โรงไฟฟ้านิวเคลียร์สำหรับขีปนาวุธและยานพาหนะใต้น้ำ - วิธีการทำงาน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ หลักการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

ถึง โรงไฟฟ้าเรือที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์ เครื่องกำเนิดไอน้ำ และหน่วยกังหันที่ขับเคลื่อนระบบขับเคลื่อนของเรือ เครื่องปฏิกรณ์เป็นสถานที่สำหรับผลิตปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ ในระหว่างที่มีการสร้างพลังงานและถูกแปลงเป็นพลังงานกลต่อไป หลักการทำงาน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสดงในรูปที่ 8

หลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

เป็นที่ทราบกันดีว่าพลังงานที่ปล่อยออกมาเมื่อใช้ยูเรเนียม 1 กิโลกรัมนั้นมีค่าเท่ากับพลังงานที่ได้จากการเผาไหม้น้ำมันเชื้อเพลิง 1,500 ตันโดยประมาณ หัวใจของการติดตั้งนิวเคลียร์คือเครื่องปฏิกรณ์: ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบควบคุมจะเกิดขึ้นในนั้น ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของความร้อน ซึ่งถูกกำจัดออกโดยใช้น้ำหล่อเย็น น้ำหล่อเย็นที่มีกัมมันตภาพรังสีจะถูกสูบเข้าไปในเครื่องกำเนิดไอน้ำ ซึ่งเนื่องจากความร้อนของมัน ไอน้ำจึงถูกสร้างขึ้นจากน้ำที่ไม่มีกัมมันตภาพรังสี ไอน้ำถูกส่งไปยังจานกังหันโดยตรง ซึ่งขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ขับเคลื่อนไฟฟ้าซึ่งจะหมุนใบพัด ไอน้ำเสียจะถูกส่งไปยังคอนเดนเซอร์ ซึ่งจะถูกแปลงกลับเป็นน้ำและสูบเข้าไปในเครื่องกำเนิดไอน้ำ หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสดงไว้ในรูปที่ 9

แผนภาพของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีเครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยน้ำแรงดัน

ให้ความสนใจอย่างมากกับการปฏิบัติงานอย่างปลอดภัยของการติดตั้งนิวเคลียร์ เนื่องจากผู้คนบนเรือมีความเสี่ยงจากรังสีกัมมันตภาพรังสีในระดับหนึ่ง ดังนั้นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จึงถูกแยกออกจากสิ่งแวดล้อมโดยหน้าจอป้องกันที่ไม่อนุญาตให้มีรังสีกัมมันตภาพรังสีที่เป็นอันตราย ที่จะผ่านไป โดยปกติจะใช้หน้าจอคู่ แผงป้องกันหลักล้อมรอบเครื่องปฏิกรณ์และทำจากแผ่นตะกั่วและคอนกรีตเคลือบโพลีเอทิลีน ตะแกรงรองล้อมรอบเครื่องกำเนิดไอน้ำและล้อมรอบวงจรแรงดันสูงหลักทั้งหมด ตะแกรงนี้ส่วนใหญ่ทำจากคอนกรีตที่มีความหนา 500 มม. ถึง 1,095 มม. เช่นเดียวกับแผ่นตะกั่วที่มีความหนา 200 มม. และโพลีเอทิลีนที่มีความหนา 100 มม. หน้าจอทั้งสองต้องการพื้นที่มากและมีน้ำหนักมาก การมีหน้าจอดังกล่าวถือเป็นข้อเสียเปรียบอย่างมากของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ตำแหน่งของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์บนเรือแสดงในรูปที่ 10 ข้อเสียเปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือแม้จะมีมาตรการป้องกันทั้งหมด แต่อันตรายจากการปนเปื้อนของสิ่งแวดล้อมทั้งในระหว่างการดำเนินการปกติของโรงไฟฟ้าเนื่องจากการสิ้นเปลืองของที่ใช้ เชื้อเพลิง การปล่อยน้ำท้องเรือออกจากห้องปฏิกรณ์ ฯลฯ เป็นต้น และระหว่างอุบัติเหตุทางเรือและนิวเคลียร์ โรงไฟฟ้า.

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์บนเรือ

การติดตั้งพลังงานทดแทน

หลักการทำงานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิง

แม้กระทั่งก่อนสงครามโลกครั้งที่สอง ช่างต่อเรือได้พยายามสร้างทางเลือกบางอย่างให้กับเรือดำน้ำแทนโรงไฟฟ้าดีเซลไฟฟ้า ซึ่งเรียกว่าเครื่องยนต์เดี่ยวสำหรับการขับเคลื่อนบนพื้นผิวและใต้น้ำ ด้วยเหตุผลหลายประการ ความพยายามทั้งหมดเหล่านี้ไม่ได้ออกจากขั้นตอนการทดลองในเวลานั้น แต่ในช่วงทศวรรษ 1960 พวกเขาก็กลับมาอีกครั้ง สาเหตุนี้มีสาเหตุหลายประการ ประการแรก ทะเลบอลติกได้รับการประกาศให้เป็นเขตปลอดนิวเคลียร์ ซึ่งหมายความว่าประเทศบอลติกไม่มีเรือที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ประการที่สองด้วยเหตุผลทางการเมืองดังกล่าว เรือรบเยอรมนีและญี่ปุ่นไม่สามารถให้บริการได้ ประการที่สาม การก่อสร้างและบำรุงรักษาเรือดำน้ำนิวเคลียร์นั้นไม่สามารถจ่ายได้สำหรับหลายประเทศ งานที่มีประสิทธิผลมากที่สุดในการสร้างเครื่องยนต์ที่ไม่ใช่นิวเคลียร์เพียงเครื่องเดียวคือในสวีเดน เนเธอร์แลนด์ สหราชอาณาจักร และเยอรมนี

แต่ในขณะเดียวกัน สำหรับเรือบางประเภท มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นเพียงมอเตอร์เดียวที่ยอมรับได้ เหล่านี้เป็นเรือที่มีการเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขการโหลดของระบบขับเคลื่อนบ่อยครั้ง เรือที่ต้องการคุณภาพการหลบหลีกที่เพิ่มขึ้น ใช้งานเป็นเวลานานด้วยกำลังที่ลดลง เรือดังกล่าว ได้แก่ เรือตัดน้ำแข็ง เรือลากจูง เรือเฟอร์รี เรือล่าปลาวาฬ เรือขุด และอื่นๆ

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงเป็นเครื่องยนต์ลูกสูบความร้อนที่มีแหล่งจ่ายความร้อนภายนอกในปริมาตรปิดซึ่งความร้อน (ก๊าซ) ในการทำงานคงที่ไหลเวียนได้รับความร้อนจากแหล่งความร้อนภายนอกและทำงานที่เป็นประโยชน์เนื่องจากการขยายตัว หลักการทำงานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงดังแสดงในรูปที่ 11

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงมีช่องว่างสองช่องในกระบอกสูบซึ่งต่างจากเครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งมีปริมาตรแตกต่างกัน - ร้อนและเย็น สารทำงานจะถูกบีบอัดในช่องเย็นและเข้าสู่ช่องร้อนจากนั้นหลังจากให้ความร้อนก๊าซจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามและเข้าสู่ช่องเย็นซึ่งเมื่อขยายตัวจะทำให้เกิดงานที่มีประโยชน์ การเคลื่อนที่ของก๊าซแบบสองทางนี้ทำให้มั่นใจได้ด้วยการมีลูกสูบสองตัวในแต่ละกระบอกสูบ: ลูกสูบดิสเพลสเซอร์ที่ควบคุมการไหลของก๊าซ และลูกสูบทำงานที่ทำงานที่เป็นประโยชน์ ปริมาตรของช่องร้อนและส่วนบนของกระบอกสูบถูกควบคุมโดยลูกสูบดิสเพลสเซอร์ และปริมาตรของช่องเย็นที่อยู่ระหว่างลูกสูบทั้งสองนั้นถูกควบคุมโดยการเคลื่อนที่ของข้อต่อ ลูกสูบทั้งสองเชื่อมต่อกันด้วยกลไกและทำการเคลื่อนไหวประสานกันโดยกลไกพิเศษที่เข้ามาแทนที่กลไกข้อเหวี่ยงไปพร้อมๆ กัน

ในระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์ สามารถแยกแยะตำแหน่งตามลำดับหลักของลูกสูบได้สี่ตำแหน่งซึ่งกำหนดรอบการทำงานของเครื่องยนต์: ก) - ลูกสูบทำงานอยู่ในตำแหน่งต่ำสุด ลูกสูบดิสเพลสเซอร์อยู่ในตำแหน่งสูงสุด ในกรณีนี้ก๊าซส่วนใหญ่อยู่ระหว่างพวกเขาในพื้นที่เย็น (ทำความเย็น) b) - ลูกสูบ displacer อยู่ในตำแหน่งด้านบนและลูกสูบทำงานเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนเพื่อบีบอัดก๊าซเย็น (การบีบอัด) c) - ลูกสูบ displacer เคลื่อนลงด้านล่างใกล้กับลูกสูบที่ทำงานและแทนที่ก๊าซเข้าไปในช่องร้อน (ความร้อน) d) - ก๊าซร้อนขยายตัวทำงานที่เป็นประโยชน์โดยทำหน้าที่กับลูกสูบทำงาน (ส่วนขยาย) เครื่องกำเนิดใหม่จะถูกติดตั้งตามเส้นทางของก๊าซ ซึ่งจะดึงความร้อนบางส่วนออกไปเมื่อก๊าซร้อนเคลื่อนที่ผ่าน และปล่อยออกมาเมื่อเคลื่อนที่หลังจากการทำความเย็นและการบีบอัดในทิศทางตรงกันข้าม

การมีรีเจนเนอเรเตอร์ตามทฤษฎีช่วยให้เพิ่มประสิทธิภาพได้ เครื่องยนต์สเตอร์ลิงมากถึง 70 เปอร์เซ็นต์ การควบคุมกำลังของเครื่องยนต์ทำได้โดยการเปลี่ยนปริมาณก๊าซ ก๊าซที่มีคุณสมบัติทางความร้อนสูง (ไฮโดรเจน ฮีเลียม อากาศ ฯลฯ) จะถูกใช้เป็นความร้อนในการทำงาน

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงมีคุณสมบัติพิเศษดังต่อไปนี้: - ความสามารถในการใช้แหล่งความร้อนใดๆ (เชื้อเพลิงเหลว ของแข็ง ก๊าซและนิวเคลียร์ พลังงานแสงอาทิตย์ ฯลฯ) - ทำงานในช่วงอุณหภูมิกว้างโดยมีความแตกต่างแรงดันเล็กน้อยระหว่างการบีบอัดและการขยายตัว - การควบคุมกำลังโดยการเปลี่ยนปริมาณความร้อนในการทำงานในวงจรที่อุณหภูมิก๊าซสูงสุดและต่ำสุดคงที่

คุณสมบัติเหล่านี้มีให้ เครื่องยนต์สเตอร์ลิงเหนือการติดตั้งอื่น ๆ มีข้อดีดังต่อไปนี้ เช่น เชื้อเพลิงหลายชนิดและความเป็นพิษต่ำของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้เชื้อเพลิง เสียงต่ำและความสมดุลที่ดี ประสิทธิภาพสูงในโหมดพลังงานต่ำ ด้วยข้อได้เปรียบเหล่านี้ เรือดำน้ำสวีเดนจึงให้ความสนใจกับเครื่องยนต์ โดยเปลี่ยนแนวคิดให้กลายเป็นความจริงบนเรือดำน้ำสมัยใหม่ของ " ก็อตแลนด์" แต่ในขณะที่เครื่องยนต์สเตอร์ลิงมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับเครื่องยนต์ดีเซลสมัยใหม่ แต่ก็มีกำลังด้อยกว่า ดังนั้นจึงสามารถใช้กับเรือดำน้ำเป็นเครื่องยนต์เพิ่มเติมของระบบขับเคลื่อนดีเซล-ไฟฟ้าแบบคลาสสิกเท่านั้น

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ - โรงไฟฟ้าที่ทำงานด้วยพลังงานของปฏิกิริยาลูกโซ่ของการแยกตัวของนิวเคลียร์ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นการดัดแปลงกังหันไอน้ำเริ่มนำมาใช้บนเรือในช่วงปลายทศวรรษที่ 50 ศตวรรษที่ XX โรงไฟฟ้าของเรือที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์ เครื่องกำเนิดไอน้ำ และหน่วยกังหันที่ขับเคลื่อนระบบขับเคลื่อนของเรือ เครื่องปฏิกรณ์เป็นสถานที่สำหรับผลิตปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ ในระหว่างที่มีการสร้างพลังงานและถูกแปลงเป็นพลังงานกลต่อไป ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เงื่อนไขถูกสร้างขึ้นเพื่อให้จำนวนฟิชชันของนิวเคลียร์ต่อหน่วยเวลาเป็นค่าคงที่ กล่าวคือ ปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง

การออกแบบและหลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

1 - ตัวถังเหล็ก; 2 - ผู้ดำเนินรายการ; 3 - แผ่นสะท้อนแสง; 4 - การป้องกัน; 5 - องค์ประกอบเชื้อเพลิง; 6 - ทางเข้าของน้ำหล่อเย็น; 7 - ทางออกของน้ำหล่อเย็น; 8 - แท่งควบคุม

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ประกอบด้วยวัสดุฟิสไซล์ ซึ่งมักเป็นยูเรเนียมหรือพลูโตเนียม เมื่อนิวเคลียสของอะตอมแยกออกเป็นชิ้นส่วนที่เรียกว่าชิ้นส่วนหรือนิวตรอนพลังงานสูงอิสระ พลังงานจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมา เพื่อลดพลังงานสูงของนิวตรอน จะใช้ตัวหน่วง: กราไฟท์ เบริลเลียม หรือน้ำ เพื่อลดโอกาสที่จะสูญเสียนิวตรอนให้เหลือน้อยที่สุด จึงได้ติดตั้งตัวสะท้อนแสง ประกอบด้วยเบริลเลียมหรือกราไฟท์เป็นส่วนใหญ่ เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ฟลักซ์นิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์แรงเกินไป แท่งควบคุมที่ทำจากวัสดุดูดซับนิวตรอน (แคดเมียม โบรอน อินเดียม) จะถูกติดตั้งที่ความลึกที่เหมาะสม การแลกเปลี่ยนพลังงานในเครื่องปฏิกรณ์เกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของสารหล่อเย็น น้ำ ของเหลวอินทรีย์ โลหะผสมของโลหะที่หลอมละลายต่ำ ฯลฯ ในปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์ที่ถูกทำให้เย็นลงด้วยน้ำภายใต้ความดันมักใช้บนเรือ

แผนภาพของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีเครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยน้ำแรงดันสูง

1 - เครื่องปฏิกรณ์; 2 - การคุ้มครองทางชีวภาพเบื้องต้น 3 - การคุ้มครองทางชีวภาพทุติยภูมิ; 4 - เครื่องกำเนิดไอน้ำ; 5 - คอยล์ทำความร้อนของวงจรหลัก; 6 - ปั๊มหมุนเวียนวงจรหลัก; 7 - กังหันแรงดันสูง 8 - กังหันแรงดันต่ำ; 9 - กระปุกเกียร์; 10 - ตัวเก็บประจุ; 11 - ปั๊มวงจรทุติยภูมิ; 12 - ช่องเติมน้ำทะเล 13 - ทางออกน้ำทะเล

การติดตั้งนี้มีวงจรหมุนเวียนสองวงจร วงจรแรกคือการหมุนเวียนของน้ำภายใต้ความกดดันสูง น้ำในวงจรปฐมภูมิยังทำหน้าที่เป็นสารหล่อเย็นสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และมีแรงดันประมาณ 5.8 ถึง 9.8 MPa มันไหลผ่านเครื่องปฏิกรณ์และได้รับความร้อน เช่น บนเรือ Otto Hahn (เยอรมนี) และ Mutsu (ญี่ปุ่น) ถึง 278 ° C ในกรณีนี้ แรงดันน้ำจะขัดขวางการระเหย น้ำร้อนจากวงจรปฐมภูมิที่ไหลผ่านคอยล์ทำความร้อน จะส่งความร้อนไปยังเครื่องกำเนิดไอน้ำ จากนั้นจึงกลับสู่เครื่องปฏิกรณ์อีกครั้ง คอนเดนเสทจะถูกส่งไปยังเครื่องกำเนิดไอน้ำจากวงจรแรงดันต่ำที่สอง น้ำร้อนในเครื่องกำเนิดไอน้ำจะระเหยไป ไอน้ำที่มีแรงดันค่อนข้างต่ำ (เช่นบนเรือสะวันนาของอเมริกามีค่า 3.14 MPa) ทำหน้าที่ในการจ่ายพลังงานให้กับกังหันซึ่งขับเคลื่อนใบพัดผ่านกระปุกเกียร์

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ถูกแยกออกจากสิ่งแวดล้อมด้วยเกราะป้องกันที่ไม่อนุญาตให้รังสีกัมมันตภาพรังสีที่เป็นอันตรายทะลุผ่านได้ โดยปกติจะใช้หน้าจอคู่ ตะแกรงแรก (หลัก) ล้อมรอบเครื่องปฏิกรณ์และทำจากแผ่นตะกั่วและคอนกรีตเคลือบโพลีเอทิลีน ตะแกรงรองล้อมรอบเครื่องกำเนิดไอน้ำและล้อมรอบวงจรแรงดันสูงหลักทั้งหมด เครื่องกรองนี้ส่วนใหญ่ทำจากคอนกรีตที่มีความหนา 500 มม. (Otto Hahn) ถึง 1,095 มม. (Mutsu) รวมถึงแผ่นตะกั่วที่มีความหนา 200 มม. และโพลีเอทิลีนที่มีความหนา 100 มม. หน้าจอทั้งสองต้องการพื้นที่มากและมีน้ำหนักมาก ตัวอย่างเช่น ตัวกรองหลักบนเรือสะวันนามีน้ำหนัก 665 ตัน และตัวกรองรองมีน้ำหนัก 2,400 ตัน การมีอยู่ของตัวกรองดังกล่าวถือเป็นข้อเสียใหญ่ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ข้อเสียเปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือ แม้จะมีมาตรการป้องกันทั้งหมด อันตรายของการปนเปื้อนต่อสิ่งแวดล้อมทั้งในระหว่างการทำงานปกติของโรงไฟฟ้าเนื่องจากการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่ใช้แล้ว การปล่อยน้ำท้องเรือออกจากห้องเครื่องปฏิกรณ์ ฯลฯ และระหว่างการขนส่งโดยไม่ตั้งใจ อุบัติเหตุและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

ข้อได้เปรียบที่ไม่อาจปฏิเสธได้ ได้แก่ การสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงที่ต่ำมากและระยะการล่องเรือที่เกือบจะไม่จำกัด ตัวอย่างเช่น เรือ "ออตโต ฮาห์น" (เยอรมนี) ไม่ได้ใช้ยูเรเนียม 20 กิโลกรัมในสามปีในขณะที่ปริมาณการใช้เชื้อเพลิงของโรงไฟฟ้ากังหันไอน้ำแบบธรรมดาบนเรือขนาดนี้คือ 40,000 ตัน ระยะการล่องเรือของ เรือญี่ปุ่น "Mutsu" อยู่ที่ 145,000 .mile แม้จะมีข้อได้เปรียบเหล่านี้ แต่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเรือรบเท่านั้น มีประโยชน์อย่างยิ่งหากใช้กับเรือดำน้ำขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถคงอยู่ใต้น้ำได้เป็นเวลานาน เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้อากาศในเครื่องปฏิกรณ์เพื่อสร้างพลังงานความร้อน นอกจากนี้ เรือตัดน้ำแข็งทรงพลังที่ใช้ในละติจูดตอนเหนือของโลกยังติดตั้งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อีกด้วย

1 - ห้องเครื่องยนต์; 2 - ภาชนะพร้อมเครื่องปฏิกรณ์ 3 - ช่องกลไกเสริม; 4 - สถานที่จัดเก็บแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้ว

กว่ายี่สิบห้าปีที่แล้ว การเริ่มต้นใช้พลังงานครั้งแรกของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ IVG-1 ดำเนินการในเซมิพาลาตินสค์ ด้วยความช่วยเหลือซึ่งเริ่มต้นการพัฒนาการออกแบบเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ ถึงกระนั้นก็ยังสันนิษฐานว่าจำเป็นต้องใช้เครื่องยนต์ดังกล่าวระหว่างการบินของมนุษย์ไปยังดาวอังคาร ต่อมา ความยากลำบากในการระดมทุนทางวิทยาศาสตร์ทำให้งานช้าลง แต่การเดินทางไปยังดาวอังคารที่วางแผนไว้ในปี 2560 ได้ฟื้นความสนใจในการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ เครื่องยนต์นิวเคลียร์คือเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งมีการไหลของก๊าซ (ไฮโดรเจน) ไหลผ่านองค์ประกอบเชื้อเพลิงที่มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ มันทำให้องค์ประกอบต่างๆ เย็นลง แต่ตัวมันเองก็ร้อนขึ้นและไหลออกจากหัวฉีดด้วยความเร็วสูง ทำให้เกิดแรงขับของเครื่องยนต์ สิ่งนี้สร้างแรงกระตุ้นที่ผลักจรวดไปข้างหน้า อุณหภูมิของก๊าซที่ทางออกจะต้องสูงมาก - อย่างน้อย 3000 °C และแรงขับจำเพาะ - 950 วินาที ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้เท่านั้น เครื่องยนต์นิวเคลียร์จะมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องยนต์ธรรมดาที่ใช้เชื้อเพลิงเหลว

ขณะนี้ในด้านเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ แม้ว่างานจะหยุดชะงักไปครึ่งหนึ่ง แต่เราก็ยังนำหน้าสหรัฐอเมริกาถึง 15-20 ปี งานเกี่ยวกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP) และระบบขับเคลื่อนพลังงาน (NPP) กำลังมุ่งเน้นไปที่การก่อตั้งรากฐานทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคขั้นสูงสำหรับการสร้างองค์ประกอบพื้นฐาน ส่วนประกอบ และส่วนประกอบของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP)

งานวิจัยที่มีลำดับความสำคัญซึ่งสามารถแสดงให้เห็นถึงข้อดีของแหล่งพลังงานนิวเคลียร์เหนือทางเลือกอื่นๆ ได้แก่:

การพัฒนาเทคโนโลยีที่สร้างความมั่นใจในการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีกำลังการผลิตตั้งแต่สิบถึงหลายร้อยกิโลวัตต์ (โดยคาดว่าจะเพิ่มขึ้นอีก)

การนำทรัพยากรที่รับประกันของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไปสู่ระดับไม่ต่ำกว่าที่คาดไว้จากพลังงานแสงอาทิตย์ (รวมถึง GSO นานถึง 10 ปีขึ้นไป)

การพัฒนาเทคโนโลยีที่รับประกันการสร้างระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ bimodal (ทำงานทั้งในโหมดเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจนและในโหมดผลิตไฟฟ้าเพื่อจ่ายพลังงานให้กับเป้าหมายและอุปกรณ์บริการของยานอวกาศหรือขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า)

การยืนยันความปลอดภัยทางนิวเคลียร์และรังสีของการพัฒนาและการดำเนินงานโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP)

จากการศึกษาที่ดำเนินการโดยองค์กรเฉพาะทางภายในประเทศได้แสดงให้เห็นว่า ด้วยกำลัง 50...100 กิโลวัตต์ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์สามารถให้ความสำคัญกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้ เนื่องจากข้อได้เปรียบเหนือโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบดั้งเดิมที่เห็นได้ชัดเจนในแง่ของน้ำหนัก ขนาด การดำเนินงาน และ ตัวชี้วัดทางเศรษฐกิจ. ยิ่งไปกว่านั้น ในช่วงพลังงานที่ระบุ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบเทอร์โมนิกรุ่นที่สอง ซึ่งมีข้อได้เปรียบที่สำคัญซึ่งมีพื้นฐานมาจากการพัฒนาเพิ่มเติมของเทคโนโลยีที่สร้างขึ้นภายใต้โปรแกรม Topaz ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญที่ประสบความสำเร็จในการทดสอบการบินในปี 2530-2531 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบเทอร์โมนิกแห่งแรกของโลก “โทปาซ-1” สถานการณ์นี้เอง - การใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ - ที่นำความเฉพาะเจาะจงที่สำคัญมากมาสู่การปฏิบัติในการออกแบบยานอวกาศ เนื่องจาก แผนผังเค้าโครงหลังจะขึ้นอยู่กับลักษณะของโรงไฟฟ้ามากกว่าลักษณะและพารามิเตอร์ของอุปกรณ์เป้าหมาย

สิ่งสำคัญคือต้องใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งเป็นแหล่งพลังงานสำหรับอุปกรณ์ออนบอร์ดและใช้ร่วมกับเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้าเพื่อส่งยานอวกาศจากวงโคจรที่ปลอดภัยจากรังสีไปยังยานอวกาศที่ใช้งานได้ การวิจัยดำเนินการเพื่อระบุขอบเขตการใช้งาน หลากหลายชนิดพลังงานในการจัดหายานอวกาศบ่งชี้ว่าจากระดับ 300 กิโลวัตต์ด้วยอายุการใช้งานของยานอวกาศมากกว่าหนึ่งปี การใช้พลังงานนิวเคลียร์ดูเหมือนจะดีกว่า ผลการศึกษาทางทฤษฎีแสดงให้เห็นว่าสามารถสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีการแปลงพลังงานความร้อนด้วยกำลัง 7.5 เมกะวัตต์ และคุณลักษณะมวลจำเพาะ 6 กิโลกรัมต่อกิโลวัตต์ได้

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีการแปลงพลังงานเครื่องจักรเทอร์โบ (TEMP) อาจมีข้อได้เปรียบเหนือตัวเลือกเทอร์โมอิเล็กทริกและเทอร์โมอิเล็กทริก เนื่องจาก:

การติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ที่มีมวลน้อยลงอย่างมีนัยสำคัญด้วยกำลังไฟฟ้าเท่ากัน ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น

ความสามารถในการผลิตมากขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิของของไหลทำงานลดลงอย่างมาก

ความเป็นไปได้พื้นฐานของการทดสอบวงจรกำลังแยกจากเครื่องปฏิกรณ์

ความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้นของ TEMP เนื่องจากไม่มีข้อจำกัดในการทำซ้ำองค์ประกอบภายนอกเครื่องปฏิกรณ์

ดังนั้นจึงเห็นสมควรที่จะพิจารณาแนวคิดโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มี TEMP นอกจากนี้ ควรสังเกตว่าประสบการณ์ที่สะสมอย่างกว้างขวางในการพัฒนาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ การมีฐานม้านั่งทดสอบและผู้เชี่ยวชาญที่มีคุณวุฒิสูงในรัสเซีย ตลอดจนทุนสำรองทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นในสหรัฐอเมริกาภายใต้โครงการ Nerva ที่ระดับพลังงานไฟฟ้าที่เลือก (2 MW) การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์และการป้องกันรังสีจะใกล้เคียงกับความเหมาะสมที่สุดในแง่ของมวลเฉพาะ การกำหนดค่า และการโหลดเชื้อเพลิง และมวลเฉพาะของหน่วย TEMP จะลดลงเหลือระดับ 2- 4 กก./กิโลวัตต์

การออกแบบและการวิเคราะห์ขีปนาวุธของยานพาหนะขนส่งพลังงานอวกาศ (SET) จะกำหนดพารามิเตอร์พลังงานไฟฟ้าที่ต้องการ เช่นเดียวกับคุณลักษณะของระบบขับเคลื่อนจรวดไฟฟ้า

ข้อจำกัดหลักที่นำมาใช้ในการคำนวณ:

น้ำหนักของการติดตั้งและขนาดไม่ควรเกินความสามารถของยานยิง Angara

ปริมาณรังสีที่สะสมโดยน้ำหนักบรรทุกเมื่อข้ามแถบรังสีของโลกไม่ควรเกิน 5 x 104 rad

วงโคจรวงกลมที่มีระดับความสูง 600-800 กม. ถือว่าปลอดภัยจากรังสี

อายุการใช้งานของระบบออนบอร์ด KETA ควรอยู่ที่ 1-2 ปีในระยะแรก และเพิ่มเป็น 5-7 ปีในระหว่างการทดสอบครั้งต่อไป

จำนวนเที่ยวบิน KETA ต่อทรัพยากร – สูงสุด 10 เที่ยวบิน

ปริมาณรังสีกัมมันตภาพรังสีทั้งหมดที่ได้รับในห้องเครื่องจากการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์และผลกระทบของแถบรังสีของโลก: รังสีแกมมา - ไม่เกิน 106 rad; ความคล่องแคล่วของนิวตรอนเร็ว – ไม่เกิน 1,013 n/cm 2

RRC “สถาบัน Kurchatov” ได้พัฒนาการออกแบบสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ด้วยตัวแปลงพลังงานเทอร์โบแมชชีนที่ออกแบบมาสำหรับพารามิเตอร์ต่อไปนี้:

พลังงานความร้อน - สูงถึง 10 MW;

พลังงานไฟฟ้า - ประมาณ 2 เมกะวัตต์;

ระบบแปลงพลังงาน – เทอร์โบแมชชีน (วงจรเบรย์ตัน);

เวลาใช้งานทั้งหมด - อย่างน้อย 104 ชั่วโมง

จำนวนการรวมต่อทรัพยากร – มากถึง 30;

อุณหภูมิสูงสุดของของไหลทำงาน - สูงถึง 1,500 K

จากการศึกษาที่ได้ดำเนินการได้กำหนดลักษณะการออกแบบหลักของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์:

มวลเครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยแก๊ส – 1,000 กก.

