Është i lidhur në seri me një qark, rryma e të cilit duhet të kufizohet dhe funksionon si një rezistencë shtesë induktive (reaktive) që zvogëlon rrymën dhe ruan tensionin në rrjet gjatë një qarku të shkurtër, gjë që rrit stabilitetin e gjeneratorëve dhe sistemit. në tërësi.
Aplikacion
Gjatë një qarku të shkurtër, rryma në qark rritet ndjeshëm në krahasim me rrymën e modalitetit normal. Në rrjetet e tensionit të lartë, rrymat e qarkut të shkurtër mund të arrijnë vlera të tilla që nuk është e mundur të zgjidhen instalime që mund të përballojnë forcat elektrodinamike që rrjedhin nga rrjedha e këtyre rrymave. Për të kufizuar rrymën e qarkut të shkurtër përdoren reaktorë kufizues të rrymës, të cilët gjatë qarkut të shkurtër. Ata gjithashtu mbajnë një tension mjaft të lartë në zbarrat e fuqisë (për shkak të një rënie më të madhe në vetë reaktorin), i cili është i nevojshëm për funksionimin normal të ngarkesave të tjera.
Pajisja dhe parimi i funksionimit
Llojet e reaktorëve
Reaktorët kufizues të rrymës ndahen në:
- sipas vendndodhjes së instalimit: të jashtëm dhe të brendshëm;
- sipas tensionit: i mesëm (3 -35 kV) dhe i lartë (110 -500 kV);
- sipas projektimit: beton, i thatë, vaj dhe i blinduar;
- sipas rregullimit fazor: vertikal, horizontal dhe me shkallë;
- sipas modelit të dredha-dredha: të vetme dhe të dyfishtë;
- sipas qëllimit funksional: ushqyes, furnizues grupor dhe kryqëzues.
Reaktorët e betonit
Ato janë përhapur gjerësisht në instalimet e brendshme për tensionet e rrjetit deri në 35 kV përfshirëse. Reaktori i betonit përbëhet nga kthesa të rregulluara në mënyrë koncentrike të telit të izoluar të bllokuar të hedhur në kolona betoni të rregulluara në mënyrë radiale. Gjatë qarqeve të shkurtra, mbështjelljet dhe pjesët përjetojnë strese të konsiderueshme mekanike të shkaktuara nga forcat elektrodinamike, kështu që betoni me rezistencë të lartë përdoret në prodhimin e tyre. Të gjitha pjesët metalike të reaktorit janë bërë nga materiale jo magnetike. Në rast të rrymave të larta, përdoret ftohja artificiale.
Bobinat fazore të reaktorit janë rregulluar në mënyrë që kur reaktori është i montuar, fushat e mbështjelljeve janë të vendosura në drejtime të kundërta, gjë që është e nevojshme për të kapërcyer forcat dinamike gjatësore gjatë një qarku të shkurtër. Reaktorët e betonit mund të bëhen me ajër natyral ose me ftohje me ajër të detyruar (për fuqi të vlerësuara të larta), të ashtuquajturat. "goditje" (shkronja "D" i shtohet shënimit).
Që nga viti 2014, reaktorët e betonit konsiderohen të vjetëruar dhe po zëvendësohen me reaktorë të thatë.
Reaktorët e naftës
Përdoret në rrjete me tension mbi 35 kV. Reaktori i naftës përbëhet nga mbështjellje të përçuesve të bakrit, të izoluara me letër kabllo, të cilat vendosen në cilindra izolues dhe mbushen me vaj ose dielektrik tjetër elektrik. Lëngu shërben si një medium izolues dhe ftohës. Për të zvogëluar ngrohjen e mureve të rezervuarit nga fusha alternative e mbështjelljeve të reaktorit, ata përdorin ekranet elektromagnetike Dhe shuntet magnetike.
Mburoja elektromagnetike përbëhet nga kthesa bakri ose alumini me qark të shkurtër të vendosura në mënyrë koncentrike në lidhje me dredha-dredha të reaktorit rreth mureve të rezervuarit. Mbrojtja ndodh për faktin se në këto kthesa induktohet një fushë elektromagnetike, e drejtuar kundërt dhe kompenson fushën kryesore.
Shunti magnetik është një paketë prej fletë çeliku e vendosur brenda rezervuarit pranë mureve, e cila krijon një qark magnetik artificial me rezistencë magnetike më të ulët se ajo e mureve të rezervuarit, gjë që detyron fluksin magnetik kryesor të reaktorit të mbyllet përgjatë tij, dhe jo nëpër muret e rezervuarit.
Për të parandaluar shpërthimet që lidhen me mbinxehjen e naftës në rezervuar, sipas PUE, të gjithë reaktorët me tension 500 kV e lart duhet të pajisen me mbrojtje gazi.
Reaktorë të thatë
Reaktorët e thatë i përkasin një drejtimi të ri në projektimin e reaktorëve kufizues të rrymës dhe përdoren në rrjete me tensione nominale deri në 220 kV. Në një nga opsionet e projektimit për një reaktor të thatë, mbështjelljet bëhen në formën e kabllove (zakonisht drejtkëndëshe në seksion kryq për të zvogëluar madhësinë, për të rritur forcën mekanike dhe jetën e shërbimit) me izolim silikoni, të plagosur në një kornizë dielektrike. Në një model tjetër të reaktorit, tela mbështjellëse është e izoluar me një film poliamidi, dhe më pas me dy shtresa filamente qelqi me përmasa dhe impregnim me llak silikoni dhe pjekje pasuese, e cila korrespondon me klasën e rezistencës ndaj nxehtësisë H (temperatura e funksionimit deri në 180 ° C) ; shtypja dhe lidhja e mbështjellësve me shirita i bën ato rezistente ndaj stresit mekanik gjatë rrymës së goditjes.
Reaktorë të blinduar
Megjithë tendencën për të prodhuar reaktorë kufizues të rrymës pa një bërthamë magnetike ferromagnetike (për shkak të rrezikut të ngopjes së sistemit magnetik në rrymën e qarkut të shkurtër dhe, si pasojë, një rënie të mprehtë të vetive kufizuese të rrymës), ndërmarrjet prodhojnë reaktorë me bërthama të blinduara të bëra prej çeliku elektrik. Avantazhi i këtij lloji të reaktorit kufizues të rrymës është pesha, madhësia dhe kostoja e tij më e vogël (për shkak të reduktimit të pjesës së metaleve me ngjyra në dizajn). Disavantazhi: mundësia e humbjes së vetive kufizuese të rrymës në rrymat e goditjes më të mëdha se vlera nominale për një reaktor të caktuar, i cili nga ana tjetër kërkon llogaritje të kujdesshme të rrymave të qarkut të shkurtër. në rrjet dhe zgjedhja e një reaktori të blinduar në mënyrë të tillë që në çdo mënyrë rrjeti rryma e goditjes së qarkut të shkurtër nuk e kalonte nominalin.
Reaktorë të dyfishtë
Reaktorët binjakë përdoren për të reduktuar rënien e tensionit në modalitetin normal, për të cilin çdo fazë përbëhet nga dy mbështjellje me bashkim të fortë magnetik, të lidhur në drejtime të kundërta, secila prej të cilave është e lidhur me përafërsisht të njëjtën ngarkesë, si rezultat i së cilës induktanca është reduktuar (në varësi të fushës magnetike diferenciale të mbetur). Me qark të shkurtër në qarkun e njërës prej mbështjelljeve fusha rritet ndjeshëm, induktiviteti rritet dhe ndodh procesi i kufizimit të rrymës.
Reaktorët kryqëzues dhe ushqyes
Reaktorët ndërseksionalë ndizen ndërmjet seksioneve për të kufizuar rrymat dhe për të ruajtur tensionin në një nga seksionet gjatë një qarku të shkurtër. në një seksion tjetër. Ushqyesit e grupit të ushqyesve dhe furnizuesve janë instaluar në ushqyesit në dalje (ushqyesit e grupit janë të zakonshëm për disa ushqyes).
Letërsia
- Rodshtein L. A."Pajisjet elektrike: Libër mësuesi për shkollat teknike" - botimi i 3-të, Leningrad: Energoizdat. Leningr. Departamenti, 1981.
- "Pajisjet e reaktorit. Katalogu i zgjidhjeve në fushën e përmirësimit të cilësisë së energjisë, mbrojtjen e rrjeteve elektrike dhe organizimin e komunikimeve HF." Grupi i Kompanive SVEL.
Një reaktor elektrik është një pajisje elektrike, detyra kryesore e së cilës është të kontrollojë madhësinë e rrymave të qarkut të shkurtër dhe të ruajë gjendjen e tensionit në autobusët e pajisjeve të shpërndarjes elektrike gjatë një qarku të shkurtër në rrjetin elektrik.
Një reaktor elektrik përbëhet nga një spirale pa një bërthamë çeliku. Induktiviteti i një reaktori elektrik mbetet i pandryshuar dhe nuk ndikohet nga ndryshimet në fuqinë aktuale ose fenomene të tjera. Reaktorët elektrikë janë ose linearë ose zbarorë. Detyra e reaktorëve elektrikë të zbarrës është të zvogëlojnë rrymat e qarkut të shkurtër si në vetë rrjetin elektrik ashtu edhe në vetë instalimin në rast të një qarku të shkurtër në seksionet e zbarrave. Në thelb, ulja e tensionit në kushtet e qarkut të shkurtër ndodh në vetë reaktorin. Kjo veçori ruan saktësisht tensionin e kërkuar në autobusët.
Sipas dizajnit, reaktorët elektrikë janë ose të thatë ose me bazë nafte. Të parat janë të nevojshme për instalim në komutues të mbyllur, tensioni i të cilave është deri në 35 kV. Ndërlidhja midis kthesave të mbështjelljes arrihet duke përdorur kolona betoni.
Izolimi i fazave të një reaktori elektrik kryhet duke përdorur izolatorë mbështetës. Për të reduktuar forcat elektrodinamike, spiralja e fazës qendrore të reaktorit elektrik ka drejtimin e kundërt të mbështjelljes së kthesave në raport me bobinat e fazave të jashtme.
Reaktorët elektrikë të naftës kërkohen për instalim në stabilimentet e hapura, tensioni i të cilave është nga 35 kV. Këta reaktorë përbëhen nga 1-3 bobina, të cilat nga ana e tyre ndodhen në një rezervuar hekuri me vaj të veçantë transformatori.
Për të parandaluar mbinxehjen e rezervuarit, kompensimi i fluksit magnetik përdoret me mbrojtje ose shuntohet duke përdorur një qark magnetik shtesë, i cili bëhet edhe në rastet kur përdoret mbrojtja magnetike.
Përdorimi i një reaktori elektrik bën të mundur përmirësimin e besueshmërisë së pajisjeve të ndryshme elektrike, dhe gjithashtu lejon përdorimin e pajisjeve që janë të dizajnuara për rryma të kufizuara të qarkut të shkurtër. Reaktorët elektrikë kanë gjetur aplikim mjaft të gjerë në ndezjen e motorëve sinkron dhe kompensatorëve.
