핵연료 확산의 비밀
핵연료 상승의 비밀을 이해하려면 먼저 핵연료 분열의 비밀을 알아야 한다. 일반적으로 핵연료가 자연계에서 풍도, 추출 비용, 분열의 난이도에 따라 우라늄의 동위원소 U-235 (원소 기호 U) 를 원자로의 연료로 선택하는데, 그 분열 과정은 다음과 같다.
우라늄 -235 의 연쇄 반응
중원소 원자핵에서 양성자와 중성자의 총수가 높기 때문에 우라늄은 92 번 원소로 92 개의 양성자가 있다. 동위원소에 따라 중성자의 수가 달라질 수 있기 때문에 거대한 원자핵은 강도와 전자기 반발력의 작용으로 불안정하기 때문에 쇠퇴하거나 분열할 수 있다. 우라늄 원자가 열 중성자에 맞았을 때, 핵분열 과정이 시작됩니다.
우라늄 235 분열 과정
첫째, U-235 원자는 중성자를 얻으면 U-236 이 되지만 U-236 의 염기가 불안정하여 두 개의 더 작은 원자핵, 즉 Kr-92(Kr-92 제 36 호 원소) 와 BA-/Kloc-0 으로 분열된다.
U-235 원자의 핵분열 과정
연쇄 반응의 열쇠
체인형 반응의 관건은 이 중복 3n 이다. 즉, 핵분열 과정에서 세 개의 중복 중성자가 뛰지만, 고속 중성자 U-235 는 흡수되지 않거나 흡수율이 매우 좋지 않아 다음 원자핵에 사로잡히기 전에 원자로에서 뛰쳐나와 분열을 계속할 수 없다. 그래서 체인형 분열이 끊어지고, 핵분열 원자로가 속도를 잃는다! 따라서 중성자를 감속시켜야 한다. U-235 는 저속 중성자를 선호하기 때문에 원자로의 경수로 원자로와 중수 원자로는 모두 완속제의 성질에 따라 이름을 짓는다.
경수로 연화제: 물 H2O
중수로 연화제: 중수 D2O
대부분의 현대 상용 원자로는 이 두 가지 유형이며, 다른 것은 단지 안전 구조가 다를 뿐이다.
증식원자로의 비밀
체인형 반응은 3n 개의 추가 중성자의 수에 달려 있으며, 이는 핵연료 가치를 높이는 열쇠이기도 하다. U-238 은 고속 중성자의 폭격 하에서 플루토늄 -239 로 전환될 수 있고, 분열할 때마다 2-3 개의 중성자가 U-238 을 플루토늄 -239 로 변환할 수 있기 때문에, 이런 원자로에서 연소하는 우라늄핵마다 플루토늄 핵이 한 개 이상 생성되기 때문에 연료가 점점 많아지기 때문에 이렇게 부른다.
우라늄 -238 의 원자핵이 중성자를 흡수하여 우라늄 -239 로 변하면 어떻게 될까요? 붕괴는 -239, 그리고 통과? 플루토늄 -239 로 쇠퇴하는 것은 완벽한 증식 과정이다!
핵분열할 때 원자마다 방출되는 중성자의 수는 다르다. 원자가 방출되고 분열을 유발하는 중성자 수를? 값어치, 그래서요? 값이 2 보다 크면 더 많이 타 버릴 수 있습니다. 다른 세포핵? 값은 다음과 같습니다.
우라늄 -235: 2. 10
플루토늄 -239: 2.45
우라늄 -233: 2.3 1
플루토늄 -239 의 수치가 가장 높기 때문에, 실행 중이거나 실행 중인 대부분의 고속 원자로는 핵연료 (구소련은 비교적 농도가 높은 우라늄 -235 사용) 로 널리 사용되고 있으며, 그 외곽에는 U-238 (분열하기 어려운 우라늄 동위원소) 이 중성자를 흡수하여 가연성 핵연료로 전환시킬 수 있다. 진짜 증식원자로가 탄생했고, 플루토늄 -239 를 연료로 사용했지만, 플루토늄 -239 가 더 많이 타 오르면 완벽한 원자로였다!
고속 중성자 증식로의 설치 용량은 매우 나쁘다.
