原子炉の出力。 原子炉、動作原理、原子炉の運転
原子炉の仕事は 1 つあります。それは、制御された反応で原子を分割し、放出されたエネルギーを使用して電力を生成することです。 長年にわたり、原子炉は奇跡であると同時に脅威であると見なされてきました。
1956年に米国初の商業用原子炉がペンシルベニア州シッピングポートで稼動したとき、この技術は未来のエネルギー源として歓迎され、原子炉によって発電があまりにも安くなると考える人もいた。 現在、世界中で 442 台が製造されています。 原子炉、これらの原子炉の約4分の1は米国にあります。 世界は原子炉に依存するようになり、電力の 14 パーセントを生産しています。 未来学者は原子力自動車についても空想しました。
1979 年にペンシルバニア州スリーマイル島発電所の 2 号機原子炉で冷却システムの故障と放射性燃料の部分的メルトダウンが発生したとき、原子炉に対する温かい感情は根本的に変わりました。 破壊された原子炉は封じ込められ、深刻な放射線は放出されなかったにもかかわらず、多くの人々は原子炉があまりにも複雑で脆弱であり、壊滅的な結果をもたらす可能性があると考えるようになりました。 人々は原子炉から出る放射性廃棄物についても懸念していました。 その結果、米国における新規原子力発電所の建設は停滞している。 さらに重大な事故が起きたとき、 チェルノブイリ原子力発電所 1986 年のソ連では、原子力は運命にあるように見えました。
しかし、エネルギー需要の増大と化石燃料の供給の減少に加え、二酸化炭素排出による気候変動への懸念の高まりを受けて、2000年代初頭、原子炉が復活し始めた。
しかし、2011 年 3 月に別の危機が発生しました。今回は日本の福島第一原子力発電所が地震によって大きな被害を受けました。
核反応の利用
簡単に言えば、原子炉は原子を分割し、それらの部分を結合するエネルギーを放出します。
高校物理を忘れた場合は、その方法を思い出させてください。 核分裂動作します。 原子は小さなもののようです 太陽光発電システム、太陽のような核と、その周りを周回する惑星のような電子があります。 原子核は陽子と中性子と呼ばれる粒子が結合して構成されています。 コアの要素を結合する力は想像することさえ困難です。 それは重力の何十億倍も強いです。 この巨大な力にもかかわらず、中性子を発射することで原子核を分裂させることが可能です。 これが完了すると、大量のエネルギーが放出されます。 原子が崩壊すると、その粒子が近くの原子に衝突して分裂し、その原子が次々と次の原子へと分裂していきます。 いわゆる 連鎖反応.
大きな原子を持つ元素であるウランは、核の粒子を結合する力が他の元素に比べて比較的弱いため、核分裂プロセスに理想的です。 原子炉は、と呼ばれる特定の同位体を使用します。 U走った-235 。 ウラン 235 は自然界では稀で、ウラン鉱山からの鉱石にはウラン 235 が約 0.7% しか含まれていません。 これがリアクターが使用される理由です 豊かなU傷、ガス拡散プロセスを通じてウラン 235 を分離および濃縮することによって作成されます。
原子爆弾では、第二次世界大戦中に日本の広島と長崎に投下された爆弾と同様の連鎖反応プロセスが引き起こされる可能性があります。 しかし、原子炉では、中性子の一部を吸収するカドミウム、ハフニウム、ホウ素などの材料で作られた制御棒を挿入することによって連鎖反応が制御されます。 これにより、核分裂プロセスで水を約 270 度まで加熱して蒸気に変えるのに十分なエネルギーが放出され、その蒸気が発電所のタービンを回転させて発電するのに使用されます。 基本的に、この場合、制御された核爆弾は、石炭の代わりに電気を生成するために機能します。ただし、水を沸騰させるエネルギーは、炭素を燃やすのではなく原子の分裂から得られる点が異なります。
原子炉コンポーネント
いくつかあります さまざまな種類原子炉がありますが、それらはすべていくつかの原子炉を持っています。 一般的な特性。 それらはすべて放射性燃料ペレット（通常は酸化ウラン）を供給しており、それが管の中に配置されて燃料棒を形成している。 アクティブゾーンe反応器.
リアクターには、前述したものもあります。 マネージャーeロッドそして- カドミウム、ハフニウム、ホウ素などの中性子吸収材料で作られており、反応を制御または停止するために挿入されます。
リアクターにはまた、 モデレータ、中性子の速度を遅くし、核分裂プロセスの制御に役立つ物質。 米国のほとんどの原子炉は普通水を使用しますが、他の国の原子炉では黒鉛が使用される場合があります。 重いおお水で、水素が、陽子 1 つと中性子 1 つを持つ水素の同位体である重水素に置き換えられます。 システムのもう 1 つの重要な部分は、 冷却そして私液体b、通常は普通の水で、原子炉からの熱を吸収して伝達してタービンを回転させる蒸気を生成し、ウランが溶ける温度（摂氏約3815度）に達しないように原子炉領域を冷却します。
最後に、反応器は密閉されます。 貝殻で、通常は数メートルの厚さの大きくて重い構造物で、鋼鉄とコンクリートで作られており、放射性ガスや液体を内部に保ち、誰にも害を及ぼすことはありません。
さまざまなリアクター設計が使用されていますが、最も一般的なものの 1 つは次のとおりです。 加圧水型発電炉（VVER）。 このような原子炉では、水が炉心と強制的に接触し、蒸気にならないほどの圧力下でそこに留まります。 この水は蒸気発生器内の非加圧水と接触して蒸気になり、タービンを回転させます。 デザインもありますよ 高出力チャネル型反応器（RBMK） 1つの水回路と 高速中性子炉 2つのナトリウム回路と1つの水回路を備えています。
原子炉はどのくらい安全ですか?
