Phản ứng hạt nhân trong lò phản ứng. Phân hạch hạt nhân uranium

26.09.2019

Hàng ngày chúng ta sử dụng điện và không nghĩ đến việc nó được sản xuất như thế nào và nó đến với chúng ta như thế nào. Tuy nhiên, nó là một trong những phần quan trọng nhất của nền văn minh hiện đại. Không có điện sẽ không có gì cả - không ánh sáng, không nhiệt, không chuyển động.

Mọi người đều biết rằng điện được tạo ra ở các nhà máy điện, trong đó có nhà máy điện hạt nhân. Trái tim của mỗi nhà máy điện hạt nhân là lò phản ứng hạt nhân. Đây là những gì chúng ta sẽ xem xét trong bài viết này.

Lò phản ứng hạt nhân, một thiết bị trong đó xảy ra phản ứng dây chuyền hạt nhân có kiểm soát khi giải phóng nhiệt. Những thiết bị này chủ yếu được sử dụng để tạo ra điện và lái các tàu lớn. Để hình dung sức mạnh và hiệu suất của lò phản ứng hạt nhân, chúng ta có thể đưa ra một ví dụ. Trong khi một lò phản ứng hạt nhân trung bình cần 30 kg uranium thì một nhà máy nhiệt điện trung bình sẽ cần 60 toa than hoặc 40 thùng dầu nhiên liệu.

Nguyên mẫu lò phản ứng hạt nhânđược xây dựng vào tháng 12 năm 1942 tại Hoa Kỳ dưới sự chỉ đạo của E. Fermi. Đó là cái gọi là “ngăn xếp Chicago”. Chicago Pile (sau này là từ“Pile”, cùng với những ý nghĩa khác, có nghĩa là lò phản ứng hạt nhân). Nó được đặt tên như vậy vì nó trông giống như một khối than chì lớn được đặt chồng lên nhau.

Giữa các khối được đặt “chất lỏng làm việc” hình cầu làm từ uranium tự nhiên và dioxit của nó.

Ở Liên Xô, lò phản ứng đầu tiên được xây dựng dưới sự lãnh đạo của Viện sĩ I.V. Lò phản ứng F-1 đi vào hoạt động vào ngày 25/12/1946. Lò phản ứng có dạng hình cầu và có đường kính khoảng 7,5 mét. Nó không có hệ thống làm mát nên hoạt động ở mức năng lượng rất thấp.

Nghiên cứu tiếp tục và vào ngày 27 tháng 6 năm 1954, nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới có công suất 5 MW đi vào hoạt động tại Obninsk.

Nguyên lý hoạt động của lò phản ứng hạt nhân.

Trong quá trình phân rã uranium U 235, nhiệt được giải phóng, kèm theo sự giải phóng hai hoặc ba neutron. Theo thống kê - 2.5. Những neutron này va chạm với các nguyên tử uranium khác U235. Trong quá trình va chạm, uranium U 235 biến thành đồng vị không ổn định U 236, đồng vị này gần như phân hủy ngay lập tức thành Kr 92 và Ba 141 + cùng 2-3 neutron này. Sự phân rã đi kèm với sự giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ gamma và nhiệt.

Đây được gọi là phản ứng dây chuyền. Các nguyên tử phân chia, số lượng phân rã tăng theo cấp số nhân, cuối cùng dẫn đến sự giải phóng nhanh như chớp, theo tiêu chuẩn của chúng tôi, giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ - một vụ nổ nguyên tử xảy ra do hậu quả của một phản ứng dây chuyền không thể kiểm soát được.

Tuy nhiên, trong lò phản ứng hạt nhân Chúng ta đang đối phó với phản ứng hạt nhân có điều khiển. Làm thế nào điều này trở nên khả thi sẽ được mô tả thêm.

Cấu trúc của lò phản ứng hạt nhân.

Hiện nay, có hai loại lò phản ứng hạt nhân: VVER (lò phản ứng điện làm mát bằng nước) và RBMK (lò phản ứng kênh công suất cao). Sự khác biệt là RBMK là lò phản ứng sôi và VVER sử dụng nước dưới áp suất 120 atm.

Lò phản ứng VVER 1000 1 - bộ truyền động hệ thống điều khiển; 2 - nắp lò phản ứng; 3 - thân lò phản ứng; 4 - khối ống bảo vệ (BZT); 5 - trục; 6 - vỏ lõi; 7 - cụm nhiên liệu (FA) và thanh điều khiển;

Mỗi lò phản ứng hạt nhân công nghiệp là một nồi hơi mà chất làm mát chảy qua. Theo quy luật, đây là nước thông thường (khoảng 75% trên thế giới), than chì lỏng (20%) và nước nặng (5%). Vì mục đích thí nghiệm, berili đã được sử dụng và được cho là một hydrocacbon.

TVEL- (yếu tố nhiên liệu). Đây là những thanh có vỏ zirconium với hợp kim niobi, bên trong có chứa các viên uranium dioxide.

Các thanh nhiên liệu trong hộp được đánh dấu màu xanh lá cây.

Cụm hộp nhiên liệu.

Lõi lò phản ứng bao gồm hàng trăm cassette được đặt thẳng đứng và liên kết với nhau bằng một lớp vỏ kim loại - một thân máy, đồng thời đóng vai trò là vật phản xạ neutron. Trong số các băng cassette, các thanh điều khiển và thanh bảo vệ khẩn cấp lò phản ứng được lắp đều đặn, được thiết kế để tắt lò phản ứng trong trường hợp quá nóng.

Hãy để chúng tôi đưa ra dữ liệu ví dụ về lò phản ứng VVER-440:

Bộ điều khiển có thể di chuyển lên xuống, lao xuống hoặc ngược lại, rời khỏi vùng hoạt động, nơi phản ứng mãnh liệt nhất. Điều này được đảm bảo bởi các động cơ điện mạnh mẽ, kết hợp với hệ thống điều khiển. Các thanh bảo vệ khẩn cấp được thiết kế để tắt lò phản ứng trong trường hợp khẩn cấp, rơi vào lõi và hấp thụ nhiều neutron tự do hơn.

Mỗi lò phản ứng có một nắp để nạp và dỡ các băng cassette đã qua sử dụng và mới.

Lớp cách nhiệt thường được lắp đặt phía trên thùng lò phản ứng. Rào cản tiếp theo là bảo vệ sinh học. Đây thường là một hầm bê tông cốt thép, lối vào được đóng bằng một cửa gió có cửa kín. Bảo vệ sinh học được thiết kế để ngăn chặn việc giải phóng hơi nước phóng xạ và các mảnh lò phản ứng vào khí quyển nếu xảy ra vụ nổ.

Một vụ nổ hạt nhân trong các lò phản ứng hiện đại là cực kỳ khó xảy ra. Bởi vì nhiên liệu được làm giàu khá nhẹ và được chia thành các nguyên tố nhiên liệu. Ngay cả khi lõi tan chảy, nhiên liệu sẽ không thể phản ứng tích cực. Điều tồi tệ nhất có thể xảy ra là một vụ nổ nhiệt như ở Chernobyl, khi áp suất trong lò phản ứng đạt đến mức khiến vỏ kim loại nổ tung và vỏ lò phản ứng nặng 5.000 tấn nhảy ngược, xuyên thủng nóc lò phản ứng. khoang lò phản ứng và giải phóng hơi nước ra bên ngoài. Nếu nhà máy điện hạt nhân Chernobyl được trang bị biện pháp bảo vệ sinh học thích hợp, giống như quan tài ngày nay, thì thảm họa sẽ khiến nhân loại thiệt hại ít hơn nhiều.

Vận hành nhà máy điện hạt nhân.

Tóm lại, raboboa trông như thế này.

Nhà máy điện hạt nhân. (Có thể nhấp)

Sau khi đi vào lõi lò phản ứng bằng máy bơm, nước được làm nóng từ 250 đến 300 độ và thoát ra từ “phía bên kia” của lò phản ứng. Đây được gọi là mạch đầu tiên. Sau đó nó được gửi đến bộ trao đổi nhiệt, nơi nó gặp mạch thứ hai. Sau đó hơi nước dưới áp suất sẽ chảy vào các cánh tuabin. Tua bin tạo ra điện.

Thiết kế và nguyên lý hoạt động

Cơ chế giải phóng năng lượng

Sự biến đổi của một chất chỉ đi kèm với việc giải phóng năng lượng tự do nếu chất đó có năng lượng dự trữ. Điều sau có nghĩa là các vi hạt của một chất ở trạng thái có năng lượng nghỉ lớn hơn ở trạng thái có thể khác mà quá trình chuyển đổi tồn tại. Sự chuyển tiếp tự phát luôn bị ngăn cản bởi một rào cản năng lượng, để vượt qua được rào cản đó vi hạt phải nhận một lượng năng lượng nhất định từ bên ngoài - năng lượng kích thích. Phản ứng tỏa năng lượng bao gồm thực tế là trong quá trình biến đổi sau khi bị kích thích, nhiều năng lượng được giải phóng hơn mức cần thiết để kích thích quá trình. Có hai cách để vượt qua rào cản năng lượng: hoặc do động năng của các hạt va chạm, hoặc do năng lượng liên kết của hạt nối.

