Işık Su Yasası, Güç Santrallerinde Etkili Bir Neutron Moderatörü Olarak Nasıl

Işık suyu, sıradan bir su olarak bilinen (H[DÜDÜ:0)2)O), nükleer enerji santrallerinde basit bir serinleştirici olduğundan çok daha fazlasıdır. Bu makale, atom moderinin arkasındaki fizik, bu görevin neden ışık suyu, en yaygın olarak nasıl kullanıldığı ve dünya çapındaki en yaygın reaktör türlerinde nasıl kullanıldığına bağlıdır.

Nükleer Fission'daki Neutron Moderator'un Rolü

Nükleer bir reaktörde, fission, bir uranyum-235 çekirdeği bir nötron absorbstiğinde meydana gelir ve daha küçük parçalara ayrılır, önemli enerji ve ek hızlı nötronlar.Bu hızlı nötronlar ve 20.000 km /s ve daha fazla fission çok düşük maliyetli enerji taşır.

Bir nötron moderatörü, reaktör çekirdeğinin içine yerleştirilen bir malzemedir ve çarpışmalar boyunca bu hızlı nötronları yavaşlatmak için.Her çarpışmada, nötron, kinetik enerjinin bir kısmını moderatöre devretmektedir.The ideal moderatörü yüksek bir saç kesitine sahiptir, düşük bir nötron absorpsiyonel kesitine sahiptir ve bir moderin etkinliği yüksek yakıt tüketimi arasında yüksek oranda artış gösterir.

Işık Suyu Neden Fiziksel ve Kimyasal Basis

Işık suyu, bir nötron moderatörü olarak zengin hidrojen içeriğinden ve hidrojen-1'in nükleer özellikleri molekül başına iki hidrojen atomu içerir, her biri bir nötronun yaklaşık olarak bir hidrojen çekirdeğiyle çarpıttığında (bir proton), enerji transferi en üst düzeye kadar en yüksek hızlanır.

Hidrojenin Benzersiz Modating

Hidrojen atomunun çekirdeği ( tek bir proton) aslında aynı kütleyi bir nötron olarak yapıyor. Klasik billiard-ball saçlarında, ancak en az enerji transferi, hidrojen içeren malzemeler – su, hidrokarbonlar ve polipirik – mükemmel moderatorlar.) Metaller için yüksek hidrojen hacmine sahip olan diğer ışık çekirdekleri, yüksek hidrojen yoğunluğuna sahip.

Termal Neutron Cross-Section: A Key Trade-Off

Hidrojen yavaş yavaş nötronlardayken, aynı zamanda ısıtılmış olmayan bir aromatik komponya (yaklaşık 0.33 barns) Bu absürtücüler, bu parasitik yakalamalar için nötronlar kaldırır. Sonuç olarak, su reaktörleri (D[D[D[DD) [Düzücük olmayan bir uranyum[Düzücük) iki katın daha düşük bir ısıtımı içerir.

Işık Su Modurates Neutrons: The Collision Process

Bir ışık su reaktörü işlemi sırasında sürekli olarak meydana gelir. Bir nötron her çarpışmada enerjinin büyük bir kısmını kaybederken, hidrojen arasındaki boşluğu işgal eden suya girer. - MeV ile tekrarlanan elastik çarpışmalar, hidrojenin aynı kütleye sahip olduğu için, nötron her çarpışmada enerjinin büyük bir kısmını kaybedebilir; ortalama logaritma hidrojen için çatışıyor (en yüksek ihtimalle)

Parçacık çevreleyen su molekülleri ile ısı dengesine ulaştığında (enerji ~0.025 eV oda sıcaklığında ve yaklaşık 300 °C reaktör işletim sıcaklıklarında - 0.1 eV), o zaman çekirdekte, yüksek miktardaki ısıtılır.

Işık Su Reaktör Tasarımı: PWR ve BWR

Ticari ışık su reaktörleri (LWRs) iki birincil konfigürasyonda gelir: Baskıcı su reaktörü (PWR) ve kaynar su reaktörü (BWR) Her iki tasarımda, ışık suyu hem de reaktör serinleyicisi olarak iki amaç hizmet eder.