Fillimi i përdorimit të një reaktori elektrik është më i lirë dhe më i thjeshtë se fillimi i përdorimit të autotransformatorëve të përdorur më parë.
Kur përdorni reaktorë elektrikë, është e nevojshme të merren parasysh veçoritë e tyre të projektimit: reaktorët elektrikë të thatë janë të përshtatshëm, të thjeshtë, por mund të përdoren vetëm në hapësira të mbyllura, reaktorët e naftës janë më kompleks dhe më të shtrenjtë, por nuk kanë kufizime për vendndodhjen gjatë përdorimin e tyre.
Reaktori kufizues i rrymës është një spirale me një reaktancë induktive të qëndrueshme. Pajisja është e lidhur në seri me qarkun. Si rregull, pajisje të tilla nuk kanë bërthama ferrimagnetike. Një rënie e tensionit prej rreth 3-4% konsiderohet standarde. Nëse ndodh një qark i shkurtër, voltazhi kryesor furnizohet në reaktorin kufizues të rrymës. Vlera maksimale e lejuar llogaritet duke përdorur formulën:
Në = (2,54 Ih/Xp) x100%, ku Ih është rryma e vlerësuar e rrjetit dhe Xp është reaktansa.
Strukturat prej betoni
Aparati elektrik është një dizajn që është projektuar për funksionim afatgjatë në rrjete me tensione deri në 35 kV. Dredha-dredha është bërë nga tela elastikë që zbehin ngarkesat dinamike dhe termike përmes disa qarqeve paralele. Ato lejojnë që rrymat të shpërndahen në mënyrë të barabartë, duke shkarkuar forcën mekanike në një bazë betoni të palëvizshme.
Mënyra e kalimit të mbështjelljeve të fazës zgjidhet në mënyrë që drejtimi i fushave magnetike të jetë i kundërt. Kjo gjithashtu ndihmon në dobësimin e forcave dinamike gjatë rrymave të goditjes së qarkut të shkurtër. Vendosja e hapur e mbështjelljeve në hapësirë ndihmon në sigurimin e kushteve të shkëlqyera për ftohje natyrore atmosferike. Nëse efektet termike tejkalojnë parametrat e lejueshëm, ose ndodh një qark i shkurtër, përdoret rryma e detyruar e ajrit duke përdorur tifozët.
Reaktorët kufizues të rrymës së thatë
Këto pajisje janë shfaqur si rezultat i zhvillimit të materialeve izoluese inovative të bazuara në një bazë strukturore silikoni dhe organike. Njësitë funksionojnë me sukses në pajisje deri në 220 kV. Dredha-dredha në spirale është e mbështjellë me një kabllo me shumë bërthama me një seksion kryq drejtkëndor. Ajo ka forcë të shtuar dhe është e veshur me një shtresë të veçantë të bojës silikoni dhe veshjes me llak. Një avantazh shtesë operacional është prania e izolimit silikoni që përmban silikon.
Krahasuar me analogët e betonit, një reaktor kufizues i rrymës së tipit të thatë ka një numër avantazhesh, përkatësisht:
- Më pak peshë dhe dimensione të përgjithshme.
- Rritja e forcës mekanike.
- Rritja e rezistencës ndaj nxehtësisë.
- Rezerva më e madhe e burimit të punës.
Opsionet e vajit
Kjo pajisje elektrike është e pajisur me përçues me letër kabllo izoluese. Është instaluar në cilindra të veçantë, të cilët janë të vendosur në një rezervuar me vaj ose një dielektrik të ngjashëm. Elementi i fundit gjithashtu luan rolin e një pjese të shpërndarjes së nxehtësisë.
Për të normalizuar ngrohjen e kutisë metalike, shunta magnetike ose ekranet në elektromagnet janë përfshirë në dizajn. Ato ju lejojnë të balanconi fushat e frekuencës industriale që kalojnë nëpër kthesat e dredha-dredha.
Shantet e tipit magnetik janë bërë nga fletë çeliku të vendosura në mes të rezervuarit të vajit, drejtpërdrejt pranë mureve. Si rezultat, formohet një qark i brendshëm magnetik, i cili mbyll fluksin e krijuar nga dredha-dredha në vetvete.
Ekranet e tipit elektromagnetik krijohen në formën e kthesave me qark të shkurtër prej alumini ose bakri. Ato janë instaluar pranë mureve të kontejnerit. Ato nxisin një fushë elektromagnetike kundër, e cila zvogëlon ndikimin e rrjedhës kryesore.
Modele me forca të blinduara
Kjo pajisje elektrike është krijuar me një bërthamë. Hartime të tilla kërkojnë llogaritjen e saktë të të gjithë parametrave, gjë që shoqërohet me mundësinë e ngopjes së telit magnetik. Kërkohet gjithashtu një analizë e kujdesshme e kushteve të funksionimit.
Bërthamat e blinduara të bëra prej çeliku elektrik bëjnë të mundur reduktimin e dimensioneve dhe peshës së përgjithshme të reaktorit, së bashku me uljen e kostos së pajisjes. Vlen të përmendet se kur përdorni pajisje të tilla, duhet të merret parasysh një pikë e rëndësishme: rryma e goditjes nuk duhet të kalojë vlerën maksimale të lejuar për këtë lloj pajisjeje.
Parimi i funksionimit të reaktorëve kufizues të rrymës
Dizajni bazohet në një mbështjellje spirale që ka reaktancë induktive. Është i lidhur me ndërprerjen në qarkun kryesor të furnizimit. Karakteristikat e këtij elementi zgjidhen në atë mënyrë që në kushte standarde të funksionimit voltazhi të mos bjerë mbi 4% të vlerës totale.