น้ำมันเชื้อเพลิง – UC (U,Zr)C,UNc พร้อมการเสริมสมรรถนะ 90% ใน U235, ฝาครอบน้ำมันเชื้อเพลิง – Zr, W184, ตัวสะท้อนแสง – Be;

มวลป้องกันรังสี (LiH,W,B4C) – 1,000 กก.

น้ำหนักของเครื่องแปลงพลังงาน (กังหัน คอมเพรสเซอร์ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบยูนิโพลาร์) – 3,500 กก.

สารทำงาน – ส่วนผสมฮีเลียม-ซีนอน (1-3% Xe);

ตู้เย็นหม้อน้ำ - บนท่อความร้อนที่อุณหภูมิเฉลี่ยประมาณ 700 K น้ำหนัก 3,000 กก.

พื้นที่ตู้เย็น emitter (มีประสิทธิภาพ) – ประมาณ 300 m2;

มวลของระบบ ควบคุมอัตโนมัติ, ระบบจ่ายไฟ – 1,000 กก.

น้ำหนักโครงสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ – 1,500 กก.

มวลรวมของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ – 11,000 กิโลกรัม

ความถ่วงจำเพาะ – 5.5 กก./กิโลวัตต์

โครงสร้างโรงไฟฟ้า KETA ซึ่งรวมถึงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ประกอบด้วยโมดูลโรงไฟฟ้าที่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และอุปกรณ์ป้องกัน TEMP วางอยู่ในกรวยป้องกันรังสี ตัวส่งสัญญาณตู้เย็นบนท่อความร้อนทำตามวงจรรองรับ ระนาบแบบหล่นลงสี่ระนาบของตัวส่งสัญญาณตู้เย็นที่มีรูปทรงกึ่งทรงกระบอก เช่นเดียวกับฟาร์มแบบยืดหดได้ซึ่งอยู่ภายในตัวส่งสัญญาณตู้เย็น

ในฟาร์มแบบยืดหดได้มี:

ช่องเก็บเครื่องมือพร้อมระบบเชื่อมต่อ การวางแนว การนำทาง เครื่องมือสื่อสาร และระบบขับเคลื่อนเพิ่มเติม

ระบบขับเคลื่อนจรวดไฟฟ้าค้ำจุน (แรงกระตุ้นเฉพาะ 4600 วินาที) ถังเชื้อเพลิงซีนอน

ลักษณะมวลหลักของ KETA: โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ – 11,000 กิโลกรัม; ERDU – 5,000 กก. ฟาร์มแบบยืดหดได้ ถังน้ำมัน - 1,000 กก. ช่องเก็บเครื่องมือ, ระบบเชื่อมต่อ – 2,000 กก. ระบบขับเคลื่อนเพิ่มเติม ไม่ระบุองค์ประกอบ – 1,000 กก. เชื้อเพลิง (ซีนอน) – 8,000 กก. น้ำหนัก "แห้ง" รวมของ KETA คือ 20,000 กิโลกรัม KETA สามารถให้บริการการวิจัยอวกาศอย่างกว้างขวาง การสร้างฐานดวงจันทร์ และการแก้ปัญหาทางเศรษฐกิจและการป้องกันประเทศอื่นๆ อีกหลายประการ

ในศตวรรษที่ 21 งานที่ใช้พลังงานมากจะต้องได้รับการแก้ไข: การสร้างพื้นที่ คอมเพล็กซ์การผลิตการวิจัยดาวหาง ดาวเคราะห์น้อย ฯลฯ เพื่อแก้ปัญหานี้ จำเป็นต้องมีการควบคุมระยะไกลที่ทรงพลังกว่านี้ ความต้องการกำลังของระบบขับเคลื่อนถูกกำหนดโดยเวลาบิน มวลน้ำหนักบรรทุก มวลเฉพาะของโรงไฟฟ้า (กก./กิโลวัตต์) แรงกระตุ้นเฉพาะ และประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ พลังงานที่จำเป็นสำหรับการบินขนส่งสินค้าไปยังดวงจันทร์ ซึ่งเป็นเที่ยวบินขนส่งสินค้า 600 วันไปยังดาวอังคารโดยมีน้ำหนักบรรทุกหลายร้อยตัน คาดว่าจะอยู่ที่ 1-10 เมกะวัตต์ เที่ยวบินที่มีคนขับไปดาวอังคารต้องใช้แหล่งจ่ายไฟที่มีกำลังหลายสิบเมกะวัตต์ สิ่งนี้ช่วยให้คำนึงถึงในประเทศและ ประสบการณ์จากต่างประเทศพิจารณาแนวคิดการสร้าง CET ด้วยระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์จากโรงไฟฟ้าที่มีกำลังไฟฟ้าหลายเมกะวัตต์

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีกำลังไฟฟ้า 2 เมกะวัตต์สำหรับยานพาหนะขนส่งพลังงานอวกาศ ยานพาหนะขนส่งพลังงานอวกาศที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์กำลังประมาณ 2 เมกะวัตต์และเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้าสามารถให้ความก้าวหน้าที่สำคัญในการสำรวจดาวเคราะห์ในระบบสุริยะการสร้างฐานดวงจันทร์ดำเนินการทดลองพลังงานสูงทางวิทยาศาสตร์ล้วนๆ ในอวกาศและท้ายที่สุด ด้วยการใช้งาน ต้นทุนสามารถลดลงได้หลายครั้งในการส่งมอบน้ำหนักบรรทุก 1 กิโลกรัมไปยังเครื่องค้างฟ้าและวงโคจรสูงอื่นๆ

KETA เป็นกระสวยอวกาศ (ลากจูงระหว่างวงโคจร) KETA ถูกปล่อยสู่วงโคจรต่ำโดยยานยิง Angara ค่อนข้างชัดเจนว่าโปรแกรมสำหรับการสำรวจดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกล การสร้างฐานดวงจันทร์ การสำรวจด้วยมนุษย์ไปยังดาวอังคาร และในที่สุด โครงการสำหรับโทรศัพท์ในอวกาศทั่วโลก จำเป็นต้องมีการเพิ่มขึ้นอย่างเข้มข้นในความสามารถในการขนส่งของเทคโนโลยีอวกาศ ซึ่งกำหนดไว้ล่วงหน้าว่าจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วใน แหล่งจ่ายไฟของยานอวกาศ

ระบบขับเคลื่อนจรวดไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีกำลังไฟฟ้า 2-10 เมกะวัตต์ จากการออกแบบเบื้องต้นและการวิเคราะห์ขีปนาวุธ พบว่าสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ระดับพลังงานไฟฟ้าที่เหมาะสมที่สุดคือ ~3 MW ซึ่งเป็นระดับที่เหมาะสมที่สุดตามเกณฑ์ต่อไปนี้:

มวลสูงสุดที่เป็นไปได้ของน้ำหนักบรรทุกที่ปล่อยสู่วงโคจรค้างฟ้าโดยใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยแรงขับนิวเคลียร์จะถูกวางไว้ในคอนเทนเนอร์ PG ระหว่างการปล่อยจากโลกไปยังยานปล่อยพลังงาน

ระยะเวลาในการขนส่งสินค้าไปยัง GEO ไม่เกิน 100 วัน (เงื่อนไขของการไม่เกินปริมาณรังสีที่อนุญาตเมื่อผ่านแถบรังสีของโลก)

แรงกระตุ้นเฉพาะของเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้า (EP) คือ 5,000 วินาที

ระดับพลังงานที่เลือกนั้นเป็นระดับสากลสำหรับการแก้ปัญหาอื่น ๆ มากมาย (การขนส่งสินค้าไปยังดาวอังคาร, ดวงจันทร์, ดาวศุกร์, การเปลี่ยนความเอียงของวงโคจรของวัตถุอวกาศขนาดใหญ่เช่นสถานีวิทยาศาสตร์, การดำเนินการทดลองทางวิทยาศาสตร์และการจัดระเบียบ การผลิตภาคอุตสาหกรรมในวงโคจร)

ในบรรดาระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าที่ทรงพลังนั้นระบบที่ได้รับการพัฒนามากที่สุดทั้งในแง่ของพารามิเตอร์การบินและการพัฒนาระบบย่อยคือแมกนีโตพลาสมาและไอออนไฟฟ้า เครื่องยนต์จรวด. ปัจจุบันมีการตรวจสอบความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่องยนต์แมกนีโตพลาสโมไดนามิกส์ (MPD) ที่มีกำลัง 2.5 MW พร้อมสนามภายนอกซึ่งทำงานที่กระแสไฟจ่าย 10 kA และแรงดันไฟฟ้า 250 V ทรัพยากรเครื่องยนต์ที่จำเป็นสำหรับภารกิจอวกาศส่วนใหญ่คือ สันนิษฐานว่าเป็น 10,000 ชั่วโมงดังนั้นการพัฒนาจึงมีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มอายุการใช้งานของเครื่องยนต์แต่ละเครื่องเป็นหลัก แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการใช้งานเครื่องยนต์ MTD ที่มีกำลังสูงถึง 40 MW ในโหมดกึ่งหยุดนิ่ง การไหลของพลาสมาได้รับการอธิบายอย่างน่าพอใจโดยสมการของแมกนีโตไฮโดรไดนามิกส์ในอุดมคติ

การใช้เครื่องยนต์ MTD ที่ทรงพลังในการทดลองอวกาศที่ดำเนินการในทศวรรษที่ผ่านมาไม่ได้รับการพิจารณาเนื่องจากพลังงานบนยานอวกาศในระดับต่ำของยานอวกาศที่มีอยู่ การดำเนินงานโรงงานในระดับพลังงานต่ำนั้นเสียเปรียบด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรก สิ่งนี้จะลดประสิทธิภาพของการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นแรงฉุดให้มีค่าต่ำจนไม่อาจยอมรับได้ ประการที่สอง ประสิทธิภาพสูงที่ระดับกำลังเฉลี่ยต่ำสามารถทำได้ในโหมดการทำงานแบบพัลซิ่งของระบบขับเคลื่อนเท่านั้น เพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานของพัลส์จำเป็นต้องใช้ตัวแปลงพลังงานพร้อมอุปกรณ์เสริมซึ่งมีมวลค่อนข้างสำคัญ ดังนั้นระบบขับเคลื่อนกำลังต่ำที่มีเครื่องยนต์ MTD แบบพัลส์จึงไม่สามารถแข่งขันกับเครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้าอื่น ๆ ได้

การคำนวณขีปนาวุธยังแสดงให้เห็นว่ามีแนวโน้มที่ดีที่จะใช้เครื่องยนต์ MPD ในระบบขับเคลื่อนสำหรับการบินระหว่างวงโคจร หากยานอวกาศมีแหล่งพลังงานเมกะวัตต์บนยานอวกาศ ซึ่งเครื่องยนต์ MPD ที่อยู่กับที่จะมีคุณลักษณะการขับเคลื่อนที่น่าพอใจ เพื่อขนส่งแหล่งพลังงานขนาดใหญ่จากวงโคจรดาวเทียมต่ำไปยังวงโคจรค้างฟ้าโดยใช้มอเตอร์ เชื้อเพลิงเคมีต้องใช้มวลเชื้อเพลิง 10 เท่าของน้ำหนักบรรทุก เมื่อใช้เครื่องยนต์ MTD มวลของของไหลทำงานจะลดลง 5-10 เท่า หากเราพิจารณาว่ามวลของเครื่องยนต์ MTD นั้นอยู่ในลำดับเดียวกับของเครื่องยนต์เชื้อเพลิงเคมี การได้รับมวลเริ่มต้นของยานอวกาศในวงโคจรโลกต่ำก็จะมีนัยสำคัญ เพื่อดำเนินงานดังกล่าว จำเป็นต้องมีการออกแบบการติดตั้งที่เชื่อถือได้ด้วยมอเตอร์ MTD ที่มีกำลังหลายเมกะวัตต์

สิ่งที่ดีที่สุดสำหรับยานอวกาศในระดับพลังงานที่เลือกคือโรงงานเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว แนวคิดหลักซึ่งมีพื้นฐานมาจากการใช้องค์ประกอบอุณหภูมิสูงที่ใช้ยูเรเนียมเข้มข้นในรูปแบบขององค์ประกอบเชื้อเพลิงแกนบิดหรือการเติมเชื้อเพลิงลูกปัดฟรี องค์ประกอบที่มีการไหลของน้ำหล่อเย็นตามแนวแกน ทางเลือกของเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วถูกกำหนดโดย: ขนาดและน้ำหนักขั้นต่ำ; การไม่มีผู้ดูแลซึ่งช่วยขจัดปัญหาความเสถียรและการระบายความร้อน การไม่มีผลกระทบต่อการเกิดปฏิกิริยาเสมือนจริงที่เกี่ยวข้องกับความเหนื่อยหน่ายและตะกรัน อัตรากำไรขั้นต้นเล็กน้อยและผลกระทบด้านอุณหภูมิเชิงลบของปฏิกิริยา