Baskılı Su Reaktör (PWR)

Bir PWR'de, birincil serin (ışık su) yüksek basınç altında tutulur (yaklaşık 15.5 MPa) reaktör gemisinde kaynarmasını önlemek için - su sıcaklığı 320 °C'ye kadar uzanır. Sıcak birincil su transferleri daha sonra ısıyı ikincil bir döngüye taşırken, buharlı motorlar yüksek enerji yoğunluğuyla ısıtılır.

Su Reaktör (BWR)

Bir BWR'de, ışık suyu reaktör gemisinin içine kaybolmasına izin verilir.Anatandaki buhar odasının doğrudan akıtıldığı ve daha güçlü bir şekilde, daha az moderatörünün yokluğu, ancak moderatör yoğunluğu, elektrik boşlukları nedeniyle uzaysal olarak ısıtılır - BWR'nin daha düşük basınçta (~ 7) çalışır ve PWR'nin kapasitesinden daha güçlü bir şekilde kaybolup gider.

Işık Su'nun Moderatör Olarak Avantajları

Meydanlar ve Sınırlar

Avantajlarına rağmen, ışık suyu önemli dezavantajları vardır. onunTELFLT:0)neutron absorpsiyon çapraz bölüm[Döntgen: 1) ağır su veya grafikte, zenginleştirilmiş yakıtlar için gerekli olan bir yakıt döngüsü, ve bu da prodüktif risklerin önlenmesi için dikkatli bir şekilde yönetilmesi gerekir.

Bir başka sınırlama yüksek hacimli su ihtiyacıdır. korozyon ürünleri, gazlar çözünmüş ve yakıt yüzeylerde depolanabilir veya depolanır ve su kimyası gibi katkılarla sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir.

Ayrıca, ışık suyu ağır sudan daha düşük bir modasyon oranına sahiptir; ağır su reaktörlerinde, nötron ekonomisi doğal uranyumun da kullanılabileceğinin çok iyi olmasıdır. Işık suyu parasitik absorpsiyon, yakıtın zenginleştirilmesi gerektiği anlamına gelir, bu da genellikle daha yüksek bir yanmış kaynak ve daha verimli bir şekilde uranyum kaynaklarına yol açar, ancak aynı zamanda daha karmaşık bir yakıt yönetimi stratejisine de yol açar.

Diğer Moderatörlerle Karşılaştırma

Üç birincil moderatörler ticari nükleer reaktörlerde kullanılır: ışık suyu, ağır su ve grafik. Işık suyu en kompakt temel sağlar ancak düşük absorpsiyon kesiti ve yüksek saç kesiti ile zenginleştirilmiş bir yakıt makinesine sahiptir.

Güvenlik ve Operasyonel Tahminler

Işık su reaktörlerinin güvenliği, su yoğunluğunun azalması (veya boşlukların BWR'lerde) ve soğuması için olumsuz sıcaklık katsayı sağlar.Bu geri bildirim etkisi, geçici olarak su tasarrufu ve ısı kapasitesi olarak, su yoğunluğundaki artışlar (veya boşluklar) azalır ve operatörlerin zaman kaybetmesi için.Bu geri bildirim etkisi, ek olarak, geçici olarak, su eylemlerine karşı ilk savunma hattıdır.

Ancak, suya olan güven de riskleri de beraberinde getiriyor. A lost-of-coolant kaza (LOCA) hem soğutma hem de modurasyonu azaltır, karmaşık bir nötron ve termal hidroliklere yol açar. Toplam serin bir kaybı durumunda, temelin boşlukları azaltılabilir ve su olmadan, modurasyon ihmal edilemez hale gelir - zincir reaksiyonu durur, ancak yüksek çözünürlükteki ürünlerin uzun süre kırılganlığı vurgulanır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Işık suyu nükleer, fiziksel ve kimyasal özellikleri eşsiz bir kombinasyonu - onlarca yıl boyunca güvenilir bir kitle maçını kanıtlamıştır, yüksek hidrojen yoğunluğu, termal istikrar ve endüstri tarafından en yaygın kullanılan nötron moderatörü (PWR ve BWR) endüstride birçok kez ortaya çıkan ve yönetilen bir sonraki küçük bir ışıkta, daha iyi düşünülmüş olan ve yönetilen bir sonraki küçük bir performans için, küresel nükleer filonun etkisini kanıtlamıştır.

Bu konuyu daha fazla araştırmakla ilgilenen okuyucular için aşağıdaki kaynaklar yazara dayalı bilgiler sağlar: