Вопрос 1. Типы реакторов на тепловых нейтронах Вопрос 2. Делящиеся и неделящиеся нуклиды

3 вопрос. Атом и атомное ядро. Тут уж сами расскажете, либо: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%8F%D0%B4%D1%80%D0%BE

4 вопрос: Основные элементарные частицы.

Элемента́рная части́ца — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части.

Следует иметь в виду, что некоторые элементарные частицы (электрон, нейтрино, кварки и т. д.) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные фундаментальные частицы. Другие элементарные частицы (так называемые составные частицы — протон, нейтрон и т. д.) имеют сложную внутреннюю структуру, но, тем не менее, по современным представлениям, разделить их на части невозможно. Всего вместе с античастицами открыто более 350 элементарных частиц. Из них стабильны фотон, электронное и мюонное нейтрино, электрон, протон и их античастицы. Остальные элементарные частицы самопроизвольно распадаются за время от приблизительно 1000 секунд (для свободного нейтрона) до ничтожно малой доли секунды (от 10^-24 до 10^-22, для резонансов). Резонанс — элементарная частица, представляющая собой возбуждённое состояние адрона.

Классификация

По величине спина

Все элементарные частицы делятся на два класса:

• бозоны— частицы с целым спином (например, фотон, глюон, мезоны, бозон Хиггса).

• фермионы— частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино);

По видам взаимодействий

Элементарные частицы делятся на следующие группы:

Составные частицы

• адроны— частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на:

  • мезоны— адроны с целым спином, то есть являющиеся бозонами;

  • барионы— адроны с полуцелым спином, то есть фермионы. К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядро атома, — протон и нейтрон.

Фундаментальные (бесструктурные) частицы

• лептоны— фермионы, которые имеют вид точечных частиц (то есть не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10⁻¹⁸ м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов.

• кварки— дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались (для объяснения отсутствия таких наблюдений предложен механизмконфайнмента). Как и лептоны, делятся на 6 типов и считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.

• калибровочные бозоны— частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия:

  • фотон— частица, переносящая электромагнитное взаимодействие;

  • восемь глюонов— частиц, переносящих сильное взаимодействие;

  • три промежуточных векторных бозона W⁺, W⁻ и Z⁰, переносящие слабое взаимодействие;

  • гравитон— гипотетическая частица, переносящая гравитационное взаимодействие. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит в Стандартную модель элементарных частиц.

Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны — это кванты разных типов взаимодействий.

Кроме того, в Стандартной модели с необходимостью присутствует хиггсовский бозон, впервые экспериментальные указания на существование которого появились в 2012 году.

5 вопрос:. Радиоактивный распад ядер

6 вопрос: Стабильные и нестабильные ядра. Изотопы и изобары

Стабильность ядер определяется балансом притягивающих ядерных сил между нуклонами: нейтронами (n) и протонами (р), и отталкивающих кулоновских сил, которые действуют между заряженными протонами. Таким образом, в ядре осуществляются разного типа взаимодействия - (n-р), (n-n), (р-р). Наиболее сильными являются (n-р)-взаимодействия. Поэтому наиболее стабильными являются ядра с близким числом нейтронов и протонов, так как в них осуществляется максимальное число (n-р)-взаимодействий. Чистые (n-n)-системы являются нестабильными (за исключением нейтронных звезд, где стабилизирующими силами являются гравитационные силы). Нестабильны и системы, состоящие из малого числа протонов и большого числа нейтронов, и наоборот. Кулоновские силы также ограничивают область существования тяжелых ядер, для которых короткодействующие ядерные силы не могут компенсировать кулоновские силы отталкивания, и тяжелые ядра с числом протонов Z > 90 распадаются путем спонтанного деления с образованием двух более стабильных кусков - осколков деления. Этим же объясняется и то, что ядра тяжелее урана (Z > 92) в природе пока не обнаружены.

