यह नॉनडिस्क्रिप्ट ग्रे सिलेंडर रूसी परमाणु उद्योग की प्रमुख कड़ी है। यह, ज़ाहिर है, बहुत अधिक प्रस्तुत करने योग्य नहीं है, लेकिन यह इसके उद्देश्य को समझने और देखने लायक है विशेष विवरण, जैसा कि आप महसूस करना शुरू करते हैं कि इसके निर्माण और संगठन का रहस्य राज्य द्वारा अपनी आंखों के तारे की तरह सुरक्षित क्यों है।

हां, मैं कल्पना करना भूल गया: यूरेनियम आइसोटोप (एन-वें पीढ़ी) को अलग करने के लिए आपके सामने वीटी -3 एफ गैस सेंट्रीफ्यूज है। ऑपरेशन का सिद्धांत प्राथमिक है, एक दूध विभाजक की तरह, भारी, केन्द्रापसारक बल की कार्रवाई से, फेफड़े से अलग हो जाता है। तो महत्व और विशिष्टता क्या है?

शुरू करने के लिए, आइए एक और प्रश्न का उत्तर दें - सामान्य तौर पर, यूरेनियम को क्यों विभाजित किया जाता है?

प्राकृतिक यूरेनियम, जो ठीक जमीन में स्थित है, दो समस्थानिकों का एक कॉकटेल है: यूरेनियम-238तथा यूरेनियम-235(और 0.0054% U-234)।
यूरेनियम-238, यह सिर्फ एक भारी, धूसर धातु है। आप इसमें से एक तोपखाने का गोला बना सकते हैं, या ... एक चाबी का गुच्छा। लेकिन क्या किया जा सकता है यूरेनियम-235? खैर, पहला, एक परमाणु बम, और दूसरा, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन। और यहाँ हम मुख्य प्रश्न पर आते हैं - इन दोनों, लगभग समान परमाणुओं को एक दूसरे से कैसे अलग किया जाए? नहीं, सच में, कैसे?!

वैसे:यूरेनियम परमाणु के नाभिक की त्रिज्या 1.5 10 -8 सेमी है।

यूरेनियम परमाणुओं को तकनीकी श्रृंखला में संचालित करने के लिए, इसे (यूरेनियम) एक गैसीय अवस्था में परिवर्तित किया जाना चाहिए। उबालने का कोई मतलब नहीं है, यूरेनियम को फ्लोरीन के साथ मिलाने और यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड प्राप्त करने के लिए पर्याप्त है एचएफसी... इसके उत्पादन की तकनीक बहुत जटिल और महंगी नहीं है, और इसलिए एचएफसीठीक हो जाओ जहां यह यूरेनियम खनन किया जाता है। UF6 एकमात्र अत्यधिक वाष्पशील यूरेनियम यौगिक है (जब 53 ° C तक गर्म किया जाता है, तो हेक्साफ्लोराइड (चित्रित) सीधे एक ठोस से गैसीय अवस्था में बदल जाता है)। फिर इसे विशेष कंटेनरों में पंप किया जाता है और संवर्धन के लिए भेजा जाता है।

इतिहास का हिस्सा

शुरू में परमाणु दौड़, सबसे महान वैज्ञानिक दिमाग, यूएसएसआर और यूएसए दोनों ने प्रसार पृथक्करण के विचार में महारत हासिल की - यूरेनियम को एक छलनी के माध्यम से पारित करने के लिए। छोटा 235आइसोटोप फिसल जाएगा, और "मोटा" 238फंस जाना। इसके अलावा, 1946 में सोवियत उद्योग के लिए नैनो-छेद वाली छलनी बनाना सबसे मुश्किल काम नहीं था।

काउंसिल ऑफ पीपुल्स कमिसर्स के तहत वैज्ञानिक और तकनीकी परिषद में इसाक कोन्स्टेंटिनोविच किकोइन की रिपोर्ट से (यूएसएसआर परमाणु परियोजना (एड। रयाबेव) पर अवर्गीकृत सामग्री के संग्रह में दिया गया है): आजकल हमने सीखा है कि लगभग 5/1000 मिमी के उद्घाटन के साथ जाल कैसे बनाया जाता है, अर्थात। वायुमंडलीय दबाव पर अणुओं के औसत मुक्त पथ का 50 गुना। नतीजतन, गैस का दबाव जिस पर ऐसे ग्रिड पर आइसोटोप का पृथक्करण होगा, वायुमंडलीय दबाव के 1/50 से कम होना चाहिए। व्यवहार में, हम लगभग 0.01 वायुमंडल के दबाव में काम करने का प्रस्ताव करते हैं, अर्थात। एक अच्छे निर्वात में। गणना से पता चलता है कि एक प्रकाश समस्थानिक में 90% की एकाग्रता के लिए समृद्ध उत्पाद प्राप्त करने के लिए (यह एकाग्रता प्राप्त करने के लिए पर्याप्त है विस्फोटक), आपको कैस्केड में ऐसे लगभग 2,000 चरणों को जोड़ने की आवश्यकता है। हमारे द्वारा डिज़ाइन की गई और आंशिक रूप से निर्मित मशीन में, प्रति दिन 75-100 ग्राम यूरेनियम-235 प्राप्त होने की उम्मीद है। इंस्टॉलेशन में लगभग 80-100 'कॉलम' होंगे, जिनमें से प्रत्येक में 20-25 चरण होंगे।"

नीचे एक दस्तावेज है - पहले परमाणु विस्फोट की तैयारी पर स्टालिन को बेरिया की रिपोर्ट। नीचे संचित के बारे में एक छोटी सी जानकारी है परमाणु सामग्री 1949 की गर्मियों की शुरुआत तक।

और अब खुद की कल्पना करें - लगभग 100 ग्राम के लिए 2000 भारी प्रतिष्ठान! खैर, कहाँ जाना है, बमों की जरूरत है। और उन्होंने न केवल कारखाने, बल्कि पूरे शहर में कारखाने बनाना शुरू कर दिया। और ठीक है, केवल शहरों में, इन प्रसार संयंत्रों को इतनी बिजली की आवश्यकता होती है कि उन्हें पास में अलग बिजली संयंत्र बनाने पड़ते हैं।

यूएसएसआर में, कंबाइन नंबर 813 पर डी -1 का पहला चरण 140 ग्राम 92-93% यूरेनियम -235 प्रति दिन के कुल उत्पादन के लिए 3100 पृथक्करण चरणों के 2 कैस्केड में शक्ति में समान था। सेवरडलोव्स्क से 60 किमी दूर वेरख-नेविंस्क गांव में एक अधूरा विमान संयंत्र को उत्पादन के लिए सौंपा गया था। बाद में, यह Sverdlovsk-44 में बदल गया, और 813 वां संयंत्र (चित्रित) यूराल इलेक्ट्रोकेमिकल प्लांट में - दुनिया का सबसे बड़ा पृथक्करण संयंत्र।

और यद्यपि प्रसार पृथक्करण तकनीक, बड़ी तकनीकी कठिनाइयों के साथ, डिबग की गई थी, अधिक किफायती केन्द्रापसारक प्रक्रिया में महारत हासिल करने के विचार ने एजेंडा नहीं छोड़ा। आखिरकार, अगर हम एक अपकेंद्रित्र बनाने का प्रबंधन करते हैं, तो ऊर्जा की खपत 20 से 50 गुना कम हो जाएगी!

एक अपकेंद्रित्र कैसे काम करता है?

