Az atomreaktor

Trimis la data: 2011-09-10 Materia: Fizica Nivel: Liceu Pagini: 4 Nota: / 10 Downloads: 1119
Autor: Emil C. Dimensiune: 447kb Voturi: Tipul fisierelor: doc Acorda si tu o nota acestui referat: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
vezi mai multe detalii vezi mai putine detalii
Raporteaza o eroare
Enrico Fermi, olasz fizikus, atomfizikával és kvantummechanikával foglalkozott, kidolgozta a feles spinű részecskékre (a róla elnevezett fermionokra) érvényes kvantumstatisztikát 1926-ban, és a beta-bomlás elméletét 1934-ben. Neutronbesugárzással újabb rádioaktív izotópokat hozott létre, amiért 1938-ban fizikai Nobel díjat kapott. A maghasadást O. Hahn, F. Strassmann és L. Meitner felfedezte fel, Enrico Fermi egy korábbi kísérlete alapján, és azt találták, hogy neutronsugárzás hatására az uránatom magja két közepes méretű magra esik szét.

Az atomreaktor

Enrico Fermi, olasz fizikus, atomfizikával és kvantummechanikával
foglalkozott, kidolgozta a feles spinu" részecskékre (a róla
elnevezett fermionokra) érvényes kvantumstatisztikát 1926-ban, és a
beta-bomlás elméletét 1934-ben. Neutronbesugárzással újabb rádioaktív
izotópokat hozott létre, amiért 1938-ban fizikai Nobel díjat kapott.

A maghasadást O. Hahn, F. Strassmann és L. Meitner felfedezte fel,
Enrico Fermi egy korábbi kísérlete alapján, és azt találták, hogy
neutronsugárzás hatására az uránatom magja két közepes méretu" magra
esik szét. Ennek folyamán Fermi felismerte az önfenntartó láncreakció
leheto"ségét (Szilárd Leóval 1939-ben), s o" valósította meg az általa
tervezett elso" atomreaktort 1942 dec. 2.-én. Majd az atombomba
kidolgozásában is részt vett.

Késo"bb kimutatták, hogy elméletileg minden atommag elhasadhat, de a
gyakorlatban csak néhány urán- és plutóniumizotóp esetében jön létre
könnyen a hasadás Ezek az izotópok ráadásul energetikailag kedvezo"bb
állapotba jutnak a hasadás során, tehát több energia szabadul fel,
mint amennyi a hasításhoz szükséges.

A természetes urán 99.3 %-a 238-as, 0.7 %-a pedig 235-ös izotóp. Az
U-238-as csak igen ritkán hasad, és csak akkor, ha a neutron nagy
sebességgel ütközik a magnak. Az U-235-ös hasadása gyakorlati
szempontból sokkal jelento"sebb: ezt a magreakciót használja ki a ma
mu"ködo" atomreaktorok dönto" többsége.

Ha egy lassú (kis energiájú, más néven termikus) neutron ütközik az
U-235 magjának, a mag befogja azt, és egy új gerjesztett mag, U-236
jön létre. Az esetek kb. 85 %-ában igen rövid ido" alatt (10^-14s
alatt) bekövetkezik a maghasadás, 15 %-ában pedig a mag
gamma-sugárzással szabadul meg felesleges energiájától. A hasadványok
igen sokfélék lehetnek: ma 35 elem mintegy 200 izotópját ismerjük,
ami. az urán hasadási terméke lehet

1 db U-235 elhasadásakor kb. 200 MeV =3.2*10^-11 J energia szabadul
fel.

0x08 graphic
A maghasadás során a két hasadvány magon kívül néhány (U-235 esetén
átlagosan 2.4) neutron is kilép. A kiszabaduló neutronok száma attól
függ, milyen hasadási termékek jönnek létre.

0x08 graphic
A láncreakció alapgondolata: az U-235-magot meglo"jük egy neutronnal,
aminek hatására nagy valószínu"séggel bekövetkezik a maghasadás. A
hasadásból keletkezo" neutronok újabb uránmagokat hasíthatnak el, és
ráadásul minden egyes hasadásnál felszabadul a már említett 200 MeV
energia. Ekkor tehát már külso" neutronforrás nélkül is mu"ködik, azaz
önfenntartó a folyamat.