ความปลอดภัยทางนิวเคลียร์ในทุกขั้นตอน วงจรชีวิตในสถานการณ์ปกติและฉุกเฉิน ยานอวกาศจะถูกจัดเตรียมโดยใช้วิธีการแบบแอคทีฟและพาสซีฟ รวมถึงองค์ประกอบต่อไปนี้:

ดรัมควบคุมในกระจกสะท้อนแสงด้านข้าง

แท่งดูดซับแบบยืดหดได้

ตัวดูดซับเรโซแนนซ์ที่วางอยู่ในแกนกลาง การเปลี่ยนแปลงที่ตั้งโปรแกรมได้ในเรขาคณิตของเครื่องปฏิกรณ์ในสถานการณ์ฉุกเฉิน

การป้องกันรังสีของน้ำหนักบรรทุกและระบบควบคุม - เงาในรูปแบบของกรวยที่ถูกตัดทอน - ถูกกำหนดโดยระดับรังสีสูงสุดที่อนุญาต เซอร์โคเนียมไฮไดรด์ที่กระตุ้นด้วยโบรอนและลิเธียมไฮไดรด์ถือเป็นส่วนประกอบในการป้องกันหลัก การเลือกวิธีการแปลงเทอร์โบแมชชีนตามวงจรอุณหพลศาสตร์ของ Brayton เนื่องมาจากมวลจำเพาะต่ำของระบบการแปลง - น้อยกว่า 10 กก./กิโลวัตต์ ซึ่งน้อยกว่าค่าสำหรับวิธีแปลงอื่นๆ อย่างมีนัยสำคัญ (30 กก./กิโลวัตต์) ระดับสูงความพร้อมทางเทคโนโลยีความสมบูรณ์แบบของส่วนประกอบหลักของวงจรแก๊ส ความสามารถในการตรวจสอบให้แน่ใจว่าพารามิเตอร์เอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสอดคล้องกับความต้องการของโหลด ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูง (-30%) ในบรรดาวิธีการแปลงพลังงานแบบไดนามิก วัฏจักรของ Brayton มีความโดดเด่นด้วยความจริงที่ว่ามันช่วยให้สตาร์ทเครื่องได้ง่าย ความเฉื่อยทางเคมี และการไม่สามารถใช้รังสีของของไหลทำงาน

โรงไฟฟ้าที่นำเสนอใช้วงจร Brayton แบบปิดที่สร้างใหม่โดยตรง ซึ่งมีส่วนประกอบหลักในการใช้งาน ได้แก่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบคอมเพรสเซอร์ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบนำกลับคืน และหม้อน้ำตู้เย็น (CI) อุณหภูมิรอบสูงสุดคือ 1,500 K ซึ่งค่อนข้างสมเหตุสมผลเมื่อใช้วัสดุโครงสร้างสมัยใหม่ที่ทำจากเซรามิกสำหรับการผลิตดิสก์กังหันและโลหะผสมทนความร้อนสำหรับส่วนประกอบตัวเรือนและท่อจ่าย อย่างไรก็ตาม วัสดุที่ทำงานที่อุณหภูมิดังกล่าวมีความเปราะบางเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า ซึ่งต้องมีการพัฒนาอัลกอริธึมในการสตาร์ทกังหัน การออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบนำกลับคืนซึ่งประกอบด้วยแผ่นประทับตราจำนวนหนึ่ง ให้การแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีความเข้มสูงและด้วยเหตุนี้จึงทำให้สามารถสร้างเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบาได้

ยานอวกาศประกอบด้วยโมดูลโรงไฟฟ้าที่ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โมดูลขับเคลื่อน เครื่องเร่งความเร็ว และช่องบรรทุกสินค้า โมดูลโรงไฟฟ้าประกอบด้วยโรงงานปฏิกรณ์ ระบบป้องกันรังสีเงา ระบบแปลงพลังงาน (ECS) ตู้เย็นหม้อน้ำที่ใช้ท่อความร้อน และโครงเลื่อน โมดูลขับเคลื่อนประกอบด้วยบล็อกของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้า ถังเชื้อเพลิง ระบบควบคุมเครื่องยนต์ ระบบควบคุมยานอวกาศ และระบบควบคุมโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เครื่องทำความเย็นหม้อน้ำของระบบขับเคลื่อนจรวดไฟฟ้าตั้งอยู่บนพื้นผิวของโมดูลขับเคลื่อน

เครื่องเร่งความเร็วเป็นเวทีจรวดแบบเจ็ตติซันได้ ซึ่งประกอบด้วยถังออกซิไดเซอร์ (ออกซิเจน) ถังเชื้อเพลิง (น้ำมันก๊าด) และเครื่องยนต์ 2 เครื่องที่มีแรงขับรวมประมาณ 1 tf ซึ่งตั้งอยู่บนโครงแบบเจ็ตไทสันได้ โครงยึดได้รับการแก้ไขบนพื้นผิวของโครงส่งกำลังของ SEP และตกลงไปพร้อมกับรถถังและเครื่องยนต์ในวงโคจรเป็นวงกลมที่ระดับความสูง Ncr ~ 800 กม. ส่วนบรรทุกสินค้ามีปริมาตรรวมประมาณ 800 ลบ.ม. และแยกออกจากยานอวกาศที่ GSO ตามแนวระนาบที่เชื่อมต่อกับโมดูลขับเคลื่อน

เมื่อสอดเข้าไปในวงโคจรต่ำ ยานอวกาศจะถูกวางไว้ในคอนเทนเนอร์บรรทุกของยานปล่อยพลังงานเอเนอร์เจีย คอนเทนเนอร์บรรทุกสินค้าจะถูกเปิดและปล่อยหลังจากยานพาหนะปล่อยตัวถูกเปิดตัวที่ระดับความสูง Nkr - ~ 200 กม. จากนั้นเครื่องยนต์คันเร่งจะเปิดขึ้น และเมื่อยานอวกาศไปถึงวงโคจรอ้างอิงที่ระดับความสูง Ncr ~ 600... 800 กม. เครื่องเร่งความเร็วจะถูกรีเซ็ต ในวงโคจรอ้างอิง ตามคำสั่งจากโลก การดำเนินการในการเคลื่อนย้ายโครงถัก CI และการเปิดโครงถักจะดำเนินการ ถัดไป เครื่องปฏิกรณ์จะเริ่มทำงานและระบบจ่ายไฟจะเข้าสู่ระดับพลังงานที่ระบุ หลังจากทดสอบระบบย่อยของยานอวกาศแล้ว ระบบจะถ่ายโอนไปยังตำแหน่งวางแนวโน้มถ่วง เครื่องยนต์ขับเคลื่อนหลักเปิดอยู่

จากการคำนวณ เวลาในการปล่อยยานอวกาศด้วยพารามิเตอร์ที่กำหนดขึ้นสู่วงโคจรค้างฟ้าจะอยู่ที่ประมาณ 60 วัน ในขณะที่ ที่สุดเวลายานอวกาศจะอยู่ในแถบรังสีที่มีความเข้มต่างกัน ถ้าการป้องกันส่วนควบคุมยานอวกาศและน้ำหนักบรรทุกทำจากอะลูมิเนียม มั่นใจว่าแรงโน้มถ่วงจำเพาะของยานอวกาศจะสูงถึง 1 g/cm2 ปริมาณรังสีรวมจะไม่เกิน 2*104 rad หลังจากแทรกเข้าไปในวงโคจร น้ำหนักบรรทุกจะถูกแยกออกจากยานอวกาศ และหากจำเป็น ยานอวกาศจะถูกถ่ายโอนไปยังวงโคจรศูนย์กลางโลก

ดังนั้นการวิจัยที่ดำเนินการจึงแสดงให้เห็นดังต่อไปนี้:

การใช้ยานพาหนะส่งพลังงาน Energia และระบบขับเคลื่อนขับเคลื่อนนิวเคลียร์ขนาด 3 เมกะวัตต์พร้อมการแปลงเทอร์โบแมชชีนและเครื่องยนต์ MPD ที่มีประสิทธิภาพ ~ 0.7 และแรงกระตุ้นเฉพาะที่ 5,000 วินาทีทำให้สามารถปล่อยน้ำหนักบรรทุกที่มีน้ำหนัก 35 ตันเข้าสู่วงโคจรค้างฟ้าใน 60 วัน;

การใช้ระบบขับเคลื่อนขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์จะเพิ่มมวลและปริมาตรของน้ำหนักบรรทุกที่ปล่อยสู่วงโคจรค้างฟ้าเป็นสองเท่าเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว

ความปลอดภัยทางนิวเคลียร์ของยานอวกาศในทุกขั้นตอนของวงจรชีวิตในสถานการณ์ปกติและฉุกเฉินสามารถมั่นใจได้โดยใช้วิธีการป้องกันแบบแอคทีฟและพาสซีฟ

ความเป็นไปได้ของแนวคิดที่นำเสนอของเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้าได้รับการยืนยันจากการศึกษาเชิงทดลองและเชิงทฤษฎีจำนวนหนึ่งที่ดำเนินการในรัสเซียและต่างประเทศ

ปัจจุบัน รัสเซียมีศักยภาพในการแก้ปัญหานี้ เนื่องจากมียานพาหนะปล่อยพลังงานที่ทรงพลัง รวมถึงทรัพยากรทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคสำหรับระบบนิวเคลียร์และระบบขับเคลื่อนในอวกาศ พร้อมกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ซึ่งมีอันตรายจากรังสีเพิ่มขึ้น การพัฒนาต่อไปเครื่องยนต์จรวดที่มีดีไซน์แบบดั้งเดิมก็จะมีวางจำหน่ายเช่นกัน

วิธีการเชิงพาณิชย์ในการสำรวจระยะไกลของโลกจากอวกาศเพิ่งเริ่มพัฒนา เกษตรกรรม, การพัฒนาระดับภูมิภาคอุตสาหกรรมการก่อสร้างและเหมืองแร่มีการใช้ข้อมูลการสำรวจระยะไกลเพิ่มมากขึ้น เครื่องมือสำรวจอวกาศที่มีอยู่ เช่น Spot, Landsat ฯลฯ ไม่ได้มีไว้เพื่อการค้าเพียงอย่างเดียว แม้ว่าจะมีหลักการทางการตลาดในการเผยแพร่ข้อมูลที่ได้รับก็ตาม ระบบเหล่านี้ได้รับการสนับสนุนจากหน่วยงานของรัฐ เนื่องจากในปัจจุบัน...

ศูนย์วิจัยอวกาศแห่งชาติของ CNES (CNES) ดำเนินโครงการอวกาศทั้งพลเรือนและทหาร (ในความร่วมมือกับกระทรวงกลาโหม) ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียมทางทหารของซีราคุสถูกสร้างขึ้น (พ.ศ. 2531) โดยใช้ยานอวกาศโทรคมนาคม ตั้งแต่ปี 1995 Helios ยานอวกาศลาดตระเวนซึ่งสร้างขึ้นบนพื้นฐานของยานอวกาศ Spot ได้เปิดตัวแล้ว ยานอวกาศ Helios-2 กำลังได้รับการพัฒนาโดยการมีส่วนร่วมของประเทศอื่นๆ ในยุโรป การทำงานของยานอวกาศสำรวจระยะไกลยังคงดำเนินต่อไป...

นับเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ของเทคโนโลยีจรวดและอวกาศที่มีการดำเนินโครงการระหว่างประเทศที่ใหญ่ที่สุด - การสร้างสถานีอวกาศนานาชาติ โครงการอวกาศที่เสร็จสมบูรณ์และดำเนินการก่อนหน้านี้นั้นด้อยกว่าโครงการ ISS ในแง่ของขนาดและปริมาณของงาน องค์ประกอบของประเทศที่เข้าร่วมและองค์กรที่ดำเนินการร่วม และความรับผิดชอบในการแก้ไขปัญหาความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยระหว่างการสร้างและการดำเนินงานระยะยาว ของสถานีอวกาศนานาชาติ มีการจ่ายประเด็นของการรับรองความน่าเชื่อถือและความปลอดภัย...

การแก้ปัญหาโครงสร้าง วงจร และเทคโนโลยีที่ซับซ้อนทั้งชุดในการพัฒนา การสร้าง และการดำเนินงานของสินทรัพย์อวกาศนั้นเป็นไปไม่ได้หากปราศจากการพัฒนาและการนำผลลัพธ์ของวิทยาศาสตร์วัสดุอวกาศไปใช้อย่างกว้างขวาง เมื่อพัฒนายานอวกาศ จำเป็นต้องใช้วัสดุใหม่ที่ต้องทนทานต่อภาระในการบินในอวกาศ (อุณหภูมิและความดันสูง โหลดแรงสั่นสะเทือนระหว่างการปล่อยตัว อุณหภูมินอกอวกาศต่ำ สุญญากาศลึก การสัมผัสกับรังสี...

คอสโมโดรมเป็นอาณาเขตที่มีอุปกรณ์ทางวิศวกรรมซึ่งมีโครงสร้างที่เชื่อมโยงระหว่างกันและวิธีการทางเทคนิคตั้งอยู่ ซึ่งรับประกันการรับจากโรงงานผลิตและการจัดเก็บองค์ประกอบจรวดและเทคโนโลยีอวกาศ การเตรียมยานปล่อยยานอวกาศและยานอวกาศและการปล่อยพวกมัน เมื่อใช้ยานพาหนะส่งที่นำกลับมาใช้ซ้ำได้ที่คอสโมโดรม สามารถสร้างตำแหน่งการซ่อมแซมและบำรุงรักษาได้เพื่อให้แน่ใจว่ามีการบำรุงรักษาหลังการบินของยานพาหนะเหล่านี้...

พื้นฐานของระบบอัตโนมัติ (AS) ของศูนย์ควบคุมการบินยานอวกาศและศูนย์ประมวลผลข้อมูลที่ดำเนินการที่ NAKU ในปี 1990 คือระบบคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพต่ำในรุ่นที่สองและสามซึ่งมากกว่า 50% ใช้ทรัพยากรที่จัดตั้งขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่า ล้าสมัยทั้งทางศีลธรรมและทางร่างกาย ( ซีรี่ส์คอมพิวเตอร์ SM, M-222, VK-2M45/46, “ Elbrus-1” ฯลฯ ) ระดับการควบคุมยานอวกาศอัตโนมัติคือ 70-80% ไม่น่าพอใจ...