この質問に答えるのは非常に難しく、誰に尋ねるか、そして「安全」をどのように定義するかによって異なります。 原子炉内で発生する放射線や放射性廃棄物について心配していますか? それとも大惨事が起こる可能性のほうが心配ですか? 原子力の利益と引き換えに許容できるリスクの程度はどの程度だと思いますか? そして、あなたは政府と原子力エネルギーをどの程度信頼していますか？
「放射線」は有力な議論です。その主な理由は、核爆弾などによる大量の放射線が何千人もの人々を殺す可能性があることを誰もが知っているからです。
しかし、原子力発電の推進者たちは、私たちは皆、次のようなさまざまな線源からの放射線に定期的にさらされていると指摘します。 宇宙線そして地球から放出される自然放射線。 平均年間放射線量は約 6.2 ミリシーベルト (mSv) で、その半分は 天然資源、半分はX線などの人工発生源からのもの 胸、煙感知器、夜光時計の文字盤。 原子炉からはどのくらいの放射線が放出されるのでしょうか? 私たちの典型的な年間被ばく量のほんの一部が 0.0001 ミリシーベルトです。
すべての原子力発電所では漏洩が避けられないが、 少量放射線に関する規制委員会は、原子力発電所の事業者に厳しい要件を課している。 工場周辺に住む人々を年間1ミリシーベルトを超える放射線にさらすことは禁止されており、工場の労働者には年間50ミリシーベルトの閾値が設けられている。 かなりの量のように思えるかもしれないが、原子力規制委員会によると、年間放射線量が100ミリシーベルト未満であれば人間の健康に何らかのリスクをもたらすという医学的証拠はないという。
しかし、放射線リスクのこの独りよがりな評価に誰もが同意しているわけではないことに注意することが重要です。 たとえば、原子力産業を長年批判してきた社会的責任医師らは、ドイツの原子力発電所の周囲に住む子供たちを調査した。 この研究では、原子力発電所から5キロ以内に住んでいる人々は、原子力発電所から離れたところに住んでいる人々と比べて、白血病に罹患するリスクが2倍であることが判明した。
原子炉廃棄物
原子力発電は、石炭火力発電所と比較して大量の温室効果ガスを大気中に排出しないため、推進者らは「クリーンな」エネルギーとして宣伝している。 しかし批評家たちは別のことを指摘している 環境問題— 核廃棄物の処分。 原子炉からの使用済み燃料の一部は依然として放射能を放出しています。 その他保存すべき不要な資料は、 放射性廃棄物 上級 使用済み燃料の再処理から出る液体残留物で、ウランの一部が残っています。 現在、この廃棄物のほとんどは原子力発電所の地元の池に保管されており、使用済み燃料によって生成される残留熱の一部を吸収し、作業員を放射線被ばくから守るのに役立ちます。
使用済み核燃料の問題の 1 つは、大きなウラン原子が分裂するときに燃料が変化していることです。 副産物 — 放射性同位体セシウム 137 やストロンチウム 90 などのいくつかの軽元素と呼ばれる 核分裂生成物。 それらは高温で非常に放射性が高いですが、最終的には 30 年かけて崩壊し、より小さなものになります。 危険な形態。 この時期が彼らに求められている P期間オーム人生の半分。 他の放射性元素は異なる半減期を持ちます。 さらに、一部のウラン原子は中性子を捕捉し、プルトニウムなどのより重い元素を形成します。 これらの超ウラン元素は、核分裂生成物ほど多くの熱や透過放射線を生成しませんが、崩壊するまでにはるかに長い時間がかかります。 たとえば、プルトニウム 239 の半減期は 24,000 年です。
これら 放射性のe無駄s 上級原子炉からは大量の物質が放出される可能性があるため、人間や他の生命体にとって危険です。 致死量たとえ短時間の被曝であっても放射線。 たとえば、原子炉から残りの燃料を取り出してから10年後、原子炉は人が死亡するのにかかる量の200倍もの放射能を1時間当たり放出している。 そして、廃棄物が地下水や川に流れ込んだ場合、食物連鎖に入り込み、多くの人々を危険にさらす可能性があります。
廃棄物は非常に危険であるため、多くの人が困難な状況にあります。 近くの原子力発電所には6万トンの廃棄物が存在する 主要都市。 でも見つけてください 安全な場所、廃棄物を保管するのは非常に困難です。
原子炉で何が問題になる可能性がありますか?
政府の規制当局が自らの経験を振り返る中、技術者は長年にわたって最適な安全性を実現する原子炉の設計に多くの時間を費やしてきた。 故障せず、適切に動作し、何かが計画どおりに進まない場合のバックアップの安全対策があるだけです。 その結果、世界中で毎年500人から1,100人が定期的に死亡している飛行機旅行などと比べれば、原子力発電所はかなり安全であるように年々見えるようになっている。
しかし、原子炉は大きな故障に見舞われます。 原子炉事故を 1 ～ 7 で評価する国際原子力事象評価尺度では、1957 年以降、5 ～ 7 と評価される事故が 5 件発生しています。
最悪の悪夢は、燃料の過熱につながる冷却システムの故障です。 燃料は液体になり、格納容器を突き抜けて燃え上がり、噴き出します。 放射性放射線。 1979 年、スリーマイル島原子力発電所 (米国) の 2 号機はこのシナリオの瀬戸際にありました。 幸いなことに、適切に設計された格納システムは、放射能の流出を阻止するのに十分な強度を備えていました。
ソ連はそれほど幸運ではなかった。 重い 原発事故 1986年4月にチェルノブイリ原子力発電所の第4発電所で起こった。 これは、システム障害、設計上の欠陥、および十分な訓練を受けていない担当者の組み合わせによって引き起こされました。 定期試験中に反応が突然激化し、制御棒が詰まり、緊急停止できなかった。 蒸気の突然の蓄積により 2 回の熱爆発が発生し、原子炉の黒鉛減速材が空中に投げ出されました。 原子炉の燃料棒を冷却するものが何もないと、燃料棒が過熱して完全に崩壊し始め、その結果、燃料が液体の形になりました。 多くの駅員や事故処理員が亡くなった。 たくさんの放射線は323,749平方キロメートルの面積に広がりました。 放射線による死亡者数はいまだ明らかではないが、世界保健機関は、放射線によって9,000人ががんで死亡した可能性があるとしている。