यह प्राथमिक से अधिक व्यवस्थित है और पुराने जैसा दिखता है वॉशिंग मशीन"स्पिन / ड्राई" मोड में काम करना। घूर्णन रोटर एक सीलबंद आवरण में निहित है। इस रोटर को गैस की आपूर्ति की जाती है (यूएफ6)... केन्द्रापसारक बल के कारण, पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र से सैकड़ों-हजारों गुना अधिक, गैस "भारी" और "हल्के" अंशों में विभाजित होने लगती है। प्रकाश और भारी अणु रोटर के विभिन्न क्षेत्रों में समूहित होने लगते हैं, लेकिन केंद्र में और परिधि के साथ नहीं, बल्कि ऊपर और नीचे।

यह संवहन धाराओं के कारण होता है - रोटर कवर गर्म होता है और गैस बैकफ्लो होता है। सिलेंडर के ऊपर और नीचे दो छोटे सेवन ट्यूब होते हैं। एक खाली मिश्रण निचली ट्यूब में प्रवेश करता है, और परमाणुओं की उच्च सांद्रता वाला मिश्रण ऊपरी ट्यूब में प्रवेश करता है। 235यू... यह मिश्रण अगले सेंट्रीफ्यूज में चला जाता है, और इसी तरह सांद्रण तक 235यूरेनियम वांछित मूल्य तक नहीं पहुंच पाएगा। सेंट्रीफ्यूज की एक श्रृंखला को कैस्केड कहा जाता है।

तकनीकी सुविधाओं।

खैर, सबसे पहले, रोटेशन की गति - सेंट्रीफ्यूज की आधुनिक पीढ़ी में यह 2000 आरपीएम तक पहुंच जाती है (यहां मुझे यह भी नहीं पता कि क्या तुलना करना है ... एक विमान के इंजन में टरबाइन से 10 गुना तेज)! और यह तीन दस वर्षों से बिना रुके काम कर रहा है! वे। अब सेंट्रीफ्यूज कैस्केड में घूम रहे हैं, जो ब्रेझनेव के तहत भी चालू थे! यूएसएसआर अब नहीं है, लेकिन वे सभी कताई और कताई कर रहे हैं। यह गणना करना मुश्किल नहीं है कि अपने कार्य चक्र के दौरान रोटर 2,000,000,000,000 (दो ट्रिलियन) चक्कर लगाता है। और कौन सा असर इसका सामना करेगा? हां नहीं! वहां कोई बीयरिंग नहीं हैं।

रोटर अपने आप में एक साधारण शीर्ष है, इसके नीचे एक मजबूत सुई है जो कोरन्डम थ्रस्ट बेयरिंग पर टिकी हुई है, और ऊपरी छोर एक वैक्यूम में लटका हुआ है, पकड़े हुए विद्युत चुम्बकीय... सुई भी साधारण नहीं है, पियानो के तार के लिए साधारण तार से बनाई गई है, इसे बहुत चालाक तरीके से सख्त किया जाता है (जो कि जीटी है)। यह कल्पना करना मुश्किल नहीं है कि रोटेशन की इतनी उन्मत्त गति पर, अपकेंद्रित्र न केवल मजबूत होना चाहिए, बल्कि सुपर मजबूत भी होना चाहिए।

शिक्षाविद जोसेफ फ्रिडलैंडर याद करते हैं: "वे उन्हें तीन बार गोली मार सकते थे। एक बार, जब हम पहले ही लेनिन पुरस्कार प्राप्त कर चुके थे, एक बड़ी दुर्घटना हुई, अपकेंद्रित्र का ढक्कन उड़ गया। टुकड़े बिखरे, अन्य सेंट्रीफ्यूज को नष्ट कर दिया। एक रेडियोधर्मी बादल गुलाब। मुझे पूरी लाइन रोकनी पड़ी - एक किलोमीटर का इंस्टालेशन! जनरल ज्वेरेव ने Sredmash में सेंट्रीफ्यूज की कमान संभाली, परमाणु परियोजना से पहले उन्होंने बेरिया विभाग में काम किया। बैठक में जनरल ने कहा: “स्थिति गंभीर है। देश की रक्षा खतरे में है। अगर हम जल्दी से स्थिति में सुधार नहीं करते हैं, तो 37वां साल आपके लिए दोहराएगा।" और उन्होंने तुरंत बैठक बंद कर दी। फिर हम पूरी तरह से सामने आए नई टेक्नोलॉजीपूरी तरह से आइसोट्रोपिक वर्दी कवर संरचना के साथ, लेकिन बहुत जटिल प्रतिष्ठानों की आवश्यकता थी। तब से, ये वे कवर हैं जिनका उत्पादन किया गया है। अधिक परेशानी नहीं हुई। रूस में 3 संवर्धन संयंत्र हैं, कई सैकड़ों हजारों सेंट्रीफ्यूज।"
फोटो: सेंट्रीफ्यूज की पहली पीढ़ी के परीक्षण

रोटर निकाय भी पहले धातु थे, जब तक कि उन्हें कार्बन फाइबर द्वारा प्रतिस्थापित नहीं किया गया। हल्के और अत्यधिक आंसू प्रतिरोधी, यह घूर्णन सिलेंडर के लिए आदर्श सामग्री है।

यूईएचके के जनरल डायरेक्टर (2009-2012) अलेक्जेंडर कुर्किन याद करते हैं: "यह हास्यास्पदता की हद तक पहुंच गया। जब सेंट्रीफ्यूज की नई, अधिक "संसाधनपूर्ण" पीढ़ी का परीक्षण और जाँच की गई, तो कर्मचारियों में से एक ने रोटर के पूरी तरह से बंद होने की प्रतीक्षा नहीं की, इसे कैस्केड से बंद कर दिया और इसे अपने हाथों में स्टैंड में स्थानांतरित करने का निर्णय लिया। आगे बढ़ने के बजाय, चाहे उसने कितना भी आराम किया हो, वह इस सिलेंडर को आलिंगन में लेकर पीछे की ओर बढ़ने लगा। इसलिए हमने अपनी आँखों से देखा कि पृथ्वी घूमती है, और जाइरोस्कोप एक महान शक्ति है।"

किसने खोज की?

ओह, यह एक रहस्य है, रहस्य में डूबा हुआ है और अस्पष्टता में लिपटा हुआ है। यहाँ आप और जर्मन बंदी भौतिक विज्ञानी, CIA, SMERSH अधिकारी और यहाँ तक कि नीचे गिराए गए जासूस पायलट पॉवर्स। सामान्य तौर पर, 19 वीं शताब्दी के अंत में गैस अपकेंद्रित्र के सिद्धांत का वर्णन किया गया था।

भोर में भी परमाणु परियोजनाकिरोव प्लांट के विशेष डिजाइन ब्यूरो के इंजीनियर विक्टर सर्गेव ने एक केन्द्रापसारक पृथक्करण विधि का प्रस्ताव रखा, लेकिन पहले तो उनके सहयोगियों ने उनके विचार को स्वीकार नहीं किया। समानांतर में, पराजित जर्मनी के वैज्ञानिकों ने सुखुमी में एक विशेष शोध संस्थान -5 में एक पृथक्करण अपकेंद्रित्र के निर्माण पर लड़ाई लड़ी: डॉ मैक्स स्टीनबेक, जिन्होंने हिटलर के अधीन एक प्रमुख सीमेंस इंजीनियर के रूप में काम किया, और एक पूर्व लूफ़्टवाफे मैकेनिक, स्नातक वियना विश्वविद्यालय, गर्नोट Zippe। कुल मिलाकर, समूह में लगभग 300 "निर्यात" भौतिक विज्ञानी शामिल थे।

याद महाप्रबंधकसीजेएससी "सेंट्रोटेक-एसपीबी" एससी "रोसाटॉम" एलेक्सी कलितेव्स्की: "हमारे विशेषज्ञ इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि जर्मन अपकेंद्रित्र औद्योगिक उत्पादन के लिए बिल्कुल अनुपयुक्त है। स्टीनबेक उपकरण में आंशिक रूप से समृद्ध उत्पाद को अगले चरण में स्थानांतरित करने के लिए कोई प्रणाली नहीं थी। ढक्कन के सिरों को ठंडा करने और गैस को फ्रीज करने और फिर इसे डीफ्रॉस्ट करने, इसे इकट्ठा करने और अगले सेंट्रीफ्यूज में चलाने का प्रस्ताव था। यानी सर्किट निष्क्रिय है। हालांकि, परियोजना में कुछ बहुत ही रोचक और असामान्य तकनीकी समाधान थे। ये "रोचक और असामान्य समाधान" सोवियत वैज्ञानिकों द्वारा प्राप्त परिणामों के साथ संयुक्त थे, विशेष रूप से विक्टर सर्गेव के प्रस्तावों के साथ। अपेक्षाकृत बोलते हुए, हमारा कॉम्पैक्ट सेंट्रीफ्यूज जर्मन विचार का एक तिहाई और सोवियत का दो-तिहाई फल है।"वैसे, जब सर्गेव अबकाज़िया आए और उसी स्टीनबेक और ज़िप्पे को यूरेनियम के चयन पर अपने विचार व्यक्त किए, तो स्टीनबेक और ज़िप्पे ने उन्हें अवास्तविक के रूप में खारिज कर दिया।

तो सर्गेव क्या लेकर आए।

और सर्गेव का प्रस्ताव पिटोट ट्यूबों के रूप में गैस नल बनाने का था। लेकिन डॉ. स्टीनबेक, जिन्होंने इस विषय पर अपने दांतों को खा लिया, जैसा कि उनका मानना ​​​​था, स्पष्ट था: "वे प्रवाह को धीमा कर देंगे, अशांति का कारण बनेंगे, और कोई अलगाव नहीं होगा!" वर्षों बाद, अपने संस्मरणों पर काम करते हुए, उन्हें इसका पछतावा होगा: “एक विचार जो हमारे पास आने के योग्य है! लेकिन इसने मेरे दिमाग को कभी पार नहीं किया ... ”।