ยานปล่อยอวกาศเป็นเทคนิคที่ซับซ้อน ระบบขนส่งออกแบบมาเพื่อส่งน้ำหนักบรรทุกออกสู่อวกาศไปยังวงโคจรที่ระบุ ยานปล่อยอวกาศที่มีอยู่ทั้งหมด รวมถึงยานที่จะใช้งานในอนาคตอันใกล้ (25...30 ปี) นั้นมีพื้นฐานอยู่บนหลักการ แรงขับเจ็ท. รายงานการใช้อุปกรณ์ที่ใช้หลักการนี้ฉบับแรกปรากฏเป็นภาษาจีน...

สหราชอาณาจักรเป็นผู้ดำเนินการดาวเทียมสื่อสารทางทหารของ Skynet และมีส่วนร่วมในการจัดการดาวเทียมสื่อสารของ NATO สหราชอาณาจักรถือเป็นผู้บริโภคข้อมูลอวกาศรายใหญ่ที่สุดในยุโรป (และใหญ่เป็นอันดับสองของโลก) จากยานอวกาศต่างๆ ของหลายประเทศและองค์กรต่างๆ ผลลัพธ์ของการประมวลผลข้อมูล (รวมถึงภาพจากดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาและดาวเทียมสำรวจระยะไกล) ที่สะสมมานานหลายปี สามารถนำไปใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการทหารได้ เช่น ในระหว่างสถานการณ์วิกฤต...

ความร่วมมือระหว่างประเทศในด้านโครงการอวกาศเชิงพาณิชย์ พ.ศ. 2523-2533 ได้ขยายตัวอย่างมีนัยสำคัญ ภายหลังการก่อตั้งกลุ่มความร่วมมือกลุ่มแรก Intelsat และ Inmarsat ก็ได้มีการติดตามการสร้างระบบและโปรแกรมต่างๆ ทั่วโลกและระดับภูมิภาคจำนวนมาก เช่น Comsat, Landsat, Meteosat, Eutelsat, Panamsat, Asiasat, Iridium, GlobalStar เป็นต้น ในปี พ.ศ. 2541 ได้มีการสร้างสถานีอวกาศนานาชาติขึ้น คุณสมบัติหลักของเวที: การเพิ่มขึ้นอย่างมากในขอบเขตของงาน,...

การพัฒนาวิธีการในการปล่อย payloads สู่อวกาศ (ปล่อยจรวด) ในประเทศของเราดำเนินไปในหลายทิศทาง ทิศทางแรกซึ่งเกิดขึ้นในปี 2500 มีความเกี่ยวข้องกับการสร้างยานยิงจำนวนหนึ่งโดยใช้ขีปนาวุธข้ามทวีป R-7 (ICBM) ICBM นี้ได้รับการพัฒนาที่ OKB-1 ที่มีชื่อเสียง (ตั้งแต่ปี 1966 - สำนักออกแบบกลางวิศวกรรมเครื่องกลทดลอง (TsKBEM) ตั้งแต่ปี 1974 -...

อุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ที่กำลังพัฒนาจำเป็นต้องมีผู้เชี่ยวชาญเข้ามาในอุตสาหกรรมอย่างต่อเนื่อง

หนังสือเล่มนี้เป็นส่วนหนึ่งของห้าเล่ม อุปกรณ์ช่วยสอน“เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และโรงไฟฟ้า” และออกแบบมาเพื่อฝึกอบรมนักออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP)
เล่มที่พิมพ์ครั้งแรกจัดพิมพ์ระหว่างปี พ.ศ. 2524 - 2526 และรวมหนังสือต่อไปนี้: Emelyanov I. Ya., Efanov A. I., Konstantinov L. V. “ รากฐานทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคในการควบคุมเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์” (M.: Energoizdat, 1981) Ganev I. X. “ ฟิสิกส์และการคำนวณของเครื่องปฏิกรณ์” (M.: Energoizdat, 1981) Egorov Yu. A. "พื้นฐานของความปลอดภัยทางรังสีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์" (M.: Energoizdat, 1982) Emelyanov I. Ya., Mikhan V. I., Solonin V. I. และอื่น ๆ “ การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์” (M. : Energoizdat, 1982) Ganchev B.G., Kalishevsky L.L., Demeshev R.S. และคณะ “โรงไฟฟ้านิวเคลียร์” (M.: Energoatomizdat, 1983) ปัจจุบันหนังสือฉบับพิมพ์ครั้งแรกกลายเป็นเรื่องยากที่จะเข้าถึงสำหรับนักเรียน ในหนังสือฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง เนื้อหาจากฉบับพิมพ์ครั้งแรกได้รับการเสริมและปรับปรุงบางส่วน
ผู้เขียนหนังสือเล่มนี้พยายามที่จะครอบคลุมประเด็นหลักที่เกี่ยวข้องกับการคำนวณและการออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในรูปแบบโดยย่อเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ: สำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบอยู่กับที่ การขนส่งทางน้ำและวัตถุอวกาศซึ่งสอดคล้องกับแนวปฏิบัติที่กำหนดไว้ในการฝึกอบรมนักออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ตามความต้องการของอุตสาหกรรม โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบอยู่กับที่จะให้ความสนใจหลัก คุณสมบัติของการติดตั้งและองค์ประกอบเพื่อวัตถุประสงค์อื่นจะมีให้สั้นกว่านี้
ที่ การพัฒนาที่ทันสมัยอุปกรณ์ทางเทคนิค ผู้ออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะต้องไม่เพียงแต่สามารถเลือกองค์ประกอบที่ต้องการของอุปกรณ์ ปรับพารามิเตอร์หลักให้เหมาะสม แต่ยังต้องดำเนินการออกแบบด้วย
การคำนวณโครงสร้างอย่างน้อยก็ในระดับการออกแบบเบื้องต้นเพื่อปรับงานสำหรับผู้พัฒนาเครื่องทำความร้อนพลังงานและอุปกรณ์อื่น ๆ อย่างน้อยหนึ่งประเภทเพื่อพิสูจน์ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของการตัดสินใจ ทั้งหมดนี้มีความสำคัญมากกว่าเพราะเมื่อสร้างการติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ชนิดใหม่ จำเป็นต้องพัฒนาอุปกรณ์เกือบทั้งหมดใหม่อีกครั้ง
ลักษณะเฉพาะของหนังสือเล่มนี้รวมถึงความจริงที่ว่าภายในกรอบของเล่มเดียวประเด็นที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ในตำราเรียนสื่อการสอนและเอกสารต่าง ๆ จะถูกนำเสนอในรูปแบบที่กระชับและจากจุดยืนที่เป็นหนึ่งเดียว
ผู้เขียนได้กำหนดภารกิจภายในกรอบของเล่มเดียว เพื่อให้ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับการคำนวณและการออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยรวมและองค์ประกอบแต่ละส่วนของอุปกรณ์ โดยจะมีรายการวรรณกรรมที่แนะนำสำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมในแต่ละส่วน การศึกษาเชิงลึกของปัญหา
เนื้อหาหลักของหนังสือเล่มนี้แบ่งออกเป็นสี่ส่วน หัวข้อแรกกล่าวถึงประเด็นทั่วไปในการออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ การคำนวณและเหตุผลของการออกแบบการระบายความร้อนของการติดตั้งและประเด็นทางเศรษฐกิจจะให้ความสนใจเป็นพิเศษ
ส่วนที่สองเกี่ยวข้องกับอุปกรณ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ พิจารณาหลักการพื้นฐานและวิธีการคำนวณและออกแบบอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนและเครื่องจักรท่อและอุปกรณ์ ประเด็นการคำนวณความแข็งแกร่งรวมอยู่ในบทแยกต่างหาก ส่วนที่สามตรวจสอบระบบและอุปกรณ์สำหรับการทำความเย็นฉุกเฉิน การเติมเชื้อเพลิง การทำความสะอาดและการเติมสารหล่อเย็น การจ่ายน้ำทางเทคนิค และการระบายอากาศ
หนังสือเล่มนี้ปิดท้ายด้วยส่วนที่สี่ ซึ่งตรวจสอบการออกแบบและแผนผังของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ บนเรือ และบนวัตถุในอวกาศ
ผู้เขียนแสดงความมั่นใจว่าเมื่อเชี่ยวชาญเนื้อหาในหนังสือแล้ว นักเรียนจะพร้อมที่จะเป็นอิสระ งานภาคปฏิบัติและการศึกษาประเด็นที่จำเป็นในเชิงลึกมากขึ้น
บทนำ, § 1.1, 1.2, 6.1 - 6.6, 6.8, 7.1 - 7.9, 8.2, 8.3 รวมถึง Ch. 9 เขียนโดย B. G. Ganchev ch. 2, § 1.3, 6.7, 6.9 จัดทำโดย S.V. Selikhovkin § 3.1 - 3.7, Ch. 4, § 8.1, บทที่ ลำดับที่ 14 และ 15 เขียนโดย L. L. Kalishevsky ch. 5 และ § 7.10, 7.11 เขียนโดย E. B. Kolosov เนื้อหา § 1.4, 3.8, 6.10, Ch. 11 และ 13 จัดทำโดย L. A. Kuznetsov Ch. 10 - อาร์. เอส. เลเมเชฟ ช. 12 -
N.F. Rexney § 6.2 - L. E. Kostikov B. I. Katorgin, Yu. V. Zhuravsky, V. V. Lozovetsky มีส่วนร่วมในการจัดทำเนื้อหาสำหรับการพิมพ์ครั้งแรกด้วย
ผู้เขียนแสดงความขอบคุณอย่างสุดซึ้งต่อผู้วิจารณ์หนังสือฉบับนี้ Doctor of Technical Sciences, Professor of Moscow Power Engineering Institute L.P. Kabanov