原子炉メーカーは以下に基づいて保証を提供します。 確率的評価eそこで彼らはバランスを取ろうとします 潜在的な害実際に起こる確率から考えてみましょう。 しかし批評家の中には、まれで予期せぬ、しかし非常に危険な出来事に備えるべきだと主張する人もいる。 適例- 2011年3月の事故 原子力発電所日本の福島第一原発。 伝えられるところによれば、この駅は耐えられるように設計されていた 強い地震しかし、5.4メートルの波に耐えるように設計された堤防に14メートルの津波を引き起こしたマグニチュード9.0の地震ほど壊滅的ではない。 津波の猛攻撃により、停電時に原発の6基の原子炉の冷却システムに電力を供給する予定だった予備のディーゼル発電機が破壊されたため、福島原発の制御棒が核分裂を止めた後も、まだ高温の燃料が温度を上昇させた。破壊された原子炉内で危険な状態で上昇します。
日本の当局者が訴えたのは、 少なくとも— 原子炉の浸水 莫大な量 海水添加剤入り ホウ酸、災害は防ぐことができましたが、原子炉設備は破壊されました。 最終的に、日本軍は消防車やはしけの助けを借りてポンプを汲み上げることができました。 淡水反応器に。 しかし、その時までに、監視により、周囲の陸地と水域の放射線量が憂慮すべきレベルであることがすでに示されていました。 原発から40キロ離れたある村では、チェルノブイリ事故後よりもはるかに高いレベルの放射性元素セシウム137が検出され、その地域に人間が居住できる可能性について疑問が生じた。
現代世界における原子力エネルギーの重要性
原子力エネルギーは過去数十年にわたって大きな進歩を遂げ、多くの国にとって最も重要な電力源の 1 つとなっています。 同時に、この業界の発展は、 国民経済「平和な原子」が何百万人もの人々にとって本当の脅威にならないよう全力を尽くしている何万人もの科学者、技術者、一般労働者の多大な努力には価値がある。 原子力発電所の真の核心は原子炉です。
原子炉誕生の歴史
最初のそのような装置は、米国で第二次世界大戦の真っ最中に、有名な科学者でエンジニアの E. フェルミによって製造されました。 彼のせいで 珍しい見た目、黒鉛ブロックを積み上げたような形をしたこの原子炉は、シカゴ・スタックと呼ばれていました。 この装置がブロックの間に配置されたウランで動作することは注目に値します。
ソ連における原子炉の創設
我が国でも核問題が取り上げられました 注目度が高まる。 科学者の主な努力は原子の軍事利用に集中していたという事実にもかかわらず、彼らは得られた結果を平和目的に積極的に利用しました。 コードネーム F-1 と呼ばれる最初の原子炉は、1946 年 12 月末に有名な物理学者 I. クルチャトフ率いる科学者グループによって建設されました。 その重大な欠点は、冷却システムが存在しないことであったため、放出されるエネルギーの力は非常に微々たるものでした。 同じ時に ソ連の研究者彼らが始めた工事は完了し、その結果、わずか 8 年後にオブニンスク市に世界初の原子力発電所が稼働しました。
反応器の動作原理
原子炉は非常に複雑で危険な技術装置です。 その動作原理は、ウランの崩壊中にいくつかの中性子が放出され、次に隣接するウラン原子から素粒子を叩き出すという事実に基づいています。 この連鎖反応により、熱とガンマ線の形で大量のエネルギーが放出されます。 同時に、この反応がいかなる方法でも制御されない場合、ウラン原子の分裂が起こるという事実を考慮する必要があります。 短時間強力な爆発を引き起こし、望ましくない結果を招く可能性があります。
厳密に定義された制限内で反応を進行させるには、 すごい価値原子炉装置を持っています。 現在、そのような構造はそれぞれ、冷却剤が流れる一種のボイラーです。 通常、この能力には水が使用されますが、液体黒鉛または重水を使用する原子力発電所もあります。 何百もの特別な六角形のカセットがなければ、現代の原子炉を想像することは不可能です。 それらには燃料生成要素が含まれており、そのチャネルを通って冷却剤が流れます。 このカセットは、中性子を反射して連鎖反応を遅らせることができる特別な層でコーティングされています。
原子炉とその防護
いくつかのレベルの保護があります。 本体自体に加えて、その上部は特殊な断熱材と生物学的保護材で覆われています。 工学的な観点から見ると、この構造は強力な鉄筋コンクリート製バンカーであり、ドアは可能な限りしっかりと閉じられています。
シカゴ大学フットボール場の西観覧席の下に建設され、1942 年 12 月 2 日に稼働したシカゴ パイル 1 (CP-1) は世界初の原子炉です。 それは黒鉛とウランのブロックで構成され、カドミウム、インジウム、銀の制御棒も備えていましたが、放射線防護や冷却システムはありませんでした。 このプロジェクトの科学責任者である物理学者エンリコ・フェルミ氏は、CP-1を「黒いレンガと木の丸太が湿った山」と表現した。
原子炉の作業は 1942 年 11 月 16 日に始まりました。 難しい作業が完了しました。 物理学者と大学職員は24時間体制で働いた。 彼らは、グラファイトブロックに埋め込まれた酸化ウランとウランインゴットの57層の格子を構築しました。 木のフレームが構造を支えていました。 フェルミの弟子であるレオナ・ウッズ（このプロジェクトの唯一の女性）は、山の成長に合わせて慎重に測定を行った。
1942 年 12 月 2 日、原子炉は試験の準備が整いました。 これには 22,000 個のウランインゴットが含まれており、380 トンの黒鉛、40 トンの酸化ウラン、6 トンの金属ウランが使用されました。 原子炉の建設には270万ドルかかった。 実験は09時45分に始まりました。 フェルミ、コンプトン、シラード、ジン、ヘベリー、ウッズ、黒鉛ブロックやカドミウム棒を作った若い大工、医師、一般学生、その他の科学者ら49人が出席した。
3人が「自殺部隊」を構成し、警備システムの一員となった。 彼らの仕事は、何か問題が起こった場合に火を消すことでした。 制御棒もあり、手動で制御され、非常用棒は原子炉上のバルコニーの手すりに結び付けられていました。 緊急事態が発生した場合、バルコニーで特別に勤務している人がロープを切断し、ロッドが反応を消す必要がありました。
15時53分、史上初めて、自律的な核連鎖反応が始まりました。 実験は成功しました。 反応器は２８分間運転された。
また、必要に応じて反応器を急冷して使用します。 バケツの水そして 氷.