Nếu chúng ta ghi nhớ quy mô vĩ mô của sự giải phóng năng lượng, thì tất cả hoặc ban đầu ít nhất một phần hạt của chất phải có động năng cần thiết để kích thích các phản ứng. Điều này chỉ có thể đạt được bằng cách tăng nhiệt độ của môi trường đến giá trị mà tại đó năng lượng của chuyển động nhiệt đạt đến ngưỡng năng lượng giới hạn quá trình. Trong trường hợp biến đổi phân tử, tức là các phản ứng hóa học, mức tăng như vậy thường là hàng trăm kelvin, nhưng trong trường hợp phản ứng hạt nhân thì ít nhất là 10 7 do rất độ cao Rào cản Coulomb của hạt nhân va chạm. Sự kích thích nhiệt của các phản ứng hạt nhân chỉ được thực hiện trong thực tế trong quá trình tổng hợp các hạt nhân nhẹ nhất, trong đó rào cản Coulomb là tối thiểu (phản ứng tổng hợp nhiệt hạt nhân).

Sự kích thích bằng cách nối các hạt không đòi hỏi động năng lớn và do đó không phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường, vì nó xảy ra do các liên kết không được sử dụng vốn có trong lực hấp dẫn của các hạt. Nhưng để kích thích các phản ứng thì bản thân các hạt là cần thiết. Và nếu một lần nữa chúng ta muốn nói đến không phải là một hành động phản ứng riêng biệt mà là sự tạo ra năng lượng ở quy mô vĩ mô, thì điều này chỉ có thể thực hiện được khi Phản ứng dây chuyền. Điều thứ hai xảy ra khi các hạt kích thích phản ứng xuất hiện trở lại dưới dạng sản phẩm của phản ứng tỏa năng lượng.

Thiết kế

Bất kì lò phản ứng hạt nhân bao gồm các phần sau:

Lõi với nhiên liệu hạt nhân và chất điều tiết;
phản xạ neutron bao quanh lõi;
Hệ thống kiểm soát phản ứng dây chuyền, bao gồm cả bảo vệ khẩn cấp;
Bảo vệ bức xạ;
Hệ thống điều khiển từ xa.

Nguyên lý hoạt động vật lý

Xem thêm các bài viết chính:

Trạng thái hiện tại của lò phản ứng hạt nhân có thể được đặc trưng bởi hệ số nhân neutron hiệu dụng k hoặc khả năng phản ứng ρ , liên hệ với nhau bởi quan hệ sau:

Các giá trị sau đây là điển hình cho các đại lượng này:

k> 1 - phản ứng dây chuyền tăng theo thời gian, lò phản ứng đang ở trạng thái siêu tới hạn trạng thái, khả năng phản ứng của nó ρ > 0;
k < 1 - реакция затухает, реактор - cận tới hạn, ρ < 0;
k = 1, ρ = 0 - số lần phân hạch hạt nhân không đổi, lò phản ứng ở trạng thái ổn định phê bình tình trạng.

Điều kiện tới hạn của lò phản ứng hạt nhân:

, Ở đâu

Việc đảo ngược hệ số nhân về đơn vị đạt được bằng cách cân bằng phép nhân neutron với tổn thất của chúng. Trên thực tế, có hai lý do dẫn đến sự mất mát: bắt giữ mà không phân hạch và rò rỉ neutron ra ngoài môi trường sinh sản.

Rõ ràng là k< k 0 , поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k 0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k 0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны.

k 0 đối với lò phản ứng nhiệt có thể được xác định bằng “công thức 4 hệ số”:

, Ở đâu

η là hiệu suất neutron cho hai lần hấp thụ.

Thể tích của các lò phản ứng điện hiện đại có thể đạt tới hàng trăm m³ và được xác định chủ yếu không phải bởi các điều kiện tới hạn mà bởi khả năng loại bỏ nhiệt.

Khối lượng tới hạn lò phản ứng hạt nhân - thể tích của lõi lò phản ứng ở trạng thái tới hạn. Khối lượng tới hạn- khối lượng của vật liệu phân hạch của lò phản ứng đang ở trạng thái tới hạn.

Các lò phản ứng trong đó nhiên liệu là dung dịch muối của các đồng vị phân hạch tinh khiết có phản xạ neutron nước có khối lượng tới hạn thấp nhất. Đối với 235 U khối lượng này là 0,8 kg, đối với 239 Pu - 0,5 kg. Tuy nhiên, người ta biết rộng rãi rằng khối lượng tới hạn của lò phản ứng LOPO (lò phản ứng uranium được làm giàu đầu tiên trên thế giới), có bộ phản xạ oxit berili, là 0,565 kg, mặc dù thực tế là mức độ làm giàu của đồng vị 235 chỉ cao hơn một chút. hơn 14%. Về mặt lý thuyết, nó có khối lượng tới hạn nhỏ nhất, giá trị này chỉ là 10 g.

Để giảm sự rò rỉ neutron, lõi được tạo hình dạng hình cầu hoặc gần hình cầu, ví dụ, hình trụ ngắn hoặc hình lập phương, vì những hình này có tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích nhỏ nhất.

Mặc dù thực tế là giá trị (e - 1) thường nhỏ nhưng vai trò của việc tạo neutron nhanh là khá lớn, vì đối với các lò phản ứng hạt nhân lớn (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Để bắt đầu một phản ứng dây chuyền, neutron được tạo ra trong quá trình phân hạch tự phát của hạt nhân uranium thường là đủ. Cũng có thể sử dụng nguồn neutron bên ngoài để khởi động lò phản ứng, ví dụ, hỗn hợp của và hoặc các chất khác.

Hố iốt

Bài chi tiết: Hố iốt

Hố iốt là trạng thái của lò phản ứng hạt nhân sau khi tắt, đặc trưng bởi sự tích tụ xenon đồng vị tồn tại trong thời gian ngắn. Quá trình này dẫn đến sự xuất hiện tạm thời của phản ứng tiêu cực đáng kể, do đó, khiến lò phản ứng không thể đạt công suất thiết kế trong một khoảng thời gian nhất định (khoảng 1-2 ngày).

Phân loại

Theo mục đích

Theo tính chất sử dụng, lò phản ứng hạt nhân được chia thành:

Lò phản ứng điệnđược thiết kế để sản xuất năng lượng điện và nhiệt dùng trong lĩnh vực năng lượng, cũng như để khử muối trong nước biển (lò phản ứng khử muối cũng được phân loại là công nghiệp). Những lò phản ứng như vậy chủ yếu được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân. Công suất nhiệt của các lò phản ứng điện hiện đại đạt 5 GW. Một nhóm riêng biệt bao gồm:
- Lò phản ứng vận chuyển, được thiết kế để cung cấp năng lượng cho động cơ xe. Nhóm ứng dụng rộng nhất là các lò phản ứng vận tải biển được sử dụng trên tàu ngầm và các tàu mặt nước khác nhau, cũng như các lò phản ứng được sử dụng trong công nghệ vũ trụ.
Lò phản ứng thí nghiệm, nhằm mục đích nghiên cứu các đại lượng vật lý khác nhau, giá trị của chúng cần thiết cho việc thiết kế và vận hành các lò phản ứng hạt nhân; Công suất của các lò phản ứng như vậy không vượt quá vài kW.
Lò phản ứng nghiên cứu, trong đó các dòng neutron và lượng tử gamma được tạo ra trong lõi được sử dụng để nghiên cứu trong lĩnh vực vật lý hạt nhân, vật lý chất rắn, hóa học bức xạ, sinh học, để thử nghiệm các vật liệu nhằm mục đích hoạt động trong các dòng neutron cường độ cao (bao gồm cả các bộ phận của lò phản ứng hạt nhân) cho việc sản xuất các chất đồng vị. Công suất các lò phản ứng nghiên cứu không vượt quá 100 MW. Năng lượng giải phóng thường không được sử dụng.
Lò phản ứng công nghiệp (vũ khí, đồng vị), được sử dụng để sản xuất đồng vị dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Được sử dụng rộng rãi nhất để sản xuất vật liệu vũ khí hạt nhân, chẳng hạn như 239 Pu. Cũng được phân loại là công nghiệp là các lò phản ứng được sử dụng để khử muối trong nước biển.

Thông thường lò phản ứng được sử dụng để giải quyết hai hoặc nhiều bài toán khác nhau, trong trường hợp đó chúng được gọi là đa mục đích. Ví dụ, một số lò phản ứng điện, đặc biệt là trong thời kỳ đầu của năng lượng hạt nhân, được thiết kế chủ yếu để thử nghiệm. Lò phản ứng neutron nhanh có thể đồng thời tạo ra năng lượng và tạo ra đồng vị. Các lò phản ứng công nghiệp ngoài nhiệm vụ chính còn thường tạo ra năng lượng điện và nhiệt.

Theo phổ neutron

Lò phản ứng neutron nhiệt (chậm) (“lò phản ứng nhiệt”)
Lò phản ứng neutron nhanh ("lò phản ứng nhanh")

Theo vị trí nhiên liệu

Lò phản ứng không đồng nhất, trong đó nhiên liệu được đặt riêng biệt trong lõi ở dạng khối, giữa chúng có chất điều tiết;
Lò phản ứng đồng nhất, trong đó nhiên liệu và chất điều tiết là một hỗn hợp đồng nhất (hệ thống đồng nhất).