การแนะนำ

พลังงานนิวเคลียร์เป็นส่วนสำคัญและสำคัญของเศรษฐกิจโลก ภายในต้นปี 2531 มีหน่วยผลิตไฟฟ้ามากกว่า 420 หน่วยที่มีกำลังการผลิตติดตั้งรวมประมาณ 300,103 เมกะวัตต์ได้ดำเนินการที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP) ใน 26 ประเทศทั่วโลก ส่วนแบ่งในการผลิตไฟฟ้าคือ 16% สันนิษฐานว่าภายในปลายศตวรรษที่ 20 ในโครงสร้างสมดุลเชื้อเพลิงทั่วโลก ส่วนแบ่งของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะอยู่ที่ 20%
ในสหภาพโซเวียต ภายในต้นปี 2531 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ 16 แห่งดำเนินการผลิตไฟฟ้า 45 หน่วย โดยมีกำลังการผลิตติดตั้งรวม 34.4X 103 เมกะวัตต์ ส่วนแบ่งของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในการผลิตไฟฟ้าทั้งหมดในประเทศอยู่ที่ 11.2%
การพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์เริ่มต้นด้วยการเปิดตัวโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกที่มีกำลังการผลิต 5,000 กิโลวัตต์เมื่อวันที่ 27 มิถุนายน พ.ศ. 2497 ในสหภาพโซเวียตในออบนินสค์ การดำเนินการดังกล่าวพิสูจน์ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ทางเทคนิคในการแปลงพลังงานนิวเคลียร์เป็นพลังงานไฟฟ้าในระดับอุตสาหกรรม มนุษยชาติมีโอกาสที่จะใช้แหล่งพลังงานใหม่ที่มีแคลอรีสูงมาก ซึ่งในอนาคตจะช่วยให้เราสามารถลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลแบบดั้งเดิมเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าได้อย่างมาก แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการสร้างและใช้วัสดุ อุปกรณ์ และเครื่องมือในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีคุณภาพดังกล่าวและด้วยคุณลักษณะดังกล่าวที่รับประกันความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยในการปฏิบัติงานในระดับสูงที่เกี่ยวข้องกับสิ่งแวดล้อม ประชากร และบุคลากรปฏิบัติการ
หลังจากการเปิดตัวโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรก การก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ทรงพลังยิ่งขึ้นก็เริ่มขึ้น โดยมีเป้าหมายเพื่อพิสูจน์ความสามารถในการแข่งขันทางเศรษฐกิจกับโรงไฟฟ้าเชื้อเพลิงฟอสซิล ช่วงเวลานี้สิ้นสุดลงจริงในยุค 60 นับตั้งแต่ทศวรรษที่ 70 การก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ทรงพลังได้เริ่มขึ้นอย่างกว้างขวาง ในปี 1975 กำลังการผลิตติดตั้งของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในโลกมีจำนวน 76 GW ในปี 1985 - 248.6 GW ภายในปี 2000 คาดว่ากำลังการผลิตติดตั้งจะเพิ่มขึ้นเป็น 505 GW อัตราการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขเฉพาะ และเหนือสิ่งอื่นใดคือทรัพยากรเชื้อเพลิงฟอสซิลของประเทศใดประเทศหนึ่ง ในประเทศที่จัดหาเชื้อเพลิงฟอสซิล ในระยะแรก การขยายขีดความสามารถของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ดำเนินไปในอัตราที่ช้าลง แต่เมื่อเทคโนโลยีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ดีขึ้นและประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น พวกเขาก็เพิ่มขึ้น ดังนั้นหากในปี 1975 ส่วนแบ่งของประเทศสมาชิก CMEA คิดเป็นประมาณ 10% ของกำลังการผลิตติดตั้งที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ จากนั้นภายในปี 2000 ส่วนแบ่งนี้จะเพิ่มขึ้น
มีการคาดการณ์การพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์แบบเร่งรัด โปรแกรมที่ครอบคลุม ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีประเทศสมาชิก CMEA จนถึงปี 2000
ข้อกำหนดเบื้องต้นหลักสำหรับการเติบโตอย่างรวดเร็วของพลังงานนิวเคลียร์มีดังนี้:
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์มีค่าความร้อนสูง (การปลดปล่อยความร้อนจำเพาะของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์สูงกว่าเชื้อเพลิงอินทรีย์ประมาณ 2X X 106 เท่า) ดังนั้นบนพื้นฐานของพลังงานนิวเคลียร์จึงเป็นไปได้ที่จะพัฒนาฐานพลังงานของพื้นที่ที่ปราศจากวัตถุดิบพลังงานสำรองของตนเองโดยไม่ต้องเพิ่มต้นทุนการขนส่งสำหรับการส่งมอบ พื้นที่ดังกล่าวรวมถึงส่วนของยุโรปในสหภาพโซเวียตซึ่งมีประชากรมากกว่า 60% อาศัยอยู่และมีการผลิตผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมมากกว่า 80% ดังนั้นในส่วนของยุโรปการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ทรงพลังจึงเริ่มต้นขึ้นในแนวกว้าง
ข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของการติดตั้งนิวเคลียร์คือมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมต่ำภายใต้สภาวะการทำงานปกติ ในระหว่างการดำเนินงาน โรงไฟฟ้าแบบเดิมใช้ออกซิเจนจำนวนมากในการเผาไหม้เชื้อเพลิง ปล่อยผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงออกสู่สิ่งแวดล้อม รวมถึงสารที่เป็นอันตราย เช่น ไนโตรเจนและซัลเฟอร์ออกไซด์ และเมื่อใช้งานเชื้อเพลิงแข็ง จะมีเถ้าจำนวนมาก ปัจจุบันการผลิตไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมดต่อปีเทียบเท่ากับการเผาไหม้ถ่านหิน 550x106 ตันหรือน้ำมัน 350-106 ตันที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อน โรงไฟฟ้าพลังความร้อนขนาด 1,000 เมกะวัตต์ใช้ถ่านหิน 3-106 ตันต่อปี ผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ 7-106 ตัน ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ 120-103 ตัน ไนโตรเจนออกไซด์ 20X103 ตัน และเถ้า 750-103 ตัน . โลหะหนักที่เป็นอันตรายซึ่งบรรจุอยู่ในเถ้า (สารหนู ตะกั่ว แคดเมียม ฯลฯ) จะยังคงอยู่ในชีวมณฑล กระบวนการทำงานในการติดตั้งพลังงานนิวเคลียร์ (NPP) นั้นแทบไม่เกี่ยวข้องกับสิ่งแวดล้อมเลย ยกเว้นการปล่อยความร้อน - มลพิษทางความร้อนที่แหล่งความเย็นของวงจร (คอนเดนเซอร์กังหันระบายความร้อน) แต่เป็นแบบดั้งเดิม โรงไฟฟ้าพลังความร้อน(เตส)
ประสบการณ์มากกว่า 30 ปีในการดำเนินงานโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั่วโลกแสดงให้เห็นว่าสามารถประหยัดได้จริง (โดยเฉลี่ย พลังงานไฟฟ้าที่ผลิตในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีราคาถูกกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ใช้ถ่านหินถึง 2 เท่า) และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แต่ประสบการณ์เดียวกันนี้แสดงให้เห็นในรี-6
อันเป็นผลมาจากการละเมิดกฎการดำเนินงานของสถานีการรั่วไหลของสื่อกัมมันตภาพรังสีอาจเกิดขึ้นเช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในสหรัฐอเมริกาเยอรมนีบริเตนใหญ่และในสหภาพโซเวียต - ในเชอร์โนบิล โดยทั่วไปแล้ว เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นระบบทางเทคนิคที่ซับซ้อนอย่างยิ่ง ซึ่งต้องใช้แนวทางที่รับผิดชอบเป็นพิเศษในระหว่างการออกแบบ การผลิต และการดำเนินงาน เช่นเดียวกับในคอมเพล็กซ์อื่น ๆ ระบบทางเทคนิคปัญหาปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรมีการเน้นไว้อย่างชัดเจนเป็นพิเศษที่นี่ สิ่งอำนวยความสะดวกทางอุตสาหกรรมสมัยใหม่ เช่น โครงสร้างไฮดรอลิกขนาดใหญ่ โรงงานเคมี สถานที่จัดเก็บก๊าซ โรงงานผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และโรงงานแปรรูปซ้ำ และเทคโนโลยีจรวดและอวกาศ ก่อให้เกิดอันตรายที่อาจเกิดขึ้นได้สูง อุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิล, ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ American Three Mile Island, การระเบิดที่โรงงานเคมีในเมืองโภปาลของอินเดีย, การเสียชีวิตของกระสวยอวกาศชาเลนเจอร์ของอเมริกา, ภัยพิบัติในทะเลและบนเรือ ทางรถไฟแสดงให้เห็นว่าปัญหาปฏิสัมพันธ์ระหว่างคนกับเครื่องจักรยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์และต้องได้รับการดูแลอย่างไม่รู้จักเหน็ดเหนื่อย ดังที่นักวิชาการ V. A. Legasov เน้นย้ำเมื่อแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับสาเหตุของอุบัติเหตุเชอร์โนบิล ศัตรูไม่ใช่เทคโนโลยี แต่เป็นการจัดการที่ไร้ความสามารถและขาดความรับผิดชอบของเรา เหตุผลหลักอุบัติเหตุเชอร์โนบิลตามข้อสรุปของคณะกรรมาธิการของรัฐบาลถือเป็นการละเมิดข้อกำหนดในการปฏิบัติงานหลายประการอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ ยังระบุด้วยว่าการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ไม่ได้ยกเว้นความเป็นไปได้ที่จะเกิดอุบัติเหตุเนื่องจากการกระทำที่ผิดพลาดของบุคลากร การเปลี่ยนแปลงการออกแบบที่เกิดขึ้นหลังอุบัติเหตุช่วยลดโอกาสที่จะเกิดอุบัติเหตุที่คล้ายคลึงกันในเครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้ ภารกิจที่ได้รับมอบหมายให้สร้างเครื่องปฏิกรณ์รุ่นใหม่เพิ่มมากขึ้น ระดับสูงความปลอดภัย "ภายใน"
อุบัติเหตุเชอร์โนบิลทำให้การอภิปรายรุนแรงขึ้นเกี่ยวกับความเหมาะสมในการใช้พลังงานนิวเคลียร์ต่อไป นักวิทยาศาสตร์ ประเทศต่างๆโลกให้คำตอบที่ชัดเจนเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการใช้พลังงานนิวเคลียร์อย่างปลอดภัยและประหยัด ตามที่คณะกรรมาธิการของประชาคมเศรษฐกิจยุโรป (EEC) เพื่อการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม การคุ้มครองผู้บริโภค และความปลอดภัยทางนิวเคลียร์ มนุษยชาติไม่มีทางเลือกอื่นนอกจากการพัฒนาโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เป็นที่ยอมรับในมุมมองทางเศรษฐกิจ สิ่งแวดล้อม และพลังงาน แม้ว่า EEC จะมีความพยายามอย่างมากในการพัฒนามาตรฐานที่เข้มงวดสำหรับการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ ไนโตรเจนออกไซด์ และอนุภาคต่างๆ แต่ความก้าวหน้าที่สำคัญในเรื่องนี้ยังไม่บรรลุผลนับตั้งแต่ปี 1983 การสะสมในบรรยากาศของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และผลิตภัณฑ์อื่น ๆ จำนวนมากจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงอินทรีย์ภายในปี 2573 อาจส่งผลให้เกิดภาวะเรือนกระจกและอุณหภูมิโลกเพิ่มขึ้น 4.5 1 ส่งผลให้ระดับทะเลโลกจะเพิ่มขึ้น 0.8 - 1.7 ม. ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ความจำเป็นในการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ต่อไปจะชัดเจน
ยิ่งกว่านั้นพลังงานนิวเคลียร์ยังครองตำแหน่งสำคัญในเศรษฐกิจของหลายประเทศซึ่งเป็นไปไม่ได้เลยที่จะละทิ้งพลังงานนิวเคลียร์ ด้านล่างนี้เป็นข้อมูลเกี่ยวกับส่วนแบ่งของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในการผลิตไฟฟ้าในบางประเทศในปี 1989:
การใช้พลังงานนิวเคลียร์ได้กลายเป็นหนึ่งในขอบเขตของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี
การพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ในสหภาพโซเวียตจนถึงปัจจุบันมีพื้นฐานอยู่บนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สองประเภทหลัก: เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันในโรงงานสองวงจร และเครื่องปฏิกรณ์แบบช่องที่มีตัวหน่วงกราไฟท์ในโรงงานวงจรเดียว โรงงานทั้งสองประเภทใช้วงจรกังหันไอน้ำ เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันเป็นประเภทที่พบมากที่สุดในอุตสาหกรรมพลังงานโลก
เครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำแรงดันสามารถใช้ในรูปแบบวงจรคู่ที่มีน้ำไม่เดือดภายใต้แรงดันในวงจรปฐมภูมิ และในรูปแบบวงจรเดี่ยวที่มีน้ำเดือดในแกนกลาง ในทางปฏิบัติภายในประเทศ ส่วนใหญ่จะใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำแรงดัน ซึ่งในวิศวกรรมพลังงานแบบอยู่กับที่เรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยน้ำ (WWER) (รูปที่ B.1, B.2) ข้อดีของเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าว (เมื่อเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์แบบช่อง) คือความกะทัดรัดที่มากขึ้น ซึ่งช่วยให้อุปกรณ์วงจรหลักทั้งหมดถูกปิดผนึกไว้ในเปลือกป้องกัน การสื่อสารที่เรียบง่าย และเงื่อนไขที่ง่ายกว่าในการควบคุมการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ อย่างไรก็ตาม พวกเขาต้องการตัวเรือนที่มีผนังหนาหนาและมีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ที่ทำงานที่ แรงกดดันสูงภายใต้เงื่อนไขของการฉายรังสีด้วยฟลักซ์นิวตรอนที่ทรงพลังเชื้อเพลิงจะถูกบรรทุกมากเกินไปเมื่อปิดเครื่องปฏิกรณ์ ความเป็นไปได้ในการเพิ่มพารามิเตอร์ไอน้ำที่ด้านหน้ากังหันนั้นมี จำกัด ความร้อนยวดยิ่งยวดของนิวเคลียร์ของไอน้ำเป็นไปไม่ได้
เครื่องปฏิกรณ์ประเภท VVER ถูกนำมาใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในประเทศของเราตั้งแต่ปี พ.ศ. 2507 (หน่วยที่ 1) โนโวโวโรเนจ เอ็นพีพีพวกเขา. วันครบรอบ 50 ปีของสหภาพโซเวียต) ปัจจุบันพวกเขายังดำเนินการได้สำเร็จที่ Kola, Rivne, Zaporozhye, Kalinin, Balakovo และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อื่น ๆ ในสหภาพโซเวียตและต่างประเทศ: ยังถูกสร้างขึ้นที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งใหม่หลายแห่งในสาธารณรัฐประชาธิปไตยเยอรมัน, ฟินแลนด์และ เบลารุส
แรงผลักดันอันทรงพลังต่อการใช้เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในประเทศคือการสร้างเครื่องพิเศษ สมาคมการผลิต"Atommash" ในโวลโกดอนสค์ หลังจากปี 1986 (หลังอุบัติเหตุเชอร์โนบิล) จึงมีการตัดสินใจ 8
สวิตเซอร์แลนด์ ฝรั่งเศส 41.6% .74.6% เบลเยียม . ฟินแลนด์ 60.8% เยอรมนี 35.4% . . .34.3%
เชโกสโลวะเกีย . . 27.6% เอ็นอาร์บี . . .32.9% ญี่ปุ่น . . สหรัฐอเมริกา 27.8% สหภาพโซเวียต 19.1% . . 12.3%
ข้าว. ใน 1. เครื่องปฏิกรณ์ VVER-440 (ห้องโถงกลาง)
เกี่ยวกับการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ภายในประเทศโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์ประเภท VVER ในทุกหน่วยปฏิบัติการ มีการใช้มาตรการเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการป้องกันเหตุฉุกเฉิน ปรับปรุงระบบระบุตำแหน่งอุบัติเหตุ และเพิ่มความน่าเชื่อถือ อุปกรณ์เทคโนโลยี. การออกแบบได้รับการพัฒนาสำหรับหน่วยกำลังความปลอดภัยสูง NPP-88 ซึ่งจัดให้มีระบบความปลอดภัยเชิงรับเพิ่มเติม หน่วยแรกของโครงการใหม่จะเริ่มดำเนินการในปี 1993
การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์แบบช่องที่มีตัวหน่วงกราไฟท์ (รูปที่ B.3) ถูกเสนอในสหภาพโซเวียตในยุค 40 สำหรับคุณ-
สำหรับการผลิตไฟฟ้า เครื่องปฏิกรณ์แบบช่องถูกนำมาใช้ที่ First NPP, Siberian NPP (1958), Beloyarsk NPP
พวกเขา. I.V. Kurchatov (1964) ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทรงพลังหลายแห่ง - Leningradskaya V.I. เลนิน (1973), เคิร์สต์, สโมเลนสค์, อิกนาลินสกายา ฯลฯ
ข้อดีหลักของเครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้มีดังต่อไปนี้:
ความเป็นไปได้ของการใช้ความจุของหน่วยขนาดใหญ่ การไม่มีภาชนะหนักเพียงลำเดียว ซึ่งทำให้การผลิตและการขนส่งเครื่องปฏิกรณ์มีความซับซ้อน
ข้าว. วีแซด เครื่องปฏิกรณ์ RBMK (ห้องโถงกลาง)
ความเป็นไปได้ในการแบ่งส่วนเครื่องปฏิกรณ์และสร้างเครื่องปฏิกรณ์ที่มีกำลังต่างๆ จากส่วนที่ผลิตจากโรงงานมาตรฐาน
ความเป็นไปได้ของความร้อนยวดยิ่งของนิวเคลียร์ของไอน้ำในแกนเครื่องปฏิกรณ์ โดยได้รับพารามิเตอร์สูง และเป็นผลให้เพิ่มประสิทธิภาพของวงจร
สามารถเติมเชื้อเพลิงได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องปิดเครื่องปฏิกรณ์
การใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบช่องทำให้กำลังการผลิตในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วก่อนการเปิดตัว Atommash ในปี พ.ศ. 2530 คิดเป็นประมาณครึ่งหนึ่งของกำลังการผลิตติดตั้ง (13 ยูนิตที่มีกำลังการผลิตสูงสุด 1,000 เมกะวัตต์ และ 2 ยูนิต ขนาดกำลังการผลิตสูงสุดละ 1,500 เมกะวัตต์)
อุบัติเหตุที่หน่วย IV โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิลในปี 1986 ด้วยการทำลายเครื่องปฏิกรณ์และการปล่อยผลิตภัณฑ์กัมมันตภาพรังสีออกสู่สิ่งแวดล้อม เครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้ดึงดูดความสนใจอย่างใกล้ชิดจากผู้เชี่ยวชาญและประชาคมโลก สถานการณ์การพัฒนาของอุบัติเหตุ สาเหตุ และทิศทางในการปรับปรุงเครื่องปฏิกรณ์มีรายละเอียดในหนังสือเรียนเล่มอื่น เราทราบอีกครั้งว่าสาเหตุของอุบัติเหตุเกิดจากการละเมิดกฎข้อบังคับในการปฏิบัติงานอย่างต่อเนื่อง ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ข้อบกพร่องในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ก็ปรากฏขึ้นเช่นกัน: ค่าสัมประสิทธิ์ไอน้ำเชิงบวกของการเกิดปฏิกิริยา และเมื่อพลังงานลดลง ค่าสัมประสิทธิ์พลังงานเชิงบวกของการเกิดปฏิกิริยา ซึ่งทำให้เครื่องปฏิกรณ์ไม่เสถียรที่ระดับพลังงานต่ำ ความเร็วตอบสนองไม่เพียงพอของระบบป้องกันฉุกเฉิน ความไม่เพียงพอ วิธีการทางเทคนิคจะนำเครื่องปฏิกรณ์เข้าสู่สถานะที่ปลอดภัยโดยอัตโนมัติในกรณีที่มีการกระทำของบุคลากรที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของกฎระเบียบทางเทคโนโลยี
มาตรการขององค์กรและทางเทคนิคที่ดำเนินการกับหน่วยกำลังปฏิบัติการทั้งหมดด้วยเครื่องปฏิกรณ์ RBMK-YOO และ RBMK-1500 ไม่รวมความเป็นไปได้ของการเร่งความเร็วอย่างรวดเร็วของเครื่องปฏิกรณ์ที่ไม่สามารถควบคุมได้ ค่าสัมประสิทธิ์ไอเชิงบวกของการเกิดปฏิกิริยาลดลงโดยการลดปริมาณกราไฟท์ในแกนกลาง และเพิ่มสมรรถนะเชื้อเพลิงด้วยนิวไคลด์ 235U เป็น 2.4% เวลาตอบสนองการป้องกันลดลงจาก 18 - 20 เป็น 10 - 12 วินาที มีการติดตั้งแท่งดูดซับเพิ่มเติม การป้องกันเหตุฉุกเฉินอย่างรวดเร็ว (BAZ) ได้รับการพัฒนาและทดสอบที่หน่วย Leningrad และ Ignalina NPP สองหน่วย เพื่อให้มั่นใจว่าการสอดแท่งดูดซับเข้าไปในแกนภายใน 2 - 2.5 วินาที ระบบ BAZ ที่คล้ายกันได้รับการติดตั้งตั้งแต่ปี 1989 ในหน่วยกำลังปฏิบัติการทั้งหมดที่มีเครื่องปฏิกรณ์แบบช่องสัญญาณ
จากการวิเคราะห์ที่ครอบคลุมซึ่งดำเนินการโดยผู้เชี่ยวชาญแสดงให้เห็นว่า ไม่มีข้อบกพร่องใดของเครื่องปฏิกรณ์ RBMK ที่ปรากฏระหว่างอุบัติเหตุที่หน่วยที่ 4 ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิล ที่ไม่สามารถถอดออกได้ในเครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์น้ำแบบช่องสัญญาณนิวเคลียร์ และไม่มีอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้
เครื่องปฏิกรณ์ประเภทต่างๆ ที่พิจารณาว่าทำงานบนนิวตรอนความร้อน และใช้ 235U เป็นนิวไคลด์ฟิสไซล์ (ซึ่งมียูเรเนียมธรรมชาติอยู่ประมาณ 0.7%) โอกาสในการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์นั้นเกี่ยวข้องกับการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วซึ่งการนำเข้าสู่การดำเนินงานอย่างแพร่หลายจะทำให้สามารถใช้วัตถุดิบนิวไคลด์ 238U ได้ ในสหภาพโซเวียตในปี 1973 มีการเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์พลังงานนิวตรอนเร็วขนาดใหญ่เครื่องแรกของโลก BN-350 (รูปที่ B.4) ที่มีกำลังไฟฟ้า 150 MW ในแผนห้าปีที่ 10 เครื่องปฏิกรณ์ BN-600 พร้อมระบบไฟฟ้า กำลังผลิต 600 เมกะวัตต์ (Beloyarsk NPP) การติดตั้งทำตามรูปแบบสามวงจร โซเดียมเหลวถูกใช้เป็นสารหล่อเย็นปฐมภูมิในเครื่องปฏิกรณ์ การใช้เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวอย่างแพร่หลายในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สามารถคาดหวังได้ภายในสิ้นศตวรรษนี้ - ในช่วงต้นศตวรรษหน้า เครื่องปฏิกรณ์ประเภทอื่น ๆ - นิวตรอนเร็วและความร้อนพร้อมสารหล่อเย็นแก๊ส, นิวตรอนความร้อนพร้อมสารหล่อเย็นอินทรีย์, เครื่องปฏิกรณ์น้ำและน้ำพร้อมสารหล่อเย็นเดือด (แพร่หลายในต่างประเทศ) ฯลฯ - ยังไม่แพร่หลายในอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ของสหภาพโซเวียต
ให้เราแสดงรายการแนวโน้มหลักที่พบในพลังงานนิวเคลียร์คงที่จนถึงปัจจุบัน
ข้าว. ที่ 5. การเพิ่มหน่วยกำลังไฟฟ้าของหน่วยกำลังที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในสหภาพโซเวียต:
K1 - NPP แรก K2 - ฉันบล็อกของ Siberian NPP: KZ - บล็อก II ของ Beloyarsk NPP K4 - ฉันบล็อกของ Leningrad NPP Kb - ฉันบล็อกของ Ignalina NPP Bl, V2, VZ, V4 - ตามลำดับ I, II, บล็อก III และ V ของ Novovoronezh NPP B1 - BN-350 ใน Shevchenko: B2 - BN-600, หน่วย III ที่ Beloyarsk NPP
1. การเพิ่มกำลังการผลิตหน่วยของหน่วยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ดังนั้น กำลังของเครื่องปฏิกรณ์แบบช่องจึงเพิ่มขึ้นจาก 5 MW ที่ NPP แรกเป็น 1,000 MW ที่ Leningrad, Kursk, Chernobyl, Smolensk NPP และสูงถึง 1,500 MW ที่ Ignalina NPP (รูปที่ B.5) พลังของทั้งเครื่องปฏิกรณ์ VVER และเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วกำลังเพิ่มขึ้น นอกเหนือจากการเพิ่มกำลังของหน่วยแล้ว กำลังต่อหน่วยของอุปกรณ์ที่รวมอยู่ในนั้นก็เพิ่มขึ้น - เครื่องกำเนิดไอน้ำในหน่วยวงจรคู่, หน่วยกังหันไอน้ำ (กำลังของกังหันไอน้ำที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์คือ 500 และ 1,000 MW) อุปกรณ์สูบน้ำ ฯลฯ มีการหารือถึงความเป็นไปได้และความเป็นไปได้ในการเติบโตต่อไปในหน่วยกำลังของหน่วยกำลัง ยังไม่มีวิธีแก้ไขปัญหาที่ชัดเจนและชัดเจนในเรื่องนี้
2. การเพิ่มกำลังของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ กำลังการผลิตติดตั้งของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อยู่ที่ 4,000 MW แล้ว (Leningrad NPP - สี่หน่วยละ 1,000 MW) กำลังการผลิตออกแบบของสถานีอื่นๆ จำนวนหนึ่งคือ 4,000 - 6,000 เมกะวัตต์
3. การเพิ่มพารามิเตอร์ของสารหล่อเย็นหลักและพารามิเตอร์ของไอน้ำที่ด้านหน้ากังหัน สิ่งนี้เห็นได้ชัดเจนโดยเฉพาะอย่างยิ่งในตัวอย่างของการพัฒนาหน่วยที่ Novovoronezh NPP (รูปที่ B.6)
4. เนื่องจากการเติบโตอย่างรวดเร็วของส่วนแบ่งของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในระบบพลังงานข้อกำหนดสำหรับความคล่องตัวพร้อมความสามารถในการเปลี่ยนภาระในช่วง 100 ถึง 50% จึงเพิ่มขึ้น
ปัจจุบันโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ใช้ไอน้ำอิ่มตัว ที่ Beloyarsk NPP เป็นครั้งแรกในโลกที่มีการดำเนินการให้ความร้อนยวดยิ่งด้วยนิวเคลียร์ของไอน้ำถึง 783 K ซึ่งทำให้สามารถรับประสิทธิภาพสูงได้ (~ 37%) เมื่อพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์แบบช่องสัญญาณ RBMK-YOO รุ่นใหม่ ผู้สร้างจะละทิ้งไอน้ำร้อนเกินไปชั่วคราว แนวโน้มกว้างๆ สำหรับการใช้ไอน้ำร้อนยวดยิ่งกำลังเปิดกว้างขึ้นด้วยการใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วที่มีโลหะเหลวเป็นสารหล่อเย็น เนื่องจากโซเดียมมีอุณหภูมิสูงที่ทางออกของเครื่องปฏิกรณ์ จึงสามารถรับไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่มีพารามิเตอร์สูงได้
ด้วยการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ เริ่มได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ ไปที่การใช้เครื่องปฏิกรณ์พลังงานเพื่อวัตถุประสงค์ในการทำความร้อนแบบเขตพื้นที่