Nëse ndodh një situatë emergjente në qarkun mbrojtës, reaktori kufizues i rrymës, për shkak të induktivitetit, shuan pjesën mbizotëruese të efektit të tensionit të lartë të aplikuar, duke frenuar njëkohësisht rrymën e goditjes.
Diagrami i funksionimit të pajisjes vërteton faktin se me një rritje të induktivitetit të spirales, mund të vërehet një ulje e ndikimit të rrymës së goditjes.
Veçoritë
Aparati elektrik në fjalë është i pajisur me mbështjellje që kanë një tel magnetik prej pllaka çeliku, i cili shërben për rritjen e vetive reaktive. Në njësi të tilla, kur rryma të mëdha kalojnë nëpër kthesa, vërehet ngopja e materialit bërthamë, dhe kjo çon në një ulje të parametrave të tij kufizues të rrymës. Rrjedhimisht, pajisje të tilla nuk kanë gjetur përdorim të gjerë.
Kryesisht, reaktorët kufizues të rrymës nuk janë të pajisur me bërthama çeliku. Kjo për faktin se arritja e karakteristikave të kërkuara të induktivitetit shoqërohet me një rritje të konsiderueshme të masës dhe dimensioneve të pajisjes.
Rryma e goditjes së qarkut të shkurtër: çfarë është ajo?
Pse keni nevojë për një reaktor kufizues të rrymës prej 10 kV ose më shumë? Fakti është se në modalitetin nominal, energjia e furnizimit me tension të lartë shpenzohet për tejkalimin e rezistencës maksimale të qarkut elektrik aktiv. Ai, nga ana tjetër, përbëhet nga ngarkesa aktive dhe reaktive, të cilat kanë bashkime kapacitative dhe induktive. Rezultati është një rrymë operative që optimizohet duke përdorur rezistencën e qarkut, fuqinë dhe tensionin.
Gjatë një qarku të shkurtër, burimi mbyllet duke lidhur në mënyrë të rastësishme ngarkesën maksimale në kombinim me rezistencën minimale aktive, e cila është tipike për metalet. Në këtë rast, vërehet mungesa e komponentit reaktiv të fazës. Një qark i shkurtër eliminon ekuilibrin në qarkun e punës, duke formuar lloje të reja rrymash. Kalimi nga një mënyrë në tjetrën nuk ndodh menjëherë, por për një periudhë të gjatë kohore.
Gjatë këtij transformimi afatshkurtër, vlerat sinusoidale dhe të përgjithshme ndryshojnë. Pas një qarku të shkurtër, format e reja të rrymës mund të marrin një formë komplekse periodike të detyruar ose të lirë aperiodike.
Opsioni i parë ndihmon për të përsëritur konfigurimin e tensionit të furnizimit, dhe modeli i dytë përfshin konvertimin e treguesit në kërcime me një rënie graduale. Formohet me anë të një ngarkese kondensative me vlerë nominale, e konsideruar si qark boshe për një qark të shkurtër pasues.
Reaktor bërthamor, parimi i funksionimit, funksionimi i një reaktori bërthamor.
Ne përdorim çdo ditë energjinë elektrike dhe nuk mendojmë se si prodhohet dhe si ka ardhur tek ne. Megjithatë, ajo është një nga pjesët më të rëndësishme të qytetërimit modern. Pa energji elektrike nuk do të kishte asgjë - as dritë, as nxehtësi, as lëvizje.
Të gjithë e dinë se energjia elektrike prodhohet në termocentrale, përfshirë ato bërthamore. Zemra e çdo centrali bërthamor është reaktor bërthamor. Kjo është ajo që ne do të shikojmë në këtë artikull.
Reaktor bërthamor, një pajisje në të cilën ndodh një reaksion zinxhir i kontrolluar bërthamor me lëshimin e nxehtësisë. Këto pajisje përdoren kryesisht për të prodhuar energji elektrike dhe për të drejtuar anije të mëdha. Për të imagjinuar fuqinë dhe efikasitetin e reaktorëve bërthamorë, mund të japim një shembull. Aty ku një reaktor mesatar bërthamor do të kërkojë 30 kilogramë uranium, një termocentral mesatar do të kërkojë 60 vagonë qymyr ose 40 cisterna naftë.
Prototip reaktor bërthamorështë ndërtuar në dhjetor 1942 në SHBA nën drejtimin e E. Fermit. Ishte i ashtuquajturi "pirg i Çikagos". Chicago Pile (më vonë fjala"Grumbulli", së bashku me kuptimet e tjera, ka ardhur në kuptimin e një reaktor bërthamor). E mori këtë emër sepse i ngjante një pirg të madh blloqesh grafiti të vendosur njëri mbi tjetrin.
Midis blloqeve u vendosën "lëngje pune" sferike të bëra nga uraniumi natyror dhe dioksidi i tij.
Në BRSS, reaktori i parë u ndërtua nën udhëheqjen e Akademik I.V. Reaktori F-1 ishte funksional më 25 dhjetor 1946. Reaktori ishte në formë sferike dhe kishte një diametër rreth 7.5 metra. Nuk kishte sistem ftohjeje, kështu që funksiononte në nivele shumë të ulëta të fuqisë.
Kërkimet vazhduan dhe më 27 qershor 1954, në Obninsk hyri në punë termocentrali i parë bërthamor në botë me një kapacitet prej 5 MW.
Parimi i funksionimit të një reaktori bërthamor.