Изобары — нуклидыразных элементов, имеющие одинаковоемассовое число. В изобарах числапротоновpинейтроновnразличаются. Совокупность нуклидов с одинаковымA, но разнымpназывают изобарической цепочкой. В то время как массовое число изобаров одинаково, ихатомные массысовпадают лишь приближённо. Зависимость атомной массы (илиизбытка массы) отpв изобарической цепочке показывает направление возможныхбета-распадов. Те видырадиоактивного распада, которые не изменяют массовое число (бета-распад,двойной бета-распад,изомерный переход), переводят одно ядро-изобар в другое. Поскольку распады такого рода происходят в направлении уменьшенияизбытка массы, последовательность таких распадов заканчивается на ядре, представляющем энергетический минимум в данной изобарической цепочке (бета-стабильное ядро).

Изотопы  — разновидности атомов(иядер) какого-либохимического элемента, которые имеют одинаковый атомный(порядковый) номер, но при этом разные массовые числа.Химические свойстваатома зависят от строения электронной оболочки, которая, в свою очередь, определяется в основном зарядом ядраp(то есть количеством протонов в нём), и почти не зависят от егомассового числаA(то есть суммарного числапротоновZи нейтроновN). Все изотопы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра, отличаясь лишь числом нейтронов. Обычно изотоп обозначается символом химического элемента, к которому он относится, с добавлением верхнего левого индекса, означающего массовое число (например,¹²C,²²²Rn). Можно также написать название элемента с добавлением через дефис массового числа (углерод-12, радон-222). Некоторые изотопы имеют традиционныесобственные названия(например,дейтерий,актинон)

7 вопрос: Деление урана: стадии и энергетический баланс

8: Технологическая схема АЭС

9 Вопрос: оборудование атомной электростанции

ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР

Водо-водяной энергетический реактор (ВВЭР) является ядерным реактором корпусного типа на тепловых нейтронах. Он предназначен для преобразования энергии деления ядер урана 235 в тепловую энергию.

ЯДЕРНОЕ ТОПЛИВО

В энергетических реакторах в качестве топлива обычно используется не металлический уран, а его соединения, образующие керамику, в частности диоксид урана. Диоксид урана обычно получают в виде порошка осаждением урана из раствора уранилнитрата алюминием или перекисью водорода. В ядерных реакторах топливо обычно используется в виде таблеток, которые изготавливаются методом холодного прессования и спекания. Наполненные топливным материалом тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы) обьеденены в тепловыделяющие сборки (ТВСы), которые и образуют активную зону.

ПАРОГЕНЕРАТОР АЭС - это рекуперативный теплообменный аппарат, предназначенный для производства рабочего пара за счет теплоты, вносимой в него теплоносителем, в заданных начальных параметрах и в заданном количестве. Парогенераторы для блоков АЭС с ВВЭР технологичны в изготовлении и позволяют производить осушку пара простейшими сепарационными устройствами.

ГЛАВНЫЙ ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ НАСОС

Обеспечение циркуляции теплоносителя первого контура, вследствие чего к ним применяются повышенные требования по надежности работы и герметичности. Ввиду сравнительно небольшого гидравлического сопротивления в контурах теплоносителей ГЦН не должны развивать высоких напоров и поэтому выполняются одноступенчатыми диагонального типа. Для них так же характерны большие расходы.

На энергоблоках с ЯР типа ВВЭР 1000 используется 4 главных циркуляционных насоса типа ГЦН-195М (рисунок слева) - это вертикальный, односторонний, центробежный насос с механическим уплотнением вала, консольным РК, с подшипниками скольжения (смазка нижнего – вода, верхнего – масло).

ГЕРМЕТИЧНАЯ ОБОЛОЧКА реакторного отделения является четвертым физическим барьером на пути распространения радиоактивных веществ. Кроме оборудования первого контура в ней расположены технологические системы, обеспечивающие безопасную эксплуатацию реакторной установки.

ПАРОВАЯ ТУРБИНА - это тепловой двигатель, в котором потенциальная тепловая энергия водяного пара преобразуется сначала в кинетическую энергию движения струи пара, а затем - в механическую энергию вращения вала ротора.

В энергетике часто турбина является частью турбогенератора, вал ротора которой соединяется с ротором электрогенератора.

ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР - это часть ТГ, предназначенная для преобразования механической энергии вращения вала ротора паровой турбины в электрическую энергию и выдачи ее потребителю.

ТРАНСФОРМАТОР предназначен для повышения напряжения передаваемой потребителю электроэнергии, что позволяет снизить потери при ее транспортировке.

