Construit sous les gradins ouest du terrain de football de l'Université de Chicago et mis en service le 2 décembre 1942, le Chicago Pile-1 (CP-1) fut le premier réacteur nucléaire au monde. Il était constitué de blocs de graphite et d'uranium, ainsi que de barres de contrôle en cadmium, en indium et en argent, mais n'avait ni radioprotection ni système de refroidissement. Le directeur scientifique du projet, le physicien Enrico Fermi, a décrit le CP-1 comme « un tas humide de briques noires et de bûches de bois ».

Les travaux du réacteur débutèrent le 16 novembre 1942. a été fait travail difficile. Les physiciens et le personnel universitaire ont travaillé 24 heures sur 24. Ils ont construit un réseau de 57 couches d’oxyde d’uranium et de lingots d’uranium noyés dans des blocs de graphite. Une charpente en bois soutenait la structure. La protégée de Fermi, Leona Woods - la seule femme du projet - a pris des mesures minutieuses à mesure que le tas s'agrandissait.

Le 2 décembre 1942, le réacteur était prêt pour les essais. Il contenait 22 000 lingots d'uranium et utilisait 380 tonnes de graphite, ainsi que 40 tonnes d'oxyde d'uranium et six tonnes d'uranium métal. Il a fallu 2,7 millions de dollars pour construire le réacteur. L'expérience a commencé à 09h45. 49 personnes étaient présentes : Fermi, Compton, Szilard, Zinn, Heberry, Woods, un jeune menuisier qui fabriquait des blocs de graphite et des tiges de cadmium, des médecins, des étudiants ordinaires et d'autres scientifiques.

Trois personnes composaient la « brigade suicide » – elles faisaient partie du système de sécurité. Leur travail consistait à éteindre le feu en cas de problème. Il y avait aussi un contrôle : des barres de contrôle commandées manuellement et une tige de secours attachée à la balustrade du balcon au-dessus du réacteur. En cas d'urgence, la corde devait être coupée par une personne spécialement présente sur le balcon et la tige éteignait la réaction.

À 15 h 53, pour la première fois dans l’histoire, une réaction nucléaire en chaîne auto-entretenue a commencé. L'expérience a été un succès. Le réacteur a fonctionné pendant 28 minutes.

Pour comprendre le principe de fonctionnement et la conception d'un réacteur nucléaire, il faut faire une petite excursion dans le passé. Un réacteur nucléaire est un rêve vieux de plusieurs siècles, bien que pas entièrement réalisé, de l'humanité concernant une source d'énergie inépuisable. Son ancien « ancêtre » est un feu fait de branches sèches, qui illuminait et réchauffait autrefois les voûtes de la grotte où nos lointains ancêtres trouvèrent le salut du froid. Plus tard, les gens ont maîtrisé les hydrocarbures - charbon, schiste, pétrole et gaz naturel.

Une ère turbulente mais de courte durée de la vapeur a commencé, qui a été remplacée par une ère encore plus fantastique de l'électricité. Les villes étaient remplies de lumière et les ateliers étaient remplis du bourdonnement de machines jusqu'alors inédites entraînées par des moteurs électriques. Il semblait alors que le progrès avait atteint son apogée.

Tout a changé dans fin XIX siècle, lorsque le chimiste français Antoine Henri Becquerel a découvert par hasard que les sels d'uranium sont radioactifs. 2 ans plus tard, ses compatriotes Pierre Curie et son épouse Maria Sklodowska-Curie en obtenaient du radium et du polonium, et leur niveau de radioactivité était des millions de fois supérieur à celui du thorium et de l'uranium.

Le relais a été repris par Ernest Rutherford, qui a étudié en détail la nature des rayons radioactifs. Ainsi commença l’ère de l’atome, qui donna naissance à son enfant bien-aimé : le réacteur atomique.

Premier réacteur nucléaire

« Firstborn » vient des États-Unis. En décembre 1942, le premier courant fut généré par le réacteur, qui reçut le nom de son créateur - l'un des les plus grands physiciens siècle E. Fermi. Trois ans plus tard, la centrale nucléaire ZEEP prenait vie au Canada. Le «bronze» a été attribué au premier réacteur soviétique F-1, lancé fin 1946. Chef du service domestique projet nucléaire est devenu I.V. Kurchatov. Aujourd’hui, plus de 400 centrales nucléaires fonctionnent avec succès dans le monde.

Types de réacteurs nucléaires

Leur objectif principal est de soutenir une réaction nucléaire contrôlée produisant de l’électricité. Certains réacteurs produisent des isotopes. En bref, ce sont des dispositifs au fond desquels certaines substances se transforment en d'autres avec libération d'une grande quantité d'énergie thermique. Il s'agit d'une sorte de « four » où, à la place des combustibles traditionnels, sont brûlés les isotopes de l'uranium - U-235, U-238 et plutonium (Pu).

Contrairement, par exemple, à une voiture conçue pour plusieurs types d'essence, chaque type de combustible radioactif possède son propre type de réacteur. Il y en a deux - sur les neutrons lents (avec U-235) et rapides (avec U-238 et Pu). La plupart des centrales nucléaires disposent de réacteurs à neutrons lents. Outre les centrales nucléaires, les installations « fonctionnent » dans les centres de recherche, au sous-marins nucléaires Et .

Comment fonctionne le réacteur

Tous les réacteurs ont à peu près le même circuit. Son « cœur » est la zone active. Il peut être grossièrement comparé au foyer d’un poêle conventionnel. Seulement, au lieu du bois de chauffage, il existe du combustible nucléaire sous forme d'éléments combustibles avec un modérateur - des barres de combustible. La zone active est située à l'intérieur d'une sorte de capsule - un réflecteur de neutrons. Les barres de combustible sont « lavées » par le liquide de refroidissement – ​​l’eau. Le « cœur » ayant un niveau de radioactivité très élevé, il est entouré d’une radioprotection fiable.

Les opérateurs contrôlent le fonctionnement de l'usine à l'aide de deux systèmes critiques : le contrôle de la réaction en chaîne et un système de contrôle à distance. En cas d'urgence, la protection d'urgence est immédiatement activée.

Comment fonctionne un réacteur ?

La « flamme » atomique est invisible, puisque les processus se produisent au niveau de la fission nucléaire. Au cours d'une réaction en chaîne, les noyaux lourds se désintègrent en fragments plus petits qui, étant dans un état excité, deviennent des sources de neutrons et d'autres particules subatomiques. Mais le processus ne s’arrête pas là. Les neutrons continuent de se « diviser », ce qui libère de grandes quantités d'énergie, ce qui est la raison pour laquelle les centrales nucléaires sont construites.