| 要素 | 熱容量 |
|---|---|
| 冷却ロッド 10k(eng. 10k クーラントセル) | |
| 10 000 | |
| 冷却ロッド 30k(eng. 30K クーラントセル) | |
| 30 000 | |
| 冷却ロッド 60k(eng. 60K クーラントセル) | |
| 60 000 | |
| 赤いコンデンサ(英語 RSH コンデンサー) | |
| 19 999 | |
| 過熱したコンデンサーをレッドストーンダストと一緒にクラフトグリッドに配置すると、蓄熱量を 10,000 eT 補充できます。 したがって、 完全回復コンデンサには2つのダストが必要です。 |
|
| ラピスラズリコンデンサ(eng. LZH-コンデンサー) | |
| 99 999 | |
| レッドストーン（5000 eT）だけでなく、ラピスラズリも40,000 eTで補充されます。 |
原子炉冷却 (バージョン 1.106 まで)
- 冷却棒は 10,000 eT を蓄えることができ、毎秒 1 eT ずつ冷却されます。
- 原子炉被覆管にも 10,000 eT が蓄えられ、10% の確率で 1 eT (平均 0.1 eT) ごとに冷却されます。 サーモプレートを通じて、燃料要素と熱分配器が熱を分散させることができます。 より大きな数冷却要素。
- ヒート スプレッダーは 10,000 eT を蓄え、近くの要素の熱レベルのバランスもとりますが、各要素への再分配は 6 eT/s を超えません。 また、最大 25 eT/s の熱を身体に再分配します。
- パッシブ冷却。
- 原子炉周囲の 3x3x3 の領域で原子炉を囲む空気の各ブロックは容器を 0.25 eT/s 冷却し、水の各ブロックは 1 eT/s 冷却します。
- さらに、反応器自体は 1 eT/s で冷却されます。 内部システム換気。
- 追加の各リアクター チャンバーも換気され、ハウジングをさらに 2 eT/s 冷却します。
- しかし、3x3x3 ゾーンに溶岩ブロック (溶岩源または溶岩流) がある場合、船体の冷却が 3 eT/s 減少します。 また、同じエリアで火災が発生すると、冷却が 0.5 eT/s 減少します。
- 緊急冷却 (バージョン 1.106 まで)。
- 炉心に置かれたバケツの水は、原子炉容器が少なくとも 4,000 eT 加熱された場合、原子炉容器を 250 eT 冷却します。
- 体が少なくとも 300 eT 加熱されると、氷は体を 300 eT 冷却します。
原子炉の分類
原子炉には、MK1、MK2、MK3、MK4、MK5 という独自の分類があります。 タイプは、熱とエネルギーの放出、およびその他のいくつかの側面によって決定されます。 MK1 は最も安全ですが、生成するエネルギーは最も少ないです。 MK5 は爆発の可能性が最も高く、最も多くのエネルギーを生成します。
MK1
最も安全なタイプの反応器で、まったく加熱せず、同時に生成するエネルギーも最小限に抑えます。 2 つのサブタイプに分けられます: MK1A - クラスの条件に関係なく準拠するもの 環境 MK1B - クラス 1 規格を満たすために受動的冷却を必要とするもの。
MK2
最も最適なタイプの原子炉。フル出力で運転した場合、1 サイクルあたり 8500 eT (燃料棒が完全に放電するまでの時間または 10,000 秒) を超えて加熱されません。 したがって、これが熱とエネルギーの最適な妥協点となります。 これらのタイプの原子炉には、別の分類 MK2x もあります。ここで、x は原子炉が重大な過熱なしに動作するサイクル数です。 数値は 1 (1 サイクル) から E (16 サイクル以上) までです。 MK2-E は事実上永久的なものであるため、すべての原子炉の中で標準となっています。 (つまり、16 サイクルが終了する前に、原子炉は 0 eT まで冷却する時間があります)
MK3
少なくとも1/10を稼働できるリアクター フルサイクル水の蒸発/ブロックの溶解なし。 MK1 および MK2 よりも強力ですが、しばらくすると温度が臨界レベルに達する可能性があるため、追加の監視が必要です。
MK4
フルサイクルの少なくとも 1/10 を爆発なしに運転できる原子炉。 最も強力な運用タイプ 原子炉最も注意が必要な点です。 常に監視が必要です。 初めて約 200,000 ～ 1,000,000 eE を放出します。
MK5
クラス5原子炉は運転不能であり、主に爆発するという事実を証明するために使用されます。 このクラスの機能的なリアクターを作成することは可能ですが、そうすることに意味はありません。
追加の分類
リアクターにはすでに 5 つのクラスが存在しますが、リアクターは、冷却タイプ、効率、性能に関してさらにいくつかのマイナーだが重要なサブクラスに分割されることがあります。
冷却
-SUC(使い捨て冷却剤 - 冷却要素の 1 回限りの使用)
- バージョン 1.106 より前では、このマークは原子炉の冷却を示していました。 緊急の方法で（水または氷の入ったバケツを使用します）。 通常、このような原子炉は、監視なしでは非常に長期間運転できない可能性があるため、めったに使用されないか、まったく使用されません。 これは通常、Mk3 または Mk4 に使用されていました。
- バージョン 1.106 以降、サーマル コンデンサが登場しました。 -SUC サブクラスは、回路内の熱コンデンサの存在を示すようになりました。 熱容量はすぐに回復できますが、これにはレッドダストまたはラピスラズリを消費する必要があります。
効率
効率は、燃料棒によって生成されるパルスの平均数です。 大まかに言えば、これは原子炉の運転の結果として得られる数百万のエネルギーを燃料棒の数で割った数です。 しかし、濃縮回路の場合、パルスの一部が濃縮に費やされ、この場合、効率は受け取ったエネルギーに完全には対応せず、より高くなります。
2 本および 4 本の燃料棒は、1 本の燃料棒に比べて基本効率が高くなります。 単一の燃料棒はそれ自体で 1 つのパルスを生成し、2 つの燃料棒は 2 つ、4 つの燃料棒は 3 つのパルスを生成します。 4 つの隣接するセルの 1 つが別の燃料要素、劣化した燃料要素、または中性子反射体を含む場合、パルス数は 1 つ増加します。つまり、最大でさらに 4 つ増加します。上記のことから、効率が向上しないことが明らかです。 1 未満か 7 より大きい。