बाद में, यूएसएसआर के बाहर खुद को खोजने के बाद, स्टीनबेक ने अब सेंट्रीफ्यूज के साथ काम नहीं किया। लेकिन जर्मनी जाने से पहले गेरोन्ट ज़िप्पे को सर्गेव के सेंट्रीफ्यूज के प्रोटोटाइप और इसके संचालन के सरल सरल सिद्धांत से परिचित होने का अवसर मिला। एक बार पश्चिम में, "चालाक ज़िप्पे", जैसा कि उन्हें अक्सर कहा जाता था, ने अपने नाम के तहत सेंट्रीफ्यूज के डिजाइन का पेटेंट कराया (1957 का पेटेंट नंबर 1071597, 13 देशों में दायर)। 1957 में, संयुक्त राज्य अमेरिका चले जाने के बाद, Zippe ने स्मृति से सर्गेव के प्रोटोटाइप को पुन: प्रस्तुत करते हुए, वहां एक कार्यशील स्थापना का निर्माण किया। और उसने इसे बुलाया, चलो इसे श्रेय दें, "रूसी अपकेंद्रित्र" (चित्रित)।

वैसे, रूसी इंजीनियरिंग विचार ने कई अन्य मामलों में खुद को दिखाया। एक उदाहरण एक प्राथमिक आपातकालीन शट-ऑफ वाल्व है। कोई सेंसर, डिटेक्टर या इलेक्ट्रॉनिक सर्किट नहीं हैं। केवल एक समोवर नल है, जो कैस्केड फ्रेम को अपनी पंखुड़ी से छूता है। अगर कुछ गलत हो जाता है, और सेंट्रीफ्यूज अंतरिक्ष में अपनी स्थिति बदल देता है, तो यह बस इनलेट लाइन को मोड़ और बंद कर देता है। यह अंतरिक्ष में एक अमेरिकी कलम और एक रूसी पेंसिल के बारे में मजाक जैसा है।

हमारे दिन

इस हफ्ते, इन पंक्तियों के लेखक ने एक ऐतिहासिक कार्यक्रम में भाग लिया - एक अनुबंध के तहत अमेरिकी ऊर्जा विभाग के पर्यवेक्षकों के रूसी कार्यालय को बंद करना। HEU-LEU... यह सौदा (अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम - कम समृद्ध यूरेनियम) रूस और अमेरिका के बीच सबसे बड़ा परमाणु ऊर्जा समझौता था। अनुबंध की शर्तों के तहत, रूसी परमाणु वैज्ञानिकों ने अमेरिकी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए हमारे 500 टन हथियार-ग्रेड (90%) यूरेनियम को ईंधन (4%) एचएफसी में संसाधित किया। 1993-2009 के लिए राजस्व 8.8 बिलियन अमेरिकी डॉलर था। यह युद्ध के बाद के वर्षों में किए गए आइसोटोप पृथक्करण के क्षेत्र में हमारे परमाणु वैज्ञानिकों की तकनीकी सफलता का तार्किक परिणाम था।
फोटो में: UEKhK कार्यशालाओं में से एक में गैस सेंट्रीफ्यूज के कैस्केड। उनमें से लगभग 100,000 यहाँ हैं।

सेंट्रीफ्यूज के लिए धन्यवाद, हमने हजारों टन अपेक्षाकृत सस्ते उत्पाद प्राप्त किए हैं, दोनों सैन्य और वाणिज्यिक। परमाणु उद्योग, कुछ शेष में से एक ( सैन्य उड्डयन, अंतरिक्ष), जहां रूस एक निर्विवाद प्रधानता रखता है। दस साल आगे (2013 से 2022 तक) के लिए अकेले विदेशी ऑर्डर, अनुबंध को छोड़कर रोसाटॉम का पोर्टफोलियो HEU-LEU 69.3 अरब डॉलर है। 2011 में, यह 50 बिलियन से अधिक हो गया ...
फोटो में UEKhK में HFC के साथ कंटेनरों का एक गोदाम है।

28 सितंबर 1942 को एक प्रस्ताव पारित किया गया राज्य समितिरक्षा संख्या 2352ss "यूरेनियम पर काम के संगठन पर।" इस तिथि को रूसी परमाणु उद्योग के इतिहास के लिए आधिकारिक प्रारंभिक बिंदु माना जाता है।

परमाणु रिएक्टरों का एक काम है: नियंत्रित प्रतिक्रिया में परमाणुओं को विभाजित करना और विद्युत शक्ति उत्पन्न करने के लिए जारी ऊर्जा का उपयोग करना। कई वर्षों से, रिएक्टरों को चमत्कार और खतरे दोनों के रूप में देखा गया है।

1956 में जब पहला अमेरिकी वाणिज्यिक रिएक्टर शिपिंगपोर्ट, पेंसिल्वेनिया में सेवा में आया, तो प्रौद्योगिकी को भविष्य के बिजलीघर के रूप में देखा गया, और कुछ ने सोचा कि रिएक्टर बिजली पैदा करना बहुत सस्ता कर देंगे। वर्तमान में, दुनिया भर में 442 परमाणु रिएक्टर बनाए गए हैं, इनमें से लगभग एक चौथाई रिएक्टर संयुक्त राज्य में स्थित हैं। दुनिया अपनी 14 प्रतिशत बिजली के लिए परमाणु रिएक्टरों पर निर्भर हो गई है। भविष्यवादियों ने परमाणु कारों के बारे में भी कल्पना की थी।

जब 1979 में पेन्सिलवेनिया में थ्री माइल आइलैंड पावर प्लांट के ब्लॉक 2 रिएक्टर में शीतलन प्रणाली में खराबी आई, और इसके परिणामस्वरूप इसके रेडियोधर्मी ईंधन का आंशिक रूप से मंदी, रिएक्टरों के बारे में गर्म भावनाएं मौलिक रूप से बदल गईं। नष्ट हुए रिएक्टर में रुकावट और कोई महत्वपूर्ण विकिरण जोखिम नहीं होने के बावजूद, कई लोगों ने संभावित विनाशकारी परिणामों के साथ रिएक्टरों को बहुत जटिल और कमजोर के रूप में देखना शुरू कर दिया। रिएक्टरों से निकलने वाले रेडियोधर्मी कचरे से भी लोग चिंतित थे। नतीजतन, संयुक्त राज्य अमेरिका में नए परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का निर्माण रुक गया है। 1986 में जब सोवियत संघ में चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र में एक और गंभीर दुर्घटना हुई, तो परमाणु ऊर्जा बर्बाद हो गई।

लेकिन 2000 के दशक की शुरुआत में, परमाणु रिएक्टरों ने वापसी करना शुरू कर दिया, ऊर्जा की बढ़ती जरूरतों और जीवाश्म ईंधन की घटती आपूर्ति के साथ-साथ कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन से जलवायु परिवर्तन के बारे में बढ़ती चिंताओं के कारण।

लेकिन मार्च 2011 में, एक और संकट आया - इस बार भूकंप ने जापान के परमाणु ऊर्जा संयंत्र फुकुशिमा 1 को मारा।

परमाणु प्रतिक्रिया का उपयोग करना

सीधे शब्दों में कहें, एक परमाणु रिएक्टर में, परमाणु विभाजित होते हैं और उस ऊर्जा को छोड़ते हैं जो उनके टुकड़ों को एक साथ रखती है।

यदि आप भौतिकी भूल गए हैं उच्च विद्यालय, हम आपको याद दिलाएंगे कि कैसे परमाणु विखंडनकाम करता है। परमाणु छोटे होते हैं सौर प्रणाली, सूर्य की तरह एक कोर के साथ और इसके चारों ओर परिक्रमा करने वाले इलेक्ट्रॉन जैसे ग्रह। नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन नामक कणों से बना होता है जो एक साथ बंधे होते हैं। कोर के तत्वों को बांधने वाली शक्ति की कल्पना करना भी मुश्किल है। यह गुरुत्वाकर्षण बल से कई अरब गुना अधिक शक्तिशाली है। इस जबरदस्त शक्ति के बावजूद, इस पर न्यूट्रॉन की शूटिंग करके नाभिक को विभाजित करना संभव है। जब यह किया जाता है, तो बहुत सारी ऊर्जा निकल जाएगी। जब परमाणु विघटित होते हैं, तो उनके कण आस-पास के परमाणुओं में टकराते हैं, उन्हें विभाजित करते हैं, और वे, बदले में, अगले, अगले और अगले होते हैं। एक तथाकथित है श्रृंखला अभिक्रिया .

