TVEL είναι Λεπτομερής ανάλυση

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Το άρθρο μιλάει για το τι είναι ένα TVEL, σε τι χρειάζεται, πού χρησιμοποιείται, πώς δημιουργείται και αν υπάρχουν αντιδραστήρες που δεν χρησιμοποιούν TVEL.

Ατομική Εποχή

Πιθανώς ο νεότερος κλάδος της ενέργειας είναι η πυρηνική. Μόνο στα τέλη του 19ου αιώνα, οι επιστήμονες μπόρεσαν να καταλάβουν εν μέρει τι είναι η ραδιενέργεια, η ραδιενεργή διάσπαση και ποιες ουσίες έχουν αυτές τις ιδιότητες. Και αυτή η γνώση κόστισε πολλές ζωές, αφού η καταστροφική επίδραση της ακτινοβολίας στους ζωντανούς οργανισμούς παρέμενε άγνωστη για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Πολύ αργότερα, ραδιενεργά υλικά χρησιμοποιήθηκαν τόσο στην πολιτική ζωή όσο και στον στρατό. Προς το παρόν, όλες οι ανεπτυγμένες χώρες έχουν τα δικά τους πυρηνικά όπλα και πυρηνικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας, που σας επιτρέπουν να λαμβάνετε πολλή ενέργεια ανεξάρτητα από ορυκτά καύσιμα ή φυσικούς πόρους όπως το νερό (μιλάμε για υδροηλεκτρικούς σταθμούς).

TVEL είναι…

Αλλά για να φτιάξεις έναν πυρηνικό αντιδραστήρα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ή άλλους σκοπούς, πρέπει πρώτα να φτιάξεις το κατάλληλο καύσιμο, γιατί το φυσικό ουράνιο, αν και έχει ραδιενέργεια, αλλά η ενέργειά του δεν είναι αρκετή. Ως εκ τούτου, οι περισσότεροι τύποι αντιδραστήρων χρησιμοποιούν καύσιμο με βάση το εμπλουτισμένο ουράνιο, και αυτό, μέσαμε τη σειρά του, φορτώνεται σε ειδικές συσκευές που ονομάζονται TVEL. Το TVEL είναι μια ειδική συσκευή που αποτελεί μέρος ενός πυρηνικού αντιδραστήρα και περιέχει πυρηνικό καύσιμο. Θα αναλύσουμε τον σχεδιασμό τους και τον τύπο καυσίμου με περισσότερες λεπτομέρειες.

Σχέδιο

Ανάλογα με τον τύπο του αντιδραστήρα, ορισμένες παράμετροι των στοιχείων καυσίμου μπορεί να διαφέρουν, αλλά ο γενικός σχεδιασμός και η αρχή της συσκευής τους είναι οι ίδιες. Για να το θέσουμε απλά, ένα TVEL είναι ένας κοίλος σωλήνας κατασκευασμένος από κράμα ζιρκονίου με κάποια άλλα μέταλλα, στον οποίο είναι εγκατεστημένα σφαιρίδια καυσίμου διοξειδίου ουρανίου.

Καύσιμα

Το ουράνιο είναι το πιο «ταξιδιώτη» ραδιενεργό υλικό· στη βάση του παράγονται πολλά άλλα ισότοπα, που χρησιμοποιούνται τόσο στη βιομηχανία όσο και στα όπλα. Η εξόρυξή του δεν διαφέρει πολύ από την εξόρυξη άνθρακα και στη φυσική, φυσική του κατάσταση, είναι απολύτως ασφαλής για τους ανθρώπους. Έτσι, οι ιστορίες για τα ορυχεία ουρανίου, όπου στέλνονται ισόβια κρατούμενοι, δεν είναι παρά ένας μύθος. Ένα άτομο προτιμά να πεθάνει από έλλειψη ηλιακού φωτός και σκληρή δουλειά στο ορυχείο παρά από ασθένεια ακτινοβολίας.