| マーキング | 意味 効率 |
|---|---|
| E.E. | =1 |
| ED | >1 および<2 |
| EC | ≧2かつ<3 |
| E.B. | ≥3 および<4 |
| E.A. | ≥4 および<5 |
| EA+ | ≥5 および<6 |
| EA++ | ≥6 および<7 |
| EA* | =7 |
他のサブクラス
原子炉の図に追加の文字、略語、またはその他の記号が表示される場合があります。 これらのシンボルは使用されていますが (たとえば、サブクラス -SUC は以前に正式に登録されていませんでした)、あまり普及していません。 したがって、原子炉を Mk9000-2 EA^ dzhigurda と呼ぶこともできますが、このタイプの原子炉は単に理解されず、冗談とみなされます。
原子炉の建設
原子炉が加熱し、突然爆発が起こる可能性があることは誰もが知っています。 そして、それをオフにしたりオンにしたりする必要があります。 以下では、家を守る方法と、絶対に爆発しない原子炉を最大限に活用する方法について説明します。 この場合、すでに 6 つのリアクター チャンバーが設置されているはずです。
チャンバーを備えた反応器の図。 原子炉内部。
- リアクターを強化石（5x5x5）で覆う
- 受動的冷却を実行します。つまり、反応器全体を水で満たします。 水は下に流れていきますので上から入れてください。 このスキームを使用すると、反応器は毎秒 33 eT で冷却されます。
- 冷却ロッドなどで最大限のエネルギーを発生させてください。ヒートスプレッダーが1つでも間違って配置されると、大惨事が発生する可能性があるので注意してください。 (図はバージョン 1.106 までを示しています)
- 高電圧によるMFEの爆発を防ぐために、写真のように変圧器を設置しています。
Mk-V EBリアクター
アップデートによって変化がもたらされることは多くの人が知っています。 これらの更新の 1 つは、新しい燃料棒 (2 重および 4 重) を含んでいます。 上の図はこれらの燃料棒には当てはまりません。 以下は、かなり危険だが効果的なリアクターの製造について詳しく説明します。 これを行うには、IndustrialCraft 2 には Nuclear Control が必要です。 この反応器は、リアルタイムで約 30 分で MFSU と MFE を満たしました。 残念ながら、これは MK4 クラスの原子炉です。 しかし、最大6500 eTまで加熱することでその任務を完了しました。 温度センサーに 6500 を取り付け、センサーに警報および緊急停止システムを接続することをお勧めします。 アラームが 2 分以上鳴り続ける場合は、原子炉を手動で停止することをお勧めします。 構造は上と同じです。 コンポーネントの位置のみが変更されています。
出力: 360 EU/t
合計 EE: 72,000,000 EE
生成時間：10分 26秒
リロード時間: 不可能
最大サイクル: 6.26% サイクル
合計時間: なし
このような原子炉で最も重要なことは、爆発させないことです。
Mk-II-E-SUC ブリーダー EA+ リアクターは、劣化した燃料要素を濃縮する機能を備えています。
かなり効果的だが高価なタイプのリアクター。 毎分 720,000 eT が生成され、コンデンサは 27/100 で発熱するため、コンデンサを冷却しなければ、リアクターは 3 分間のサイクルに耐えられ、4 回目でほぼ確実に爆発します。 劣化した燃料要素を濃縮するために取り付けることが可能です。 反応器をタイマーに接続し、強化石で作られた「石棺」で反応器を囲うことをお勧めします。 出力電圧が高い（600 EU/t）ため、高圧線と HV 変圧器が必要です。
出力: 600 EU/t
合計 eE: 120,000,000 eE
生成時間: フルサイクル
Mk-I EBリアクター
要素はまったく加熱せず、6本の四重燃料棒が機能します。
出力: 360 EU/t
合計 EE: 72,000,000 EE
生成時間: フルサイクル
充電時間: 不要
最大サイクル数: 無限数
合計時間: 2 時間 46 分 40秒
Mk-I EA++ リアクター
低電力ですが、原材料の面で経済的であり、製造コストも安価です。 中性子反射板が必要です。
出力: 60 EU/t
合計 eE: 12,000,000 eE
生成時間: フルサイクル
充電時間: 不要
最大サイクル数: 無限数
合計時間: 2 時間 46 分 40秒
リアクター Mk-I EA*
中程度の出力ですが、比較的安価で非常に効率的です。 中性子反射板が必要です。
出力: 140 EU/t
合計 EE: 28,000,000 EE
生成時間: フルサイクル
充電時間: 不要
最大サイクル数: 無限数
合計時間: 2 時間 46 分 40秒
Mk-II-E-SUC ブリーダー EA+ 原子炉、ウラン濃縮
コンパクトで安価にウラン濃縮装置を構築できます。 安全な動作時間は 2 分 20 秒です。その後、ラピスラズリのコンデンサーを修理することをお勧めします (ラピスラズリ 1 個 - 2 個 + レッドストーン 1 個を修理)。これにはリアクターの継続的な監視が必要です。 また、濃縮が不均一であるため、高濃縮ロッドを低濃縮ロッドと交換することをお勧めします。 同時に、1サイクルあたり48,000,000 eEを生成できます。
出力: 240 EU/t
合計EE: 48,000,000 EE
生成時間: フルサイクル
充電時間: 不要
最大サイクル数: 無限数
合計時間: 2 時間 46 分 40秒
Mk-I EC リアクター
「ルーム」リアクター。 出力は低いですが、非常に安価で絶対に安全です。換気による冷却は発熱の2倍を超えるため、原子炉のすべての監視はロッドの交換に帰着します。 これを MFE/MFSU の近くに配置し、部分的に充電されたときにレッドストーン信号を発するように設定する (部分的に満たされた場合に発する) ことで、リアクターは自動的にエネルギー貯蔵庫を満たし、満杯になるとオフになります。 すべてのコンポーネントを作成するには、銅 292 個、鉄 102 個、金 24 個、レッドストーン 8 個、ゴム 7 個、錫 7 個、ライトダストとラピスラズリ 2 ユニット、およびウラン鉱石 6 ユニットが必要です。 1サイクルあたり1,600万eUを生成します。