하지만 사실, 전 세계적으로 운영되는 증식원자로는 몇 개밖에 없습니다! 왜 그럴까요? 전통적인 에너지 산업에 저항당했습니까?
왜 이 고속 중성자 증식 원자로가 대량으로 건설되지 않았을까요?
이전 문장 에서 우리 는 현대 원자로 유행 두 가지 완속제, 하나는 경수 원자로, 완속제 는 물, 다른 하나는 중수 원자로, 완속제 는 중수 이다. 하지만 고속 중성자 증식로는 고속 중성자가 필요하고, 감속 중성자는 필요하지 않기 때문에 원자로 코어 주변에는 물과 중수가 나타나지 않습니다!
하지만 물과 중수는 완화제, 열교환의 중요한 매체이기도 하다. 예를 들어 경수로 원자로에는 압수수와 끓는 물이 있다. 전자는 고압 1 차 초임계 물을 통해 고온을 2 차 회로의 매체, 일반적으로 물로 전달합니다! 끓는 물더미는 직접 물을 증기 (방사성) 로 가열한 다음 증기 터빈을 이끌고 전기를 생산한다. 중수로의 과정은 압수수로와 같다!
고속 중성자 증식 원자로는 무엇으로 열을 전달합니까?
열전달은 매체가 있어야 하기 때문에 인간 문명사는 끓인 물의 역사라고 해도 과언이 아니다. 미래의 핵융합 원자로에서도 물을 끓이는 것은 개조일 뿐, 고속 중성자 증식로에서 직접 물을 끓이는 것은 불가능하므로 반드시 바꿔야 한다. 이 미디어에는 다음과 같은 요구 사항이 있습니다.
첫째, 이 매체는 중성자를 감속시킬 수 없다.
둘째, 중성자 흡수면은 작다.
마지막으로, 이 매체는 쉽게 흐를 수 있어야 한다.
하지만 놀랍게도 과학자들은 금속나트륨을 열전도 매체로 선택했다. 나트륨 고체와 연소폭발의 단점을 무시하면 속더미의 완벽한 열전도 매체이기 때문이다. 그래서 초기 속더미를 만든 대부분의 나라들은 나트륨을 냉각수로 선택했다. 사실, 고속 중성자 증식 원자로의 구조는 압수수와 비슷하다. 한 회로의 물이나 중수는 금속나트륨으로 대체되고, 금속나트륨은 고온에서 흐르는 액체로, 밖에서 터빈교환으로 물이 끓고, 냉각된 후 원자로로 돌아가 열을 흡수한다.
고속 중성자 증식 원자로
금속나트륨의 끓는 점은 883 C 이므로 반응기의 온도는 반드시 이 온도 이하로 조절해야 한다. 그러나 나트륨 냉더미에는 고압이 없어 스트레스 위험이 크지 않다. 그러나 나트륨은 공기나 물에 닿을 때 연소하고 폭발하는 물질이다. 고온 금속 나트륨이 누출되면 위험이 크기 때문에 냉속 중성자 원자로가 직면한 가장 큰 문제는 나트륨 누출로 인한 화재인데, 이는 아직 해결되지 않은 문제인 것 같다!
나트륨 콜드 고속 중성자 부가 가치 원자로
유명한 나트륨 냉속더미 사고
잘 알려진 나트륨 냉속더미 사고는 일본의 문수더미다. 1995 년 2 월 8 일 문수더미 2 차 냉각 시스템 온도계 (열전쌍) 케이스가 손상되어 640kg 의 나트륨 증기가 파이프에서 쏟아져 화재를 일으켰다. 원자로가 긴급히 정차해 조사책임자가 도쿄호텔에서 한 달 동안 자살했다.
일본의 문수 증식더미
이후 문수 원자로의 안전설계와 유출 시 취한 조치에 중대한 실수가 있었다. 그래서 재개에 관한 줄다리기는 이미 15 가까이 계속되었다. 20 10 년 5 월 6 일, 하지만 같은 해 8 월 26 일 원자로 내 연료 교체 로봇 팔이 고장나 농축 연료 교체 불가 (일본이 플루토늄 -239 분리 예정) 로 책임자추락 사고가 발생했다.
일본은 문수더미를 정식으로 폐기했다
20 16 65438+2 월 2 1, 일본 정부 결정 1970 시작, 1995 운영, 총 비용/kk
다른 냉각수는요?