Gjatë zbërthimit të uraniumit U 235, lëshohet nxehtësi, e shoqëruar me lëshimin e dy ose tre neutroneve. Sipas statistikave - 2.5. Këto neutrone përplasen me atome të tjera të uraniumit U235. Gjatë një përplasjeje, uraniumi U 235 shndërrohet në një izotop të paqëndrueshëm U 236, i cili pothuajse menjëherë zbërthehet në Kr 92 dhe Ba 141 + të njëjtat 2-3 neutrone. Prishja shoqërohet me çlirimin e energjisë në formën e rrezatimit gama dhe nxehtësisë.
Ky quhet një reaksion zinxhir. Atomet ndahen, numri i zbërthimeve rritet në mënyrë eksponenciale, gjë që përfundimisht çon në një çlirim rrufe të shpejtë, sipas standardeve tona, të një sasie të madhe energjie - një shpërthim atomik ndodh si pasojë e një reaksioni zinxhir të pakontrollueshëm.
Megjithatë, në reaktor bërthamor kemi të bëjmë me reaksioni bërthamor i kontrolluar. Si bëhet e mundur kjo përshkruhet më poshtë.
Struktura e një reaktori bërthamor.
Aktualisht, ekzistojnë dy lloje të reaktorëve bërthamorë: VVER (reaktor i energjisë me ftohje me ujë) dhe RBMK (reaktor i kanalit me fuqi të lartë). Dallimi është se RBMK është një reaktor me ujë të valë, ndërsa VVER përdor ujë nën presion prej 120 atmosferash.
Reaktor VVER 1000 - ngasja e sistemit të kontrollit; 2 - mbulesa e reaktorit; 3 - trupi i reaktorit; 4 - blloku i tubave mbrojtës (BZT); 5 - bosht; 6 - mbyllja e bërthamës; 7 - asambletë e karburantit (FA) dhe shufrat e kontrollit;
Çdo reaktor bërthamor industrial është një kazan përmes të cilit rrjedh ftohës. Si rregull, ky është ujë i zakonshëm (rreth 75% në botë), grafit i lëngshëm (20%) dhe ujë i rëndë (5%). Për qëllime eksperimentale, beriliumi u përdor dhe supozohej të ishte një hidrokarbur.
TVEL– (element karburanti). Këto janë shufra në një guaskë zirkoniumi me aliazh niobiumi, brenda së cilës ndodhen tabletat e dioksidit të uraniumit.
TVEL raktor RBMK. Dizajni i elementit të karburantit të reaktorit RBMK: 1 - prizë; 2 - tableta të dioksidit të uraniumit; 3 - guaskë zirkonium; 4 - pranverë; 5 - tufa; 6 - këshillë.
TVEL përfshin gjithashtu një sistem susta për mbajtjen e peletave të karburantit në të njëjtin nivel, i cili bën të mundur rregullimin më të saktë të thellësisë së zhytjes/heqjes së karburantit në bërthamë. Ata janë mbledhur në kaseta gjashtëkëndore, secila prej të cilave përfshin disa dhjetëra shufra karburanti. Ftohësi rrjedh nëpër kanalet në secilën kasetë.
Shufrat e karburantit në kasetë janë të theksuara me ngjyrë të gjelbër.
Asambleja e kasetës së karburantit.
Bërthama e reaktorit përbëhet nga qindra kaseta të vendosura vertikalisht dhe të bashkuara së bashku nga një guaskë metalike - një trup, i cili gjithashtu luan rolin e një reflektori neutron. Midis kasetave, në intervale të rregullta futen shufrat e kontrollit dhe shufrat e mbrojtjes së emergjencës së reaktorit, të cilat janë krijuar për të fikur reaktorin në rast të mbinxehjes.
Le të japim si shembull të dhëna për reaktorin VVER-440:
Kontrollorët mund të lëvizin lart e poshtë, duke u zhytur ose anasjelltas, duke lënë zonën aktive, ku reagimi është më intensiv. Kjo sigurohet nga motorët elektrikë të fuqishëm, në lidhje me një sistem kontrolli.
Çdo reaktor ka një kapak përmes të cilit ngarkohen dhe shkarkohen kasetat e përdorura dhe të reja.
Izolimi termik zakonisht instalohet në majë të enës së reaktorit. Barriera tjetër është mbrojtja biologjike. Ky është zakonisht një bunker prej betoni të armuar, hyrja në të cilën mbyllet nga një bllokues ajri me dyer të mbyllura. Mbrojtja biologjike është krijuar për të parandaluar lëshimin e avullit radioaktiv dhe pjesëve të reaktorit në atmosferë nëse ndodh një shpërthim.
Një shpërthim bërthamor në reaktorët modernë është jashtëzakonisht i pamundur. Sepse karburanti është mjaft pak i pasuruar dhe i ndarë në elementë karburanti. Edhe nëse bërthama shkrihet, karburanti nuk do të jetë në gjendje të reagojë aq aktivisht. Më e keqja që mund të ndodhë është një shpërthim termik si në Çernobil, kur presioni në reaktor arriti vlera të tilla, saqë kutia metalike thjesht shpërtheu dhe mbulesa e reaktorit, që peshonte 5000 tonë, bëri një kërcim të përmbysur, duke thyer çatinë e ndarjen e reaktorit dhe lëshimin e avullit jashtë. Nëse termocentrali bërthamor i Çernobilit do të ishte pajisur me mbrojtjen e duhur biologjike, si sarkofagu i sotëm, atëherë fatkeqësia do t'i kishte kushtuar njerëzimit shumë më pak.