ความร้อนจากสถานีควบแน่นถูกนำมาใช้เป็นเวลานานในการจ่ายความร้อนให้กับหมู่บ้านใกล้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ประสิทธิภาพสูงสุดจากมุมมองทางเศรษฐกิจคือการผลิตความร้อนและไฟฟ้าแบบรวมที่ ATPP แต่จะต้องย้ายเข้าไปใกล้กับศูนย์กลางอุตสาหกรรมหลักๆ มากขึ้น ปัจจุบันถือว่ามีเหตุผลที่จะหาโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ระยะทาง 20 - 40 กม. จากเมืองใหญ่ ในปี 1973 Bilibino ATPP ได้รับการว่าจ้าง หน่วยทำความร้อนสี่หน่วยถูกสร้างขึ้นบนเครื่องปฏิกรณ์แบบช่องซึ่งมีกำลังไฟฟ้ารวม 48 MW โดยมีเอาต์พุตความร้อนรวมประมาณ 100 Gcalch (116.3 MW) ประสบการณ์การดำเนินงานที่ประสบความสำเร็จบ่งบอกถึงความเป็นไปได้ในการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็กที่เชื่อถือได้และคุ้มค่า
ACT ได้รับการออกแบบมาเพื่อผลิตไอน้ำพารามิเตอร์ต่ำเท่านั้นและ น้ำร้อน. ในเรื่องนี้ พารามิเตอร์ (ความดัน อุณหภูมิ) ของวงจรการทำงานของการติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์จะลดลง ซึ่งช่วยลดต้นทุนและทำให้มาตรการด้านความปลอดภัยง่ายขึ้น ช่วยให้ ACT สามารถเข้าใกล้ผู้ใช้ความร้อนได้มากขึ้น ปัจจุบัน ACT ขนาดใหญ่แห่งแรกกำลังถูกสร้างขึ้นใน Gorky และ Voronezh ด้วยเครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยน้ำที่มีความจุความร้อน 500 MW ระบบที่จำกัดการพัฒนาของอุบัติเหตุและจำกัดผลที่ตามมาจะถูกสร้างขึ้นอย่างสมบูรณ์บนหลักการที่ไม่โต้ตอบ
พลังงานนิวเคลียร์แบบอยู่กับที่เป็นหนึ่งในพื้นที่หลักในการใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ อีกทิศทางหนึ่งคือการใช้
ข้าว. ที่ 7 แผงควบคุมสำหรับโรงไฟฟ้าของเรือตัดน้ำแข็งพลังงานนิวเคลียร์ "เลนิน"
การใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์บนเรือเดินทะเล การใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำให้สามารถถ่ายทอดคุณภาพให้กับเรือที่ไม่สามารถบรรลุได้เมื่อใช้งานเชื้อเพลิงฟอสซิล ประการแรก นี่คือระยะการล่องเรือที่แทบจะไร้ขีดจำกัดเมื่อทำงานด้วยกำลังสูงและเป็นอิสระในระยะยาว คุณสมบัติเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับเรือตัดน้ำแข็ง เรือตัดน้ำแข็งนิวเคลียร์โดยไม่ต้องเติมเชื้อเพลิง สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องออกจากเส้นทางระหว่างการนำทางทั้งหมด
ในประเทศของเราตั้งแต่ปี พ.ศ. 2502 เรือตัดน้ำแข็งพลังงานนิวเคลียร์ลำแรกของโลก “เลนิน” ได้เปิดดำเนินการแล้ว (รูปที่ B.7) ในปี 1975 เรือตัดน้ำแข็งที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ "Arktika" ได้ถูกนำไปใช้งาน ซึ่งเปิดชุดของเรือตัดน้ำแข็งที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ประเภทนี้ (เรือตัดน้ำแข็งที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ "Sibir", "รัสเซีย", " สหภาพโซเวียต") การดำเนินงานที่ประสบความสำเร็จของเรือที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ของโซเวียตแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงข้อดีของกองเรือตัดน้ำแข็งที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ เรือตัดน้ำแข็ง Arktika กลายเป็นเรือผิวน้ำลำแรกที่ไปถึงขั้วโลกเหนือ
ในตาราง ให้ B.1 ลักษณะเปรียบเทียบเรือตัดน้ำแข็งนิวเคลียร์และดีเซลที่มีการก่อสร้างในเวลาเดียวกันโดยประมาณ
ข้อมูลที่นำเสนอแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบของเรือตัดน้ำแข็งนิวเคลียร์ทั้งในแง่ของกำลังของโรงไฟฟ้า ความเร็ว และแรงผลักดันเฉพาะ
ในปี พ.ศ. 2529 เรือบรรทุกตู้คอนเทนเนอร์เบาที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ลำแรก "Sevmorput" มีความจุ
29.5 เมกะวัตต์ (40,000 แรงม้า) ด้วยความเร็ว 20 นอต เรือที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ลำนี้บรรทุกไฟแช็ก 74 ลำ โดยแต่ละลำสามารถบรรทุกสินค้าได้ 350 ตัน เรือลำนี้มีคุณลักษณะด้านความปลอดภัยในระดับสูง โรงไฟฟ้าจะไม่ได้รับความเสียหาย เช่น ชนกับเรือลำอื่น หรือตกลงไปบนดาดฟ้าเครื่องบิน
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในกองทัพเรือของประเทศที่พัฒนาแล้วของโลก ตามข้อมูลของสื่อต่างประเทศ ในช่วงต้นทศวรรษที่ 80 กองทัพเรือสหรัฐฯ เพียงลำพังปฏิบัติการด้วยเรือดำน้ำมากกว่า 120 ลำ และเรือรบผิวน้ำมากกว่า 10 ลำ
พื้นที่การใช้งานที่มีแนวโน้มสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คือเทคโนโลยีอวกาศ ในอนาคตอันใกล้นี้ จะต้องใช้กำลังหลายสิบ ร้อย และหลายพันกิโลวัตต์บนวัตถุอวกาศที่มีอายุการใช้งาน 1 ปีขึ้นไป การจัดหาพลังงานดังกล่าวเป็นไปได้เฉพาะกับการใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เท่านั้น เนื่องจากพลังงานจากแหล่งเคมีและแผงโซลาร์เซลล์ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันไม่เพียงพอ
ในสหภาพโซเวียต เป็นครั้งแรกในโลกที่มีการพัฒนา สร้าง และทดสอบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โทแพซที่มีกำลัง 7 - 10 กิโลวัตต์ ซึ่งการแปลงพลังงานความร้อนแบบไม่ใช้เครื่องจักรเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ดำเนินการโดยตรงใน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ถูกนำมาใช้กับดาวเทียมโลกเทียมบางดวงในซีรีส์คอสมอส ตัวอย่างเช่นตาม TASS Kosmos-1402 ได้รับการติดตั้งการติดตั้งดังกล่าว
การนำเสนอพื้นฐานของการคำนวณและการออกแบบอุปกรณ์หลักและอุปกรณ์เสริมยกเว้นเครื่องปฏิกรณ์เองโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพื่อวัตถุประสงค์ต่าง ๆ คือ งานหลักของบทช่วยสอนนี้