La tâche principale du personnel est de maintenir la réaction en chaîne à l'aide de barres de commande à un niveau constant et réglable. C'est sa principale différence avec une bombe atomique, où le processus fission nucléaire incontrôlable et se déroule rapidement, sous la forme d'une puissante explosion.

Que s'est-il passé à la centrale nucléaire de Tchernobyl

L'une des principales raisons de la catastrophe de la centrale nucléaire de Tchernobyl en avril 1986 était une violation flagrante des règles de sécurité de fonctionnement lors de la maintenance de routine de la 4e tranche. Ensuite, 203 tiges de graphite ont été simultanément retirées du noyau au lieu des 15 autorisées par la réglementation. En conséquence, la réaction en chaîne incontrôlable qui a commencé s'est soldée par une explosion thermique et la destruction complète du groupe motopropulseur.

Réacteurs de nouvelle génération

Au cours de la dernière décennie, la Russie est devenue l’un des leaders mondiaux de l’énergie nucléaire. Sur à l'heure actuelle La société d'État Rosatom construit des centrales nucléaires dans 12 pays, où 34 unités sont en cours de construction. Une telle demande est une preuve haut niveau technologie nucléaire russe moderne. Viennent ensuite les nouveaux réacteurs de 4e génération.

"Brest"

L'un d'eux est Brest, développé dans le cadre du projet Breakthrough. Les systèmes à cycle ouvert actuels fonctionnent avec de l'uranium faiblement enrichi, ce qui oblige à éliminer de grandes quantités de combustible usé à des coûts énormes. "Brest" - un réacteur à neutrons rapides est unique dans son cycle fermé.

Dans ce document, le combustible usé, après un traitement approprié dans un réacteur à neutrons rapides, redevient du combustible à part entière, qui peut être rechargé dans la même installation.

Brest se distingue par un haut niveau de sécurité. Il n'« explosera » jamais même lors de l'accident le plus grave, il est très économique et respectueux de l'environnement, puisqu'il réutilise son uranium « renouvelé ». Il ne peut pas non plus être utilisé pour produire du plutonium de qualité militaire, ce qui ouvre les plus larges perspectives d’exportation.

VVER-1200

VVER-1200 est un réacteur innovant de génération 3+ d'une capacité de 1 150 MW. Grâce à ses capacités techniques uniques, il offre une sécurité de fonctionnement quasi absolue. Le réacteur est largement équipé de systèmes de sécurité passive qui fonctionneront automatiquement même en l'absence d'alimentation électrique.

L'un d'eux est un système d'évacuation de chaleur passive, qui est automatiquement activé lorsque le réacteur est complètement hors tension. Dans ce cas, des réservoirs hydrauliques de secours sont prévus. S'il y a une chute de pression anormale dans le circuit primaire, une grande quantité d'eau contenant du bore commence à être fournie au réacteur, ce qui éteint la réaction nucléaire et absorbe les neutrons.

Un autre savoir-faire se situe dans la partie inférieure de la coque de protection - le « piège » à fusion. Si, à la suite d'un accident, le noyau « fuit », le « piège » ne permettra pas l'effondrement de l'enveloppe de confinement et empêchera les produits radioactifs de pénétrer dans le sol.

Conception et principe de fonctionnement

Mécanisme de libération d'énergie

La transformation de la substance s'accompagne de la libération énergie gratuite seulement si la substance dispose d'une réserve d'énergie. Ce dernier signifie que les microparticules d'une substance sont dans un état avec une énergie de repos supérieure à celle d'un autre état possible vers lequel il existe une transition. Une transition spontanée est toujours empêchée par une barrière énergétique, pour surmonter laquelle la microparticule doit recevoir une certaine quantité d'énergie de l'extérieur - l'énergie d'excitation. La réaction exoénergétique consiste dans le fait que lors de la transformation suivant l'excitation, plus d'énergie est libérée qu'il n'en faut pour exciter le processus. Il existe deux manières de surmonter la barrière énergétique : soit grâce à l'énergie cinétique des particules en collision, soit grâce à l'énergie de liaison de la particule qui se joint.

Si nous gardons à l’esprit l’échelle macroscopique de libération d’énergie, alors toutes ou initialement au moins une partie des particules de la substance doivent avoir l’énergie cinétique nécessaire pour exciter des réactions. Ceci n'est réalisable qu'en augmentant la température du milieu jusqu'à une valeur à laquelle l'énergie du mouvement thermique se rapproche du seuil énergétique limitant le déroulement du processus. Dans le cas de transformations moléculaires, c'est-à-dire de réactions chimiques, une telle augmentation est généralement de plusieurs centaines de kelvins, mais dans le cas de réactions nucléaires, elle est d'au moins 10 7 en raison de la très grande hauteur des barrières coulombiennes des noyaux en collision. L'excitation thermique des réactions nucléaires n'est réalisée en pratique que lors de la synthèse des noyaux les plus légers, dans lesquels les barrières coulombiennes sont minimes (fusion thermonucléaire).

L'excitation en joignant des particules ne nécessite pas une grande énergie cinétique et ne dépend donc pas de la température du milieu, car elle se produit en raison de liaisons inutilisées inhérentes aux forces d'attraction des particules. Mais pour susciter des réactions, les particules elles-mêmes sont nécessaires. Et si encore une fois nous entendons non pas un acte de réaction individuel, mais la production d'énergie à l'échelle macroscopique, alors cela n'est possible que lorsqu'une réaction en chaîne se produit. Cette dernière se produit lorsque les particules qui excitent la réaction réapparaissent comme produits d’une réaction exoénergétique.

Conception

N'importe lequel réacteur nucléaire se compose des parties suivantes :

• Noyau avec combustible nucléaire et modérateur ;
• Réflecteur de neutrons entourant le noyau ;
• Système de contrôle de réaction en chaîne, y compris protection d'urgence ;
• Radioprotection ;
• Système de contrôle à distance.

Principes physiques de fonctionnement

Voir aussi les articles principaux :

L'état actuel d'un réacteur nucléaire peut être caractérisé par le facteur de multiplication effectif des neutrons k ou réactivité ρ , qui sont liés par la relation suivante :

Les valeurs suivantes sont typiques pour ces quantités :

• k> 1 - la réaction en chaîne augmente avec le temps, le réacteur est en supercritique l'état, sa réactivité ρ > 0;
• k < 1 - реакция затухает, реактор - sous-critique, ρ < 0;
• k = 1, ρ = 0 - le nombre de fissions nucléaires est constant, le réacteur est dans un état stable critique condition.

