5.11.2 Схема двохконтурної атомної електростанції на сповільнених нейтронах

На рис. 5.7 зображена спрощена схема атомної електростанії:

1. 

   1.Реактор

2. 2.Теплообмінник

3. 3.Конденсатор

4. 4.Турбогенератор

5, 6. Насоси

Основними складовими реактора (рис. 5.8) є:

1. Уранові стержні

2. Матеріал сповільнення нейтронів

3. Поглиначі нейтронів

4. Система контроля і забезпечення радіаційної безпеки

Введення уранових стержнів в реактор зменшує коефіцієнт розмноження K, а виведення – збільшує K. Автоматичний пристрій, що керує стержнями, дозволяє підтримувати потужність, яка розвивається в реакторі, на заданому рівні.

В якості теплоносія, що циркулює в теплообміннику, використовують воду і натрій (Т_пл=98С). Контроль радіаційного стану атомної станції здійснюється за допомогою датчиків і лічильників (див. розділ 5.12).

5.11.3 Проблеми та перспективи термоядерних реакторів

Прикладом термоядерної реакції може служити така реакція:

Енерговиділення при термоядерній реакції на одиницю маси реагуючих речовин в 10⁷ раз більше, чим в хімічних реакціях. Вступ 1 г ізотопів водню в реакцію еквівалентно згоранню 10 тон бензину.

На рис. 5.9 показано схему поперечного перерізу термоядер-ного реактора.

Проблеми термоядерних реакторів на даний момент можна поділити на:

1. фізичні;

2. фізико-технічні;

екологічні.

До суто фізичних проблем, що в принципі вже розв’язані, відносяться:

1. аналіз умов, при яких реакція синтеза може відбуватись із помітною ймовірністю, – температура плазми 80-100 млн. градусів;

2. оптимальне паливо – дейтерій+тритій;

3. термоізоляція плазми: – магнітне утримання плазми;

 інерційне утримання (при імпульсному ТЯ синтезі), що має здійснюватися за допомогою потужних лазерів або потужних електронних пучків; потужність цих джерел дозволяє нагрівати малі об’єми речовини до термоядерних температур за такий короткий час, що речовина встигає нагрітися і вступити в ТЯ реакцію раніше, чим розлетиться внаслідок теплового руху.

До фізико-технічних проблем відноситься:

1. забезпечення на практиці такої тривалості процесу, щоб могла протікати реакція між ядрами легких елементів і була вироблена потужність, що перевищує затрачену на запуск термоядерного реактора. Тоді можна було б забезпечити стан, при якому затрати на ініціювання термоядерної реакції будуть перекриватися ефективністю отриманої в результаті термоядерної реакції енергії. Для протікання такої реакції речовина повинна бути в стані плазми із температурою ~510⁷ К. Відношення теплової потужності, що отримується в реакторі до потужності затрат на її виробництво називається добротністю;

2. створення відповідної концентрації ядер. “Стиснення” ядер і одночасне нагрівання забезпечується магнітним полем внаслідок пропускання струму по плазмі. Час утримання енергії повинен бути обернено пропорційним до густини плазми. Для забезпечення дейтерій-тритієвої реакції при оптимальній температурі умовою отримання корисної енергії є умова: добуток густини n на час утримання енергії  повинен дорівнювати 10¹⁴ см^-3с, тобто плазма із концентрацією 10¹⁴ іонів в 1 см³ повинна помітно остигати не скоріше, чим за 1 с, або . Найкращими системами утримання плазми в магнітному полі є система типа ТОКАМАК.

До фізико-технічних і одночасно екологічних проблем відноситься створення матеріалу І-ї стінки термоядерного реактора. Хоч електростанція на термоядерних реакціях внаслідок відсутності продуктів поділу буде мати меншу радіоактивність, ніж атомні станції, але захоплення конструкційними матеріалами І-ї стінки великої кількості нейтронів, що безумовно виникають при протіканні реакції синтезу, може приводити до утворення радіоактивних ізотопів. Це вимагає уважно відноситись до вибору таких матеріалів і проблеми їх захоронення.

Термоядерний реактор – складна споруда, яка вимагає для проектування і будівництва колосальних затрат, що не підсилу окремій країні.