Trong lò phản ứng không đồng nhất, nhiên liệu và chất điều tiết có thể được tách biệt về mặt không gian, đặc biệt, trong lò phản ứng dạng khoang, vật phản xạ điều tiết bao quanh một khoang có nhiên liệu không chứa chất điều tiết. Từ quan điểm vật lý hạt nhân, tiêu chí cho tính đồng nhất/không đồng nhất không phải là thiết kế mà là việc đặt các khối nhiên liệu ở khoảng cách vượt quá chiều dài điều tiết neutron trong một bộ điều tiết nhất định. Do đó, các lò phản ứng với cái gọi là “lưới kín” được thiết kế đồng nhất, mặc dù trong đó nhiên liệu thường được tách ra khỏi bộ điều tiết.

Các khối nhiên liệu hạt nhân trong lò phản ứng không đồng nhất được gọi là cụm nhiên liệu (FA), nằm trong lõi tại các nút của mạng thông thường, tạo thành tế bào.

Theo loại nhiên liệu

đồng vị uranium 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
Đồng vị plutonium 239 (239 Pu), còn là đồng vị 239-242 Pu ở dạng hỗn hợp với 238 U (nhiên liệu MOX)
đồng vị thori 232 (232 Th) (thông qua chuyển đổi thành 233 U)

Theo mức độ làm giàu:

uranium tự nhiên
uranium được làm giàu yếu
uranium được làm giàu cao

Theo thành phần hóa học:

kim loại U
UC (uranium cacbua), v.v.

Theo loại chất làm mát

Khí, (xem lò phản ứng khí than chì)
D 2 O (nước nặng, xem Lò phản ứng hạt nhân nước nặng, CANDU)

Theo loại người điều hành

C (graphit, xem Lò phản ứng khí than chì, Lò phản ứng than chì-nước)
H2O (nước, xem Lò phản ứng nước nhẹ, Lò phản ứng làm mát bằng nước, VVER)
D 2 O (nước nặng, xem Lò phản ứng hạt nhân nước nặng, CANDU)
Hiđrua kim loại
Không có người điều hành (xem Phản ứng nhanh)

Thiết kế bởi

Bằng phương pháp tạo hơi nước

Lò phản ứng với bộ tạo hơi nước bên ngoài (Xem Lò phản ứng nước-nước, VVER)

Phân loại của IAEA

PWR (lò phản ứng nước áp lực) - lò phản ứng nước-nước (lò phản ứng nước áp lực);
BWR (lò phản ứng nước sôi) - lò phản ứng nước sôi;
FBR (lò phản ứng tạo giống nhanh) - lò phản ứng tạo giống nhanh;
GCR (lò phản ứng làm mát bằng khí) - lò phản ứng làm mát bằng khí;
LWGR (lò phản ứng than chì nước nhẹ) - lò phản ứng nước than chì
PHWR (Lò phản ứng nước nặng có áp suất) - lò phản ứng nước nặng

Phổ biến nhất trên thế giới là lò phản ứng nước có áp suất (khoảng 62%) và nước sôi (20%).

Vật liệu lò phản ứng

Vật liệu chế tạo các lò phản ứng hoạt động ở nhiệt độ cao trong trường neutron, lượng tử γ và các mảnh phân hạch. Vì vậy, không phải tất cả các vật liệu được sử dụng trong các ngành công nghệ khác đều phù hợp để xây dựng lò phản ứng. Khi lựa chọn vật liệu lò phản ứng, khả năng chống bức xạ, độ trơ hóa học, tiết diện hấp thụ và các đặc tính khác của chúng được tính đến.

Sự mất ổn định bức xạ của vật liệu ít ảnh hưởng hơn khi nhiệt độ caoỒ. Khả năng di chuyển của các nguyên tử trở nên lớn đến mức xác suất các nguyên tử bị loại khỏi mạng tinh thể quay trở lại vị trí của chúng hoặc khả năng tái hợp hydro và oxy thành phân tử nước tăng lên rõ rệt. Do đó, quá trình phân hủy phóng xạ của nước là không đáng kể trong các lò phản ứng không sôi năng lượng (ví dụ VVER), trong khi ở các lò phản ứng nghiên cứu mạnh mẽ, một lượng đáng kể hỗn hợp nổ được giải phóng. Lò phản ứng có hệ thống đặc biệt để đốt cháy nó.

Các vật liệu của lò phản ứng tiếp xúc với nhau (vỏ nhiên liệu có chất làm mát và nhiên liệu hạt nhân, các hộp nhiên liệu có chất làm mát và chất điều tiết, v.v.). Đương nhiên, các vật liệu tiếp xúc phải trơ về mặt hóa học (tương thích). Một ví dụ về sự không tương thích là uranium và nước nóng tham gia phản ứng hóa học.

Đối với hầu hết các vật liệu, đặc tính độ bền giảm mạnh khi nhiệt độ tăng. Trong lò phản ứng điện, vật liệu kết cấu hoạt động ở nhiệt độ cao. Điều này hạn chế việc lựa chọn vật liệu xây dựng, đặc biệt đối với những bộ phận của lò phản ứng điện phải chịu được áp suất cao.

Sự đốt cháy và tái tạo nhiên liệu hạt nhân

Trong quá trình vận hành lò phản ứng hạt nhân, do sự tích tụ của các mảnh phân hạch trong nhiên liệu, thành phần đồng vị và hóa học của nó thay đổi, hình thành các nguyên tố siêu uranium, chủ yếu là đồng vị. Ảnh hưởng của các mảnh phân hạch đến khả năng phản ứng của lò phản ứng hạt nhân được gọi là đầu độc(đối với các mảnh phóng xạ) và xỉ(đối với đồng vị ổn định).

Nguyên nhân chính dẫn đến ngộ độc lò phản ứng là lò phản ứng có tiết diện hấp thụ neutron lớn nhất (2,6·10 6 Barn). Chu kỳ bán rã của 135 Xe T 1/2 = 9,2 giờ; Năng suất trong quá trình phân chia là 6-7%. Phần lớn 135 Xe được hình thành do sự phân rã ( T 1/2 = 6,8 giờ). Trong trường hợp ngộ độc, Keff thay đổi 1-3%. Tiết diện hấp thụ lớn của 135 Xe và sự có mặt của đồng vị trung gian 135 I dẫn đến hai hiện tượng quan trọng:

Tăng nồng độ 135 Xe và do đó làm giảm khả năng phản ứng của lò phản ứng sau khi dừng hoặc giảm công suất (“hố iốt”), khiến cho việc dừng và dao động trong thời gian ngắn trong công suất đầu ra là không thể . Hiệu ứng này được khắc phục bằng cách giới thiệu dự trữ phản ứng trong các cơ quan quản lý. Độ sâu và thời gian tồn tại của giếng iốt phụ thuộc vào dòng neutron Ф: tại Ф = 5·10 18 neutron/(cm²·giây) thời gian tồn tại của giếng iốt là ˜ 30 giờ và độ sâu lớn gấp 2 lần so với giếng đứng yên. sự thay đổi Keff do ngộ độc Xe 135.
Do bị nhiễm độc, có thể xảy ra các dao động không gian và thời gian trong dòng neutron F và do đó trong công suất lò phản ứng. Những dao động này xảy ra ở Ф > 10 18 neutron/(cm²·giây) và kích thước lò phản ứng lớn. Chu kỳ dao động ˜ 10 giờ.

Khi xảy ra phản ứng phân hạch hạt nhân con số lớn các mảnh ổn định có tiết diện hấp thụ khác nhau so với tiết diện hấp thụ của đồng vị phân hạch. Nồng độ của các mảnh với giá trị lớn Mặt cắt ngang hấp thụ đạt đến độ bão hòa trong vài ngày đầu tiên vận hành lò phản ứng. Đây chủ yếu là những thanh nhiên liệu có độ tuổi khác nhau.

Khi thay thế hoàn toàn nhiên liệu, lò phản ứng có hoạt tính phản ứng dư thừa cần được bù, trong khi đó ở trường hợp thứ hai chỉ cần bù trong lần khởi động lò phản ứng đầu tiên. Quá tải liên tục có thể làm tăng độ sâu đốt cháy, do khả năng phản ứng của lò phản ứng được xác định bởi nồng độ trung bình của các đồng vị phân hạch.

Khối lượng nhiên liệu được nạp vượt quá khối lượng nhiên liệu không được nạp do “trọng lượng” của năng lượng được giải phóng. Sau khi lò phản ứng ngừng hoạt động, ban đầu chủ yếu là do sự phân hạch của các neutron bị trì hoãn, sau đó, sau 1-2 phút, do bức xạ β và γ của các mảnh phân hạch và nguyên tố siêu urani, quá trình giải phóng năng lượng trong nhiên liệu vẫn tiếp tục. Nếu lò phản ứng hoạt động đủ lâu trước khi dừng, thì 2 phút sau khi dừng, năng lượng giải phóng khoảng 3%, sau 1 giờ - 1%, sau một ngày - 0,4%, sau một năm - 0,05% công suất ban đầu.