Condition de criticité pour un réacteur nucléaire :

, Où

L'inversion du facteur de multiplication à l'unité est obtenue en équilibrant la multiplication des neutrons avec leurs pertes. Il y a en réalité deux raisons aux pertes : la capture sans fission et la fuite des neutrons hors du milieu de reproduction.

Il est évident que 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 pour les réacteurs thermiques peut être déterminé par la « formule à 4 facteurs » :

, Où

• η est le rendement neutronique pour deux absorptions.

Les volumes des réacteurs de puissance modernes peuvent atteindre des centaines de m³ et sont principalement déterminés non pas par les conditions de criticité, mais par les capacités d'évacuation de la chaleur.

Volume critique réacteur nucléaire - le volume du cœur du réacteur dans un état critique. Masse critique- la masse de matière fissile du réacteur, qui se trouve dans un état critique.

Les réacteurs dans lesquels le combustible est constitué de solutions aqueuses de sels d'isotopes fissiles purs avec un réflecteur de neutrons à eau ont la masse critique la plus faible. Pour 235 U, cette masse est de 0,8 kg, pour 239 Pu - 0,5 kg. Il est cependant bien connu que la masse critique du réacteur LOPO (le premier réacteur à uranium enrichi au monde), doté d'un réflecteur à oxyde de béryllium, était de 0,565 kg, malgré le fait que le degré d'enrichissement en isotope 235 n'était que légèrement supérieur. que 14 %. Théoriquement, il possède la plus petite masse critique, pour laquelle cette valeur n'est que de 10 g.

Afin de réduire les fuites de neutrons, le noyau prend une forme sphérique ou proche de la sphère, par exemple un cylindre ou un cube court, car ces figures ont le plus petit rapport surface/volume.

Malgré le fait que la valeur (e - 1) soit généralement faible, le rôle de la reproduction de neutrons rapides est assez important, puisque pour les grands réacteurs nucléaires (K ∞ - 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Pour déclencher une réaction en chaîne, les neutrons produits lors de la fission spontanée des noyaux d’uranium suffisent généralement. Il est également possible d'utiliser une source externe de neutrons pour démarrer le réacteur, par exemple un mélange de et, ou d'autres substances.

Fosse à iode

Article principal: fosse à iode

Puits d'iode - état d'un réacteur nucléaire après son arrêt, caractérisé par l'accumulation de l'isotope xénon à courte durée de vie. Ce processus conduit à l'apparition temporaire d'une réactivité négative importante, qui, à son tour, rend impossible l'amenée du réacteur à sa capacité nominale dans un certain délai (environ 1 à 2 jours).

Classification

Par objectif

Selon la nature de leur utilisation, les réacteurs nucléaires sont répartis en :

• Réacteurs de puissance, destiné à la production d'énergie électrique et thermique utilisée dans le secteur de l'énergie, ainsi qu'au dessalement de l'eau de mer (les réacteurs de dessalement sont également classés comme industriels). De tels réacteurs sont principalement utilisés dans les centrales nucléaires. La puissance thermique des réacteurs de puissance modernes atteint 5 GW. Un groupe distinct comprend :
  • Réacteurs de transport, conçu pour fournir de l'énergie aux moteurs des véhicules. Les groupes d'applications les plus larges sont les réacteurs de transport maritime utilisés sur les sous-marins et divers navires de surface, ainsi que les réacteurs utilisés dans la technologie spatiale.
• Réacteurs expérimentaux, destiné à l'étude de diverses grandeurs physiques dont la valeur est nécessaire à la conception et à l'exploitation des réacteurs nucléaires ; La puissance de tels réacteurs ne dépasse pas plusieurs kW.
• Réacteurs de recherche, dans lequel les flux de neutrons et de quanta gamma créés dans le cœur sont utilisés pour la recherche dans le domaine de la physique nucléaire, de la physique du solide, de la chimie des rayonnements, de la biologie, pour tester des matériaux destinés à fonctionner dans des flux de neutrons intenses (y compris des pièces de réacteurs nucléaires) pour la production d'isotopes. La puissance des réacteurs de recherche ne dépasse pas 100 MW. L'énergie libérée n'est généralement pas utilisée.
• Réacteurs industriels (armes, isotopes), utilisé pour produire des isotopes utilisés dans divers domaines. Le plus largement utilisé pour produire des matériaux d’armes nucléaires, tels que le 239 Pu. Sont également classés comme industriels les réacteurs utilisés pour le dessalement de l’eau de mer.

Les réacteurs sont souvent utilisés pour résoudre deux ou plusieurs problèmes différents, auquel cas ils sont appelés polyvalent. Par exemple, certains réacteurs de puissance, surtout au début de l’énergie nucléaire, étaient conçus principalement à des fins d’expérimentation. Les réacteurs à neutrons rapides peuvent simultanément produire de l’énergie et des isotopes. Les réacteurs industriels, en plus de leur tâche principale, génèrent souvent de l'énergie électrique et thermique.

Selon le spectre neutronique

• Réacteur à neutrons thermiques (lents) (« réacteur thermique »)
• Réacteur à neutrons rapides (« réacteur rapide »)

Par placement de combustible

• Les réacteurs hétérogènes, où le combustible est placé discrètement dans le cœur sous forme de blocs, entre lesquels se trouve un modérateur ;
• Réacteurs homogènes, où le combustible et le modérateur constituent un mélange homogène (système homogène).

Dans un réacteur hétérogène, le combustible et le modérateur peuvent être spatialement séparés, en particulier, dans un réacteur à cavité, le modérateur-réflecteur entoure une cavité avec du combustible ne contenant pas de modérateur. D'un point de vue physique nucléaire, le critère d'homogénéité/hétérogénéité n'est pas la conception, mais le placement des blocs de combustible à une distance dépassant la longueur de modération des neutrons dans un modérateur donné. Ainsi, les réacteurs dits « à grille fermée » sont conçus comme homogènes, bien que le combustible y soit généralement séparé du modérateur.

Les blocs de combustible nucléaire dans un réacteur hétérogène sont appelés assemblages combustibles (FA), qui sont situés dans le cœur au niveau de nœuds réguliers du réseau, formant cellules.

Par type de carburant

• Isotopes de l'uranium 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
• isotope du plutonium 239 (239 Pu), également isotopes 239-242 Pu sous forme de mélange avec 238 U (carburant MOX)
• Isotope du thorium 232 (232 Th) (via conversion en 233 U)

Par degré d'enrichissement :

• uranium naturel
• uranium faiblement enrichi
• uranium hautement enrichi

Par composition chimique :

• métal U
• UC (carbure d'uranium), etc.