यूरेनियम, बड़े परमाणुओं वाला एक तत्व, विखंडन प्रक्रिया के लिए आदर्श है क्योंकि कणों को इसके मूल से बांधने वाला बल अन्य तत्वों की तुलना में अपेक्षाकृत कमजोर होता है। परमाणु रिएक्टर एक विशिष्ट समस्थानिक का उपयोग करते हैं जिसे कहा जाता है पास होनाशीघ्र235 ... यूरेनियम -235 प्रकृति में दुर्लभ है, यूरेनियम खानों से अयस्क में केवल 0.7% यूरेनियम -235 होता है। यही कारण है कि रिएक्टर उपयोग करते हैं समृद्धपास होनाघावजो गैस प्रसार की प्रक्रिया के माध्यम से यूरेनियम-235 को अलग और सांद्रित करके बनाया जाता है।

श्रृंखला प्रतिक्रिया प्रक्रिया में बनाया जा सकता है परमाणु बमउन लोगों के समान जो द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान जापानी शहरों हिरोशिमा और नागासाकी पर गिराए गए थे। लेकिन एक परमाणु रिएक्टर में, कैडमियम, हेफ़नियम या बोरॉन जैसी सामग्रियों से बनी नियंत्रण छड़ें डालकर श्रृंखला प्रतिक्रिया को नियंत्रित किया जाता है, जो कुछ न्यूट्रॉन को अवशोषित करते हैं। यह अभी भी विखंडन प्रक्रिया को पानी को लगभग 270 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने और इसे भाप में बदलने के लिए पर्याप्त ऊर्जा छोड़ने की अनुमति देता है, जिसका उपयोग बिजली संयंत्र के टर्बाइनों को चालू करने और बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। मूल रूप से, इस मामले में, कोयले के बजाय एक नियंत्रित परमाणु बम काम करता है, बिजली पैदा करता है, सिवाय इसके कि उबलते पानी की ऊर्जा कार्बन जलाने के बजाय परमाणुओं को विभाजित करने से आती है।

परमाणु रिएक्टर घटक

कुछ हैं विभिन्न प्रकारपरमाणु रिएक्टर, लेकिन उन सभी में कुछ है सामान्य विशेषताएँ... उन सभी में रेडियोधर्मी ईंधन छर्रों की आपूर्ति होती है - आमतौर पर यूरेनियम ऑक्साइड - जो कि ईंधन की छड़ बनाने के लिए पाइप में स्थित होते हैं सक्रिय क्षेत्रइरिएक्टर.

रिएक्टर में पहले उल्लेखित भी है प्रबंधइछड़ीतथा- न्यूट्रॉन अवशोषित सामग्री जैसे कैडमियम, हेफ़नियम या बोरॉन, जो प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने या रोकने के लिए डाला जाता है।

रिएक्टर में भी है मध्यस्थ, एक पदार्थ जो न्यूट्रॉन को धीमा कर देता है और विखंडन प्रक्रिया को नियंत्रित करने में मदद करता है। संयुक्त राज्य में अधिकांश रिएक्टर सादे पानी का उपयोग करते हैं, लेकिन अन्य देशों में रिएक्टर कभी-कभी ग्रेफाइट का उपयोग करते हैं, या अधिक वज़नदारयूवाटर्सपर, जिसमें हाइड्रोजन को ड्यूटेरियम द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, हाइड्रोजन का एक समस्थानिक जिसमें एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होता है। प्रणाली का एक अन्य महत्वपूर्ण हिस्सा है ठंडाऔर मैंतरलबीआमतौर पर साधारण पानी, जो टरबाइन को घुमाने के लिए भाप बनाने के लिए रिएक्टर से ऊष्मा को अवशोषित और स्थानांतरित करता है और रिएक्टर क्षेत्र को ठंडा करता है ताकि यह उस तापमान तक न पहुँचे जिस पर यूरेनियम पिघलेगा (लगभग 3815 डिग्री सेल्सियस)।

अंत में, रिएक्टर में संलग्न है सीपपर, एक बड़ी, भारी संरचना, आमतौर पर कई मीटर मोटी, स्टील और कंक्रीट से बनी होती है, जिसमें रेडियोधर्मी गैसें और तरल पदार्थ होते हैं, जहां वे किसी को नुकसान नहीं पहुंचा सकते।

वहाँ है पूरी लाइन विभिन्न डिजाइनउपयोग में रिएक्टर, लेकिन सबसे आम में से एक - प्रेशराइज्ड वाटर पावर रिएक्टर (VVER)... ऐसे रिएक्टर में, पानी जबरन कोर के संपर्क में आता है, और फिर वहां ऐसे दबाव में रहता है कि वह भाप में नहीं बदल सकता। यह पानी तब भाप जनरेटर में बिना दबाव के आपूर्ति किए गए पानी के संपर्क में आता है, जो भाप में बदल जाता है, जो टर्बाइनों को घुमाता है। एक निर्माण भी है हाई-पावर चैनल-टाइप रिएक्टर (RBMK)एक पानी के सर्किट के साथ और तेज रिएक्टरदो सोडियम और एक पानी के सर्किट के साथ।

परमाणु रिएक्टर कितना सुरक्षित है?

इस प्रश्न का उत्तर देना कठिन है और यह इस बात पर निर्भर करता है कि आप किससे पूछते हैं और आप "सुरक्षित" को कैसे समझते हैं। क्या आप रिएक्टरों में उत्पन्न होने वाले विकिरण या रेडियोधर्मी कचरे से चिंतित हैं? या क्या आप किसी भीषण दुर्घटना की संभावना के बारे में अधिक चिंतित हैं? परमाणु ऊर्जा के लाभों के लिए आप किस हद तक जोखिम को स्वीकार्य व्यापार-बंद मानते हैं? और आप किस हद तक सरकार और परमाणु शक्ति पर भरोसा करते हैं?

"विकिरण" एक मजबूत तर्क है, मुख्यतः क्योंकि हम सभी जानते हैं कि विकिरण की उच्च खुराक, उदाहरण के लिए, एक विस्फोट परमाणु बम, हजारों लोगों को मार सकता है।

हालांकि, परमाणु समर्थकों का कहना है कि हम सभी नियमित रूप से विभिन्न स्रोतों से विकिरण के संपर्क में हैं, जिसमें ब्रह्मांडीय किरणें और पृथ्वी से उत्सर्जित प्राकृतिक विकिरण शामिल हैं। औसत वार्षिक विकिरण खुराक लगभग 6.2 मिलीसीवर्ट्स (mSv) है, प्राकृतिक स्रोतों से आधा और कृत्रिम स्रोतों से आधा, एक्स-रे से लेकर छाती, स्मोक डिटेक्टर और ल्यूमिनस वॉच डायल। नाभिकीय रिएक्टरों से हमें कितना विकिरण प्राप्त होता है? हमारे विशिष्ट वार्षिक एक्सपोजर के प्रतिशत का केवल एक अंश 0.0001 mSv है।

जबकि सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्र अनिवार्य रूप से कम मात्रा में विकिरण को बाहर निकलने की अनुमति देते हैं, नियामक आयोग संयंत्र संचालकों को ट्रैक पर रखते हैं। वे स्टेशन के आसपास रहने वाले लोगों को प्रति वर्ष 1 mSv से अधिक विकिरण के संपर्क में नहीं ला सकते हैं, और संयंत्र के कर्मचारियों की सीमा 50 mSv प्रति वर्ष है। यह बहुत कुछ लग सकता है, लेकिन परमाणु नियामक आयोग के अनुसार, कोई चिकित्सा प्रमाण नहीं है कि 100 mSv से कम वार्षिक विकिरण मानव स्वास्थ्य के लिए कोई जोखिम पैदा करता है।

लेकिन यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि हर कोई विकिरण जोखिमों के इस तरह के आत्मसंतुष्ट मूल्यांकन से सहमत नहीं है। उदाहरण के लिए, फिजिशियन फॉर सोशल रिस्पॉन्सिबिलिटी, जो लंबे समय से परमाणु उद्योग के आलोचक रहे हैं, ने जर्मन परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के आसपास रहने वाले बच्चों का अध्ययन किया। अध्ययन में पाया गया कि पौधे के 5 किमी के दायरे में रहने वाले लोगों में पौधे से आगे रहने वालों की तुलना में ल्यूकेमिया होने का खतरा दोगुना था।

