хувь нэмэр оруулах боловч энэ нь маш аюултай юм. 15-20 жилийн дараа атомын цахилгаан станцуудыг салхины эрчим хүч, нарны зайн хавтангаар ажилладаг станцуудаар солих боломжтой гэсэн судалгаа бий.

Цөмийн хаягдал

Атомын цахилгаан станцуудын үйл ажиллагааны үр дүнд асар их хэмжээний цөмийн хаягдал үүсдэг. Цөмийн түлшийг дахин боловсруулснаар аюултай хог хаягдал ч үлддэг. Гэсэн хэдий ч аль ч улс энэ асуудлыг шийдэх гарц олоогүй.

Өнөөдөр цөмийн хаягдлыг түр агуулах, усан санд хадгалах эсвэл газар доор гүехэн булж байна.

Хамгийн найдвартай арга бол тусгай хадгалах байгууламжид хадгалах боловч бусад аргуудын нэгэн адил цацраг туяа алдагдах боломжтой.

Үнэн хэрэгтээ цөмийн хаягдал нь тодорхой хэмжээний үнэ цэнэтэй боловч түүнийг хадгалах дүрмийг чанд сахихыг шаарддаг. Мөн энэ бол хамгийн тулгамдсан асуудал юм.

Чухал хүчин зүйл бол хог хаягдал аюултай байх хугацаа юм. Хүн бүр өөрийн гэсэн задралын үетэй байдаг бөгөөд энэ нь хортой байдаг.

Цөмийн хаягдлын төрлүүд

Аливаа атомын цахилгаан станцын ашиглалтын явцад хаягдал нь байгаль орчинд ордог. Энэ бол турбин болон хийн хаягдлыг хөргөх ус юм.

Цөмийн хаягдлыг гурван төрөлд хуваадаг.

1. Доод түвшин - атомын цахилгаан станцын ажилчдын хувцас, лабораторийн тоног төхөөрөмж. Ийм хог хаягдал нь эмнэлгийн байгууллага, шинжлэх ухааны лабораториос ч гарч болно. Тэд маш их аюул учруулахгүй боловч аюулгүй байдлын арга хэмжээг дагаж мөрдөхийг шаарддаг.
2. Дунд түвшний - түлш тээвэрлэдэг металл сав. Тэдний цацрагийн түвшин нэлээд өндөр бөгөөд ойр дотны хүмүүс нь хамгаалагдсан байх ёстой.
3. Ашигласан цөмийн түлш, түүнийг дахин боловсруулах бүтээгдэхүүн өндөр түвшинд байна. Цацраг идэвхжлийн түвшин хурдацтай буурч байна. Өндөр түвшний хог хаягдал нь маш бага буюу 3 орчим хувийг эзэлдэг ч нийт цацраг идэвхт бодисын 95 хувийг агуулдаг.