Az U-235 hasadásakor a magból nagyenergiájú neutronok lépnek ki,
amelyek csak igen kis valószínu"séggel hoznak létre újabb maghasadást.
Ahhoz, hogy gyors neutronokkal valósítsunk meg láncreakciót, nagyon
nagy dúsitású uránra van szükség, ez pedig igen drága megoldás.
Járhatóbb út olyan anyagok alkalmazása, amelyek a gyors neutronokat
annyira lelassítják, hogy azok nagy valószínu"séggel hozzanak létre
újabb hasítást. Ezek az anyagok a moderátorok. Moderátor használatával
akár természetes uránnal (0.7% U-235-tartalom) is létrejöhet
láncreakció.

A moderátorként használt anyagokkal szemben két fo" követelményt
támasztunk: legyen minél kisebb rendszámú, és minél kevésbé legyen
hajlamos a neutronok elnyelésére. Ezen igényeknek a gyakorlatban csak
négy anyag felel meg: a víz (H[2]O, könnyu"víz), a nehézvíz (D[2]O), a
grafit (C) és a berillium (Be). Ezek közül a víz a legelterjedtebb
moderátor. A nehézvíz tulajdonságai ugyan valamivel kedvezo"bbek, de
sajnos roppant drága anyag.

Ha elkezdünk egyre több U-235-öt egymás mellé, jó darabig nem indul be
a várt láncreakció. Ennek oka abban keresendo", hogy kis mennyiségu"
hasadóanyag esetén a szerteszét repülo" neutronoknak igen nagy hányada
kilép az uránból anélkül, hogy hasadást okozna. Növelve a hasadóanyag
mennyiségét, a teljes térfogathoz képest egyre csökken az a felület (a
fajlagos felület), amin keresztül kiszökhetnek a neutronok. Egy adott
méretet elérve kevesebb neutron tud kiszökni, mint ami az önfenntartó
láncreakcióhoz szükséges, ekkor érjük el az ún. kritikus tömeget.
Például golyó alakú, moderátor nélküli fém U-235 kritikus tömege 49
kg.

A neutronok számát a reaktorban nyilvánvalóan szabályoznunk kell,
hiszen etto"l függ a létrejövo" maghasadások száma, és így a
felszabaduló energia is. A láncreakció szabályozásához olyan anyagok
kellenek, amelyek elo"szeretettel elnyelik a neutronokat. A leginkább
használatos neutronabszorbensek a kadmium (Cd) és a bór (B).

A szabályozás legfo"bb eszközei az ún. szabályozó rudak, amelyek
minden reaktorban megtalálhatók. Ezek olyan, neutronelnyelo" anyagból
készült rudak, amelyeket a hasadóanyagba lehet engedni, ill. kihúzni,
így szabályozva a maghasadást létrehozó neutronok számát. Ha például
csökkenteni akarjuk a reaktorban felszabaduló energiát, elég beljebb
tolni a szabályozó rudakat, hiszen ez elnyeli az épp hasítani készülo"
neutronok egy részét, így csökken a hasításra rendelkezésre álló
neutronok száma. Ha növelni akarjuk a teljesítményt, több neutronra
van szükségünk a hasításhoz, vagyis kijjebb kell húzni a
neutronelnyelo" rudakat. A szabályozórudak fo"leg a rövid ido"n belüli
beavatkozáshoz és a leálláshoz szükségesek.

Az atomreaktorokat ötféleképpen osztályozhatjuk. 1. A moderátor anyaga
szerint, ami lehet: víz, nehézvíz, berillium, grafit. 2. A hu"to"közeg
szerint: nyomott vizes, vízforraló, hélium, szén-dioxid vagy
folyékonyfém hu"tésü. 3. A hasítás módja szerint: lassú ill. gyors
neutronokkal mu"ködo" termikus, ill. gyorsreaktor. 4. A reaktormag
elrendezése szerint: heterogén atomrektorban a hasadóanyag el van
választva a moderátor anyagától és a hu"to"közegto"l, homogén
atomreaktorban a hasadóanyag a hu"to"közeggel és esetleg a
moderátorral homogén keveréket alkot. 5. Rendeltetés szerint:
energiatermelo" teljesítményreaktor (atomero"mu"), jármu"reaktor
(tengeralattjárók, hajók), tenyészto"reaktor (szaporítóreaktor),
kutatóreaktor.