परमाणु अपशिष्ट रिएक्टर

परमाणु ऊर्जा को इसके समर्थकों द्वारा "स्वच्छ" ऊर्जा के रूप में बताया जाता है क्योंकि रिएक्टर कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्रों की तुलना में वायुमंडल में बड़ी मात्रा में ग्रीनहाउस गैसों का उत्सर्जन नहीं करता है। लेकिन आलोचक कुछ और ही इशारा करते हैं पर्यावरण संबंधी परेशानियाँ- परमाणु कचरे का निपटान। कुछ अपशिष्ट, रिएक्टरों से खर्च किया गया ईंधन, अभी भी रेडियोधर्मिता देता है। एक और अनावश्यक सामग्री जिसे बनाए रखने की आवश्यकता है वह है रेडियोधर्मी कचरे उच्च स्तर , खर्च किए गए ईंधन के पुन: प्रसंस्करण से तरल अवशेष, जिसमें आंशिक रूप से यूरेनियम रहता है। अभी, इस कचरे का अधिकांश भाग पानी के तालाबों में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में स्थानीय रूप से संग्रहीत किया जाता है, जो खर्च किए गए ईंधन से उत्पन्न कुछ शेष गर्मी को अवशोषित करता है और श्रमिकों को विकिरण जोखिम से बचाने में मदद करता है।

खर्च किए गए परमाणु ईंधन के साथ एक समस्या यह है कि इसे विखंडन द्वारा बदल दिया गया है; जब बड़े यूरेनियम परमाणु विखंडन करते हैं, तो वे उपोत्पाद बनाते हैं - सीज़ियम -137 और स्ट्रोंटियम -90 जैसे कई प्रकाश तत्वों के रेडियोधर्मी समस्थानिक, जिन्हें कहा जाता है विखंडन उत्पाद... वे गर्म और अत्यधिक रेडियोधर्मी होते हैं, लेकिन अंततः, 30 वर्षों की अवधि में, वे कम हो जाते हैं खतरनाक रूप... यह अवधि उनके लिए कहा जाता है पीअवधिओमहाफ लाइफ... अन्य रेडियोधर्मी तत्वों के लिए, अर्ध-आयु भिन्न होगी। इसके अलावा, कुछ यूरेनियम परमाणु भी न्यूट्रॉन पर कब्जा कर लेते हैं, जिससे प्लूटोनियम जैसे भारी तत्व बनते हैं। ये ट्रांसयूरानिक तत्व विखंडन उत्पादों के रूप में उतनी गर्मी या मर्मज्ञ विकिरण उत्पन्न नहीं करते हैं, लेकिन वे क्षय होने में अधिक समय लेते हैं। उदाहरण के लिए, प्लूटोनियम-239 का आधा जीवन 24,000 वर्ष है।

इन रेडियोधर्मीइवापसीएन एस उच्च स्तररिएक्टरों से मनुष्यों और अन्य जीवन रूपों के लिए खतरनाक हैं क्योंकि वे विशाल उत्सर्जन कर सकते हैं, घातक खुराककम जोखिम से भी विकिरण। उदाहरण के लिए, रिएक्टर से बचे हुए ईंधन को हटाने के दस साल बाद, वे प्रति घंटे 200 गुना अधिक रेडियोधर्मिता उत्सर्जित कर रहे हैं, जितना कि एक व्यक्ति को मारने में लगता है। और अगर अपशिष्ट भूजल या नदियों में जाता है, तो यह खाद्य श्रृंखला में समाप्त हो सकता है और बड़ी संख्या में लोगों को खतरे में डाल सकता है।

क्योंकि कचरा इतना खतरनाक है, बहुत से लोग मुश्किल स्थिति में हैं। 60,000 टन कचरा परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में के करीब स्थित है बड़े शहर... लेकिन अपने कचरे को स्टोर करने के लिए सुरक्षित जगह ढूंढना आसान नहीं है।

परमाणु रिएक्टर में क्या गलत हो सकता है?

सरकारी नियामकों ने अपने अनुभवों को पीछे देखते हुए, इंजीनियरों ने वर्षों से इष्टतम सुरक्षा के लिए रिएक्टरों को डिजाइन करने में काफी समय बिताया है। अगर योजना के अनुसार कुछ नहीं होता है तो वे टूटते नहीं हैं, ठीक से काम करते हैं, और सुरक्षा उपायों का बैकअप लेते हैं। नतीजतन, साल दर साल, परमाणु ऊर्जा संयंत्र हवाई यात्रा की तुलना में काफी सुरक्षित प्रतीत होते हैं, जो नियमित रूप से दुनिया भर में सालाना 500 से 1,100 लोगों को मारता है।

फिर भी, परमाणु रिएक्टर प्रमुख टूटने से आगे निकल जाते हैं। परमाणु घटनाओं के अंतरराष्ट्रीय पैमाने पर, जो रिएक्टर दुर्घटनाओं को 1 से 7 तक रैंक करता है, 1957 के बाद से पांच दुर्घटनाएं हुई हैं, जिन्हें 5 से 7 रेटिंग दी गई है।

सबसे खराब दुःस्वप्न शीतलन प्रणाली का टूटना है, जिसके कारण ईंधन अधिक गरम हो जाता है। ईंधन एक तरल में बदल जाता है, और फिर सुरक्षात्मक खोल के माध्यम से जलता है, रेडियोधर्मी विकिरण को बाहर निकालता है। 1979 में थ्री माइल आइलैंड एनपीपी (यूएसए) की यूनिट 2 इस परिदृश्य के कगार पर थी। सौभाग्य से, अच्छी तरह से डिजाइन की गई रोकथाम प्रणाली विकिरण को बाहर निकलने से रोकने के लिए पर्याप्त मजबूत थी।

यूएसएसआर कम भाग्यशाली था। अप्रैल 1986 में चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र की चौथी बिजली इकाई में एक गंभीर परमाणु दुर्घटना हुई। यह सिस्टम की विफलताओं, डिजाइन की खामियों और खराब प्रशिक्षित कर्मियों के संयोजन के कारण हुआ था। एक नियमित जांच के दौरान, प्रतिक्रिया अचानक बढ़ गई और आपातकालीन शटडाउन को रोकने के लिए नियंत्रण छड़ें जाम हो गईं। भाप के अचानक बनने से दो थर्मल विस्फोट हुए, जिससे रिएक्टर का ग्रेफाइट मॉडरेटर हवा में चला गया। रिएक्टर ईंधन की छड़ को ठंडा करने के लिए कुछ भी नहीं होने पर, अति ताप और पूर्ण विनाश शुरू हो गया, जिसके परिणामस्वरूप ईंधन ने तरल रूप ले लिया। हादसे में स्टेशन के कई कर्मचारी और परिसमापक मारे गए। 323,749 वर्ग किलोमीटर के क्षेत्र में बड़ी मात्रा में विकिरण फैल गया। विकिरण से होने वाली मौतों की संख्या अभी भी स्पष्ट नहीं है, लेकिन विश्व स्वास्थ्य संगठन का कहना है कि इससे 9,000 कैंसर से होने वाली मौतें हो सकती हैं।

परमाणु रिएक्टरों के निर्माता के आधार पर गारंटी प्रदान करते हैं संभाव्य मूल्यांकनइजिसमें वे संतुलन बनाने की कोशिश करते हैं संभावित नुकसानमामले से उस संभावना के साथ जिसके साथ यह वास्तव में होता है। लेकिन कुछ आलोचकों का कहना है कि उन्हें इसके बजाय दुर्लभ, सबसे अप्रत्याशित, फिर भी बहुत खतरनाक घटनाओं के लिए तैयार रहना चाहिए। मार्च 2011 में जापान में फुकुशिमा 1 परमाणु ऊर्जा संयंत्र में हुई दुर्घटना इसका एक उदाहरण है। स्टेशन को कथित तौर पर बड़े पैमाने पर भूकंप का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, लेकिन 9.0 तीव्रता के भूकंप के रूप में विनाशकारी नहीं था, जिसने 5.4-मीटर लहर का सामना करने के लिए डिज़ाइन किए गए बांधों पर 14 मीटर की सुनामी लहर उठाई थी। सुनामी के हमले ने स्टैंडबाय डीजल जेनरेटर को नष्ट कर दिया, जो बिजली के बंद होने की स्थिति में छह परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की शीतलन प्रणाली को बिजली देने के लिए थे, इसलिए फुकुशिमा रिएक्टरों की नियंत्रण छड़ों के विखंडन के बंद होने के बाद भी, अभी भी गर्म ईंधन ने तापमान की अनुमति दी बर्बाद रिएक्टरों के अंदर खतरनाक रूप से उठने के लिए।