Funksionimi i një termocentrali bërthamor.
Me pak fjalë, kjo është se si duket raboboa.
Centrali bërthamor. (E klikueshme)
Pas hyrjes në bërthamën e reaktorit duke përdorur pompa, uji nxehet nga 250 në 300 gradë dhe del nga "ana tjetër" e reaktorit. Ky quhet qarku i parë. Pas së cilës dërgohet në shkëmbyesin e nxehtësisë, ku takohet me qarkun e dytë. Pas së cilës avulli nën presion derdhet në fletët e turbinës. Turbinat prodhojnë energji elektrike.
Pajisja dhe parimi i funksionimit bazohen në inicializimin dhe kontrollin e një reaksioni bërthamor të vetë-qëndrueshëm. Përdoret si mjet kërkimor, për të prodhuar izotope radioaktive dhe si burim energjie për termocentralet bërthamore.
parimi i funksionimit (shkurtimisht)
Kjo përdor një proces në të cilin një bërthamë e rëndë ndahet në dy fragmente më të vogla. Këto fragmente janë në një gjendje shumë të ngacmuar dhe lëshojnë neutrone, grimca të tjera nënatomike dhe fotone. Neutronet mund të shkaktojnë ndarje të reja, duke rezultuar në emetimin e më shumë prej tyre, e kështu me radhë. Një seri e tillë e vazhdueshme e vetë-qëndrueshme e ndarjeve quhet një reaksion zinxhir. Kjo çliron një sasi të madhe energjie, prodhimi i së cilës është qëllimi i përdorimit të termocentraleve bërthamore.
Parimi i funksionimit të një reaktori bërthamor është i tillë që rreth 85% e energjisë së ndarjes lirohet brenda një periudhe shumë të shkurtër kohore pas fillimit të reaksionit. Pjesa tjetër prodhohet nga zbërthimi radioaktiv i produkteve të ndarjes pasi ato kanë emetuar neutrone. Zbërthimi radioaktiv është një proces në të cilin një atom arrin një gjendje më të qëndrueshme. Vazhdon pas përfundimit të ndarjes.
Në një bombë atomike, reaksioni zinxhir rritet në intensitet derisa pjesa më e madhe e materialit të shpërbëhet. Kjo ndodh shumë shpejt, duke prodhuar shpërthime jashtëzakonisht të fuqishme tipike për bomba të tilla. Dizajni dhe parimi i funksionimit të një reaktori bërthamor bazohen në mbajtjen e një reaksioni zinxhir në një nivel të kontrolluar, pothuajse konstant. Është projektuar në atë mënyrë që të mos shpërthejë si një bombë atomike.
Reaksioni zinxhir dhe kritika
Fizika e një reaktori të ndarjes bërthamore është se reaksioni zinxhir përcaktohet nga probabiliteti i ndarjes së bërthamës pas emetimit të neutroneve. Nëse popullsia e kësaj të fundit zvogëlohet, atëherë shkalla e ndarjes përfundimisht do të bjerë në zero. Në këtë rast, reaktori do të jetë në një gjendje nënkritike. Nëse popullsia e neutronit mbahet në një nivel konstant, atëherë shkalla e ndarjes do të mbetet e qëndrueshme. Reaktori do të jetë në gjendje kritike. Së fundi, nëse popullsia e neutroneve rritet me kalimin e kohës, shkalla e ndarjes dhe fuqia do të rriten. Gjendja e bërthamës do të bëhet superkritike.
Parimi i funksionimit të një reaktori bërthamor është si më poshtë. Para nisjes së tij, popullsia e neutroneve është afër zeros. Operatorët më pas heqin shufrat e kontrollit nga bërthama, duke rritur ndarjen bërthamore, e cila e shtyn përkohësisht reaktorin në një gjendje superkritike. Pas arritjes së fuqisë së vlerësuar, operatorët i kthejnë pjesërisht shufrat e kontrollit, duke rregulluar numrin e neutroneve. Më pas, reaktori mbahet në gjendje kritike. Kur duhet të ndalet, operatorët i futin shufrat deri në fund. Kjo shtyp ndarjen dhe e transferon thelbin në një gjendje nënkritike.
Llojet e reaktorëve
Shumica e termocentraleve bërthamore në botë janë termocentrale, duke gjeneruar nxehtësinë e nevojshme për të rrotulluar turbinat që drejtojnë gjeneratorët e energjisë elektrike. Ka gjithashtu shumë reaktorë kërkimor, dhe disa vende kanë nëndetëse ose anije sipërfaqësore të fuqizuara nga energjia atomike.
Instalimet e energjisë
Ekzistojnë disa lloje të reaktorëve të këtij lloji, por dizajni i ujit të lehtë përdoret gjerësisht. Nga ana tjetër, mund të përdorë ujë nën presion ose ujë të valë. Në rastin e parë, lëngu me presion të lartë nxehet nga nxehtësia e bërthamës dhe hyn në gjeneratorin e avullit. Atje, nxehtësia nga qarku primar transferohet në qarkun sekondar, i cili gjithashtu përmban ujë. Avulli i gjeneruar në fund shërben si lëng pune në ciklin e turbinës me avull.
Reaktori me ujë të valë funksionon në parimin e një cikli të drejtpërdrejtë të energjisë. Uji që kalon përmes bërthamës sillet në një valë me presion mesatar. Avulli i ngopur kalon nëpër një seri ndarësësh dhe tharëse të vendosura në enën e reaktorit, gjë që e bën atë të mbinxehet. Avulli i ujit i mbinxehur përdoret më pas si lëng pune për të kthyer turbinën.