Par type de liquide de refroidissement

• Gaz, (voir Réacteur graphite-gaz)
• D 2 O (eau lourde, voir Réacteur nucléaire à eau lourde, CANDU)

Par type de modérateur

• C (graphite, voir Réacteur graphite-gaz, Réacteur graphite-eau)
• H2O (eau, voir Réacteur à eau légère, Réacteur refroidi à l'eau, VVER)
• D 2 O (eau lourde, voir Réacteur nucléaire à eau lourde, CANDU)
• Hydrures métalliques
• Sans modérateur (voir Réacteur rapide)

Par conception

Par méthode de génération de vapeur

• Réacteur avec générateur de vapeur externe (Voir Réacteur eau-eau, VVER)

Classement AIEA

• REP (réacteurs à eau sous pression) - réacteur eau-eau (réacteur à eau sous pression) ;
• BWR (réacteur à eau bouillante) - réacteur à eau bouillante ;
• FBR (réacteur surgénérateur rapide) - réacteur surgénérateur rapide ;
• GCR (réacteur refroidi au gaz) - réacteur refroidi au gaz ;
• LWGR (réacteur graphite-eau légère) - réacteur graphite-eau
• PHWR (réacteur à eau lourde sous pression) - réacteur à eau lourde

Les plus répandus dans le monde sont les réacteurs à eau sous pression (environ 62 %) et à eau bouillante (20 %).

Matériaux de réacteur

Les matériaux à partir desquels les réacteurs sont construits fonctionnent à des températures élevées dans un champ de neutrons, de quanta γ et de fragments de fission. Par conséquent, tous les matériaux utilisés dans d’autres branches technologiques ne conviennent pas à la construction de réacteurs. Lors du choix des matériaux pour réacteurs, leur résistance aux radiations, leur inertie chimique, leur section efficace d'absorption et d'autres propriétés sont prises en compte.

L’instabilité des matériaux aux rayonnements a moins d’effet à haute température. La mobilité des atomes devient si grande que la probabilité de retour des atomes expulsés du réseau cristallin à leur place ou de recombinaison de l'hydrogène et de l'oxygène en une molécule d'eau augmente considérablement. Ainsi, la radiolyse de l'eau est insignifiante dans les réacteurs énergétiques sans ébullition (par exemple VVER), tandis que dans les réacteurs de recherche puissants, une quantité importante de mélange explosif est libérée. Les réacteurs disposent de systèmes spéciaux pour le brûler.

Les matériaux du réacteur sont en contact les uns avec les autres (enveloppe combustible avec caloporteur et combustible nucléaire, cassettes de combustible avec caloporteur et modérateur, etc.). Bien entendu, les matériaux en contact doivent être chimiquement inertes (compatibles). Un exemple d'incompatibilité est l'uranium et l'eau chaude entrant dans une réaction chimique.

Pour la plupart des matériaux, les propriétés de résistance se détériorent fortement avec l'augmentation de la température. Dans les réacteurs de puissance, les matériaux de structure fonctionnent à des températures élevées. Cela limite le choix des matériaux de construction, notamment pour les parties du réacteur de puissance qui doivent résister à des pressions élevées.

Burnout et reproduction du combustible nucléaire

Lors du fonctionnement d'un réacteur nucléaire, en raison de l'accumulation de fragments de fission dans le combustible, sa composition isotopique et chimique change et des éléments transuraniens, principalement des isotopes, se forment. L'effet des fragments de fission sur la réactivité d'un réacteur nucléaire est appelé empoisonnement(pour les fragments radioactifs) et scories(pour les isotopes stables).

La principale raison de l'empoisonnement du réacteur est le , qui possède la plus grande section efficace d'absorption des neutrons (2,6·10 6 barn). Demi-vie du 135 Xe T 1/2 = 9,2 heures ; Le rendement lors de la division est de 6 à 7 %. La majeure partie du 135 Xe est formée à la suite de la désintégration ( T 1/2 = 6,8 heures). En cas d'empoisonnement, Keff change de 1 à 3%. La grande section efficace d'absorption du 135 Xe et la présence de l'isotope intermédiaire 135 I conduisent à deux phénomènes importants :

1. À une augmentation de la concentration en 135 Xe et, par conséquent, à une diminution de la réactivité du réacteur après son arrêt ou sa réduction de puissance (« puits à iode »), ce qui rend impossibles les arrêts de courte durée et les fluctuations de la puissance de sortie . Cet effet est surmonté par l'introduction d'une réserve de réactivité dans les organismes de réglementation. La profondeur et la durée du puits d'iode dépendent du flux de neutrons Ф : à Ф = 5·10 18 neutrons/(cm²·sec), la durée du puits d'iode est de ˜ 30 heures et la profondeur est 2 fois supérieure à la profondeur stationnaire. changement dans Keff causé par un empoisonnement au 135 Xe.
2. En raison d'un empoisonnement, des fluctuations spatio-temporelles du flux de neutrons F et, par conséquent, de la puissance du réacteur peuvent se produire. Ces oscillations se produisent à Ф > 10 18 neutrons/(cm²·sec) et dans des réacteurs de grande taille. Périodes d'oscillation ˜ 10 heures.

Quand se produit la fission nucléaire grand nombre fragments stables qui diffèrent par leurs sections efficaces d'absorption par rapport à la section efficace d'absorption de l'isotope fissile. Concentration de fragments avec grande valeur La section efficace d’absorption atteint sa saturation dès les premiers jours de fonctionnement du réacteur. Il s’agit principalement de crayons combustibles d’« âges » différents.

Dans le cas d'un changement complet de combustible, le réacteur présente un excès de réactivité qu'il convient de compenser, alors que dans le second cas, la compensation n'est requise qu'au premier démarrage du réacteur. Une surcharge continue permet d'augmenter la profondeur de combustion, puisque la réactivité du réacteur est déterminée par les concentrations moyennes en isotopes fissiles.

La masse de carburant chargé dépasse la masse de carburant déchargé en raison du « poids » de l’énergie libérée. Après l'arrêt du réacteur, d'abord principalement en raison de la fission par les neutrons retardés, puis, après 1 à 2 minutes, en raison du rayonnement β et γ des fragments de fission et des éléments transuraniens, la libération d'énergie dans le combustible se poursuit. Si le réacteur a fonctionné suffisamment longtemps avant de s'arrêter, alors 2 minutes après l'arrêt, la libération d'énergie est d'environ 3%, après 1 heure - 1%, après une journée - 0,4%, après un an - 0,05% de la puissance initiale.