На АЭС наибольшее распостранение получили 3-х фазные трансформаторы, т.к. потери в них ниже на 12-15%, а расход активных материалов и стоимость на 20-25%, чем группа из 3-х однофазных.

10: Цепная реакция деления. Коэффициент размножения.

11: . Замедлители и теплоносители ядерных реакторов

Замедлители

В качестве замедлителей в реакторах на тепловых нейтронах используются вещества, имеющие большое сечение упругого и неупругого рассеяния и малое эффективное сечение поглощения нейтронов. Кроме того, у них должна быть малая атомная масса. К таким веществам относятся водород, дейтерий, углерод, бериллий и некоторые их соединения. Таким образом, могут быть реакторы с легководным (Н2О), тяжеловодным (D2О), графитовым (C), бериллиевым (Be, ВеО), органическим (дифенил, трифенил, моноизопропилдифенил и т. п.) замедлителями. Наиболее распространены легководные, тяжеловодные и графитовые реакторы.

Свойства материалов-замедлителей характеризуются замедляющей способностью и коэффициентом замедления.

Тяжелая вода имеет наибольший из всех замедлителей коэффициент замедления вследствие очень низкого сечения поглощения нейтронов. По теплофизическим свойствам тяжелая вода аналогична легкой воде, но по ядерно-физическим свойствам она является наилучшим замедлителем для ядерных реакторов (имеет малое сечение поглощения тепловых нейтронов), но замедляющая способность тяжелой воды меньше, чем легкой, отсюда больший размер активной зоны.

Обычная (легкая) вода обладает наилучшей замедляющей способностью вследствие большого сечения рассеяния тепловых нейтронов. Поэтому в легководных реакторах размеры активной зоны наименьшие. Но при этом концентрация делящихся нуклидов в ядерном топливе должна быть достаточно высокой, т. е. оно должно быть обогащенным. Это обусловлено большим сечением поглощения нейтронов в обычной воде.

Графит имеет коэффициент замедления в 3 раза больше, чем у легкой воды, но значительно ниже по сравнению с тяжелой водой. Поэтому в реакторах с графитовым замедлителем критическая масса меньше, чем в легководных реакторах, но больше, чем в тяжеловодных. Замедляющая же способность графита наименьшая из этих трех замедлителей.

Теплоносители

Видом теплоносителя по существу определяются теплотехнические параметры реактора. От выбранного теплоносителя зависит также гидравлическая схема энергетической установки. В качестве теплоносителей применяют обычную и тяжелую воду (Н2О и D2О), органические жидкости (те же, что и замедлители), газы (CO2 , Не и др.), жидкие металлы (Na, К, Li и др.).

Обычная (легкая) и тяжелая вода различаются только ядерными свойствами, что важно при использовании их в качестве замедлителей (влияет на загрузку топлива). В остальном их свойства совершенно одинаковы. Поэтому как теплоносители обычная и тяжелая вода идентичны. Хорошие теплофизические свойства, высокая коррозийная и эрозионная стойкость многих материалов в воде. Вода в реакторах может находиться в состоянии без кипения, в виде пароводяной смеси или пара.

Органические жидкости имеют удовлетворительные теплофизические свойства, не вызывают коррозии и эрозии конструкционных материалов, не активируются. Особое преимущество их состоит в том, что давление паров у них низкое при достаточно высокой температуре. Однако органические жидкости интенсивно разлагаются и образуются тяжелые фракции и газы. Реакторы с органическим теплоносителем пока не нашли широкого распространения.

В случае использования газовых теплоносителей ограничение температуры не связано с давлением, что дает возможность иметь высокую температуру. Газы слабо активируются. Однако газовые теплоносители требуют больших затрат на перекачку, ввиду низкой теплоотдачи и теплоемкости. Тем не менее газы, особенно гелий, - перспективные теплоносители вследствие возможности получения высоких температур и коэффициента полезного действия.

Жидкометаллические теплоносители имеют хорошие теплофизические свойства и низкое давление паров при высокой температуре. Это позволяет получить в реакторах с жидкометаллическим теплоносителями высокую температуру при низком давлении. Недостатки жидких металлов - высокая наведенная активность и высокая температура плавления.

12: . Воспроизводство вторичного ядерного топлива

Воспроизводство ядерного топлива- это процесс образования в реакторе вторичных делящихся нуклидов из нуклидов, которые не делятся на тепловых нейтронах. В реакторах, работающих на уране, помимо выгорания делящегося нуклида²³⁵U при радиационном захвате нейтронов ядрами²³⁸U(реакция (n, )) образуются ядра нового делящегося нуклида²³⁹Pu. Затем, в результате последовательных захватов на²³⁹Puобразуются также ядра²⁴⁰Puи²⁴¹Pu.Аналогично в ядерном реакторе, содержащем в активной зоне торий²³²Thв качестве сырьевого нуклида, образуется новый делящийся нуклид²³³U.

Таким образом, имеется возможность организовать в ядерных реакторах два цикла воспроизводства ядерного топлива, основанных на двух типах ядерных реакций: уран- плутониевый топливный цикл и торий – урановый топливный цикл:

Ядерное топливо, содержащее в качестве делящегося компонента ²³⁵U, называют первичное ядерное топливо, ядерное топливо, содержащее в качестве делящегося компонента²³⁹Puили²³³U, называют вторичное ядерное топливо.

Если вторичный делящийся нуклид отличается от выгорающего, то процесс называют конверсией (превращением), а реактор- конвертором. Если вторичный нуклид совпадает с первичным, то процесс называют воспроизводством или бридингом. 

13: Принцип работы паровой турбины

Паровую турбину относят к типу лопаточного двигателя. Рабочим органом ее является насаженный на вал диск с венцом изогнутых рабочих лопаток. Перед лопатками расположен ряд простых или комбинированных сопл. Сопла являются неподвижной частью турбины; их крепят к корпусу или диафрагме.

Принцип действия турбины объясним двумя процессами, происходящими в сопловых решетках и каналах, образованных рабочими лопатками, при прохождении через них рабочего тела — пара или газа. В соплах потенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую; в лопаточном канале под воздействием струи пара возникает центробежная сила, воздействующая на лопатки и вызывающая вращение ротора турбины. При соединении вала с генератором тока механическая энергия преобразуется в электрическую.

В однодисковой турбине не удается достаточно полно использовать кинетическую энергию струи пара. Значительная часть ее теряется с выходной скоростью пара, покидающего турбину, что снижает КПД турбины. Кроме этого, для генераторов тока чрезмерно высокая частота вращения не требуется. В целях снижения угловой скорости и повышения экономичности работы турбины их выполняют многоступенчатыми — со ступенями скорости и давления.

По принципу действия в зависимости от характера сил, вызывающих вращение вала, турбины подразделяют на активные и реактивные. Особенностью реактивных турбин является несимметричная форма лопаток, образующих криволинейные суживающиеся каналы. При движении по таким каналам пар на выходе из сопла продолжает расширяться, повышая свою относительную скорость. В дополнение к центробежной силе это вызывает действующую на лопатки реактивную силу давления.

Турбины, работающие по активному принципу, имеют симметричную форму лопаток и лопаточный канал почти постоянного сечения. Поэтому падение давления и увеличение скорости пара в них происходят только в соплах, на рабочих лопатках используется только кинетическая энергия пара.

Турбина на одном диске имеет два параллельных венца лопаток. Между ними расположены неподвижные направляющие лопатки для плавного перехода струи пара с одного венца на другой с целью сохранения одного направления силы, действующей на лопатки каждого ряда. Давление от р0 до р\ падает только в соплах, на рабочих лопатках оно остается постоянным. С падением давления в соплах увеличивается кинетическая энергия, которая поровну распределяется между двумя рядами рабочих лопаток, превращаясь в работу на- валу турбины. Изменение скорости на направляющих лопатках весьма незначительно за счет некоторой потери энергии на трение. Турбины имеют низкий КПД и небольшую мощность; их применяют для привода машин небольшой мощности (центробежных насосов и пр.).

14: Термодинамические процессы в теплоэнергетической установке АЭС

15: . Влияние начальных и конечных параметров пара ПТУ на ее КПД

16: Оборудование тепловой схемы ПТУ. Подогреватели, конденсатор, деаэратор.