Ftohur me gaz me temperaturë të lartë
Një reaktor i ftohur me gaz me temperaturë të lartë (HTGR) është një reaktor bërthamor, parimi i funksionimit të të cilit bazohet në përdorimin e një përzierjeje të mikrosferave të grafitit dhe karburantit si lëndë djegëse. Ka dy dizajne konkurruese:
- një sistem gjerman "mbushje" që përdor elementë sferikë të karburantit me diametër 60 mm, të cilët janë një përzierje e grafitit dhe karburantit në një guaskë grafiti;
- versioni amerikan në formën e prizmave gjashtëkëndore grafiti që ndërlidhen për të krijuar një bërthamë.
Në të dyja rastet, ftohësi përbëhet nga helium nën një presion prej rreth 100 atmosferash. Në sistemin gjerman, heliumi kalon nëpër boshllëqe në shtresën e elementeve sferike të karburantit, dhe në sistemin amerikan, heliumi kalon nëpër vrima në prizmat grafit të vendosura përgjatë boshtit të zonës qendrore të reaktorit. Të dy opsionet mund të funksionojnë në temperatura shumë të larta, pasi grafiti ka një temperaturë sublimimi jashtëzakonisht të lartë dhe heliumi është plotësisht kimikisht inert. Heliumi i nxehtë mund të aplikohet drejtpërdrejt si një lëng pune në një turbinë me gaz në temperaturë të lartë, ose nxehtësia e tij mund të përdoret për të gjeneruar avull të ciklit të ujit.
Metal i lëngshëm dhe parimi i punës
Reaktorët e shpejtë të ftohur me natrium morën shumë vëmendje në vitet 1960 dhe 1970. Atëherë dukej se aftësitë e tyre riprodhuese do të nevojiteshin së shpejti për të prodhuar karburant për industrinë bërthamore që po zgjerohej me shpejtësi. Kur u bë e qartë në vitet 1980 se kjo pritshmëri ishte joreale, entuziazmi u zbeh. Megjithatë, një sërë reaktorësh të këtij lloji janë ndërtuar në SHBA, Rusi, Francë, Britani të Madhe, Japoni dhe Gjermani. Shumica e tyre funksionojnë me dioksid uraniumi ose përzierjen e tij me dioksidin e plutoniumit. Në Shtetet e Bashkuara, megjithatë, suksesi më i madh është arritur me karburantet metalike.
CANDU
Kanadaja po i përqendron përpjekjet e saj në reaktorët që përdorin uranium natyror. Kjo eliminon nevojën për t'iu drejtuar shërbimeve të vendeve të tjera për ta pasuruar atë. Rezultati i kësaj politike ishte reaktori deuterium-uranium (CANDU). Kontrollohet dhe ftohet me ujë të rëndë. Parimi i projektimit dhe funksionimit të një reaktori bërthamor konsiston në përdorimin e një rezervuari të ftohtë D 2 O në presionin atmosferik. Bërthama shpohet nga gypat e bërë nga aliazh zirkoniumi që përmban lëndë djegëse natyrale të uraniumit, përmes së cilës qarkullon uji i rëndë që e fton atë. Energjia elektrike prodhohet duke transferuar nxehtësinë e ndarjes në ujë të rëndë në një ftohës që qarkullon përmes një gjeneratori avulli. Avulli në qarkun dytësor më pas kalon nëpër një cikël turbine konvencionale.
Objektet kërkimore
Për kërkime shkencore, përdoret më shpesh një reaktor bërthamor, parimi i funksionimit të të cilit është përdorimi i ftohjes së ujit dhe elementëve të karburantit të uraniumit në formë pllake në formën e montimeve. I aftë të funksionojë në një gamë të gjerë nivelesh fuqie, nga disa kilovat në qindra megavat. Meqenëse prodhimi i energjisë nuk është qëllimi kryesor i reaktorëve kërkimorë, ata karakterizohen nga energjia termike e prodhuar, dendësia dhe energjia nominale e neutroneve të bërthamës. Janë këto parametra që ndihmojnë në përcaktimin sasior të aftësisë së një reaktori kërkimor për të kryer kërkime specifike. Sistemet me fuqi të ulët zakonisht gjenden në universitete dhe përdoren për mësimdhënie, ndërsa sistemet e fuqisë së lartë nevojiten në laboratorët kërkimorë për testimin e materialeve dhe performancës dhe kërkimin e përgjithshëm.
Më i zakonshmi është një reaktor bërthamor kërkimor, struktura dhe parimi i funksionimit të të cilit janë si më poshtë. Bërthama e saj ndodhet në fund të një pellgu të madh e të thellë uji. Kjo thjeshton vëzhgimin dhe vendosjen e kanaleve përmes të cilave mund të drejtohen rrezet neutronike. Në nivele të ulëta të fuqisë nuk ka nevojë të pompohet ftohës pasi konvekcioni natyral i ftohësit siguron heqje të mjaftueshme të nxehtësisë për të ruajtur kushte të sigurta funksionimi. Shkëmbyesi i nxehtësisë zakonisht ndodhet në sipërfaqe ose në krye të pishinës ku grumbullohet uji i nxehtë.
Instalimet e anijeve
Zbatimi origjinal dhe kryesor i reaktorëve bërthamorë është përdorimi i tyre në nëndetëse. Avantazhi i tyre kryesor është se, ndryshe nga sistemet e djegies së karburanteve fosile, ata nuk kërkojnë ajër për të prodhuar energji elektrike. Prandaj, një nëndetëse bërthamore mund të qëndrojë e zhytur për periudha të gjata kohore, ndërsa një nëndetëse konvencionale me naftë elektrike duhet të ngrihet periodikisht në sipërfaqe për të ndezur motorët e saj në ajër. u jep një avantazh strategjik anijeve detare. Falë tij, nuk ka nevojë të furnizoheni me karburant në portet e huaja ose nga cisterna lehtësisht të cenueshme.