Tỷ số giữa số đồng vị Pu có thể phân hạch được hình thành trong lò phản ứng hạt nhân với lượng 235 U bị đốt cháy được gọi là tỷ lệ chuyển đổi K K. Giá trị của K K tăng khi mức độ làm giàu và đốt cháy giảm. Đối với lò phản ứng nước nặng sử dụng urani tự nhiên, với công suất đốt 10 GW ngày/t K K = 0,55 và với công suất đốt nhỏ (trong trường hợp này K K được gọi là hệ số plutoni ban đầu) K K = 0,8. Nếu một lò phản ứng hạt nhân đốt cháy và tạo ra các đồng vị giống nhau (lò phản ứng tạo giống), thì tỷ số giữa tốc độ tái tạo và tốc độ đốt cháy được gọi là tỷ lệ sinh sản K V. Trong lò phản ứng hạt nhân sử dụng nơtron nhiệt K V< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах К В может достигать 1,4-1,5. Рост К В для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов g phát triển và MỘT ngã.

Kiểm soát lò phản ứng hạt nhân

Việc điều khiển lò phản ứng hạt nhân chỉ có thể thực hiện được do trong quá trình phân hạch, một số neutron bay ra khỏi các mảnh với độ trễ có thể dao động từ vài mili giây đến vài phút.

Để điều khiển lò phản ứng, các thanh hấp thụ được sử dụng, đưa vào lõi, làm bằng vật liệu hấp thụ mạnh neutron (chủ yếu và một số loại khác) và/hoặc dung dịch axit boric, thêm vào chất làm mát ở nồng độ nhất định (kiểm soát boron) . Chuyển động của các thanh được điều khiển bằng các cơ cấu, bộ truyền động đặc biệt, hoạt động theo tín hiệu từ người vận hành hoặc thiết bị điều khiển tự động dòng neutron.

Trong trường hợp có nhiều tình huống khẩn cấp khác nhau, mỗi lò phản ứng được trang bị tính năng dừng khẩn cấp phản ứng dây chuyền, được thực hiện bằng cách thả tất cả các thanh hấp thụ vào lõi - một hệ thống bảo vệ khẩn cấp.

Nhiệt dư

Một vấn đề quan trọng liên quan trực tiếp đến an toàn hạt nhân là nhiệt phân rã. Đây là một đặc điểm cụ thể của nhiên liệu hạt nhân, bao gồm thực tế là, sau khi ngừng phản ứng dây chuyền phân hạch và quán tính nhiệt thông thường đối với bất kỳ nguồn năng lượng nào, quá trình giải phóng nhiệt trong lò phản ứng vẫn tiếp tục. trong một khoảng thời gian dài, điều này tạo ra một số vấn đề phức tạp về mặt kỹ thuật.

Nhiệt dư là hệ quả của sự phân rã β và γ của các sản phẩm phân hạch tích tụ trong nhiên liệu trong quá trình vận hành lò phản ứng. Hạt nhân sản phẩm phân hạch, do phân rã, chuyển sang trạng thái ổn định hơn hoặc hoàn toàn ổn định với sự giải phóng năng lượng đáng kể.

Mặc dù tốc độ giải phóng nhiệt phân rã nhanh chóng giảm xuống các giá trị nhỏ so với giá trị ở trạng thái ổn định, nhưng ở các lò phản ứng công suất cao, nó rất có ý nghĩa về mặt tuyệt đối. Vì lý do này, việc tạo ra nhiệt dư đòi hỏi phải thời gian dàiđảm bảo loại bỏ nhiệt khỏi lõi lò phản ứng sau khi tắt máy. Nhiệm vụ này yêu cầu thiết kế lắp đặt lò phản ứng bao gồm các hệ thống làm mát với nguồn điện đáng tin cậy và cũng cần phải lưu trữ lâu dài (3-4 năm) nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng trong các cơ sở lưu trữ có thiết bị bảo quản đặc biệt. điều kiện nhiệt độ- bể làm mát, thường được đặt gần lò phản ứng.

Xem thêm

Danh sách các lò phản ứng hạt nhân được thiết kế và xây dựng ở Liên Xô

Văn học

Levin V. E. Vật lý hạt nhân và lò phản ứng hạt nhân. tái bản lần thứ 4. - M.: Atomizdat, 1979.
Shukolyukov A. Yu. “Uran. Lò phản ứng hạt nhân tự nhiên." “Hóa học và cuộc sống” Số 6, 1980, tr. 20-24

Ghi chú

"ZEEP - Lò phản ứng hạt nhân đầu tiên của Canada", Bảo tàng Khoa học và Công nghệ Canada.
Greshilov A. A., Egupov N. D., Matushchenko A. M. Lá chắn hạt nhân. - M.: Logos, 2008. - 438 tr. -

Sản xuất điện hạt nhân là một phương pháp sản xuất điện hiện đại và phát triển nhanh chóng. Bạn có biết nhà máy điện hạt nhân hoạt động như thế nào không? Nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân là gì? Hiện nay có những loại lò phản ứng hạt nhân nào? Chúng tôi sẽ cố gắng xem xét chi tiết sơ đồ vận hành của nhà máy điện hạt nhân, đi sâu vào cấu trúc của lò phản ứng hạt nhân và tìm hiểu xem phương pháp sản xuất điện hạt nhân an toàn đến mức nào.

Nhà ga nào cũng là khu vực khép kín cách xa khu dân cư. Có một số tòa nhà trên lãnh thổ của nó. Cấu trúc quan trọng nhất là tòa nhà lò phản ứng, bên cạnh là phòng tuabin nơi lò phản ứng được điều khiển và tòa nhà an toàn.

Kế hoạch này là không thể nếu không có lò phản ứng hạt nhân. Lò phản ứng nguyên tử (hạt nhân) là một thiết bị của nhà máy điện hạt nhân được thiết kế để tổ chức phản ứng dây chuyền phân hạch neutron với việc giải phóng năng lượng bắt buộc trong quá trình này. Nhưng nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân là gì?

Toàn bộ hệ thống lắp đặt lò phản ứng được đặt trong tòa nhà lò phản ứng, một tháp bê tông lớn che giấu lò phản ứng và sẽ chứa tất cả các sản phẩm của phản ứng hạt nhân trong trường hợp xảy ra tai nạn. Tòa tháp lớn này được gọi là khu vực ngăn chặn, vỏ kín hoặc khu vực ngăn chặn.

Vùng kín ở các lò phản ứng mới có 2 bức tường bê tông dày - lớp vỏ.
Lớp vỏ ngoài dày 80 cm bảo vệ vùng quản thúc khỏi những tác động từ bên ngoài.

Lớp vỏ bên trong dày 1 mét 20 cm và có thiết kế đặc biệt cáp thép, giúp tăng cường độ của bê tông gần gấp ba lần và sẽ ngăn kết cấu bị vỡ vụn. VỚI bên trong nó được lót bằng một tấm thép mỏng đặc biệt, được thiết kế để phục vụ bảo vệ bổ sung ngăn chặn và trong trường hợp xảy ra tai nạn, không giải phóng nội dung của lò phản ứng ra ngoài khu vực ngăn chặn.

Thiết kế này của nhà máy điện hạt nhân cho phép nó chịu được một vụ tai nạn máy bay nặng tới 200 tấn, trận động đất mạnh 8 độ richter, lốc xoáy và sóng thần.

Lớp vỏ kín đầu tiên được chế tạo tại nhà máy điện hạt nhân Connecticut Yankee của Mỹ vào năm 1968.

Tổng chiều cao của khu vực ngăn chặn là 50-60 mét.

Lò phản ứng hạt nhân bao gồm những gì?

Để hiểu nguyên lý hoạt động của lò phản ứng hạt nhân và do đó là nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân, bạn cần hiểu các thành phần của lò phản ứng.

Vùng hoạt động. Đây là khu vực đặt nhiên liệu hạt nhân (máy tạo nhiên liệu) và bộ điều tiết. Các nguyên tử nhiên liệu (thường là uranium là nhiên liệu) trải qua phản ứng phân hạch dây chuyền. Bộ điều tiết được thiết kế để kiểm soát quá trình phân hạch và cho phép phản ứng cần thiết về tốc độ và cường độ.
Phản xạ neutron. Một tấm phản xạ bao quanh lõi. Nó bao gồm các tài liệu tương tự như người điều hành. Về bản chất, đây là một chiếc hộp, mục đích chính là ngăn chặn neutron rời khỏi lõi và đi vào môi trường.
Chất làm mát. Chất làm mát phải hấp thụ nhiệt tỏa ra trong quá trình phân hạch của các nguyên tử nhiên liệu và truyền nó sang các chất khác. Chất làm mát quyết định phần lớn cách thức thiết kế một nhà máy điện hạt nhân. Chất làm mát phổ biến nhất hiện nay là nước.
Hệ thống điều khiển lò phản ứng. Các cảm biến và cơ chế cung cấp năng lượng cho lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân.

Nhiên liệu cho nhà máy điện hạt nhân

Nhà máy điện hạt nhân hoạt động bằng gì? Nhiên liệu cho nhà máy điện hạt nhân là các nguyên tố hóa học có tính phóng xạ. Tại tất cả các nhà máy điện hạt nhân, nguyên tố này là uranium.