出力: 80 EU/t
合計 EE: 32,000,000 EE
生成時間: フルサイクル
充電時間: 不要
最大サイクル数: 無限数
総所要時間：約5時間33分。 00秒
リアクタータイマー
MK3 および MK4 クラスの原子炉は、短時間で大量のエネルギーを生成しますが、無人で爆発する傾向があります。 しかし、タイマーの助けを借りれば、このような気まぐれなリアクターでも重大な過熱を引き起こすことなく動作させることができ、たとえばサボテン農園の砂を掘りに行くこともできます。 以下にタイマーの 3 つの例を示します。
- ディスペンサー、木のボタン、矢印で作られたタイマー（図1）。 放たれた矢はエッセンスであり、その寿命は1分です。 矢印が刺さった木のボタンをリアクターに接続すると、約 1 分間作動します。 1.5秒 木製のボタンにアクセスできるようにするのが最善です。そうすれば、原子炉を緊急に停止することが可能になります。 同時に、ディスペンサーが木製ボタン以外のボタンに接続されている場合、押した後、多重信号によりディスペンサーは一度に3本の矢を放出するため、矢の消費が削減されます。
- 木製感圧板タイマー (図 2)。 木製感圧板は物が落ちると反応します。 ドロップされたアイテムの「寿命」は 5 分です (SMP では、ping による逸脱が発生する可能性があります)。プレートをリアクターに接続すると、約 5 分間動作します。 1秒。 多数のタイマーを作成する場合、ディストリビューターをインストールしないように、このタイマーをチェーンの最初に置くことができます。 その後、プレイヤーがプレッシャー プレート上にアイテムを投げることで、タイマーのチェーン全体がトリガーされます。
- リピータータイマー（図3）。 リピータタイマーを使用してリアクターの遅延を微調整できますが、非常に面倒で、わずかな遅延でも大量のリソースが必要になります。 タイマー自体は信号サポート ライン (10.6) です。 ご覧のとおり、多くのスペースを占有し、信号遅延は 1.2 秒です。 最大 7 つのリピータが必要です (21
パッシブ冷却 (バージョン 1.106 まで)
リアクター自体の基本冷却は 1 です。次に、リアクターの周囲の 3x3x3 エリアがチェックされます。 各反応炉チャンバーは冷却に 2 を追加します。水 (源または水流) のあるブロックは 1 を追加します。溶岩 (水源または水流) のあるブロックは 3 減少します。空気と火のあるブロックは別々にカウントされます。 それらは涼しさをさらに高めます (エアブロックの数-2×ファイアブロックの数)/4(除算の結果が整数でない場合、小数部分は切り捨てられます)。 合計冷却量が 0 未満の場合、0 と等しいとみなされます。
つまり、外部要因によって原子炉容器が加熱されることはありません。 最悪の場合、受動的冷却により冷却されなくなります。温度
高温になると、反応器は環境に悪影響を及ぼし始めます。 この効果は発熱係数に依存します。 発熱係数＝現在の原子炉容器温度／最高温度、 どこ リアクターの最大温度 = 10000 + 1000 * リアクター チャンバーの数 + 100 * リアクター内のサーモプレートの数.
発熱係数の場合:- <0,4 - никаких последствий нет.
- >=0.4 - 可能性はあります 1.5×(発熱係数-0.4)ゾーン内のランダムなブロックが選択されること 5×5×5そしてそれが木の葉、木のブロック、羊毛、ベッドなどの可燃性のブロックである場合、それは燃えます。
- それが中央ブロック（原子炉自体）または岩盤ブロックである場合、影響はありません。
- 石ブロック（階段や鉱石を含む）、鉄ブロック（リアクターブロックを含む）、溶岩、土、粘土は溶岩流に変わります。
- それが空気ブロックの場合、その場所で火をつけようとします（近くに固体ブロックがない場合、火は現れません）。
- 残りのブロック（水を含む）は蒸発し、その代わりに火をつけようとします。
- >=1 - 爆発! 基本爆発力は 10 です。原子炉内の燃料要素ごとに爆発力は 3 単位ずつ増加し、原子炉被覆管ごとに爆発力が 1 ずつ減少します。 また、爆発力は最大45個までに制限されています。 投下されるブロックの数という点では、この爆発は核爆弾に似ており、爆発後のブロックの 99% は破壊されますが、落下はわずか 1% です。
加熱または低濃縮燃料要素の計算により、原子炉容器は 1 eT 加熱されます。
- これがバケツの水で、原子炉容器の温度が 4000 eT を超える場合、容器は 250 eT 冷却され、バケツの水が空のバケツと交換されます。
- これが溶岩バケツの場合、原子炉容器は 2000 eT 加熱され、溶岩バケツは空のバケツと交換されます。
- これが氷の塊で、ケースの温度が 300 eT を超える場合、ケースは 300 eT 冷却され、氷の量は 1 つ減ります。つまり、氷の塊全体は蒸発しません。すぐに。
- これがヒート スプレッダの場合、次の計算が実行されます。
- 隣接する 4 つのセルが、左、右、上、下の順序でチェックされます。
- 残高が 6 より大きい場合、6 と等しくなります。
- 隣接する要素が冷却カプセルの場合、計算されたバランスの値まで加熱されます。
- これが原子炉被覆管の場合、熱伝達の追加計算が実行されます。
- このプレートの近くに冷却カプセルがない場合、プレートは計算されたバランスの値まで加熱されます (ヒート スプレッダーからの熱はサーマル プレートを介して他の要素に流れません)。
- 冷却カプセルがある場合、熱収支がその数で余りなしに割り切れるかどうかがチェックされます。 分割しない場合、熱平衡は 1 eT 増加し、完全に分割するまでプレートは 1 eT 冷却されます。 しかし、原子炉被覆管が冷えてバランスが完全に分割されていない場合は、加熱され、完全に分割し始めるまでバランスが減少します。
- したがって、これらの要素は次の温度に加熱されます。 残高・数量.
- これはモジュロで計算され、6 より大きい場合は 6 と等しくなります。
- ヒートスプレッダはバランス値まで加熱されます。
- 隣接する要素はバランス値によって冷却されます。
- ヒートスプレッダとハウジング間の熱バランスが計算されます。
- 残高がプラスの場合は、次のようになります。
- 残高が 25 を超える場合、25 と等しくなります。
- 算出されたバランス値によりヒートスプレッダが冷却されます。
- 反応容器は計算されたバランス値まで加熱されます。
- 残高がマイナスの場合は、次のようになります。
- これはモジュロで計算され、25 を超える場合は 25 と等しくなります。
- ヒートスプレッダーは計算されたバランス値まで加熱されます。
- 反応容器は計算されたバランス値まで冷却されます。
- これが燃料棒であり、原子炉が赤い塵信号によってかき消されない場合、次の計算が実行されます。
- 3000 未満 - 確率 1/8 (12.5%)。
- 3000以上6000未満 - 1/4 (25%);
- 6000以上9000未満 - 1/2 (50%);
- 9000以上 - 1(100%)。
- 0? 反応器容器は 10 eT 加熱されます。
- 1: 冷却要素は 10 eT 加熱されます。
- 2: 冷却要素はそれぞれ 4 eT ずつ発熱します。
- 3: それぞれ 2 eT で加熱します。
- 4: それぞれを 1 eT 加熱します。
計算例
これらの回路を計算するプログラムがあります。 計算の信頼性を高め、プロセスをより深く理解するには、これらを使用する価値があります。
たとえば、3本のウラン棒を使用したこのスキームを考えてみましょう。 
番号は、このスキームにおける要素の計算順序を示しています。混乱を避けるために、同じ番号を使用して要素を示します。
たとえば、最初と 2 秒間の熱分布を計算してみましょう。 最初は要素の加熱がなく、受動的冷却が最大 (33 eT) であると仮定し、サーモプレートの冷却は考慮しません。
最初の一歩。
- 反応容器の温度は 0 eT です。
- 1 - 反応器ケーシング (RP) はまだ加熱されていません。
- 2 - 冷却カプセル (0xC) はまだ加熱されていないため、このステップ (0 eT) では冷却されません。
- 3 - TVEL は 8 eT (各 4 eT の 2 サイクル) を 1 番目の TP (0 eT) に割り当てて 8 eT に加熱し、2 番目の OxC (0 eT) に割り当てて 8 eT に加熱します。
- 4 - OxC はまだ加熱されていないため、このステップ (0 eT) では冷却されません。
- 5 - まだ加熱されていないヒート スプレッダー (HR) は、温度を 2m OxC (8 eT) でバランスさせます。 4 eTまで冷却し、4 eTまで加熱します。
- 6 - TVEL は 12 eT (各 4 eT の 3 サイクル) を 5 番目の TP (1 eT) に割り当てて 13 eT に加熱し、7 番目の TP (0 eT) に割り当てて 12 eT に加熱します。
- 7 - TP はすでに 12 eT まで加熱されており、10% の確率で冷却される可能性がありますが、ここでは冷却の可能性は考慮されていません。
- 8 - TP (0 eT) は 7 番目の TP (12 eT) の温度と平衡し、そこから 6 eT を差し引きます。 7 番目の TP は 6 eT まで冷却され、8 番目の TP は最大 6 eT まで加熱されます。
- 9 - OxC (3 eT) は 2 eT まで冷却されます。
- 10 - 0xC (2 eT) は 1 eT まで冷却されます。
- 11 - TVEL は 8 eT (各 4 eT の 2 サイクル) を 10 番目の OxC (1 eT) に割り当てて 9 eT に加熱し、13 番目の TP (0 eT) に割り当てて 8 eT に加熱します。
図中、赤い矢印はウラン棒からの加熱を示し、青い矢印は熱分配器による熱平衡を示し、黄色の矢印は原子炉容器へのエネルギー分配を示し、茶色の矢印はこの段階での要素の最終加熱を示し、青色の矢印は冷却のための冷却を示す。カプセル。 右上隅の数字は最終加熱時間を示し、ウラン棒の場合は操作時間を示します。
最初のステップ後の最終加熱:
- 反応容器 - 1eT
- 1TP - 8eT
- 2ОхС - 4Т
- 4ОхС - 1еТ
- 5TP - 13eT
- 7TP - 6eT
- 8TP - 1eT
- 9ОхС - 2еТ
- 10ОхС - 9еТ
- 12ОхС - 0еТ
- 13TP - 8eT
第二段階。
- 反応容器は 0 eT まで冷却されます。
- 1 - TP、冷却を考慮しません。
- 2 - OxC (4 eT) は 3 eT まで冷却されます。
- 3 - TVEL は 8 eT (各 4 eT の 2 サイクル) を最初の TP (8 eT) に割り当てて 16 eT に加熱し、2 番目の OxC (3 eT) に割り当てて 11 eT に加熱します。
- 4 - OxC (1 eT) は 0 eT まで冷却されます。
- 5 - TP (13 eT) は、2m OxC (11 eT) と温度のバランスをとります。 最大 12 eT まで加熱し、12 eT まで冷却します。
- 6 - TVEL は 12 eT (各 4 eT の 3 サイクル) を 5 番目の TP (5 eT) に割り当てて 17 eT に加熱し、7 番目の TP (6 eT) に割り当てて 18 eT に加熱します。
- 7 - TP (18 eT)、冷却は考慮していません。
- 8 - TP (1 eT) は 7 番目の TP (18 eT) の温度のバランスをとり、そこから 6 eT を差し引きます。 7 番目の TP は 12 eT まで冷却され、8 番目の TP は 7 eT まで加熱されます。
- 9 - OxC (4 eT) は 3 eT まで冷却されます。
- 10 - 0xC (10 eT) は 9 eT まで冷却されます。
- 11 - TVEL は 8 eT (各 4 eT の 2 サイクル) を 10 番目の OxC (9 eT) に割り当てて 17 eT に加熱し、13 番目の TP (8 eT) に割り当てて 16 eT に加熱します。
- 12 - OxC (1 eT) は 0 eT まで冷却されます。
