氧化铌管式回转炉,氧化铌管式回转炉工作原理


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切尔诺贝利事件里,为什么石墨有放射性?他不就是铅笔芯的材料吗?

今天回答个专业相关的问题。

氧化铌管式回转炉,氧化铌管式回转炉工作原理

切尔诺贝利核电站使用的堆芯类型是RBMK,即压力管式石墨慢化沸水反应堆。

世界上第一座核反应堆即芝加哥一号就是石墨反应堆,是最早的一种反应堆堆芯。

所谓石墨反应堆,是以石墨作为慢化剂的一种反应堆,除了石墨可以作为慢化剂,其他的可以作为核反应堆慢化剂材料的还可以是普通水、重水等。

图释:石墨反应堆流程图

石墨就是铅笔芯的那种材料,只不过铅笔芯的主要材料不是石墨,而是黏土,石墨化学性质稳定,很耐腐蚀,用石墨块堆砌起来,将燃料棒插到其中就构成了石墨慢化反应堆的主体。

立陶宛伊格纳利纳核电站的一台RBMK—1500的反应堆房减速剂块由核能级石墨制成,大小250×250×500毫米。其纵向方位有直径114毫米的孔以便燃料棒和控制棒插入。这些石墨块则放置在一个14米直径、8米高的圆柱形反应堆容器。

图释:石墨反应堆堆芯

科普小贴士:

热中子核反应堆必须要有慢化剂,裂变反应会放出2-3个中子,中子的能量 0.05 MeV 到 10 MeV,平均能量也有2MeV,而引起核裂变的最优的中子能量是几电子伏特,如果中子能量过高,下一个原子核就无法捕捉到速度很快的中子,更无法与之反应,链式反应只好终止,因此热中子核反应堆中必须有慢化剂。

图释:堆芯详细结构图

这样就需要把释放出的中子的速度减下来,以更好的参与核裂变。

石墨慢化的是中子,长年累月暴露在中子流的照射下,经过中子活化,放射性极大,因此在电影《切尔诺贝利》中救援人员将爆炸喷射出的石墨块用铁锹铲进去时都受到了超额辐射。

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一些核反应堆(如切尔诺贝利的RBMK大型沸水石墨反应堆)使用石墨作为中子减速剂。据我所知,这种石墨材料,无论是以棒的形式还是以嵌有通道的块的形式,都包围着铀燃料棒,用来缓和裂变反应。

1970年第一个RBMK-1000反应堆在切尔诺贝利开始建造之前,俄罗斯核计划在整个50年代为RBMK反应堆开发了技术。RBMK是一个缩写,意思是“高功率通道型反应堆”。 用最简单的话来说,反应堆是一个装满原子的巨大容器,是构成我们所见一切的积木。它们本身由三种粒子组成:质子、中子和电子。

在一个反应堆中,中子与另一个原子碰撞,将它们分开并产生热量,这一过程被称为核裂变。这些热量有助于产生蒸汽,蒸汽被用来旋转涡轮机,进而驱动发电机发电,就像烧煤一样。 在切尔诺贝利4号反应堆发生爆炸的RBMK反应堆高7米,直径约12米,重约1700吨。反应堆最重要的部分是核心夹在石墨之间,就像汉堡里的肉。

堆芯是裂变反应发生的地方。它有成千上万个包含“燃料棒”的通道,燃料棒由铀组成,铀中的原子“容易”分裂。堆芯也有控制杆的通道,由硼组成,顶端有石墨,设计用来中和反应。水流过燃料棒通道,整个结构被钢铁和沙子包裹着。 水对于理解切尔诺贝利发生的事情至关重要。在RBMK反应堆中,水有两个作用:保持冷却和减缓反应。这种设计在世界上任何其他核反应堆中的实施方式都不一样。 燃料棒是反应堆的动力,由铀原子组成。铀原子在堆芯投下“一张网”,当中子在堆内四处乱窜时,它们会穿过周围的固体石墨。石墨“减缓”这些中子,就像水一样,这使得它们更有可能被铀原子网捕获。

与这个网碰撞可以释放更多的中子。如果这个过程在连锁反应中反复发生,就会产生大量的热量。因此,管道中的水沸腾,变成蒸汽,用来发电。 如果不加控制,这种反应会失控并导致堆芯熔毁,但控制棒是用来平衡反应的。简单地说,如果反应堆产生了太多的能量,控制棒就被放入堆芯,防止中子有规律地碰撞,减缓反应。 在一个完好的反应堆里,系统和控制系统的人确保天平永远不会以这样或那样的方式偏离太远。

控制棒进出反应堆,水不断地被泵入以保持整个反应堆冷却,发电厂产生电量。 但是如果核电站本身失去电力,会发生什么?这是RBMK反应堆的缺点之一。没有电力意味着不再泵送水来冷却反应堆,这可能很快导致灾难。 从裂变铀原子核中逃逸的中子与石墨原子核碰撞,使它们裂变并导致不稳定。因此α、β、γ等射线的发射 ,从而具有放射性。 这是因为中子,但是碳太小了,不容易裂变。碳-12和碳-13是稳定的,但是碳-14通过β发射衰变,大多数更高的碳同位素也是如此。

放射性的第二来源是裂变产物和稳定同位素中子辐射的放射性产物的污染。 如果使用石墨控制棒,会导致第二次辐射污染。 RBMK使用石墨尖头控制棒,不是石墨控制棒。 石墨不是用作控制棒,而是用作中子减速剂,类似于轻水或重水。 减速剂的作用是将中子减速到热速度(热中子),以改善裂变反应,因此持续的裂变反应甚至在低浓缩铀甚至天然铀(重水核反应堆)中也是可能的。最好的慢化剂具有低中子吸收能力。

适度原则是建立在纯粹的机械基础上的,因为快中子与慢粒子(质子、氘、碳原子核)碰撞,碰撞重新分配动量。 从力学的角度来看,质子是最好的缓和剂,但是,它们与中子会相当程度地融合,所以需要浓缩铀(与氘相反)。 控制棒则相反。它们通过吸收过量的中子来调节中子。 随着时间的推移,中子活动越来越差,调整装置,逐步退出。 紧急设置,当被触发推入时停止裂变。 这些控制棒通常含有镉或优选硼,具有用于中子吸收的高横截面。 硼酸也用于二级/三级回路的冷却水,其中水仅用作传热介质,而不是减速剂。

到此,以上就是小编对于氧化铌管式回转炉的问题就介绍到这了,希望介绍关于氧化铌管式回转炉的1点解答对大家有用。

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