0x08 graphic
A nyomottvizes atomreaktor (PWR: Pressurized Water Reactor) a
könnyu"vizes típushoz tartozik: moderátora és hu"to"közege egyaránt
könnyu"víz (H[2]O). Az ábrán látható, hogy a víz két zárt, egymástól
teljesen elválasztott körben kering.

1 Reaktortartály

8 Frissgo"z

14 Kondenzátor

2 Fu"to"elemek

9 Tápvíz

15 Hu"to"víz

3 Szabályozórudak

10 Nagynyomású turbina

16 Tápvíz szivattyú

4 Szabályozórúd hajtás

11 Kisnyomású turbina

17 Tápvíz elo"melegíto"

5 Nyomástartó edény

12 Generátor

18 Betonvédelem

6 Go"zfejleszto"

13 Gerjeszto"gép

19 Hu"to"víz szivattyú

7 Primer köri keringteto" szivattyú

A primer körben (sötétkék ) a vizet nagyon nagy nyomáson tartják
(130-150 bar), emiatt az még a magas üzemi ho"mérsékleten (300-330 oC)
sem forr fel. (A magas primer köri nyomásról kapta a 0x08 graphic
típus a nevét.) Az állandó nyomást a nyomástartó edény
(térfogatkompenzátor) biztosítja. (Ha a primer körben a nyomás
lecsökken, a térfogatkompenzátorban levo" villamos fu"to"testekkel
melegítik a vizet, ezáltal növelve a nyomást. Nyomásnövekedés esetén
pedig a már lehu"lt hu"to"vízbo"l fecskendeznek be a
térfogatkompenzátorba, aminek a felso" részében go"z van, melynek
nyomása így lecsökken.) A primer köri víz az ún. go"zfejleszto" kis
átméro"ju" csöveiben átadja ho"jét a szekunder kör vizének, azaz
lehu"l, majd alacsonyabb ho"mérsékleten jut vissza a reaktorba.

A szekunder körben levo" víz nyomása sokkal alacsonyabb (40-60 bar),
mint a primer körben lévo"é, emiatt a go"zfejleszto"ben a
felmelegedett víz felforr(piros). Innen kerül (cseppleválasztás után)
a go"z a nagynyomású, majd a kisnyomású turbinára. A turbinából
kilépo" go"z a kondenzátorban cseppfolyósodik, ahonnan elo"melegítés
után újra a go"zfejleszto"be kerül.

A primer és a szekunder kör vize nem keveredik egymással! A
go"zfejleszto"ben is csöveken keresztül adódik át a primer oldal
ho"je. Így elérhe ...

Stiri
Nota explicativa
Referatele si lucrarile oferite de Referate.ro au scop educativ si orientativ pentru cercetare academica.

Iti recomandam ca referatele pe care le downloadezi de pe site sa le utilizezi doar ca sursa de inspiratie sau ca resurse educationale pentru conceperea unui referat nou, propriu si original.

Referat.ro te invata cum sa faci o lucrare de nota 10!
Noutati
Stiri educatie
Linkuri utile
Programeaza-te online la salonul favorit Descarca gratuit aplicatiile pentru iOS si Android Materiale educative Jocuri Cele mai tari jocuri de pe net Referate scoala Resurse, lucrari, referate materiale pentru lucrari de nota 10
Toate imaginile, textele sau alte materiale prezentate pe site sunt proprietatea referat.ro fiind interzisa reproducerea integrala sau partiala a continutului acestui site pe alte siteuri sau in orice alta forma fara acordul scris al referat.ro. Va rugam sa consultati Termenii si conditiile de utilizare a site-ului. Informati-va despre Politica de confidentialitate. Daca aveti intrebari sau sugestii care pot ajuta la dezvoltarea site-ului va rugam sa ne scrieti la adresa webmaster@referat.ro.