6. Принцип устройства и работы ядерного реактора. Ядерные реакции, протекающие в реакторе.

Ядерный реактор-устройство, в котором поддерживается цепная реакция деления.

Назначение реактора:1) экспериментальное,2) для промышленного получения р/н,3) для производства электроэнегрии.

Составные части реактора: 1) активная зона, окруженная отражателями,2) теплоноситель, 3) система регулирования, 4) радиационная защита, 5) др. конструктивные элементы и пульт дистанционного управления.

Активная зона состоит из замедлителя нейтронов (тяжелая вода, графит) и ядерного горючего. Ядерное горючее (табл. из спеченного двуокиси урана) заключено в метал. трубки и составляет т.н. ТВЭлы (тепловыделяющие элементы). V активной зоны нес-ко кубометров. Акт. зона окружена отражателем (часто из бериллия). В реакторах-размножителях, работающих на быстрых нейтронах, в отражатель введены большие кол-ва урана 238 и 232 для воспроизводства ядерного горючего.

Управление интенсивностью цепной реакции деления осущ-ся регулирующими стержнями, выполненными из кадмия или карбида бора (эффективно поглощают нейтроны).

При работе реактора в акт. зоне происходит выделение тепла. Отвод тепла из акт. зоны осущ-ся теплоносителями (вода, водяной пар, азот, углекислый газ)

Защитой от нейтронов и гамма-излучения, возникающих в реакторе, служит железобетон и свинец.

Основные типы энергетических реакторов: 1) водоводяной, 2) водографитный,3) газографитный.

Ядерные реакции в реакторе

Цепная реакция деления урана 235 в реакторе осущ-ся в среде с большим содержанием урана 238. с целью использования природного урана в качестве горючего его обогащают ураном 235 до 25%. Эти реакции деления приводят к образованию в ТВЭлах разных р/н (I¹³¹, Cs¹³⁷, Tc⁹⁹,Kr⁸⁵). В рез-те в распада осколков деления образуется около 300 р/н и 36 элементов. В ТВЭлах накапливаются трансурановые элементы. В реакторах-размножителях на быстрых нейтронах происходят реакции, ведущие к образованию U²³³, Pu²³⁹). Ядерные реакции приводят к выгоранию ядерного горючего, к воспроизводству вторичного ядерного горючего, к отравлению акт. зоны осколками деления и к отравлению защиты и конструктивных материалов нейтронами, что ведет к появлению наведенной р/активности. В связи с этим проводится периодическая замена ТВЭлов, и этим же обусловлено ограничение времени работы реактора.

7. Принципы физической защиты от ионизирующих излучений.

Защита временем основана на сокращении времени работы с источником, что позволяет уменьшить дозы облучения персонала. Этот принцип особенно часто применяется при непосредственной работе персонала с малыми радиоактивностями.

Защита расстоянием – достаточно простой и надежный способ защиты. Это связано со способностью излучения терять свою энергию во взаимодействиях с веществом: чем больше расстояние от источника, тем больше процессов взаимодействия излучения с атомами и молекулами, что в конечном итоге приводит к снижению дозы облучения персонала.

Защита экранами – наиболее эффективный способ защиты от излучений. В зависимости от вида ионизирующих излучений для изготовления экранов применяют различные материалы, а их толщина определяется мощностью и излучением.

Для защиты от альфа-частицнеобходимо, чтобы толщина экрана превышала длину пробега альфа-частиц в данном материале экрана. Для защиты от внешнего облучения альфа-частицами обычно применяют тонкую металлическую фольгу (20-100 мкм), силикатное стекло, плексиглас или несколько сантиметров воздушного зазора.

Для защиты от бета-излученийприменяют экраны из материалов с малым атомным весом (алюминий, оргстекло, полистирол и др.), т.к. при прохождении бета-излучений через вещество, возникает вторичное излучение, энергия которого увеличивается с ростом атомного номера вещества.При высоких энергиях бета-частиц (>3 МэВ), применяют двухслойные экраны, наружный слой которых выполняется из алюминия. Внутренняя облицовка экрана изготавливается из материалов с малым атомным номером, чтобы уменьшить первоначальную энергию электронов.

При проектировании защитного экранирования от нейтроноввыбирают вещества с малым атомным номером (вода, полиэтилен, парафин, органические пластмассы и др.), т.к. при каждом столкновении с ядром нейтрон теряет тем большую часть своей энергии, чем ближе масса ядра к массе нейтрона.Защита от нейтронов должна иметь в своем составеводород или другое легкое вещество для замедления быстрых и промежуточных нейтронов при упругом рассеянии, тяжелые элементы с большой атомной массой для замедления быстрых нейтронов в процессе неупругого рассеяния и ослабления от захватного гамма-излучения, элементы с высоким эффективным сечением поглощения тепловых нейтронов.

Для защиты от гамма-лучейприменяются экраны из металлов высокой плотности (свинец, висмут, вольфрам), средней плотности (нержавеющая сталь, чугун, медные сплавы) и некоторые строительные материалы (бетон, баритобетон и др.).