Միջուկային ռեակտոր

Միջուկային ռեակտոր, սարք, որում ընթանում է էներգիայի անջատումով ուղեկցվող կառավարվող միջուկային ռեակցիա։

Բաղկացած է միջուկային վառելիք պարունակող և նեյտրոնների անդրադարձիչով շրջապատված ակտիվ գոտուց, ջերմակրից, շղթայական ռեակցիան կարգավորող համակարգից, ճառագայթային պաշտպանության շերտից և հեռակառավարման համակարգից։ Ակտիվ գոտում տեղի է ունենում միջուկային վառելիքի տրոհման շղթայական ռեակցիա, որի արագությամբ որոշվում է միջուկային ռեակտորի հզորությունը։ 1 Մվտ հզորության ռեակտորում 1 վրկ-ում տեղի է ունենում մոտավորապես 3,3 * 1016 տրոհում։ Միջուկային ռեակտորի վիճակը բնութագրվում է նեյտրոնների բազմացման Kէֆ էֆեկտիվ գործակցով (տվյալ սերնդի նեյտրոնների թվի հարաբերությունը նախորդ սերնդի նեյտրոնների թվին) կամ միջուկային ռեակտորի ռեակտիվությամբ՝ ρ= (Kէֆ-1)/Kէֆ։ Վերկրիտիկական վիճակում (Kէֆ> 1, ρ>0) նեյտրոնների թիվը ժամանակի ընթացքում աճում է, ենթակրիտիկական վիճակում (Kէֆ<1,ρ<0)՝ նվագում։ Կրիտիկական վիճակում (Kէֆ=1, ρ=0) ընթանում է այրման ստացիոնար պրոցես՝ տրոհումների թիվը և անջատված ջերմության քանակը ժամանակի ընթացքում հաստատուն են մնում։ Kէֆ=1 պայմանը կոչվում է կրիտիկականության պայման։ Այն որոշվում է նեյտրոնների կլանման ակտերը բնութագրող մեծություններով և ակտիվ գոտու չափերով։ Միջուկային ռեակտորի ակտիվ գոտու ծավալը կրիտիկական վիճակում կոչվում է կրիտիկական ծավալ, իսկ տրոհվող նյութի զանգվածը՝ կրիտիկական զանգված։ Մաքուր 235Ս-ի կրիտիկական զանգվածը 0,8 կգ է, 239Pu-ինը՝ 0,5 կգ։ Կրիտիկական ծավալը փոքրացնելու նպատակով ակտիվ գոտու կոնստրուկտիվ մասերը պատրաստվում են նեյտրոնների կլանման փոքր կտրվածք ունեցող նյութերից (Al, Zr, պողպատ և այլն)։ Նեյտրոնների արտահոսքը պակասեցնելու նպատակով ակտիվ գոտին կառուցվում է [[գլանի կամ գնդի ձևով և շրջապատվում նեյտրոնների անդրադարձիչով։ Ըստ ակտիվ գոտու կառուցվածքի՝ տարբերում են հոմոգեն և հետերոգեն ռեակտորներ։

Հոմոգեն ռեակտորում միջուկային վառելիքը և նեյտրոնների դանդաղեցուցիչը (ջուր, գրաֆիտ և այլն) բաշխվում են համասեռ։

Հետերոգեն ռեակտորում վառելիքը դասավորված է տարբեր երկրաչափական ձև ունեցող կտորների՝ ջերմաանջատիչ տարրերի ձևով և կարգավորված ցանց է կազմում։ Նեյտրոնների դանդաղեցուցիչի պարունակությունից կախված՝ տրոհման ռեակցիայի հիմնական մասը կարող է ընթանալ արագ (έ>10 կէվ), միջանկյալ (έ<10 կէվ) և դանդաղ (ջերմային, έ~0,025 էվ) նեյտրոններով։ Համապատասխան միջուկային ռեակտորները կոչվում են արագ, միջանկյալ և ջերմային։

Տրոհման շղթայական ռեակցիայից ծնվում են մեծ էներգիայի (մինչև 10 Մէվ) նեյտրոններ։ 235Ս միջուկների տրոհումն ավելի արդյունավետ է ընթանում դանդաղ նեյտրոնների դեպքում։ Այդ պատճառով ջերմային ռեակտորների ակտիվ գոտում դանդաղեցուցիչ նյութ է տեղաբաշխվում, որի միջուկների հետ առաձգական բախումներ կրելով՝ արագ նեյտրոնները դառնում են ջերմային։ Արագ ռեակտորներում դանդաղեցուցիչը բացակայում է, և շղթայական ռեակցիան ընթանում է միայն խիստ հարստացված (մինչև 30% 235Ս) վառելիքում, սակայն ուղեկցվում է միջուկային վառելիքի արդյունավետ վերարտադրությամբ (239Pu),‘ որի շնորհիվ փոխհատուցվում են հարստացման ծախսերը։ Այրման ժամանակ անջատված էներգիան ակտիվ գոտուց հեռացվում է ջերմակրի (He, CO2, օդ, ջուր, հեղուկ մետաղներ և այլն) օգնությամբ։ Ջերմային միջուկային ռեկատրում ջերմակիրը մասնակիորեն նաև դանդաղեցուցիչի դեր է կատարում։

Միջուկային ռեակտրում շղթայական ռեակցիան կառավարվում է ակտիվ գոտում նեյտրոնների կլանումների թիվը փոփոխելու միջոցով։ Այդ նպատակին են ծառայում նեյտրոնների լավ կլանիչ նյութեր (Cd, В) պարունակող հատուկ ձողերը, որոնք հեռակառավարման համակարգի օգնությամբ մտցվում կամ դուրս են քաշվում ակտիվ գոտուց։ Միջուկային ռեակտորի աշխատանքի ընթացքում տրոհվող նյութի քանակության նվազման, իզոտոպային բաղադրության փոփոխության և կլանման մեծ էֆեկտիվ կտրվածք ունեցող բեկոր միջուկների (Хе, Տm և այլն) կուտակման (ռեակտորների թունավորում) հետևանքով միջուկային ռեակտորի ռեակտիվությունն ընկնում է, որը վերականգնվում է հատուկ կլանիչ ձողերի տեղաշարժմամբ։ Միջուկային ռեակտորը կառավարում է օպերատորը՝ էլեկտրոնային հաշվողական համակարգի օգնությամբ։ Ռեակտորի վիճակի մասին անհրաժեշտ տեղեկությունները (նեյտրոնների հոսքի մեծությունը ակտիվ գոտու տարբեր կետերում, ջերմակրի ջերմաստիճանը և այլն) տալիս է հեռաչափման համակարգը։ Միջուկային ռեակտորը իոնացնող ճառագայթման և նեյտրոնների հոսքի հզոր աղբյուր է, այդ պատճառով ակտիվ գոտին շրջապատվում է պաշտպանիչ հաստ շերտով (բետոն, պողպատ ևն)։

Առաջին միջուկային ռեակտորն կառուցվել է ԱՄՆ-ում, 1942 թվականին, է․ Ֆերմիի ղեկավարությամբ։ Խորհրդային ռեակտորը, որն առաջինն էր նաև Եվրոպայում, գործարկվել է Մոսկվայում, 1946 թվականին, Ի․ Վ․ Կուրչատովի ղեկավարությամբ։ Հայկական ատոմակայանի առաջին ռեակտորը շահագործման է հանձնվել 1976 թվականին, որում դանդաղեցուցիչի և ջերմակրի դերը կատարում է ջուրը։

Միջուկային ռեակտորներ