जापानी अधिकारियों ने कम से कम का सहारा लिया - रिएक्टरों में भारी मात्रा में समुद्री जल के साथ बाढ़ आ गई बोरिक एसिड, जो तबाही को रोक सकता था, लेकिन रिएक्टर उपकरण को नष्ट कर दिया। अंत में, दमकल इंजनों और बजरों की मदद से, जापानी पंप करने में सक्षम थे ताजा पानीरिएक्टरों में। लेकिन तब तक, निगरानी ने आसपास की भूमि और पानी में विकिरण के खतरनाक स्तर को पहले ही दिखा दिया था। इस परमाणु ऊर्जा संयंत्र से 40 किमी दूर एक गाँव में, रेडियोधर्मी तत्व सीज़ियम-137 चेरनोबिल आपदा के बाद की तुलना में बहुत अधिक स्तरों पर पाया गया, जिसने इस क्षेत्र में रहने की संभावना के बारे में संदेह पैदा किया।

परमाणु रिएक्टर सुचारू रूप से और सटीक रूप से काम करता है। अन्यथा, जैसा कि आप जानते हैं, परेशानी होगी। लेकिन अंदर क्या चल रहा है? आइए एक परमाणु (परमाणु) रिएक्टर के संचालन के सिद्धांत को संक्षेप में, स्पष्ट रूप से, स्टॉप के साथ तैयार करने का प्रयास करें।

वास्तव में वहां भी वही प्रक्रिया चल रही है जैसे किसी परमाणु विस्फोट में होती है। केवल अब विस्फोट बहुत जल्दी होता है, लेकिन रिएक्टर में यह सब लंबे समय तक फैला रहता है। नतीजतन, सब कुछ सुरक्षित और स्वस्थ रहता है, और हमें ऊर्जा प्राप्त होती है। इतना नहीं कि चारों ओर सब कुछ तुरंत उड़ गया, लेकिन शहर को बिजली प्रदान करने के लिए पर्याप्त था।

रिएक्टर कैसे काम करता है
इससे पहले कि आप समझें कि रन कैसा चल रहा है परमाणु प्रतिक्रिया, आपको यह पता लगाने की आवश्यकता है कि सामान्य रूप से परमाणु प्रतिक्रिया क्या होती है।

परमाणु प्रतिक्रिया परिवर्तन की एक प्रक्रिया है (विखंडन) परमाणु नाभिकप्राथमिक कणों और गामा क्वांटा के साथ बातचीत करते समय।

परमाणु प्रतिक्रियाएं ऊर्जा के अवशोषण और रिलीज दोनों के साथ हो सकती हैं। दूसरी अभिक्रियाओं का उपयोग रिएक्टर में किया जाता है।

एक परमाणु रिएक्टर एक उपकरण है जिसका उद्देश्य ऊर्जा की रिहाई के साथ नियंत्रित परमाणु प्रतिक्रिया को बनाए रखना है।

अक्सर परमाणु रिएक्टर को परमाणु भी कहा जाता है। ध्यान दें कि यहां कोई मौलिक अंतर नहीं है, लेकिन विज्ञान की दृष्टि से, "परमाणु" शब्द का उपयोग करना अधिक सही है। अब कई प्रकार के परमाणु रिएक्टर हैं। ये विशाल औद्योगिक रिएक्टर हैं जिन्हें बिजली संयंत्रों में ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, पनडुब्बियों में परमाणु रिएक्टर, वैज्ञानिक प्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले छोटे प्रयोगात्मक रिएक्टर हैं। यहां तक ​​कि ऐसे रिएक्टर भी हैं जिनका उपयोग समुद्री जल को विलवणीकरण करने के लिए किया जाता है।

परमाणु रिएक्टर के निर्माण का इतिहास

पहला परमाणु रिएक्टर 1942 में लॉन्च किया गया था। यह संयुक्त राज्य अमेरिका में फर्मी के नेतृत्व में हुआ। इस रिएक्टर को "शिकागो वुडपाइल" कहा जाता था।

1946 में, कुरचटोव के नेतृत्व में पहला सोवियत रिएक्टर शुरू हुआ। इस रिएक्टर की बॉडी सात मीटर व्यास की एक गेंद थी। पहले रिएक्टरों में शीतलन प्रणाली नहीं थी, और उनकी शक्ति न्यूनतम थी। वैसे, सोवियत रिएक्टर की औसत शक्ति 20 वाट थी, जबकि अमेरिकी में केवल 1 वाट थी। तुलना के लिए: आधुनिक बिजली रिएक्टरों की औसत शक्ति 5 गीगावाट है। पहले रिएक्टर के लॉन्च के दस साल से भी कम समय के बाद, ओबनिंस्क शहर में दुनिया का पहला औद्योगिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र खोला गया।

परमाणु (परमाणु) रिएक्टर के संचालन का सिद्धांत

किसी भी परमाणु रिएक्टर में कई भाग होते हैं: ईंधन के साथ एक कोर और एक मॉडरेटर, एक न्यूट्रॉन परावर्तक, एक शीतलक, एक नियंत्रण और सुरक्षा प्रणाली। यूरेनियम (235, 238, 233), प्लूटोनियम (239), और थोरियम (232) के समस्थानिकों को अक्सर रिएक्टरों में ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है। सक्रिय क्षेत्र एक बॉयलर है जिसके माध्यम से साधारण पानी (गर्मी वाहक) बहता है। अन्य गर्मी हस्तांतरण तरल पदार्थों में, "भारी पानी" और तरल ग्रेफाइट का आमतौर पर कम उपयोग किया जाता है। अगर हम परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन के बारे में बात करते हैं, तो गर्मी उत्पन्न करने के लिए एक परमाणु रिएक्टर का उपयोग किया जाता है। बिजली स्वयं उसी विधि से उत्पन्न होती है जैसे अन्य प्रकार के बिजली संयंत्रों में - भाप एक टरबाइन को घुमाती है, और गति की ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

नीचे एक परमाणु रिएक्टर के संचालन का एक चित्र है।

एक परमाणु रिएक्टर की योजना एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र में एक परमाणु रिएक्टर की योजना

जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं कि भारी यूरेनियम नाभिक के क्षय के दौरान हल्के तत्व और कई न्यूट्रॉन बनते हैं। परिणामी न्यूट्रॉन अन्य नाभिकों से टकराते हैं, जिससे उनका विखंडन भी होता है। ऐसे में न्यूट्रॉनों की संख्या हिमस्खलन की तरह बढ़ती है।

यहां न्यूट्रॉन गुणन कारक का उल्लेख किया जाना चाहिए। इसलिए, यदि यह गुणांक एक के बराबर मान से अधिक है, तो परमाणु विस्फोट... यदि मान एक से कम है, तो बहुत कम न्यूट्रॉन होते हैं और प्रतिक्रिया बुझ जाती है। लेकिन यदि आप गुणांक के मान को एक के बराबर रखते हैं, तो प्रतिक्रिया लंबे समय तक और स्थिर रूप से आगे बढ़ेगी।

सवाल यह है कि यह कैसे किया जाए? रिएक्टर में, ईंधन तथाकथित ईंधन तत्वों (ईंधन छड़) में होता है। ये वे छड़ें हैं जिनमें परमाणु ईंधन छोटी गोलियों के रूप में स्थित होता है। ईंधन की छड़ें हेक्सागोनल कैसेट में जुड़ी होती हैं, जिनमें से रिएक्टर में सैकड़ों हो सकते हैं। ईंधन छड़ के साथ कैसेट लंबवत स्थित होते हैं, प्रत्येक ईंधन छड़ में एक प्रणाली होती है जो आपको कोर में इसके विसर्जन की गहराई को समायोजित करने की अनुमति देती है। कैसेट के अलावा, उनके बीच नियंत्रण छड़ और आपातकालीन सुरक्षा छड़ें हैं। छड़ें ऐसी सामग्री से बनी होती हैं जो न्यूट्रॉन को अच्छी तरह से अवशोषित करती हैं। इस प्रकार, नियंत्रण छड़ को कोर में अलग-अलग गहराई तक उतारा जा सकता है, जिससे न्यूट्रॉन गुणन कारक को समायोजित किया जा सकता है। आपातकालीन छड़ को आपात स्थिति में रिएक्टर को बंद करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

परमाणु रिएक्टर कैसे शुरू किया जाता है?