Thiết kế của các trạm ngụ ý rằng các nhà máy điện hạt nhân hoạt động bằng nhiên liệu hỗn hợp phức tạp chứ không phải nhiên liệu nguyên chất. nguyên tố hóa học. Và để tách nhiên liệu uranium từ uranium tự nhiên được nạp vào lò phản ứng hạt nhân cần phải thực hiện nhiều thao tác.

uranium đã làm giàu

Uranium bao gồm hai đồng vị, nghĩa là nó chứa các hạt nhân có khối lượng khác nhau. Chúng được đặt tên theo số lượng đồng vị proton và neutron -235 và đồng vị-238. Các nhà nghiên cứu của thế kỷ 20 bắt đầu chiết xuất uranium 235 từ quặng, bởi vì... nó dễ dàng hơn để phân hủy và biến đổi. Hóa ra lượng uranium như vậy trong tự nhiên chỉ là 0,7% (phần trăm còn lại thuộc về đồng vị thứ 238).

Phải làm gì trong trường hợp này? Họ quyết định làm giàu uranium. Làm giàu uranium là một quá trình trong đó có rất nhiều đồng vị 235x cần thiết và một số đồng vị 238x không cần thiết vẫn còn tồn tại. Nhiệm vụ của các nhà làm giàu uranium là biến 0,7% thành gần như 100% uranium-235.

Uranium có thể được làm giàu bằng hai công nghệ: khuếch tán khí hoặc ly tâm khí. Để sử dụng chúng, uranium chiết xuất từ quặng được chuyển thành trạng thái khí. Nó được làm giàu ở dạng khí.

Bột uranium

Khí uranium đã làm giàu được chuyển thành trạng thái rắn - uranium dioxide. Chất uranium 235 rắn nguyên chất này xuất hiện dưới dạng các tinh thể lớn màu trắng, sau đó được nghiền thành bột uranium.

viên uranium

Viên uranium là những đĩa kim loại rắn, dài vài cm. Để tạo thành những viên như vậy từ bột uranium, người ta trộn nó với một chất - chất làm dẻo; nó giúp cải thiện chất lượng ép viên.

Các viên nén được nung ở nhiệt độ 1200 độ C trong hơn một ngày để tạo cho viên nén độ bền đặc biệt và khả năng chịu được nhiệt độ cao. Cách một nhà máy điện hạt nhân vận hành trực tiếp phụ thuộc vào việc nhiên liệu uranium được nén và nung tốt đến mức nào.

Những viên thuốc được nướng trong hộp molypden, bởi vì chỉ có kim loại này mới có khả năng không tan chảy ở nhiệt độ “địa ngục” trên một nghìn rưỡi độ. Sau đó, nhiên liệu uranium cho các nhà máy điện hạt nhân được coi là đã sẵn sàng.

TVEL và FA là gì?

Lõi lò phản ứng trông giống như một chiếc đĩa hoặc đường ống khổng lồ có lỗ trên thành (tùy theo loại lò phản ứng), lớn gấp 5 lần cơ thể con người. Những lỗ này chứa nhiên liệu uranium, các nguyên tử của nó thực hiện phản ứng mong muốn.

Không thể chỉ ném nhiên liệu vào lò phản ứng, trừ khi bạn muốn toàn bộ nhà máy phát nổ và gây ra tai nạn gây hậu quả cho một số bang lân cận. Do đó, nhiên liệu uranium được đặt trong các thanh nhiên liệu và sau đó được thu vào các cụm nhiên liệu. Những chữ viết tắt này có nghĩa là gì?

TVEL – nguyên tố nhiên liệu (đừng nhầm lẫn với cùng tên công ty Nga, nơi tạo ra chúng). Về cơ bản, nó là một ống zirconium mỏng và dài được làm từ hợp kim zirconium để đặt các viên uranium vào. Chính trong các thanh nhiên liệu, các nguyên tử uranium bắt đầu tương tác với nhau, giải phóng nhiệt trong quá trình phản ứng.

Zirconium được chọn làm vật liệu để sản xuất thanh nhiên liệu do đặc tính chịu lửa và chống ăn mòn của nó.

Loại thanh nhiên liệu phụ thuộc vào loại và cấu trúc của lò phản ứng. Theo quy định, cấu trúc và mục đích của thanh nhiên liệu không thay đổi; chiều dài và chiều rộng của ống có thể khác nhau.

Máy nạp hơn 200 viên uranium vào một ống zirconium. Tổng cộng có khoảng 10 triệu viên uranium đang hoạt động đồng thời trong lò phản ứng.
FA – lắp ráp nhiên liệu. Công nhân NPP gọi các bó nhiên liệu.

Về cơ bản, đây là một số thanh nhiên liệu được gắn chặt với nhau. FA là nhiên liệu hạt nhân đã hoàn thiện, là thứ mà một nhà máy điện hạt nhân vận hành. Đó là các cụm nhiên liệu được nạp vào lò phản ứng hạt nhân. Khoảng 150 – 400 bó nhiên liệu được đặt trong một lò phản ứng.
Tùy thuộc vào lò phản ứng mà cụm nhiên liệu sẽ hoạt động, chúng có thể được hình dạng khác nhau. Đôi khi các bó được gấp lại thành hình khối, đôi khi thành hình trụ, đôi khi thành hình lục giác.

Một cụm nhiên liệu trong 4 năm hoạt động tạo ra lượng năng lượng tương đương khi đốt 670 ô tô chạy bằng than, 730 thùng chứa khí tự nhiên hoặc 900 thùng chứa đầy dầu.
Ngày nay, cụm nhiên liệu được sản xuất chủ yếu tại các nhà máy ở Nga, Pháp, Mỹ và Nhật Bản.

Để cung cấp nhiên liệu cho các nhà máy điện hạt nhân tới các nước khác, các cụm nhiên liệu được hàn kín dài và rộng. ống kim loại, không khí được bơm ra khỏi đường ống và được phân phối bằng các máy đặc biệt trên máy bay chở hàng.

Nhiên liệu hạt nhân cho các nhà máy điện hạt nhân có trọng lượng rất lớn, bởi vì... uranium là một trong những kim loại nặng nhất trên hành tinh. Của anh ấy trọng lượng riêng Gấp 2,5 lần so với thép.

Nhà máy điện hạt nhân: nguyên lý vận hành

Nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân là gì? Nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân dựa trên phản ứng phân hạch dây chuyền của các nguyên tử của chất phóng xạ - uranium. Phản ứng này xảy ra trong lõi của lò phản ứng hạt nhân.

ĐIỀU QUAN TRỌNG CẦN BIẾT:

Không đi sâu vào sự phức tạp của vật lý hạt nhân, nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân trông như thế này:
Sau khi khởi động lò phản ứng hạt nhân, các thanh hấp thụ được tháo ra khỏi thanh nhiên liệu, ngăn cản uranium phản ứng.

Sau khi tháo các thanh này ra, các neutron uranium bắt đầu tương tác với nhau.

Khi các neutron va chạm nhau, một vụ nổ nhỏ xảy ra ở cấp độ nguyên tử, năng lượng được giải phóng và các neutron mới sinh ra, một phản ứng dây chuyền bắt đầu xảy ra. Quá trình này tạo ra nhiệt.

Nhiệt được truyền đến chất làm mát. Tùy thuộc vào loại chất làm mát, nó biến thành hơi nước hoặc khí làm quay tuabin.

Tuabin dẫn động một máy phát điện. Chính anh ta là người thực sự tạo ra dòng điện.

Nếu bạn không theo dõi quá trình, các neutron uranium có thể va chạm với nhau cho đến khi chúng làm nổ tung lò phản ứng và đập tan toàn bộ nhà máy điện hạt nhân thành những mảnh vụn. Quá trình này được điều khiển bởi các cảm biến máy tính. Chúng phát hiện sự gia tăng nhiệt độ hoặc thay đổi áp suất trong lò phản ứng và có thể tự động dừng phản ứng.

Nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân khác với nhà máy nhiệt điện (nhiệt điện) như thế nào?

Có sự khác biệt trong công việc chỉ trong giai đoạn đầu tiên. Trong nhà máy điện hạt nhân, chất làm mát nhận nhiệt từ sự phân hạch của các nguyên tử nhiên liệu uranium; trong nhà máy nhiệt điện, chất làm mát nhận nhiệt từ quá trình đốt cháy nhiên liệu hữu cơ (than, khí đốt hoặc dầu). Sau khi nguyên tử uranium hoặc khí và than đã giải phóng nhiệt, sơ đồ vận hành của nhà máy điện hạt nhân và nhà máy nhiệt điện đều giống nhau.

Các loại lò phản ứng hạt nhân

Cách một nhà máy điện hạt nhân vận hành phụ thuộc vào cách thức hoạt động chính xác của lò phản ứng hạt nhân. Ngày nay có hai loại lò phản ứng chính, được phân loại theo phổ của tế bào thần kinh:
Lò phản ứng neutron chậm, còn được gọi là lò phản ứng nhiệt.

Để vận hành, uranium 235 được sử dụng, trải qua các giai đoạn làm giàu, tạo ra các viên uranium, v.v. Ngày nay, phần lớn các lò phản ứng sử dụng neutron chậm.
Lò phản ứng neutron nhanh.

Những lò phản ứng này là tương lai, bởi vì... Họ hoạt động trên uranium-238, vốn có bản chất rất lớn và không cần thiết phải làm giàu nguyên tố này. Nhược điểm duy nhất của các lò phản ứng như vậy là chi phí thiết kế, xây dựng và khởi động rất cao. Ngày nay, các lò phản ứng neutron nhanh chỉ hoạt động ở Nga.