Η εξόρυξη ουρανίου είναι πολύ απλή - οι εκρήξεις σπάνε το βράχο, μετά από το οποίο παραδίδεται στην επιφάνεια, όπου γίνεται η διαλογή και η περαιτέρω επεξεργασία. Η διαδικασία εμπλουτισμού ουρανίου μπορεί να πραγματοποιηθεί με διάφορους τρόπους, αλλά στη Ρωσία αυτό γίνεται με τη χρήση φυγοκεντρητών αερίου. Πρώτον, το ουράνιο μετατρέπεται σε αέρια κατάσταση, μετά την οποία το αέριο διαχωρίζεται σε φυγόκεντρες υπό τη δράση της φυγόκεντρης δύναμης καιτα επιθυμητά ισότοπα διαχωρίζονται. Μετά από αυτό, μετατρέπονται σε διοξείδιο του ουρανίου, συμπιέζονται σε δισκία και φορτώνονται σε ράβδο καυσίμου. Αυτός είναι ο πιο συνηθισμένος τρόπος παραγωγής καυσίμου για κυψέλες καυσίμου.

Αίτηση

Ο αριθμός των ράβδων καυσίμου σε έναν αντιδραστήρα εξαρτάται από το μέγεθος, τον τύπο και την ισχύ του. Μετά την κατασκευή, φορτώνονται σε έναν αντιδραστήρα, όπου ξεκινά η αντίδραση πυρηνικής αποσύνθεσης, με αποτέλεσμα να εμφανίζεται μια ισχυρή απελευθέρωση τεράστιας ποσότητας θερμότητας, η οποία χρησιμεύει ως πηγή ενέργειας. Επίσης, η ισχύς του αντιδραστήρα μπορεί να ελεγχθεί από τον αριθμό των στοιχείων καυσίμου στην περιοχή εργασίας. Κατά καιρούς, καθώς χρησιμοποιούνται, αντικαθίστανται με νέα, με «φρέσκες» ταμπλέτες διοξειδίου του ουρανίου. Τώρα λοιπόν ξέρουμε τι σημαίνει TVEL, πώς κατασκευάζονται και γιατί χρειάζονται καθόλου. Ωστόσο, δεν χρειάζονται όλοι οι πυρηνικοί αντιδραστήρες τέτοια στοιχεία, και αυτά είναι RTG.

RTG

Μια θερμοηλεκτρική γεννήτρια ραδιοϊσοτόπων είναι μια συσκευή που είναι κατ' αρχήν παρόμοια με τους πυρηνικούς αντιδραστήρες, αλλά η διαδικασία τους βασίζεται όχι σε μια αλυσιδωτή αντίδραση ατομικής διάσπασης, αλλά στη θερμότητα. Με απλά λόγια, πρόκειται για μια μεγάλη εγκατάσταση που παράγει πολλή θερμότητα με ραδιενεργό υλικό, το οποίο με τη σειρά του μετατρέπεται απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια. Σε αντίθεση με τους πυρηνικούς αντιδραστήρες, οι RTG δεν έχουν κινούμενα μέρη, είναι πιο αξιόπιστοι, συμπαγείς και ανθεκτικοί. Αλλά ταυτόχρονα έχουν πολύ χαμηλότερη απόδοση.

Χρησιμοποιούνταν κυρίως σε εκείνες τις συνθήκες όπου είναι αδύνατο να ληφθεί ενέργεια με άλλους τρόπους ή αυτές οι μέθοδοι είναι πολύ δύσκολες. Στα χρόνια της ΕΣΣΔ, οι RTG παρέχονται στην έρευνα καιμετεωρολογικοί σταθμοί του Άπω Βορρά, παράκτιοι φάροι, θαλάσσιες σημαδούρες κ.λπ.

Προς το παρόν, η διάρκεια ζωής τους έχει λήξει, αλλά μερικά από αυτά εξακολουθούν να παραμένουν στις αρχικές τους βάσεις και συχνά δεν προστατεύονται καν με κανέναν τρόπο. Ως αποτέλεσμα, συμβαίνουν ατυχήματα, για παράδειγμα, κυνηγοί μη σιδηρούχων μετάλλων προσπάθησαν να αποσυναρμολογήσουν πολλές τέτοιες εγκαταστάσεις και δέχθηκαν ισχυρή ακτινοβολία, και στη Γεωργία, οι ντόπιοι τις χρησιμοποιούσαν ως πηγές θερμότητας και υπέφεραν επίσης από ασθένεια ακτινοβολίας.

Έτσι τώρα γνωρίζουμε τη σχεδίαση των στοιχείων καυσίμου και καταργήσαμε τον ορισμό τους. Το TVEL είναι σημαντικά μέρη του αντιδραστήρα, χωρίς τα οποία η λειτουργία είναι αδύνατη.