- 13 - TP (8 eT)、冷却は考慮していません。
第 2 ステップ後の最終加熱:
- 反応容器 - 4eT
- 1TP - 16eT
- 2ОхС - 12 eT
- 4ОхС - 2еТ
- 5TP - 17eT
- 7TP - 12eT
- 8TP - 4eT
- 9時から3時まで
- 10ОхС - 17Т
- 12ОхС - 0еТ
- 13TP - 16eT
私たちは毎日電気を使用していますが、それがどのように作られ、どのようにして私たちのところに届くのかについて考えません。 それにもかかわらず、それは現代文明の最も重要な部分の一つです。 電気がなければ何もありません - 光も熱も動きもありません。
原子力発電を含む発電所で電気が生成されることは誰もが知っています。 すべての原子力発電所の心臓部は、 原子炉。 これがこの記事で見ていきます。
原子炉、制御された核連鎖反応が熱の放出とともに起こる装置。 これらの装置は主に発電や大型船舶の駆動に使用されます。 原子炉の出力と効率を想像するために、例を挙げてみましょう。 平均的な原子炉には 30 キログラムのウランが必要ですが、平均的な火力発電所には 60 台の石炭ワゴンまたは 40 台の燃料油タンクが必要です。
プロトタイプ 原子炉 1942 年 12 月に E. フェルミの指揮の下、米国で建設されました。 いわゆる「シカゴスタック」です。 シカゴ・パイル (後の言葉)「パイル」は他の意味とともに原子炉を意味するようになりました。グラファイトブロックを積み上げた大きな山に似ていることから、この名前が付けられました。
ブロックの間には、天然ウランとその二酸化物から作られた球状の「作動流体」が置かれていました。
ソ連では、学者I.V.クルチャトフの指導の下で最初の原子炉が建設されました。 F-1 原子炉は 1946 年 12 月 25 日に稼働しました。原子炉は球形で、直径は約 7.5 メートルでした。 冷却システムがなかったため、非常に低い電力レベルで動作しました。
研究は続けられ、1954 年 6 月 27 日、出力 5 MW の世界初の原子力発電所がオブニンスクで運転を開始しました。
原子炉の動作原理。
ウラン U 235 の崩壊中に、2 つまたは 3 つの中性子の放出を伴い、熱が放出されます。 統計によると - 2.5。 これらの中性子は他のウラン原子 U235 と衝突します。 衝突中、ウラン U 235 は不安定同位体 U 236 に変化し、ほぼ即座に Kr 92 と Ba 141 + これら同じ 2 ～ 3 中性子に崩壊します。 崩壊には、ガンマ線と熱の形でエネルギーの放出が伴います。
これを連鎖反応といいます。 原子が分裂し、崩壊の数が指数関数的に増加し、最終的には私たちの基準では電光石火の膨大なエネルギーの放出につながり、制御不能な連鎖反応の結果として原子爆発が発生します。
ただし、 原子炉私たちが扱っているのは 制御された核反応。これがどのようにして可能になるかについてはさらに説明します。
原子炉の構造。
現在、原子炉には VVER (水冷発電炉) と RBMK (高出力チャネル炉) の 2 種類があります。 違いは、RBMK が沸騰反応器であるのに対し、VVER は 120 気圧の圧力の水を使用することです。
VVER 1000 リアクター 1 - 制御システム ドライブ。 2 - 反応器カバー。 3 - 反応器本体。 4 - 保護パイプのブロック（BZT）。 5 - シャフト。 6 - コアエンクロージャ。 7 - 燃料集合体（FA）と制御棒。
それぞれの工業用原子炉は、冷却剤が流れるボイラーです。 原則として、これは普通の水（世界の約75％）、液体黒鉛（20％）、重水（5％）です。 実験目的ではベリリウムが使用され、炭化水素であると想定されました。
TVEL- (燃料要素)。 これらは、ニオブ合金を備えたジルコニウムシェル内のロッドであり、その内部に二酸化ウランタブレットが配置されています。
カセット内の燃料棒は緑色でハイライト表示されます。
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燃料カセットアセンブリ。
炉心は垂直に配置された数百のカセットで構成され、中性子反射体の役割も果たす金属シェル（本体）によって一体化されています。 カセットの中には制御棒と原子炉緊急保護棒が一定間隔で挿入されており、過熱時に原子炉を停止するよう設計されている。
VVER-440 リアクターに関するデータの例を示します。
コントローラーは上下に動いたり、急降下したり、その逆に動作して、反応が最も激しいアクティブ ゾーンから離れることができます。 これは制御システムと連携した強力な電気モーターによって保証され、緊急保護ロッドは緊急時に原子炉を停止し、炉心に落下してより多くの自由中性子を吸収するように設計されています。
各リアクターには蓋があり、使用済みカセットと新しいカセットをそこから出し入れします。
断熱材は通常、原子炉容器の上部に設置されます。 次の障壁は生物学的保護です。 これは通常、鉄筋コンクリート製バンカーで、入口は密閉ドア付きのエアロック室で閉鎖されています。 生物学的保護は、爆発が発生した場合に放射性蒸気や原子炉の破片が大気中へ放出されるのを防ぐように設計されています。
最新の原子炉で核爆発が起こる可能性は極めて低いです。 燃料はかなりわずかに濃縮されており、燃料要素に分割されているためです。 たとえ炉心が溶けたとしても、燃料は活発に反応できなくなります。 起こり得る最悪の事態はチェルノブイリのような熱爆発で、原子炉内の圧力が金属ケーシングが単純に破裂するような値に達し、重さ5,000トンの原子炉カバーが逆ジャンプして原子炉の屋根を突き破る。反応器区画を損傷し、蒸気を外部に放出します。 もしチェルノブイリ原子力発電所に今日の石棺のような適切な生物学的保護装置が装備されていれば、この災害が人類にもたらした損害はずっと少なくなったでしょう。
原子力発電所の運転。
ラボボアは簡単に言うとこんな感じです。
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原子力発電所。 (クリック可能)
ポンプを使用して炉心に入った後、水は 250 度から 300 度に加熱され、原子炉の「反対側」から出ます。 これを第一回路といいます。 その後、熱交換器に送られ、そこで 2 番目の回路に合流します。 その後、圧力のかかった蒸気がタービンブレードに流れ込みます。 タービンは電気を生成します。