금속 납은 냉각수로도 수요를 충족시킬 수 있다. 납의 중성자 흡수 단면은 나트륨보다 작고 전력 밀도가 높아 더 큰 원자력 발전소를 건설하는 데 사용할 수 있다. 그러나 그 문제는 장점만큼 분명합니다. 납의 융점은 327 C 이기 때문에 파이프에서 녹기 어려우므로 일단 시동이 걸리면 끊임없이 흐를 필요가 있다. 납 증기가 맹독하여 건설 비용이 너무 높다!
소련 납 냉각 고속 원자로 구조도
공랭식 고속 중성자 증식로는 실제로 공냉원자로 역사상 가장 오래된 무더기형 (흑연으로 완속제, 체르노빌은 압력관 흑연 끓는 물 더미) 이지만 전력 밀도가 낮고 연료 소비가 낮아 끓는 물 더미와 압력수로 대체되었다. 그러나, 고속 중성자 증식더미의 나트륨과 납에 비해, 기냉의 단점은 그리 뚜렷하지 않다.
공랭식 급속 증식 원자로
공랭식 고속 중성자 증식 원자로는 아직 연구 중이다. 헬륨이나 이산화탄소를 냉각 가스로 사용하는 4 세대 원자로에 속한다. 그것의 출현이 문제를 해결하고, 우세를 발휘하고, 현대적으로 처리하기 어려운 사용 후 연료를 이용하여 핵융합이 아직 실현되지 않았더라도 인류는 수천 년을 견지할 수 있기를 바란다.
고속 중성자 증식로 외에도 더 많은 원자로가 있습니까?
일반적으로, 고속 중성자 증식더미 외에도 중수로 핵연료를 만드는 데도 사용할 수 있지만, 효율성과 이용률은 고속 원자로가 높지 않다. 현대 핵연료의 가장 좋은 순환은 중수더미를 통해 원시 플루토늄 -239 를 축적한 다음, 고속더미로 플루토늄 -239 를 연소시켜 70% 의 핵연료 이용률을 얻는 것으로, 이는 인간 핵연료를 수백 배로 증가시킬 것이다. 그러나 유감스럽게도, 여러 가지 제한으로 인해 당분간 완벽히 실현될 수 없다.
원자로 코어
핵분열과 마찬가지로 중성자가 증식하는 방식도 핵융합 원자로에 나타날 수 있는데, 이는 인류가 돌파를 시도하고 있는 중수소 융합원자로에서 나온 것이다. 이는 핵융합 조건을 가장 쉽게 만족시킬 수 있는 두 가지 재료이기 때문이다. 바닷물의 중수소 함량은 0.02% 이고, 텅스텐은 기본적으로 존재하지 않지만 중성자를 통해 리튬 -6 을 폭격할 수 있기 때문에, 중수소 융합에서 불필요한, 처리하기 어려운 중성자로 리튬 -6 을 폭격하는 방법을 제공한다.
중수소 삼중 수소 융합 반응
중수소 융합은 중성자를 필요로 하지 않기 때문에, 중성자는 매우 싫어하는 것으로, 처리할 수 없지만, 단지 융합 연료 플루토늄에 대한 공헌은 매우 적다. 이론적으로, 삼중 수소 핵과 중수소 융합은 중성자를 생산할 수 있지만, 중성자가 잘 통제되지 않았기 때문에 이 효율성은 여전히 논쟁의 여지가 있지만, 약간의 회복은 첫 번째 벽보다 사람을 훨씬 더 많이 폭격합니다.
현대인류가 장악하고 있는 이 기술의 경우 핵융합은 아직 멀고, 고속더미 기술은 각종 안전기술의 제한을 받지만, 전반적으로 속더미는 여전히 우리와 비교적 가깝다. 결국 각국은 모두 실패한 경험이 있고, 성숙한 경험도 있다. 예를 들면 중국의 빠른 무더기와 같다. 중국 실험용 고속 원자로? 20 12 생산으로 현재 정상적으로 작동하고 있습니다. 앞으로 4 세대 공랭식 고속 원자로 기술이 성숙함에 따라 글로벌 에너지 기술에 원자력 혁명이 일어날 것으로 예상되는데, 이는 핵융합이 실현되기 전 최고의 소식이다.