Le rapport entre le nombre d'isotopes fissiles du Pu formés dans un réacteur nucléaire et la quantité de 235 U brûlé est appelé taux de conversion KK. La valeur de K K augmente avec la diminution de l'enrichissement et de la combustion. Pour un réacteur à eau lourde utilisant de l'uranium naturel, avec une combustion de 10 GW jour/t K K = 0,55, et avec de petites combustions (dans ce cas K K est appelé coefficient initial de plutonium) KK = 0,8. Si un réacteur nucléaire brûle et produit les mêmes isotopes (réacteur surgénérateur), alors le rapport entre le taux de reproduction et le taux de combustion est appelé taux de reproduction K V. Dans les réacteurs nucléaires utilisant des neutrons thermiques 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 grandit et UN tombe.

Contrôle des réacteurs nucléaires

Le contrôle d'un réacteur nucléaire n'est possible que du fait que lors de la fission, une partie des neutrons s'échappent des fragments avec un retard pouvant aller de plusieurs millisecondes à plusieurs minutes.

Pour contrôler le réacteur, on utilise des barres absorbantes, introduites dans le cœur, constituées de matériaux absorbant fortement les neutrons (principalement et quelques autres) et/ou d'une solution d'acide borique, ajoutée au liquide de refroidissement dans une certaine concentration (contrôle du bore). . Le mouvement des tiges est contrôlé par des mécanismes spéciaux, des entraînements, fonctionnant selon les signaux de l'opérateur ou de l'équipement régulation automatique flux de neutrons.

En cas de diverses situations d'urgence, chaque réacteur est doté d'un arrêt d'urgence de la réaction en chaîne, réalisé en laissant tomber toutes les barres absorbantes dans le cœur - un système de protection d'urgence.

Chaleur résiduelle

Un problème important directement lié à la sûreté nucléaire est la chaleur résiduelle. Il s'agit d'une spécificité du combustible nucléaire, qui consiste dans le fait qu'après l'arrêt de la réaction de fission en chaîne et l'inertie thermique habituelle à toute source d'énergie, le dégagement de chaleur dans le réacteur se poursuit. pendant longtemps, ce qui crée un certain nombre de problèmes techniquement complexes.

La chaleur résiduelle est une conséquence de la désintégration β et γ des produits de fission accumulés dans le combustible pendant le fonctionnement du réacteur. Les noyaux des produits de fission, en raison de la désintégration, se transforment en un état plus stable ou complètement stable avec la libération d'une énergie importante.

Bien que le taux de dégagement de chaleur résiduelle diminue rapidement jusqu'à des valeurs faibles par rapport aux valeurs en régime permanent, dans les réacteurs de puissance de grande puissance, il est significatif en termes absolus. Pour cette raison, la génération de chaleur résiduelle nécessite longue durée assurer l’évacuation de la chaleur du cœur du réacteur après l’arrêt. Cette tâche nécessite que l'installation du réacteur soit conçue pour disposer de systèmes de refroidissement avec une alimentation électrique fiable, et nécessite également un stockage à long terme (3-4 ans) du combustible nucléaire usé dans des installations de stockage avec un régime de température spécial - des piscines de refroidissement, qui sont généralement situé à proximité immédiate du réacteur.

Voir aussi

• Liste des réacteurs nucléaires conçus et construits en Union soviétique

Littérature

• Levin V.E. Physique nucléaire et réacteurs nucléaires. 4e éd. - M. : Atomizdat, 1979.
• Shukolyukov A. Yu. «Uranium. Réacteur nucléaire naturel. « Chimie et Vie » n°6, 1980, p. 20-24

Remarques

1. "ZEEP - Le premier réacteur nucléaire du Canada", Musée des sciences et de la technologie du Canada.
2. Greshilov A.A., Egupov N.D., Matushchenko A.M. Bouclier nucléaire. - M. : Logos, 2008. - 438 p. -

Les réacteurs nucléaires ont une seule tâche : diviser les atomes dans une réaction contrôlée et utiliser l’énergie libérée pour produire de l’énergie électrique. Pendant de nombreuses années, les réacteurs ont été considérés à la fois comme un miracle et une menace.

Lorsque le premier réacteur commercial américain a été mis en service à Shippingport, en Pennsylvanie, en 1956, cette technologie a été saluée comme la source d'énergie du futur, et certains pensaient que les réacteurs rendraient la production d'électricité trop bon marché. Il y a aujourd’hui 442 réacteurs nucléaires construits dans le monde, dont environ un quart aux États-Unis. Le monde est devenu dépendant des réacteurs nucléaires, produisant 14 pour cent de son électricité. Les futuristes fantasmaient même sur les voitures nucléaires.

Lorsque le réacteur de la tranche 2 de la centrale électrique de Three Mile Island, en Pennsylvanie, a connu une panne du système de refroidissement et une fusion partielle de son combustible radioactif en 1979, les sentiments chaleureux à l'égard des réacteurs ont radicalement changé. Même si le réacteur détruit était confiné et qu’aucun rayonnement grave n’était émis, de nombreuses personnes ont commencé à considérer les réacteurs comme trop complexes et vulnérables, avec des conséquences potentiellement catastrophiques. Les gens étaient également inquiets déchets radioactifs provenant des réacteurs. En conséquence, la construction de nouvelles centrales nucléaires aux États-Unis est au point mort. Lorsqu’un accident plus grave s’est produit à la centrale nucléaire de Tchernobyl, en Union soviétique, en 1986, l’énergie nucléaire semblait condamnée.

Mais au début des années 2000, les réacteurs nucléaires ont commencé à faire leur retour, grâce à la demande croissante d’énergie et à la diminution des réserves de combustibles fossiles, ainsi qu’aux inquiétudes croissantes concernant le changement climatique résultant des émissions de dioxyde de carbone.

Mais en mars 2011, une autre crise s'est produite : cette fois, la centrale nucléaire de Fukushima 1 au Japon a été gravement endommagée par un tremblement de terre.

Usage réaction nucléaire

En termes simples, un réacteur nucléaire divise les atomes et libère l’énergie qui maintient leurs parties ensemble.