हमने ऑपरेशन के सिद्धांत को समझ लिया, लेकिन रिएक्टर को कैसे शुरू किया जाए और कैसे काम किया जाए? मोटे तौर पर, यहाँ यह है - यूरेनियम का एक टुकड़ा, लेकिन इसमें एक श्रृंखला प्रतिक्रिया अपने आप शुरू नहीं होती है। मुद्दा यह है कि परमाणु भौतिकी में महत्वपूर्ण द्रव्यमान की अवधारणा है।

परमाणु ईंधन

महत्वपूर्ण द्रव्यमान एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए आवश्यक विखंडनीय पदार्थ का द्रव्यमान है।

फ्यूल रॉड्स और कंट्रोल रॉड्स की मदद से रिएक्टर में पहले न्यूक्लियर फ्यूल का क्रिटिकल मास बनाया जाता है और फिर रिएक्टर को लाया जाता है। इष्टतम स्तरशक्ति।

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इस लेख में, हमने आपको एक परमाणु (परमाणु) रिएक्टर की संरचना और संचालन के सिद्धांत का एक सामान्य विचार देने की कोशिश की है। यदि आपके पास विषय पर या विश्वविद्यालय में परमाणु भौतिकी में कोई समस्या है, तो कृपया हमारी कंपनी के विशेषज्ञों से संपर्क करें। हम हमेशा की तरह, आपकी पढ़ाई में किसी भी महत्वपूर्ण मुद्दे को हल करने में आपकी मदद करने के लिए तैयार हैं। इस बीच, हम यह कर रहे हैं, आपका ध्यान एक और शैक्षिक वीडियो है!

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हम बिजली के इतने अभ्यस्त हैं कि हम यह नहीं सोचते कि यह कहां से आता है। मूल रूप से, यह बिजली संयंत्रों में उत्पन्न होता है जो इसके लिए विभिन्न स्रोतों का उपयोग करते हैं। पावर प्लांट थर्मल, विंड, जियोथर्मल, सोलर, हाइड्रोइलेक्ट्रिक, न्यूक्लियर हैं। यह बाद वाला है जो सबसे अधिक विवाद का कारण बनता है। वे अपनी आवश्यकता, विश्वसनीयता के बारे में बहस करते हैं।

उत्पादकता के मामले में, परमाणु ऊर्जा आज सबसे कुशल में से एक है और विश्व उत्पादन में इसका हिस्सा है विद्युतीय ऊर्जाकाफी महत्वपूर्ण, एक चौथाई से अधिक।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र की व्यवस्था कैसे की जाती है, यह कैसे ऊर्जा उत्पन्न करता है? परमाणु ऊर्जा संयंत्र का मुख्य तत्व परमाणु रिएक्टर है। इसमें नाभिकीय श्रृंखला अभिक्रिया होती है, जिसके फलस्वरूप ऊष्मा निकलती है। इस प्रतिक्रिया को नियंत्रित किया जाता है, इसलिए हम धीरे-धीरे ऊर्जा का उपयोग कर सकते हैं, और परमाणु विस्फोट नहीं हो सकता है।

परमाणु रिएक्टर के मुख्य तत्व

• परमाणु ईंधन: समृद्ध यूरेनियम, यूरेनियम और प्लूटोनियम के समस्थानिक। सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला यूरेनियम 235 है;
• रिएक्टर के संचालन के दौरान बनने वाली ऊर्जा के उत्पादन के लिए शीतलक: पानी, तरल सोडियम, आदि;
• नियंत्रक छड़ें;
• न्यूट्रॉन मॉडरेटर;
• विकिरण सुरक्षा के लिए म्यान।

परमाणु रिएक्टर वीडियो

परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है?

रिएक्टर कोर में ईंधन तत्व (TVEL) - परमाणु ईंधन होते हैं। उन्हें कई दर्जन ईंधन छड़ सहित कैसेट में एकत्र किया जाता है। शीतलक प्रत्येक कैसेट के माध्यम से चैनलों के माध्यम से बहता है। ईंधन की छड़ें रिएक्टर की शक्ति को नियंत्रित करती हैं। ईंधन छड़ के एक निश्चित (महत्वपूर्ण) द्रव्यमान के साथ ही परमाणु प्रतिक्रिया संभव है। प्रत्येक बार का द्रव्यमान व्यक्तिगत रूप से महत्वपूर्ण से नीचे होता है। प्रतिक्रिया तब शुरू होती है जब सभी छड़ें कोर में होती हैं। ईंधन की छड़ों को डुबोकर और हटाकर, प्रतिक्रिया को नियंत्रित किया जा सकता है।

इसलिए, जब महत्वपूर्ण द्रव्यमान पार हो जाता है, तो ईंधन रेडियोधर्मी तत्व न्यूट्रॉन का उत्सर्जन करते हैं जो परमाणुओं से टकराते हैं। परिणाम एक अस्थिर आइसोटोप है जो तुरंत क्षय हो जाता है, गामा विकिरण और गर्मी के रूप में ऊर्जा जारी करता है। कण आपस में टकराते हैं, एक दूसरे को गतिज ऊर्जा प्रदान करते हैं और क्षय की संख्या में ज्यामितीय अनुक्रमबढ़ती है। यह एक श्रृंखला प्रतिक्रिया है - परमाणु रिएक्टर के संचालन का सिद्धांत। नियंत्रण के बिना, यह बिजली की गति से होता है, जिससे विस्फोट होता है। लेकिन एक परमाणु रिएक्टर में, प्रक्रिया नियंत्रण में होती है।

इस प्रकार, कोर में ऊष्मा ऊर्जा निकलती है, जो इस क्षेत्र (प्राथमिक सर्किट) को स्नान करने वाले पानी में स्थानांतरित कर दी जाती है। यहां पानी का तापमान 250-300 डिग्री है। इसके अलावा, पानी दूसरे सर्किट को गर्मी देता है, उसके बाद - ऊर्जा उत्पन्न करने वाले टर्बाइनों के ब्लेड को। विद्युत ऊर्जा में परमाणु ऊर्जा के रूपांतरण को योजनाबद्ध तरीके से दर्शाया जा सकता है:

1. यूरेनियम कोर की आंतरिक ऊर्जा,
2. क्षयित नाभिक और मुक्त न्यूट्रॉन के टुकड़ों की गतिज ऊर्जा,
3. पानी और भाप की आंतरिक ऊर्जा,
4. पानी और भाप की गतिज ऊर्जा,
5. टरबाइन और जनरेटर रोटार की गतिज ऊर्जा,
6. विद्युत ऊर्जा।

रिएक्टर कोर में धातु के खोल से जुड़े सैकड़ों कैसेट होते हैं। यह खोल न्यूट्रॉन परावर्तक की भूमिका भी निभाता है। प्रतिक्रिया दर को समायोजित करने के लिए नियंत्रण छड़ें और रिएक्टर की आपातकालीन सुरक्षा छड़ें कैसेट के बीच डाली जाती हैं। इसके अलावा, परावर्तक के चारों ओर थर्मल इन्सुलेशन स्थापित किया गया है। थर्मल इन्सुलेशन के ऊपर एक सुरक्षात्मक कंक्रीट खोल होता है, जो रेडियोधर्मी पदार्थों को बरकरार रखता है और उन्हें आसपास के स्थान में नहीं जाने देता है।

परमाणु रिएक्टर कहाँ उपयोग किए जाते हैं?

• परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में, जहाज के विद्युत प्रतिष्ठानों में, परमाणु ताप आपूर्ति स्टेशनों पर बिजली परमाणु रिएक्टरों का उपयोग किया जाता है।
• माध्यमिक परमाणु ईंधन के उत्पादन के लिए कन्वेक्टर रिएक्टर और ब्रीडर का उपयोग किया जाता है।
• रेडियोकेमिकल और जैविक अनुसंधान और आइसोटोप के उत्पादन के लिए अनुसंधान रिएक्टरों की आवश्यकता होती है।

परमाणु ऊर्जा पर सभी विवादों और असहमति के बावजूद, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का निर्माण और संचालन जारी है। कारणों में से एक लागत प्रभावशीलता है। एक सरल उदाहरण: ईंधन तेल के 40 टैंक या कोयले की 60 कारें 30 किलोग्राम यूरेनियम जितनी ऊर्जा पैदा करती हैं।

हम हर दिन बिजली का उपयोग करते हैं और यह नहीं सोचते कि यह कैसे पैदा होता है और यह हमें कैसे मिला। और फिर भी यह आधुनिक सभ्यता के सबसे महत्वपूर्ण भागों में से एक है। बिजली के बिना, कुछ भी नहीं होगा - कोई प्रकाश नहीं, कोई गर्मी नहीं, कोई गति नहीं।

हर कोई जानता है कि बिजली संयंत्रों में बिजली उत्पन्न होती है, जिसमें परमाणु भी शामिल हैं। हर परमाणु ऊर्जा संयंत्र का दिल है परमाणु भट्टी... यह वह है जिसका हम इस लेख में विश्लेषण करेंगे।

परमाणु भट्टी, एक उपकरण जिसमें गर्मी की रिहाई के साथ एक नियंत्रित परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है। इन उपकरणों का उपयोग मुख्य रूप से बिजली पैदा करने और बड़े जहाजों को चलाने के लिए किया जाता है। परमाणु रिएक्टरों की शक्ति और दक्षता की कल्पना करने के लिए एक उदाहरण दिया जा सकता है। जहां एक औसत परमाणु रिएक्टर को 30 किलोग्राम यूरेनियम की आवश्यकता होती है, एक औसत सीएचपी संयंत्र को 60 वैगन कोयले या 40 टैंक ईंधन तेल की आवश्यकता होगी।

प्रोटोटाइप परमाणु भट्टीई. फर्मी के नेतृत्व में संयुक्त राज्य अमेरिका में दिसंबर 1942 में बनाया गया था। यह तथाकथित "शिकागो स्टैक" था। शिकागो पाइल (बाद में शब्द"ढेर", अन्य अर्थों के साथ, एक परमाणु रिएक्टर का अर्थ आया)।यह नाम उसे इस तथ्य के कारण दिया गया था कि वह एक दूसरे के ऊपर रखे ग्रेफाइट ब्लॉकों के एक बड़े ढेर जैसा दिखता था।

प्राकृतिक यूरेनियम और उसके डाइऑक्साइड से बने गोलाकार "कामकाजी निकायों" को ब्लॉकों के बीच रखा गया था।

यूएसएसआर में, पहला रिएक्टर शिक्षाविद आई। वी। कुरचटोव के नेतृत्व में बनाया गया था। F-1 रिएक्टर को 25 दिसंबर, 1946 को परिचालन में लाया गया था। रिएक्टर एक गोले के आकार का था, और इसका व्यास लगभग 7.5 मीटर था। इसमें शीतलन प्रणाली नहीं थी, इसलिए यह बहुत कम बिजली के स्तर पर संचालित होता था।

अनुसंधान जारी रहा और 27 जून, 1954 को ओबनिंस्क में 5 मेगावाट की क्षमता वाला दुनिया का पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र चालू किया गया।

परमाणु रिएक्टर के संचालन का सिद्धांत।

जब यूरेनियम यू 235 का क्षय होता है, तो गर्मी निकलती है, साथ में दो या तीन न्यूट्रॉन निकलते हैं। आंकड़ों के अनुसार - 2.5. ये न्यूट्रॉन अन्य यूरेनियम परमाणुओं U235 से टकराते हैं। एक टक्कर में, यूरेनियम यू 235 एक अस्थिर आइसोटोप यू 236 में बदल जाता है, जो लगभग तुरंत ही क्र 92 और बा 141 + इन्हीं 2-3 न्यूट्रॉन में बदल जाता है। क्षय के साथ गामा विकिरण और ऊष्मा के रूप में ऊर्जा निकलती है।

इसे चेन रिएक्शन कहते हैं। परमाणु विभाजित होते हैं, क्षय की संख्या में तेजी से वृद्धि होती है, जो अंततः हमारे मानकों के अनुसार बिजली की तेज गति की ओर ले जाती है, ऊर्जा की एक बड़ी मात्रा को मुक्त करती है - एक बेकाबू श्रृंखला प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप एक परमाणु विस्फोट होता है।

हालांकि, में परमाणु भट्टीहम व्यवहार कर रहे हैं नियंत्रित परमाणु प्रतिक्रियायह कैसे संभव होता है इसका वर्णन नीचे किया गया है।

परमाणु रिएक्टर डिवाइस।

वर्तमान में, दो प्रकार के परमाणु रिएक्टर VVER (प्रेशराइज्ड वाटर पावर रिएक्टर) और RBMK (हाई पावर चैनल रिएक्टर) हैं। अंतर यह है कि आरबीएमके उबलते पानी का रिएक्टर है, जबकि वीवीईआर 120 वायुमंडल के दबाव में पानी का उपयोग करता है।

रिएक्टर VVER 1000. 1 - सीपीएस ड्राइव; 2 - रिएक्टर कवर; 3 - रिएक्टर पोत; 4 - सुरक्षात्मक पाइप (बीजेडटी) का ब्लॉक; 5 - मेरा; 6 - कोर बाधक; 7 - ईंधन असेंबली (एफए) और नियंत्रण छड़ें;

प्रत्येक औद्योगिक प्रकार का परमाणु रिएक्टर एक बॉयलर होता है जिसके माध्यम से शीतलक प्रवाहित होता है। एक नियम के रूप में, यह साधारण पानी (दुनिया में लगभग 75%), तरल ग्रेफाइट (20%) और भारी पानी (5%) है। प्रयोगात्मक उद्देश्यों के लिए, बेरिलियम का उपयोग किया गया था और एक हाइड्रोकार्बन ग्रहण किया गया था।

टीवीईएल- (ईंधन तत्व)। ये नाइओबियम मिश्र धातु के साथ एक जिरकोनियम म्यान में छड़ें हैं, जिसके अंदर यूरेनियम डाइऑक्साइड छर्रों हैं।

कैसेट में ईंधन की छड़ें हरे रंग में हाइलाइट की जाती हैं।

ईंधन कैसेट असेंबली।

रिएक्टर कोर में सैकड़ों कैसेट होते हैं, जो लंबवत रूप से रखे जाते हैं और एक धातु के खोल से एक साथ जुड़े होते हैं - एक खोल, जो न्यूट्रॉन परावर्तक की भूमिका भी निभाता है। कैसेट के बीच, रिएक्टर की नियंत्रण छड़ें और आपातकालीन सुरक्षा छड़ें नियमित आवृत्ति के साथ डाली जाती हैं, जो अधिक गर्म होने की स्थिति में रिएक्टर को बंद करने के लिए डिज़ाइन की जाती हैं।

आइए एक उदाहरण के रूप में VVER-440 रिएक्टर पर डेटा दें:

प्रबंधक डूब कर ऊपर और नीचे जा सकते हैं, या इसके विपरीत, कोर को छोड़कर, जहां प्रतिक्रिया सबसे तीव्र होती है। यह नियंत्रण प्रणाली के संयोजन के साथ शक्तिशाली इलेक्ट्रिक मोटर्स द्वारा प्रदान किया जाता है। आपातकालीन सुरक्षा छड़ें एक आपातकालीन स्थिति की स्थिति में रिएक्टर को बंद करने, कोर में गिरने और अधिक मुक्त न्यूट्रॉन को अवशोषित करने के लिए डिज़ाइन की गई हैं।

प्रत्येक रिएक्टर में एक ढक्कन होता है जिसके माध्यम से प्रयुक्त और नए कैसेट लोड और अनलोड किए जाते हैं।

थर्मल इन्सुलेशन आमतौर पर रिएक्टर पोत के ऊपर स्थापित किया जाता है। अगली बाधा जैविक सुरक्षा है। यह आमतौर पर एक प्रबलित कंक्रीट बंकर होता है, जिसके प्रवेश द्वार को सीलबंद दरवाजों के साथ एक एयरलॉक द्वारा बंद किया जाता है। यदि कोई विस्फोट होता है तो रेडियोधर्मी वाष्प और रिएक्टर के टुकड़ों को वायुमंडल में छोड़ने से रोकने के लिए जैविक सुरक्षा को डिज़ाइन किया गया है।

आधुनिक रिएक्टरों में परमाणु विस्फोट की संभावना बहुत कम है। क्योंकि ईंधन पर्याप्त समृद्ध है और ईंधन तत्वों में विभाजित है। भले ही कोर पिघल जाए, ईंधन इतनी सक्रिय रूप से प्रतिक्रिया करने में सक्षम नहीं होगा। क्या हो सकता है चेरनोबिल की तरह एक थर्मल विस्फोट, जब रिएक्टर में दबाव ऐसे मूल्यों तक पहुंच गया कि धातु का शरीर बस फट गया, और रिएक्टर ढक्कन, 5000 टन वजन, रिएक्टर की छत के माध्यम से तोड़कर एक फ्लिप कूद गया डिब्बे और बाहर भाप जारी करना। यदि चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र आज के ताबूत की तरह सही जैविक सुरक्षा से लैस होता, तो आपदा की कीमत मानवता को बहुत कम होती।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र का कार्य।

संक्षेप में, दास बोआ इस तरह दिखता है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र। (क्लिक करने योग्य)

पंपों की मदद से रिएक्टर कोर में प्रवेश करने के बाद, पानी को 250 से 300 डिग्री तक गर्म किया जाता है और रिएक्टर के "दूसरी तरफ" से बाहर निकल जाता है। इसे पहला सर्किट कहा जाता है। फिर यह हीट एक्सचेंजर में जाता है, जहां यह दूसरे सर्किट से मिलता है। उसके बाद, दबाव में भाप टरबाइन के ब्लेड में प्रवेश करती है। टर्बाइन बिजली पैदा करते हैं।