Учебный материал об атомных электростанциях

Атом электр станциялары

Д. И. Менделеев жасап шығарған элементтердің периодтық жүйесі материяны оқып-білудегі бірінші кезеңді аяқтайды. Оның вегізіне түрлі материя түрлерінен түратын жай бөлшектер мен «гомдар» жайындағы түсінік кіреді.

Атом гректің бөлінбейтін деген сөзінен шыққан деп болжаған. Қазіргі физика атом жөніндегі бұрынғы түсінікке түбірлі өзгерістер енгізді, теориялық және эксперименттік зерттеулер атомның қүрамында ондаған жай бөлшектердің бар екенін дәлелдеді. Оған мыналар жатады: оң зарядты атом ядросын құрайтын біршама ауыр протондар және электр зарядтары мүлде жоқ нейтрондар.

Жеңіл бөлшектерге мыналар жатады: теріс зарядты электрондар, позитрондар, нейтрино және басқалары. Аралық типті бөлшектер де орын алады. Атомдағы барлық бөлшектер ішкі аралық күш арқылы ұсталынып тұрады. Мұндай күштердің болуына қарамастан, кейбір радиоактивті элементтерде (уран, торий, плутоний) ядроның өздігінен баяу ыдырауы жүреді, ол бөлшек ядросынан шығатын сәулелерге ұласады, оларды шартты түрде а, b және ү- сәулеленулері деп атайды. Басқа атомдардың ядролары олардың сыртқы бөлшектерін атқылау нәтижесінде ыдырайды, мысалға белгілі жылдамдықтағы нейтрондар немесе протондарды алуға болады.

Ядро ыдыраған кезде, ішкі ядролық күштер босайды, мұның өзі көп мөлшерде жылу шығаруға ұласады. Атомдық салмағы 235, 1 кг уран атомдары ыдырағанда жылу энергиясының электр энергиясына айналуы нәтижесінде 25 млн. кВт сағ электр энергиясын алуға болатындығы бөлінеді. Сөйтіп, атом ішіндегі энергия, энергияның сарқылмас қоры болып саналады. Дүниежүзіндегі алғашқы қуаты 5000 кВт атом электр станциясы бұрынғы Кеңес Одағында 1954 жылы іске қосылды.

Уран қазаны немесе реактор атом электр станциясының негізгі агрегаты болып саналады.

Қазіргі кезде реакторлардың көптеген құралымдары зерттеліп жасалынды. Алғашқы атом электр станциясында графитті су реакторы қондырылды.

Отын ретінде 1 радиоактивті заттардың стерженьдері, мысалы, уран U255 қолданылады. Радиоактивті ыдырау кезінде орасан зор жылдамдықпен нейтрондар бөлініп шығады да, олар уранның көршілес атомдарын атқылап, жаңа нейтрондардың бөлініп шығуына ықпал жасайды. Міне осының нөтижесінде басқарылатын тізбекті реакция пайда болады. Алғашқы жағдайда электрондардың қозғалу жолына баяулатқыштар қойылады.

Ауыр судың құрамына сутектің екі атомының орнына сутектің екі изотопы кіреді. Элементтерде ядроларының құрамьшдағы протондар саны бірдей болып, ал нейтрондар саны әр түрлі болса, бұл элементтер изотоптар деп аталады. Мысалы, сутек ядросы (Н) бір протоннан тұрады.

Сутектің бірінші изотопының ядросы (протий) бір протоннан және электроннан тұрса, сутектің екінші изотопының ядросы (дейтерий) бір протоннан және бір нейтроннан тұрады, дейтерий ауыр судың химиялық формуласына кіреді. Үшінші изотоп - тритий, ол бір протон және нейтроннан тұрады.

Бұл ретте баяулатқыш ретінде 2 графит, көдімгі су, ауыр су және басқа заттар қолданылады.

Қазіргі кезде ауыр су баяулатқыш ретінде сирек қолданылады, өйткені оны алуға көп шығын жұмсалады. Ауыр судың 1 тоннасын электролиз немесе химиялық әдіспен алу ұшін 30-40 т. су жұмсалады.

Баяулатқышта нейтрондар жылдамдығы кемиді, бұл ретте, энергетикалық атом қондырғыларында қолданылатын жылудың орасан зор мөлшері бөлініп шығатынын айта кеткен орынды. Жылу тасушы ретінде су немесе сұйық металл алынады. Электрондардың бөліну процесін реттеу ұшін бордан, кадмийден және нейтрондарды қарқынды түрде сіңіретін басқа да материалдардан жасалынатын реттеуші стержень 3 қолданылады.

Бүл стержень арқылы ядролық процесті бәсеңдетіп немесе күшейтуге болады. Нейтрондар қазаннан шығып кетпес үшін қазанның ішкі жақтары шағылдырғышпен 4 қапталады.

Шағылдырғыштар баяулатқыш қасиеттері бар материалдардан мысалы, графитген, берилий тотығынан және т.б. жасалады.

Жүмыскерлерді адам өміріне қауіпті сәуледен сақтау үшін реактор барлық жағынан қорғасын табағы түріндегі биологиялық қорғаныспен, қалың бетон плиталарымен 5, сонымен қатар су жейдесімен қапталады. Жылу тасушы 6 ретінде су алынады.

Атом энергетикалық қондырғысының негізгі сұлбасы суретте берілген.

1 санымен реактор белгіленген, онда отын ретінде уранның изотоптары, сонымен қатар, плутоний қолданылады. Бастапқы элементтермен салыстырғанда изотоптардың радиоактивтігі анағүрлым жоғары.

Реакторда жылытылған су сорғы 3 арқылы жылу алмастырғышқа 2 құйылады. Бүл биологиялық түрғыдан қауіпті радиоактивті су, ол қондырғының бірінші контурына жатады. Қазіргі қондырғылардың бірінші контурындағы су 250°С-та, 100 ат. қысымында болады. Бүл ретте судың қайнап кетпеуін қадағалау қажет. Жылу алмастырғыштағы бастапқы су екінші контурлы радиоактивтігі жоқ суды жылытып, буға айналдырады, ол 30-35 ат қысымды электр генераторын 5 айналдыратын турбинаға 4 келіп түседі. Пайдаланылған бу конденсаторға 6 қарай жылжиды. Конденсат сорғы 7 арқылы қайтадан жылу алмастырғышқа жіберіледі. Бірінші радиоактивті контурдың барлық агрегаттары адамдардан оқшауландырылып, дистанциялық және автоматты түрде басқарылады.