Si vous avez oublié la physique au lycée, nous vous rappellerons comment fission nucléaire travaux. Les atomes sont comme des minuscules systèmes solaires, avec un noyau comme le Soleil et des électrons comme des planètes en orbite autour de lui. Le noyau est constitué de particules appelées protons et neutrons, liées entre elles. La force qui lie les éléments du noyau est même difficile à imaginer. Elle est plusieurs milliards de fois plus forte que la force de gravité. Malgré cela puissance énorme, vous pouvez diviser le noyau en lui tirant des neutrons. Une fois cela fait, beaucoup d’énergie sera libérée. Lorsque les atomes se désintègrent, leurs particules s'écrasent sur les atomes proches, les divisant, et ceux-ci, à leur tour, sont les suivants, et les suivants, et les suivants. Il existe ce qu'on appelle réaction en chaîne.

L'uranium, un élément comportant de gros atomes, est idéal pour le processus de fission car la force qui lie les particules de son noyau est relativement faible par rapport aux autres éléments. Les réacteurs nucléaires utilisent un isotope spécifique appelé Ucouru-235 . L'uranium 235 est rare dans la nature, le minerai provenant des mines d'uranium ne contenant qu'environ 0,7 % d'uranium 235. C'est pourquoi les réacteurs sont utilisés enrichiUblessures, qui est créé en séparant et en concentrant l'uranium 235 par un processus de diffusion gazeuse.

Un processus de réaction en chaîne peut être créé dans bombe atomique, similaires à ceux largués sur les villes japonaises d'Hiroshima et de Nagasaki pendant la Seconde Guerre mondiale. Mais dans un réacteur nucléaire, la réaction en chaîne est contrôlée en insérant des barres de contrôle constituées de matériaux tels que le cadmium, l'hafnium ou le bore qui absorbent une partie des neutrons. Cela permet au processus de fission de libérer suffisamment d'énergie pour chauffer l'eau à environ 270 degrés Celsius et la transformer en vapeur, qui est utilisée pour faire tourner les turbines de la centrale électrique et produire de l'électricité. Fondamentalement, dans ce cas, une bombe nucléaire contrôlée fonctionne à la place du charbon pour créer de l’électricité, sauf que l’énergie nécessaire pour faire bouillir l’eau provient de la division des atomes au lieu de brûler du carbone.

Composants du réacteur nucléaire

Il y en a plusieurs différents types réacteurs nucléaires, mais ils ont tous des caractéristiques générales. Ils disposent tous d'une réserve de pastilles de combustible radioactif - généralement de l'oxyde d'uranium - qui sont disposées en tubes pour former des barres de combustible dans zones activeseréacteur.

Le réacteur a également le mentionné précédemment gestionnairesetigeEt- constitué d'un matériau absorbant les neutrons tel que le cadmium, l'hafnium ou le bore, qui est inséré pour contrôler ou arrêter une réaction.

Le réacteur a également modérateur, une substance qui ralentit les neutrons et aide à contrôler le processus de fission. La plupart des réacteurs aux États-Unis utilisent de l'eau ordinaire, mais les réacteurs d'autres pays utilisent parfois du graphite, ou lourdOuaheauà, dans lequel l'hydrogène est remplacé par du deutérium, un isotope de l'hydrogène avec un proton et un neutron. Un autre élément important du système est refroidissementOhliquideb, en règle générale, eau claire, qui absorbe et transfère la chaleur du réacteur pour créer de la vapeur pour faire tourner la turbine et refroidir la zone du réacteur afin qu'elle n'atteigne pas la température à laquelle l'uranium fondra (environ 3 815 degrés Celsius).

Enfin, le réacteur est enfermé dans coquillesà, une grande et lourde structure, généralement de plusieurs mètres d'épaisseur, faite d'acier et de béton qui maintient les gaz et liquides radioactifs à l'intérieur là où ils ne peuvent nuire à personne.

Il y a un certain nombre divers modèles réacteurs en service, mais l'un des plus courants est réacteur à eau sous pression (VVER). Dans un tel réacteur, l’eau est mise en contact avec le cœur et y reste sous une pression telle qu’elle ne peut pas se transformer en vapeur. Cette eau entre ensuite en contact avec de l'eau non pressurisée dans le générateur de vapeur, qui se transforme en vapeur, qui fait tourner les turbines. Il y a aussi un dessin réacteur de type canal de haute puissance (RBMK) avec un circuit d'eau et réacteur à neutrons rapides avec deux circuits de sodium et un d'eau.

Dans quelle mesure un réacteur nucléaire est-il sûr ?

Répondre à cette question est assez difficile et dépend de la personne à qui vous posez la question et de la manière dont vous définissez « sûr ». Êtes-vous préoccupé par les radiations ou les déchets radioactifs générés dans les réacteurs ? Ou êtes-vous plus inquiet de la possibilité d’un accident catastrophique ? Quel degré de risque considérez-vous comme un compromis acceptable pour les avantages de l’énergie nucléaire ? Et dans quelle mesure faites-vous confiance au gouvernement et à l’énergie nucléaire ?

Le terme « rayonnement » est un argument de poids, principalement parce que nous savons tous que de fortes doses de rayonnement, provenant par exemple d'une explosion bombe nucléaire, peut tuer plusieurs milliers de personnes.

Les partisans de l'énergie nucléaire soulignent cependant que nous sommes tous régulièrement exposés aux rayonnements des diverses sources, y compris les rayons cosmiques et le rayonnement naturel émis par la Terre. La dose de rayonnement annuelle moyenne est d'environ 6,2 millisieverts (mSv), dont la moitié provient sources naturelles, et la moitié de sources artificielles, allant des radiographies pulmonaires, des détecteurs de fumée et des cadrans de montre lumineux. Quelle quantité de rayonnement recevons-nous des réacteurs nucléaires ? Seule une infime fraction de pour cent de notre exposition annuelle typique est de 0,0001 mSv.

Même si toutes les centrales nucléaires rejettent inévitablement de petites quantités de rayonnements, les commissions de réglementation imposent aux exploitants de centrales des exigences strictes. Ils ne peuvent pas exposer les personnes vivant autour de la centrale à plus de 1 mSv de rayonnement par an, et les travailleurs de la centrale ont un seuil de 50 mSv par an. Cela peut sembler beaucoup, mais selon la Commission de réglementation nucléaire, il n'existe aucune preuve médicale que des doses de rayonnement annuelles inférieures à 100 mSv présentent un risque pour la santé humaine.

Mais il est important de noter que tout le monde n’est pas d’accord avec cette évaluation complaisante des risques radiologiques. Par exemple, Physicians for Social Responsibility, critique de longue date de l’industrie nucléaire, a étudié les enfants vivant autour des centrales nucléaires allemandes. L'étude a révélé que les personnes vivant à moins de 5 km des centrales couraient deux fois plus de risques de contracter la leucémie que celles vivant plus loin des centrales nucléaires.