Chất làm mát trong lò phản ứng neutron nhanh là thủy ngân, khí, natri hoặc chì.

Lò phản ứng neutron chậm mà tất cả các nhà máy điện hạt nhân trên thế giới sử dụng ngày nay cũng có nhiều loại.

Tổ chức IAEA (Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế) đã tạo ra bảng phân loại riêng của mình, bảng phân loại này thường được sử dụng nhiều nhất trong ngành năng lượng hạt nhân toàn cầu. Do nguyên lý vận hành của nhà máy điện hạt nhân phần lớn phụ thuộc vào việc lựa chọn chất làm mát và chất điều tiết nên IAEA đã phân loại dựa trên những khác biệt này.

Từ quan điểm hóa học, deuterium oxit là chất điều tiết và chất làm mát lý tưởng, bởi vì các nguyên tử của nó tương tác hiệu quả nhất với neutron của uranium so với các chất khác. Nói một cách đơn giản, nước nặng thực hiện nhiệm vụ của nó bằng tổn thất tối thiểu và kết quả tối đa. Tuy nhiên, việc sản xuất nó tốn kém tiền bạc, trong khi nước “ánh sáng” thông thường và nước quen thuộc lại dễ sử dụng hơn nhiều.

Một vài sự thật về lò phản ứng hạt nhân...

Thật thú vị khi một lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân phải mất ít nhất 3 năm để xây dựng!
Để xây dựng một lò phản ứng bạn cần có thiết bị chạy bằng dòng điệnở mức 210 kilo Ampe, lớn hơn một triệu lần so với dòng điện có thể giết chết một người.

Một vỏ (bộ phận cấu trúc) của lò phản ứng hạt nhân nặng 150 tấn. Có 6 yếu tố như vậy trong một lò phản ứng.

Lò phản ứng nước áp lực

Nói chung, chúng ta đã tìm hiểu cách thức hoạt động của một nhà máy điện hạt nhân; để hiểu rõ mọi thứ, hãy xem cách thức hoạt động của lò phản ứng hạt nhân nước áp lực phổ biến nhất.
Ngày nay trên toàn thế giới, các lò phản ứng nước áp lực thế hệ 3+ được sử dụng. Chúng được coi là đáng tin cậy và an toàn nhất.

Tất cả các lò phản ứng nước điều áp trên thế giới, trong suốt nhiều năm hoạt động, đã tích lũy hơn 1000 năm hoạt động không gặp sự cố và chưa bao giờ có những sai lệch nghiêm trọng.

Cấu trúc của nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng nước điều áp ngụ ý rằng nước cất được làm nóng đến 320 độ tuần hoàn giữa các thanh nhiên liệu. Để ngăn nó chuyển sang trạng thái hơi, nó được giữ ở áp suất 160 atm. Sơ đồ nhà máy điện hạt nhân gọi nó là nước mạch sơ cấp.

Nước nóng đi vào máy tạo hơi nước và tỏa nhiệt cho nước mạch thứ cấp, sau đó nó lại “quay trở lại” lò phản ứng. Nhìn bề ngoài, có vẻ như các ống nước của mạch thứ nhất tiếp xúc với các ống khác - nước của mạch thứ hai, chúng truyền nhiệt cho nhau nhưng nước không tiếp xúc với nhau. Các ống tiếp xúc.

Do đó, khả năng bức xạ đi vào mạch nước thứ cấp sẽ tham gia thêm vào quá trình tạo ra điện sẽ bị loại trừ.

An toàn vận hành NPP

Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân, chúng ta phải hiểu nguyên lý hoạt động của an toàn. Việc xây dựng các nhà máy điện hạt nhân ngày nay đòi hỏi phải tăng cường chú ý đến các quy định an toàn.
Chi phí an toàn NPP chiếm khoảng 40% tổng chi phí của nhà máy.

Thiết kế nhà máy điện hạt nhân bao gồm 4 rào cản vật lý ngăn chặn sự phát tán chất phóng xạ. Những rào cản này để làm gì? Vào đúng thời điểm, có thể dừng phản ứng hạt nhân, đảm bảo loại bỏ nhiệt liên tục khỏi lõi và lò phản ứng, đồng thời ngăn chặn việc giải phóng các hạt nhân phóng xạ ra ngoài khu vực ngăn chặn (vùng kín).

Rào cản đầu tiên là sức mạnh của viên uranium.Điều quan trọng là chúng không bị phá hủy bởi nhiệt độ cao trong lò phản ứng hạt nhân. Phần lớn cách thức hoạt động của một nhà máy điện hạt nhân phụ thuộc vào cách các viên uranium được “nung” trong giai đoạn sản xuất ban đầu. Nếu các viên nhiên liệu uranium không được nung đúng cách, phản ứng của các nguyên tử uranium trong lò phản ứng sẽ khó lường.
Rào cản thứ hai là độ kín của thanh nhiên liệu. Các ống zirconium phải được bịt kín; nếu lớp bịt kín bị hỏng thì cùng lắm lò phản ứng sẽ bị hỏng và tệ nhất là công việc sẽ dừng lại, mọi thứ sẽ bay lên không trung.
Rào chắn thứ ba là thùng lò phản ứng bằng thép bền bỉ a, (giống nhau tháp lớn– vùng kín) “chứa” tất cả các quá trình phóng xạ. Nếu vỏ bị hư hỏng, bức xạ sẽ thoát vào khí quyển.
Rào cản thứ tư là thanh bảo vệ khẩn cấp. Các thanh có bộ điều tiết được treo phía trên lõi bằng nam châm, có thể hấp thụ toàn bộ neutron trong 2 giây và dừng phản ứng dây chuyền.

Nếu dù xây dựng một nhà máy điện hạt nhân với nhiều cấp độ bảo vệ nhưng không thể làm mát lõi lò phản ứng đúng lúc và nhiệt độ nhiên liệu tăng lên 2600 độ thì hy vọng cuối cùng hệ thống an toàn - cái gọi là bẫy tan chảy.

Thực tế là ở nhiệt độ này, đáy thùng lò phản ứng sẽ tan chảy, và tất cả phần còn lại của nhiên liệu hạt nhân và các cấu trúc nóng chảy sẽ chảy vào một chiếc “thủy tinh” đặc biệt lơ lửng phía trên lõi lò phản ứng.

Bẫy tan chảy được làm lạnh và chống cháy. Nó chứa đầy cái gọi là "vật liệu hy sinh", dần dần ngăn chặn phản ứng phân hạch dây chuyền.

Do đó, thiết kế nhà máy điện hạt nhân bao hàm nhiều mức độ bảo vệ, gần như loại bỏ hoàn toàn mọi khả năng xảy ra tai nạn.

Lò phản ứng hạt nhân hoạt động trơn tru và hiệu quả. Nếu không, như bạn biết, sẽ có rắc rối. Nhưng chuyện gì đang xảy ra bên trong vậy? Chúng ta hãy thử xây dựng nguyên lý hoạt động của lò phản ứng hạt nhân (hạt nhân) một cách ngắn gọn, rõ ràng, có điểm dừng.

Về bản chất, quá trình tương tự đang diễn ra ở đó như trong một vụ nổ hạt nhân. Chỉ có vụ nổ xảy ra rất nhanh, nhưng trong lò phản ứng, tất cả điều này kéo dài rất lâu. Kết quả là mọi thứ vẫn an toàn và chúng ta nhận được năng lượng. Không đến mức mọi thứ xung quanh sẽ bị phá hủy ngay lập tức, nhưng khá đủ để cung cấp điện cho thành phố.

Tháp làm mát nhà máy điện hạt nhân hoạt động như thế nào?
Trước khi hiểu phản ứng hạt nhân có kiểm soát xảy ra như thế nào, bạn cần biết phản ứng hạt nhân nói chung là gì.

Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi (phân hạch) của hạt nhân nguyên tử khi chúng tương tác với các hạt cơ bản và tia gamma.

Phản ứng hạt nhân có thể xảy ra với cả sự hấp thụ và giải phóng năng lượng. Lò phản ứng sử dụng phản ứng thứ hai.

Lò phản ứng hạt nhân là một thiết bị có mục đích duy trì phản ứng hạt nhân có kiểm soát bằng cách giải phóng năng lượng.

Thông thường lò phản ứng hạt nhân còn được gọi là lò phản ứng nguyên tử. Chúng ta hãy lưu ý rằng không có sự khác biệt cơ bản ở đây, nhưng từ quan điểm của khoa học thì dùng từ “hạt nhân” sẽ đúng hơn. Hiện nay có nhiều loại lò phản ứng hạt nhân. Đó là những lò phản ứng công nghiệp khổng lồ được thiết kế để tạo ra năng lượng trong các nhà máy điện, lò phản ứng hạt nhân của tàu ngầm, lò phản ứng thực nghiệm nhỏ dùng trong thí nghiệm khoa học. Thậm chí có những lò phản ứng được sử dụng để khử muối trong nước biển.

Lịch sử hình thành lò phản ứng hạt nhân

Lò phản ứng hạt nhân đầu tiên được khởi động vào năm 1942 không xa. Điều này đã xảy ra ở Mỹ dưới sự lãnh đạo của Fermi. Lò phản ứng này được gọi là Chicago Woodpile.

Năm 1946, lò phản ứng đầu tiên của Liên Xô, dưới sự lãnh đạo của Kurchatov, bắt đầu hoạt động. Thân của lò phản ứng này là một quả bóng có đường kính bảy mét. Các lò phản ứng đầu tiên không có hệ thống làm mát và công suất của chúng ở mức tối thiểu. Nhân tiện, lò phản ứng của Liên Xô có công suất trung bình là 20 Watts, còn lò phản ứng của Mỹ chỉ có 1 Watt. Để so sánh: công suất trung bình của các lò phản ứng điện hiện đại là 5 Gigawatt. Chưa đầy mười năm sau khi khởi động lò phản ứng đầu tiên, nhà máy điện hạt nhân công nghiệp đầu tiên trên thế giới đã được khai trương tại thành phố Obninsk.

Nguyên lý hoạt động của lò phản ứng hạt nhân (hạt nhân)

Bất kỳ lò phản ứng hạt nhân nào cũng có một số bộ phận: lõi chứa nhiên liệu và bộ điều tiết, bộ phản xạ neutron, chất làm mát, hệ thống điều khiển và bảo vệ. Các đồng vị của uranium (235, 238, 233), plutonium (239) và thorium (232) thường được sử dụng làm nhiên liệu trong các lò phản ứng. Lõi là một nồi hơi mà qua đó nước thông thường (chất làm mát) chảy qua. Trong số các chất làm mát khác, “nước nặng” và than chì lỏng ít được sử dụng hơn. Nếu nói về hoạt động của các nhà máy điện hạt nhân thì lò phản ứng hạt nhân được sử dụng để tạo ra nhiệt. Bản thân điện được tạo ra bằng phương pháp tương tự như ở các loại nhà máy điện khác - hơi nước làm quay tuabin và năng lượng chuyển động được chuyển thành năng lượng điện.

Dưới đây là sơ đồ hoạt động của lò phản ứng hạt nhân.

Sơ đồ vận hành lò phản ứng hạt nhân Sơ đồ vận hành lò phản ứng hạt nhân tại nhà máy điện hạt nhân

Như chúng ta đã nói, sự phân rã của hạt nhân uranium nặng tạo ra các nguyên tố nhẹ hơn và một số neutron. Các neutron sinh ra va chạm với các hạt nhân khác, cũng khiến chúng phân hạch. Đồng thời, số lượng neutron tăng lên như một trận tuyết lở.

Ở đây chúng ta cần nhắc tới hệ số nhân neutron. Vì vậy, nếu hệ số này vượt quá giá trị bằng một, vụ nổ hạt nhân. Nếu giá trị nhỏ hơn một thì có quá ít neutron và phản ứng sẽ kết thúc. Nhưng nếu bạn duy trì giá trị của hệ số bằng 1 thì phản ứng sẽ diễn ra lâu dài và ổn định.

Câu hỏi là làm thế nào để làm điều này? Trong lò phản ứng, nhiên liệu được chứa trong cái gọi là phần tử nhiên liệu (phần tử nhiên liệu). Đây là những thanh chứa nhiên liệu hạt nhân ở dạng viên nhỏ. Các thanh nhiên liệu được nối thành các băng hình lục giác, trong đó có thể có hàng trăm thanh trong lò phản ứng. Các băng chứa các thanh nhiên liệu được bố trí theo chiều dọc và mỗi thanh nhiên liệu có một hệ thống cho phép bạn điều chỉnh độ sâu ngâm của nó vào lõi. Ngoài các băng cassette, trong số đó còn có các thanh điều khiển và thanh bảo vệ khẩn cấp. Các thanh được làm bằng vật liệu hấp thụ neutron tốt. Nhờ đó, các thanh điều khiển có thể được hạ xuống ở các độ sâu khác nhau trong lõi, từ đó điều chỉnh được hệ số nhân neutron. Thanh khẩn cấp được thiết kế để tắt lò phản ứng trong trường hợp khẩn cấp.

Lò phản ứng hạt nhân được khởi động như thế nào?

Chúng ta đã tự mình tìm ra nguyên lý hoạt động, nhưng làm thế nào để khởi động và làm cho lò phản ứng hoạt động? Nói một cách đại khái, nó đây - một mảnh uranium, nhưng phản ứng dây chuyền không tự bắt đầu trong đó. Thực tế là trong vật lý hạt nhân có khái niệm về khối lượng tới hạn.

Nhiên liệu hạt nhânNhiên liệu hạt nhân

Khối lượng tới hạn là khối lượng vật liệu phân hạch cần thiết để bắt đầu phản ứng dây chuyền hạt nhân.

Với sự trợ giúp của các thanh nhiên liệu và thanh điều khiển, một khối lượng nhiên liệu hạt nhân tới hạn trước tiên được tạo ra trong lò phản ứng, sau đó lò phản ứng được đưa đến mức công suất tối ưu trong một số giai đoạn.

Bạn có thể sẽ thích: Những thủ thuật toán học dành cho sinh viên ngành nhân văn và không nhiều (Phần 1)
Trong bài viết này chúng tôi đã cố gắng cung cấp cho bạn ý tưởng chung về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò phản ứng hạt nhân (hạt nhân). Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào về chủ đề này hoặc được hỏi một vấn đề về vật lý hạt nhân ở trường đại học, vui lòng liên hệ với các chuyên gia của công ty chúng tôi. Như thường lệ, chúng tôi sẵn sàng giúp bạn giải quyết mọi vấn đề cấp bách liên quan đến việc học của bạn. Và trong khi chúng ta đang nói về điều đó, đây là một video giáo dục khác mà bạn có thể chú ý!

blog/kak-rabotaet-yadernyj-reaktor/

I. Thiết kế lò phản ứng hạt nhân

Một lò phản ứng hạt nhân bao gồm năm yếu tố chính sau:

1) nhiên liệu hạt nhân;

2) chất điều tiết neutron;

3) hệ thống quản lý;

4) hệ thống làm mát;

5) màn hình bảo vệ.

1. Nhiên liệu hạt nhân.

Nhiên liệu hạt nhân là một nguồn năng lượng. Hiện nay có ba loại vật liệu phân hạch được biết đến:

a) uranium 235, chiếm 0,7%, hoặc 1/140 uranium tự nhiên;

6) plutonium 239, được hình thành trong một số lò phản ứng dựa trên uranium 238, chiếm gần như toàn bộ khối lượng uranium tự nhiên (99,3%, hoặc 139/140 phần).

Bắt giữ neutron, hạt nhân urani 238 biến thành hạt nhân neptunium - nguyên tố thứ 93 trong hệ tuần hoàn Mendeleev; đến lượt nó biến thành hạt nhân plutonium - nguyên tố thứ 94 của bảng tuần hoàn. Plutonium dễ dàng được chiết xuất từ uranium được chiếu xạ bằng phương pháp hóa học và có thể được sử dụng làm nhiên liệu hạt nhân;

c) uranium 233, là đồng vị nhân tạo của uranium thu được từ thorium.

Không giống như uranium 235, được tìm thấy trong uranium tự nhiên, plutonium 239 và uranium 233 chỉ thu được một cách nhân tạo. Đó là lý do tại sao chúng được gọi là nhiên liệu hạt nhân thứ cấp; Nguồn nhiên liệu đó là uranium 238 và thorium 232.

Như vậy, trong số tất cả các loại nhiên liệu hạt nhân nêu trên, uranium là loại chính. Điều này giải thích phạm vi rộng lớn mà việc tìm kiếm và thăm dò các mỏ uranium đang được thực hiện ở tất cả các quốc gia.

Năng lượng giải phóng trong lò phản ứng hạt nhân đôi khi được so sánh với năng lượng giải phóng trong quá trình phản ứng hóa học sự đốt cháy. Tuy nhiên, có một sự khác biệt cơ bản giữa chúng.

Lượng nhiệt thu được trong quá trình phân hạch uranium lớn hơn rất nhiều so với lượng nhiệt thu được trong quá trình đốt cháy, chẳng hạn như than: 1 kg uranium 235, có thể tích bằng một bao thuốc lá, về mặt lý thuyết có thể cung cấp nhiều năng lượng bằng 2600 tấn than.

Tuy nhiên, những cơ hội năng lượng này chưa được khai thác triệt để, vì không phải tất cả uranium 235 đều có thể tách khỏi uranium tự nhiên. Kết quả là, 1 kg uranium, tùy thuộc vào mức độ làm giàu uranium 235, hiện tương đương với khoảng 10 tấn than. Nhưng cần lưu ý rằng việc sử dụng nhiên liệu hạt nhân tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển và do đó làm giảm đáng kể chi phí nhiên liệu. Các chuyên gia Anh đã tính toán rằng bằng cách làm giàu uranium, họ sẽ có thể tăng nhiệt lượng sinh ra trong các lò phản ứng lên 10 lần, tương đương 1 tấn uranium với 100 nghìn tấn than.

Sự khác biệt thứ hai giữa quá trình phân hạch hạt nhân, bao gồm sự giải phóng nhiệt và đốt hóa chất là phản ứng đốt cháy cần có oxy, trong khi để bắt đầu một phản ứng dây chuyền chỉ cần một số neutron và một khối lượng nhiên liệu hạt nhân nhất định, bằng với khối lượng tới hạn, định nghĩa mà chúng ta đã đưa ra trong phần về bom nguyên tử.

Và cuối cùng, quá trình phân hạch hạt nhân vô hình đi kèm với việc phát ra bức xạ cực kỳ có hại, cần phải có biện pháp bảo vệ.

2. Chất điều tiết neutron.

Để tránh sự phát tán sản phẩm phân hạch trong lò phản ứng, nhiên liệu hạt nhân phải được đặt trong các vỏ đặc biệt. Để chế tạo những lớp vỏ như vậy, bạn có thể sử dụng nhôm (nhiệt độ làm mát không được vượt quá 200°), hoặc thậm chí tốt hơn là berili hoặc zirconi - những kim loại mới, việc sản xuất chúng ở dạng nguyên chất gặp rất nhiều khó khăn.

Các neutron được tạo ra trong quá trình phân hạch hạt nhân (trung bình 2–3 neutron trong quá trình phân hạch của một hạt nhân của một nguyên tố nặng) có một năng lượng nhất định. Để xác suất neutron phân tách các hạt nhân khác là lớn nhất, nếu không có điều đó thì phản ứng sẽ không tự duy trì được thì các neutron này cần phải mất một phần tốc độ. Điều này đạt được bằng cách đặt một bộ điều tiết trong lò phản ứng, trong đó các neutron nhanh được chuyển đổi thành các neutron chậm do nhiều va chạm liên tiếp. Vì chất được sử dụng làm chất điều tiết phải có hạt nhân có khối lượng xấp xỉ bằng khối lượng neutron, tức là hạt nhân của các nguyên tố nhẹ, nên ngay từ đầu nước nặng đã được sử dụng làm chất điều tiết (D 2 0, trong đó D là deuterium , thay thế hydro nhẹ trong nước thông thường N 2 0). Tuy nhiên, hiện nay họ đang cố gắng sử dụng than chì ngày càng nhiều - nó rẻ hơn và mang lại hiệu quả gần như tương tự.

Một tấn nước nặng mua ở Thụy Điển có giá 70–80 triệu franc. Tại Hội nghị Geneva về sử dụng năng lượng nguyên tử một cách hòa bình, người Mỹ tuyên bố rằng họ sẽ sớm có thể bán nước nặng với mức giá 22 triệu franc mỗi tấn.

Một tấn than chì có giá 400 nghìn franc, và một tấn oxit berili có giá 20 triệu franc.

Chất được sử dụng làm chất điều tiết phải tinh khiết để tránh thất thoát neutron khi chúng đi qua chất điều tiết. Khi kết thúc quá trình chạy, neutron có tốc độ trung bình khoảng 2200 m/giây, trong khi tốc độ ban đầu của chúng là khoảng 20 nghìn km/giây. Trong các lò phản ứng, sự giải phóng nhiệt xảy ra dần dần và có thể được kiểm soát, không giống như bom nguyên tử, nó xảy ra ngay lập tức và mang đặc tính của một vụ nổ.

Một số loại lò phản ứng nhanh không cần người điều hành.

3. Hệ thống quản lý.

Một người phải có khả năng gây ra, điều chỉnh và ngăn chặn phản ứng hạt nhân theo ý muốn. Điều này đạt được bằng cách sử dụng các thanh điều khiển làm bằng thép boron hoặc cadmium - những vật liệu có khả năng hấp thụ neutron. Tùy thuộc vào độ sâu mà các thanh điều khiển được hạ xuống lò phản ứng, số lượng neutron trong lõi tăng hoặc giảm, điều này cuối cùng giúp điều chỉnh quá trình. Các thanh điều khiển được điều khiển tự động bằng cơ cấu trợ lực; Một số thanh này có thể ngay lập tức rơi vào lõi trong trường hợp nguy hiểm.

Lúc đầu có những lo ngại rằng một vụ nổ lò phản ứng sẽ gây ra thiệt hại tương tự như một quả bom nguyên tử. Để chứng minh rằng vụ nổ lò phản ứng chỉ xảy ra trong những điều kiện khác với điều kiện bình thường và không gây nguy hiểm nghiêm trọng cho người dân sống gần nhà máy hạt nhân, người Mỹ đã cố tình cho nổ một lò phản ứng được gọi là “sôi”. Thật vậy, đã có một vụ nổ mà chúng ta có thể mô tả là “cổ điển”, tức là phi hạt nhân; điều này một lần nữa chứng minh rằng các lò phản ứng hạt nhân có thể được xây dựng gần các khu vực đông dân cư mà không gây bất kỳ mối nguy hiểm đặc biệt nào cho khu vực sau.

4. Hệ thống làm mát.

Trong quá trình phân hạch hạt nhân, một năng lượng nhất định được giải phóng, năng lượng này được truyền sang các sản phẩm phân rã và tạo thành neutron. Năng lượng này, do nhiều va chạm của neutron, được chuyển thành năng lượng nhiệt, do đó, để ngăn chặn sự hỏng hóc nhanh chóng của lò phản ứng, nhiệt phải được loại bỏ. Trong các lò phản ứng được thiết kế để sản xuất đồng vị phóng xạ, nhiệt này không được sử dụng, nhưng trong các lò phản ứng được thiết kế để tạo ra năng lượng, ngược lại, nó trở thành sản phẩm chính. Việc làm mát có thể được thực hiện bằng khí hoặc nước, lưu thông trong lò phản ứng dưới áp suất thông qua các ống đặc biệt và sau đó được làm mát trong bộ trao đổi nhiệt. Nhiệt lượng tỏa ra có thể được sử dụng để làm nóng hơi nước làm quay tuabin nối với máy phát điện; một thiết bị như vậy sẽ là một nhà máy điện hạt nhân.

5. Màn hình bảo vệ.

Để tránh tác hại của neutron có thể bay ra ngoài lò phản ứng và để bảo vệ bản thân khỏi bức xạ gamma phát ra trong quá trình phản ứng, cần phải bảo vệ đáng tin cậy. Các nhà khoa học đã tính toán rằng một lò phản ứng có công suất 100 nghìn kW phát ra một lượng bức xạ phóng xạ đến mức một người ở cách đó 100 m sẽ nhận được nó trong 2 phút. liều gây chết người. Để đảm bảo an toàn cho nhân viên bảo trì lò phản ứng, những bức tường cao hai mét được xây bằng bê tông đặc biệt với các tấm chì.

Lò phản ứng đầu tiên được xây dựng vào tháng 12 năm 1942 bởi Fermi người Ý. Đến cuối năm 1955, trên thế giới có khoảng 50 lò phản ứng hạt nhân (Mỹ - 21, Anh - 4, Canada - 2, Pháp - 2). Cần nói thêm rằng đến đầu năm 1956, khoảng 50 lò phản ứng nữa đã được thiết kế cho mục đích nghiên cứu và công nghiệp (Mỹ - 23, Pháp - 4, Anh - 3, Canada - 1).

Các loại lò phản ứng này rất đa dạng, từ lò phản ứng neutron chậm với chất điều tiết than chì và uranium tự nhiên làm nhiên liệu cho đến lò phản ứng neutron nhanh sử dụng uranium được làm giàu bằng plutonium hoặc uranium 233, được sản xuất nhân tạo từ thorium, làm nhiên liệu.

Ngoài hai loại đối lập này, còn có một loạt lò phản ứng khác nhau về thành phần nhiên liệu hạt nhân, loại chất điều tiết hoặc chất làm mát.

Điều rất quan trọng cần lưu ý là, mặc dù khía cạnh lý thuyết của vấn đề hiện đã được các chuyên gia ở tất cả các nước nghiên cứu kỹ lưỡng, nhưng trong lĩnh vực thực tiễn, các quốc gia khác nhau vẫn chưa đạt đến trình độ như nhau. Mỹ và Nga đang đi trước các nước khác. Có thể lập luận rằng tương lai của năng lượng hạt nhân sẽ phụ thuộc chủ yếu vào tiến bộ công nghệ.

Từ cuốn sách Thế giới tuyệt vời bên trong hạt nhân nguyên tử [bài giảng dành cho học sinh] tác giả Ivanov Igor Pierovich

Cấu trúc của máy va chạm LHC Bây giờ là một vài hình ảnh. Máy va chạm là máy gia tốc của các hạt va chạm. Ở đó, các hạt tăng tốc dọc theo hai vòng và va chạm với nhau. Đây là công trình thử nghiệm lớn nhất thế giới, bởi vì chiều dài của vòng này - đường hầm -

Từ cuốn sách Cuốn sách sự kiện mới nhất. Tập 3 [Vật lý, hóa học và công nghệ. Lịch sử và khảo cổ học. Điều khoản khác] tác giả Kondrashov Anatoly Pavlovich

Từ cuốn sách Vấn đề nguyên tử bởi Ran Philip

Từ cuốn sách 5b. Điện và từ tính tác giả Feynman Richard Phillips

Từ cuốn sách của tác giả

Chương VIII Nguyên lý hoạt động và khả năng của lò phản ứng hạt nhân I. Thiết kế lò phản ứng hạt nhân Một lò phản ứng hạt nhân bao gồm năm bộ phận chính sau: 1) nhiên liệu hạt nhân; 2) bộ điều tiết neutron; 3) hệ thống điều khiển; ) bảo vệ