Parimi i funksionimit të një reaktori bërthamor në një nëndetëse është klasifikuar. Megjithatë, dihet se në SHBA përdor uranium shumë të pasuruar, dhe ngadalësohet dhe ftohet nga uji i lehtë. Dizajni i reaktorit të parë bërthamor të nëndetëseve, USS Nautilus, u ndikua shumë nga objektet e fuqishme kërkimore. Karakteristikat e tij unike janë një rezervë shumë e madhe reaktiviteti, duke siguruar një periudhë të gjatë funksionimi pa karburant dhe aftësinë për të rifilluar pas një ndalese. Termocentrali në nëndetëse duhet të jetë shumë i qetë për të shmangur zbulimin. Për të plotësuar nevojat specifike të klasave të ndryshme të nëndetëseve, u krijuan modele të ndryshme të termocentraleve.
Aeroplanmbajtëset e marinës amerikane përdorin një reaktor bërthamor, parimi i funksionimit të të cilit besohet të jetë huazuar nga nëndetëset më të mëdha. Detajet e dizajnit të tyre gjithashtu nuk janë publikuar.
Përveç Shteteve të Bashkuara, nëndetëse bërthamore kanë edhe Britania e Madhe, Franca, Rusia, Kina dhe India. Në secilin rast, dizajni nuk u zbulua, por besohet se të gjithë janë shumë të ngjashëm - kjo është pasojë e të njëjtave kërkesa për karakteristikat e tyre teknike. Rusia ka gjithashtu një flotë të vogël që përdor të njëjtët reaktorë si nëndetëset sovjetike.
Instalimet industriale
Për qëllime prodhimi, përdoret një reaktor bërthamor, parimi i funksionimit të të cilit është produktiviteti i lartë me prodhim të ulët të energjisë. Kjo për faktin se një qëndrim i gjatë i plutoniumit në bërthamë çon në akumulimin e 240 Pu të padëshiruar.
Prodhimi i tritiumit
Aktualisht, materiali kryesor i prodhuar nga sisteme të tilla është tritiumi (3H ose T) - ngarkesa për Plutonium-239 ka një gjysmë jetë të gjatë prej 24,100 vjetësh, kështu që vendet me arsenal të armëve bërthamore që përdorin këtë element priren të kenë më shumë prej tij. se sa duhet. Ndryshe nga 239 Pu, tritiumi ka një gjysmë jetë prej afërsisht 12 vjet. Kështu, për të ruajtur furnizimet e nevojshme, ky izotop radioaktiv i hidrogjenit duhet të prodhohet vazhdimisht. Në Shtetet e Bashkuara, lumi Savannah (Karolina e Jugut), për shembull, operon disa reaktorë të ujit të rëndë që prodhojnë tritium.
Njësitë e fuqisë lundruese
Janë krijuar reaktorë bërthamorë që mund të ofrojnë energji elektrike dhe ngrohje me avull në zona të largëta të izoluara. Në Rusi, për shembull, termocentralet e vegjël të projektuar posaçërisht për t'i shërbyer vendbanimeve të Arktikut kanë gjetur përdorim. Në Kinë, HTR-10 10 MW siguron ngrohje dhe energji për institutin kërkimor ku ndodhet. Zhvillimi i reaktorëve të vegjël të kontrolluar automatikisht me aftësi të ngjashme është duke u zhvilluar në Suedi dhe Kanada. Ndërmjet viteve 1960 dhe 1972, ushtria amerikane përdori reaktorë kompakt uji për të fuqizuar bazat e largëta në Grenlandë dhe Antarktidë. Ato u zëvendësuan nga termocentrale me naftë.
Pushtimi i hapësirës
Përveç kësaj, reaktorët u zhvilluan për furnizimin me energji elektrike dhe lëvizjen në hapësirën e jashtme. Midis 1967 dhe 1988, Bashkimi Sovjetik instaloi njësi të vogla bërthamore në satelitët e tij të serisë Cosmos për të fuqizuar pajisjet dhe telemetrinë, por politika u bë një objektiv kritikash. Të paktën një nga këta satelitë hyri në atmosferën e Tokës, duke shkaktuar ndotje radioaktive në zonat e largëta të Kanadasë. Shtetet e Bashkuara kanë lëshuar vetëm një satelit me energji bërthamore, në vitin 1965. Megjithatë, projektet për përdorimin e tyre në fluturimet hapësinore në distanca të gjata, eksplorimin me njerëz të planetëve të tjerë ose në një bazë të përhershme hënore vazhdojnë të zhvillohen. Ky do të jetë domosdoshmërisht një reaktor bërthamor metalik i ftohur me gaz ose i lëngshëm, parimet fizike të të cilit do të ofrojnë temperaturën më të lartë të mundshme të nevojshme për të minimizuar madhësinë e radiatorit. Përveç kësaj, një reaktor për teknologjinë hapësinore duhet të jetë sa më kompakt që të jetë e mundur për të minimizuar sasinë e materialit të përdorur për mbrojtje dhe për të zvogëluar peshën gjatë nisjes dhe fluturimit në hapësirë. Furnizimi me karburant do të sigurojë funksionimin e reaktorit për të gjithë periudhën e fluturimit në hapësirë.