Déchets de réacteur nucléaire

L’énergie nucléaire est présentée par ses partisans comme une énergie « propre » car le réacteur n’émet pas de grandes quantités de gaz à effet de serre dans l’atmosphère par rapport à l’énergie nucléaire. centrales électriques au charbon. Mais les critiques pointent du doigt autre chose problème environnemental— recyclage déchets nucléaires. Une partie du combustible usé des réacteurs libère encore de la radioactivité. D'autres éléments inutiles qui devraient être sauvegardés sont déchets radioactifs de haute activité, un résidu liquide du retraitement du combustible usé, dans lequel reste une partie de l'uranium. À l’heure actuelle, la plupart de ces déchets sont stockés localement dans les centrales nucléaires dans des bassins d’eau, qui absorbent une partie de la chaleur restante produite par le combustible usé et contribuent à protéger les travailleurs de l’exposition aux radiations.

L’un des problèmes du combustible nucléaire usé est qu’il a été altéré par le processus de fission. Lorsque de gros atomes d’uranium sont divisés, ils créent des sous-produits : des isotopes radioactifs de plusieurs éléments légers tels que le césium 137 et le strontium 90, appelés. produits de fission. Ils sont chauds et très radioactifs, mais ils finissent par se désintégrer sur une période de 30 ans. formes dangereuses. Cette période est appelée pour eux npériodeohmdemi-vie. D'autres éléments radioactifs auront des demi-vies différentes. De plus, certains atomes d’uranium capturent également des neutrons, formant des éléments plus lourds comme le plutonium. Ces éléments transuraniens ne créent pas autant de chaleur ou de rayonnement pénétrant que les produits de fission, mais leur désintégration prend beaucoup plus de temps. Le plutonium 239, par exemple, a une demi-vie de 24 000 ans.

Ces radioactifedéchetss haut niveau des réacteurs sont dangereux pour les humains et d’autres formes de vie car ils peuvent libérer d’énormes doses mortelles de rayonnement, même à la suite d’une courte exposition. Dix ans après avoir retiré le combustible restant d'un réacteur, par exemple, ils émettent 200 fois plus de radioactivité par heure qu'il n'en faudrait pour tuer une personne. Et si les déchets finissent dans eaux souterraines ou des rivières, ils peuvent tomber dans chaîne alimentaire et met en danger un grand nombre de personnes.

Les déchets étant très dangereux, de nombreuses personnes se trouvent dans une situation difficile. 60 000 tonnes de déchets se trouvent dans les centrales nucléaires proches de grandes villes. Mais trouver un endroit sûr pour stocker les déchets n’est pas chose facile.

Qu'est-ce qui peut mal se passer avec un réacteur nucléaire ?

Alors que les régulateurs gouvernementaux reviennent sur leur expérience, les ingénieurs ont consacré beaucoup de temps au fil des années à concevoir des réacteurs pour une sécurité optimale. C'est juste qu'ils ne tombent pas en panne, ne fonctionnent pas correctement et ne disposent pas de mesures de sécurité de secours si quelque chose ne se passe pas comme prévu. En conséquence, année après année, les centrales nucléaires semblent assez sûres comparées, par exemple, au transport aérien, qui tue régulièrement entre 500 et 1 100 personnes par an dans le monde.

Cependant, les réacteurs nucléaires subissent des pannes importantes. Sur l'échelle internationale des événements nucléaires, qui évalue les accidents de réacteur de 1 à 7, il y a eu cinq accidents depuis 1957 avec une note de 5 à 7.

Le pire cauchemar est une panne du système de refroidissement, qui entraîne une surchauffe du carburant. Le combustible se transforme en liquide puis brûle à travers le confinement, libérant des radiations radioactives. En 1979, la tranche 2 de la centrale nucléaire de Three Mile Island (États-Unis) était à la limite de ce scénario. Heureusement, un système de confinement bien conçu était suffisamment solide pour empêcher les radiations de s’échapper.

L’URSS a eu moins de chance. Un grave accident nucléaire s'est produit en avril 1986 sur la 4e tranche de la centrale nucléaire de Tchernobyl. Cela était dû à une combinaison de pannes du système, de défauts de conception et de personnel mal formé. Lors d'un test de routine, la réaction s'est soudainement intensifiée et les barres de commande se sont bloquées, empêchant un arrêt d'urgence. L'accumulation soudaine de vapeur a provoqué deux explosions thermiques, projetant dans les airs le modérateur en graphite du réacteur. En l'absence de quoi que ce soit pour refroidir les barres de combustible du réacteur, celles-ci ont commencé à surchauffer et à s'effondrer complètement, ce qui a fait que le combustible a pris une forme liquide. De nombreux employés de gare et liquidateurs d'accidents sont morts. Grande quantité le rayonnement s'est répandu sur une superficie de 323 749 kilomètres carrés. Le nombre de décès causés par les radiations est encore incertain, mais Organisation mondiale les responsables de la santé affirment que cela pourrait avoir causé 9 000 décès par cancer.

Les fabricants de réacteurs nucléaires offrent des garanties basées sur évaluation probabilistee, dans lequel ils tentent d’équilibrer le préjudice potentiel d’un événement avec la probabilité qu’il se produise réellement. Mais certains critiques estiment qu’ils devraient plutôt se préparer à des événements rares, inattendus mais extrêmement dangereux. L’accident survenu en mars 2011 à la centrale nucléaire de Fukushima 1 au Japon en est un bon exemple. La station aurait été conçue pour résister fort tremblement de terre, mais pas aussi catastrophique que le séisme de magnitude 9,0 qui a soulevé une vague de tsunami de 14 mètres sur des digues conçues pour résister à une vague de 5,4 mètres. L'assaut du tsunami a détruit les générateurs diesel de secours destinés à alimenter le système de refroidissement des six réacteurs de la centrale en cas de panne de courant. Ainsi, même après que les barres de commande des réacteurs de Fukushima ont arrêté la fission, le combustible encore chaud a maintenu les températures. monter dangereusement à l'intérieur des réacteurs détruits.

Les autorités japonaises ont eu recours à un dernier recours : inonder les réacteurs avec d'énormes quantités de eau de mer avec l'ajout d'acide borique, qui a pu éviter une catastrophe, mais a détruit l'équipement du réacteur. Finalement, avec l'aide de camions de pompiers et de barges, les Japonais purent pomper eau douce dans des réacteurs. Mais à ce moment-là, la surveillance avait déjà montré des niveaux alarmants de radiations dans les terres et les eaux environnantes. Dans un village à 40 km de cette centrale nucléaire, élément radioactif Le césium 137 s'est avéré être à des niveaux beaucoup plus élevés qu'après la catastrophe de Tchernobyl, ce qui a soulevé des doutes sur la possibilité d'une habitation humaine dans cette zone.

Le réacteur nucléaire fonctionne de manière fluide et efficace. Sinon, comme vous le savez, il y aura des problèmes. Mais que se passe-t-il à l'intérieur ? Essayons de formuler le principe de fonctionnement d'un réacteur nucléaire (nucléaire) brièvement, clairement, avec des arrêts.

Essentiellement, le même processus s'y produit que lors d'une explosion nucléaire. Seule l'explosion se produit très rapidement, mais dans le réacteur, tout cela s'étend sur longtemps. En conséquence, tout reste sain et sauf et nous recevons de l'énergie. Pas au point que tout serait détruit d'un coup, mais tout à fait suffisant pour fournir de l'électricité à la ville.

Comment fonctionne un réacteur ?
Avant de comprendre comment se produit une réaction nucléaire contrôlée, vous devez savoir ce qu'est une réaction nucléaire en général.

Une réaction nucléaire est un processus de transformation (fission) des noyaux atomiques lorsqu'ils interagissent avec particules élémentaires et les rayons gamma.

Des réactions nucléaires peuvent se produire avec à la fois une absorption et une libération d'énergie. Le réacteur utilise les secondes réactions.

Un réacteur nucléaire est un dispositif dont le but est de maintenir une réaction nucléaire contrôlée avec libération d'énergie.

Souvent, un réacteur nucléaire est également appelé réacteur atomique. Notons qu'il n'y a pas ici de différence fondamentale, mais du point de vue scientifique, il est plus correct d'utiliser le mot « nucléaire ». Il existe aujourd'hui de nombreux types de réacteurs nucléaires. Il s'agit d'énormes réacteurs industriels conçus pour produire de l'énergie dans les centrales électriques, de réacteurs nucléaires de sous-marins et de petits réacteurs expérimentaux utilisés dans des expériences scientifiques. Il existe même des réacteurs utilisés pour dessaler l’eau de mer.

Histoire de la création réacteur nucléaire

Le premier réacteur nucléaire a été lancé en 1942, pas si lointaine. Cela s'est produit aux États-Unis sous la direction de Fermi. Ce réacteur s’appelait Chicago Woodpile.

En 1946, le premier réacteur soviétique, lancé sous la direction de Kurchatov, entre en service. Le corps de ce réacteur était une boule de sept mètres de diamètre. Les premiers réacteurs n'avaient pas de système de refroidissement et leur puissance était minime. À propos, le réacteur soviétique avait une puissance moyenne de 20 watts et celui américain de seulement 1 watt. A titre de comparaison : la puissance moyenne des réacteurs de puissance modernes est de 5 gigawatts. Moins de dix ans après le lancement du premier réacteur, la première centrale nucléaire industrielle au monde a été inaugurée dans la ville d'Obninsk.

Le principe de fonctionnement d'un réacteur nucléaire (nucléaire)

Tout réacteur nucléaire comporte plusieurs parties : un cœur avec combustible et modérateur, un réflecteur de neutrons, un liquide de refroidissement, un système de contrôle et de protection. Les isotopes les plus souvent utilisés comme combustible dans les réacteurs sont l'uranium (235, 238, 233), le plutonium (239) et le thorium (232). Le noyau est une chaudière à travers laquelle circule de l'eau ordinaire (liquide de refroidissement). Parmi les autres liquides de refroidissement, « l’eau lourde » et le graphite liquide sont moins couramment utilisés. Si nous parlons du fonctionnement des centrales nucléaires, alors un réacteur nucléaire est utilisé pour produire de la chaleur. L'électricité elle-même est générée en utilisant la même méthode que dans d'autres types de centrales électriques : la vapeur fait tourner une turbine et l'énergie du mouvement est convertie en énergie électrique.

Vous trouverez ci-dessous un schéma du fonctionnement d'un réacteur nucléaire.

schéma de fonctionnement d'un réacteur nucléaire Schéma d'un réacteur nucléaire dans une centrale nucléaire

Comme nous l'avons déjà dit, la désintégration d'un noyau lourd d'uranium produit des éléments plus légers et plusieurs neutrons. Les neutrons résultants entrent en collision avec d’autres noyaux, provoquant également leur fission. Dans le même temps, le nombre de neutrons augmente comme une avalanche.

Ici, nous devons mentionner le facteur de multiplication des neutrons. Ainsi, si ce coefficient dépasse une valeur égale à un, explosion nucléaire. Si la valeur est inférieure à un, il y a trop peu de neutrons et la réaction s'arrête. Mais si vous maintenez la valeur du coefficient égale à un, la réaction se déroulera de manière longue et stable.

La question est comment faire cela ? Dans le réacteur, le combustible est contenu dans ce qu'on appelle des éléments combustibles (éléments combustibles). Ce sont des crayons qui contiennent du combustible nucléaire sous forme de petits comprimés. Les barres de combustible sont reliées dans des cassettes de forme hexagonale, il peut y en avoir des centaines dans un réacteur. Les cassettes avec crayons combustibles sont disposées verticalement, et chaque crayon combustible dispose d'un système qui permet d'ajuster la profondeur de son immersion dans le cœur. En plus des cassettes elles-mêmes, il existe parmi elles des barres de commande et des barres de protection d'urgence. Les tiges sont constituées d'un matériau qui absorbe bien les neutrons. Ainsi, les barres de contrôle peuvent être descendues à différentes profondeurs dans le cœur, ajustant ainsi le facteur de multiplication des neutrons. Les barres de secours sont conçues pour arrêter le réacteur en cas d'urgence.

Comment démarre-t-on un réacteur nucléaire ?

Nous avons compris le principe de fonctionnement lui-même, mais comment démarrer et faire fonctionner le réacteur ? En gros, le voici: un morceau d'uranium, mais la réaction en chaîne ne s'y déclenche pas d'elle-même. Le fait est qu’en physique nucléaire, il existe un concept de masse critique.

Combustible nucléaireCombustible nucléaire

La masse critique est la masse de matière fissile nécessaire pour déclencher une réaction nucléaire en chaîne.

À l'aide de barres de combustible et de barres de commande, une masse critique de combustible nucléaire est d'abord créée dans le réacteur, puis le réacteur est amené au niveau de puissance optimal en plusieurs étapes.

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