ส่วนที่หนึ่ง
ปัญหาทั่วไปในการออกแบบการติดตั้งพลังงานนิวเคลียร์

บทที่ 1
แผนภาพและองค์ประกอบของอุปกรณ์
การติดตั้งพลังงานนิวเคลียร์

1.1. แผนภาพวงจร
พลังงานที่ปล่อยออกมาจากการแยกตัวของนิวเคลียร์ องค์ประกอบหนักจะถูกเอาออกจากเครื่องปฏิกรณ์ในรูปของความร้อน จากนั้นพลังงานความร้อนจะถูกแปลงเป็นพลังงานประเภทอื่นที่ผู้บริโภคภายนอกต้องการ ชุดอุปกรณ์ที่รับประกันการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ การกำจัดพลังงานความร้อนออกจากเครื่องปฏิกรณ์และการแปลงเป็นพลังงานประเภทอื่นถือเป็นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP)
ผู้บริโภคทั้งหมดตามประเภทพลังงานที่ใช้สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 กลุ่ม คือ 1) ผู้ใช้พลังงานความร้อน
2) ผู้ใช้พลังงานกล 3) ผู้ใช้พลังงานไฟฟ้า โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ยังสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มที่คล้ายกันได้ ในการติดตั้งกลุ่มแรกจะมีการจ่ายพลังงานความร้อนให้กับผู้บริโภค ซึ่งรวมถึง ตัวอย่างเช่น สถานีอะตอมการจัดหาความร้อน (ACT) โรงแยกเกลือออกจากความร้อน เทคโนโลยีพลังงาน
การติดตั้งกลุ่มที่สองใช้พลังงานกล ซึ่งรวมถึงเครื่องยนต์ขนส่งและจรวด ตัวอย่างเช่น บนเรือ หน่วยกังหันจะแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกล ซึ่งถูกส่งไปยังใบพัดโดยใช้ระบบส่งกำลังเชิงกล
ในการติดตั้งกลุ่มที่สามจะมีการจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับผู้บริโภค สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เช่นเดียวกับการติดตั้งระบบขนส่งที่ใช้ระบบขับเคลื่อนหรือขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า (เช่น เครื่องยนต์ไอพ่นไฟฟ้า)
พลังงานความร้อนนำออกจากเครื่องปฏิกรณ์โดยใช้ตัวกลางพิเศษที่เรียกว่าสารหล่อเย็น น้ำและไอน้ำ โลหะเหลว ก๊าซต่างๆ (เฉื่อยหรือแยกตัวออก) และของเหลวอินทรีย์ถูกใช้เป็นสารหล่อเย็นในพลังงานนิวเคลียร์ การเลือกใช้สารหล่อเย็นจะขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์และอุณหภูมิของสารหล่อเย็นที่ระบุ
หน่วยของกลุ่มแรกเชื่อมต่อกับผู้บริโภคภายนอกผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนปลาย ดังนั้นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ประเภทแรกจึงมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนปลายทาง (รูปที่ 1.1,a) เชื่อมต่อกันด้วยระบบท่อ สารหล่อเย็นจะถูกย้ายจากเครื่องปฏิกรณ์ไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและเคลื่อนกลับโดยเครื่องหมุนเวียน อย่างหลังนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสารหล่อเย็นและพารามิเตอร์ของมัน คุณสามารถใช้ปั๊ม เครื่องเป่าลมแก๊ส และคอมเพรสเซอร์ได้
ในรูป ในภาพ 1.1a แสดงการติดตั้งวงจรเดียว คุณลักษณะที่โดดเด่นของมันคือความร้อนจะถูกดึงออกจากเครื่องปฏิกรณ์และถ่ายโอนไปยังตัวแลกเปลี่ยนความร้อนส่วนปลายโดยใช้สารหล่อเย็นตัวเดียวกัน (สามารถเปลี่ยนสถานะเฟสได้ เช่น ระเหยระหว่างการเดือดในเครื่องปฏิกรณ์ และควบแน่นในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนส่วนปลาย) ข้อได้เปรียบหลักของการติดตั้งวงจรเดียวคือความเรียบง่ายของวงจรความร้อน อย่างไรก็ตาม สารหล่อเย็นที่ออกจากเครื่องปฏิกรณ์อาจมีกิจกรรมเหนี่ยวนำสูง และในบางกรณีมีผลิตภัณฑ์ฟิชชันของกัมมันตภาพรังสี ดังนั้นวงจรทั้งหมด รวมถึงตัวแลกเปลี่ยนความร้อนส่วนปลาย จะต้องมีการป้องกันทางชีวภาพที่เชื่อถือได้ ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนขั้นสุดท้าย พลังงานความร้อนจะถูกถ่ายโอนไปยังผู้บริโภคโดยตรงจากสารหล่อเย็นกัมมันตภาพรังสี โดยหลักการแล้ว มีความเป็นไปได้ที่ผลิตภัณฑ์กัมมันตภาพรังสีจะเข้าสู่สภาพแวดล้อมการทำงานของผู้บริโภคในกรณีที่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนถูกปิดผนึก ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้การติดตั้งวงจรเดียวได้ในกรณีที่ต้องยกเว้นความเป็นไปได้ของการปนเปื้อนของสารกัมมันตภาพรังสีในหลักการ รวมถึงในสถานการณ์ฉุกเฉินด้วย จากมุมมองนี้ เงื่อนไขในการติดตั้งแบบหลายวงจรจะดีกว่า
ในรูป 1.1.6 ให้แล้ว แผนภูมิวงจรรวมการติดตั้งวงจรคู่ ของเธอ คุณสมบัติที่โดดเด่นประกอบด้วยความจริงที่ว่าความร้อนจะถูกลบออกจากเครื่องปฏิกรณ์และถ่ายโอนไปยังเครื่องอุปโภคบริโภคภายนอกโดยใช้สารหล่อเย็นที่แตกต่างกันสองตัวที่ไม่ได้สัมผัสโดยตรง การถ่ายเทความร้อนจากสารหล่อเย็นหนึ่งไปยังอีกสารหล่อเย็นเกิดขึ้นในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนระดับกลาง (HE) เครื่องปฏิกรณ์และ PT ที่มีระบบท่อจะสร้างวงจรปิดวงจรแรก และ PT ซึ่งเป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อนส่วนปลายและท่อจะสร้างวงจรที่สอง แต่ละวงจรมีตัวหมุนเวียนของตัวเอง ระหว่าง PT ตัวแรกและตัวแลกเปลี่ยนความร้อนส่วนปลาย สามารถเชื่อมต่อ PT อื่นได้ โดยแยกสารหล่อเย็นอีกครั้ง จากนั้นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะเป็นแบบสามวงจร
วงจรหลายวงจรช่วยลดการสัมผัสสารหล่อเย็นกัมมันตภาพรังสีกับสภาพแวดล้อมการทำงานของผู้บริโภค นอกจากนี้ ในการติดตั้งแบบหลายวงจร สามารถเลือกสารหล่อเย็นสำหรับวงจรแรกและวงจรต่อๆ ไปได้ด้วยคุณสมบัติที่เหมาะสมที่สุดที่แตกต่างกันสำหรับการทำงานในเครื่องปฏิกรณ์และในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนส่วนปลาย การออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบหลายวงจรมีความซับซ้อนมากกว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบวงจรเดียว เนื่องจากจำเป็นต้องมีอุปกรณ์เพิ่มเติม: PT, เครื่องหมุนเวียน, ท่อ ฯลฯ
ในการติดตั้งกลุ่มที่สองจะมีการจ่ายพลังงานกลให้กับผู้บริโภค ในรูป ในรูป 1.2, a, c แสดงแผนผังของหน่วยขนส่งวงจรเดียวและสองวงจรของกังหันไอน้ำพร้อมหน่วยเกียร์เทอร์โบ (TPA) ในโรงงานวงจรเดียว ไอน้ำอิ่มตัวหรือความร้อนยวดยิ่งถูกผลิตขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ ไอน้ำเข้าสู่ส่วนการไหลของกังหันโดยที่เมื่อมันขยายตัวพลังงานความร้อนจะถูกแปลงเป็นพลังงานกล (จลน์) ของการไหลของไอน้ำซึ่งหมุนโรเตอร์กังหันพลังงานการหมุนของมันจะถูกส่งผ่านกระปุกเกียร์ไปยังใบพัดของเรือ กังหันและกระปุกเกียร์สร้าง TPA ไอน้ำที่ออกจากกังหันจะถูกควบแน่นในคอนเดนเซอร์ และคอนเดนเสทจะถูกส่งกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์โดยใช้ปั๊ม (เครื่องหมุนเวียน) ตัวกลางที่ใช้ในการแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกลมักเรียกว่าของไหลทำงาน ดังนั้นในการติดตั้งวงจรเดียว ตัวกลางเดียวกันจึงเป็นทั้งสารหล่อเย็นและสารทำงาน และแนวคิดเหล่านี้ก็เทียบเท่ากัน ในการติดตั้งแบบสองวงจร (หลายวงจร) ที่ทำงานในรอบกังหันไอน้ำ ไอน้ำจะถูกสร้างขึ้นในเครื่องกำเนิดไอน้ำพิเศษ 7 (รูปที่ 1.2, c)
ข้าว. 1.2. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์วงจรเดียว (c, b) และสองวงจร (c) สำหรับผู้ใช้พลังงานกล:
- เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 2 - กังหัน 3 - คอนเดนเซอร์ 4 - เครื่องหมุนเวียน 5 - ถัง b - หัวฉีด 7 - เครื่องกำเนิดไอน้ำ 8, 9 - เครื่องหมุนเวียนของวงจรปฐมภูมิและทุติยภูมิ
เครื่องกำเนิดไอน้ำได้รับความร้อนจากสารหล่อเย็นปฐมภูมิในลักษณะเดียวกันกับการติดตั้งสำหรับผู้ใช้พลังงานความร้อนที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้
ในโรงงานกังหันก๊าซวงจรเดียว (GTU) และในวงจรที่สองของโรงงานกังหันก๊าซสองวงจร ก๊าซที่ไม่สามารถควบแน่น เช่น ฮีเลียม จะถูกใช้เป็นของเหลวทำงาน แผนผังจะคล้ายกับแผนภาพวงจรกังหันไอน้ำ แต่อุปกรณ์ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานโดยใช้แก๊ส TZA ประกอบด้วยกังหันแก๊ส ใช้เครื่องทำความเย็นปลายท่อแทนคอนเดนเซอร์ คอมเพรสเซอร์ทำหน้าที่เป็นตัวหมุนเวียน และแทนที่จะใช้เครื่องกำเนิดไอน้ำในวงจรคู่ ควรใช้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อให้ความร้อนกับแก๊ส
การติดตั้งกลุ่มที่สองยังรวมถึงเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ที่ขับเคลื่อนด้วยไอพ่น (รูปที่ 1.2,6) สารทำงานจากถังจะถูกป้อนผ่านเครื่องหมุนเวียนเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งจะถูกทำให้เป็นแก๊สและ "ให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่มีนัยสำคัญ (2500 - 3000 เคลวิน) เมื่อออกจากเครื่องปฏิกรณ์ สารทำงานจะขยายตัวในหัวฉีดความเร็วเหนือเสียง ในขณะที่พลังงานความร้อนจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของการไหล การไหลออกจากหัวฉีดทำให้เกิดแรงขับจรวด ในการขับเคลื่อนเครื่องหมุนเวียนจะใช้ส่วนหนึ่งของของไหลทำงานซึ่งหลังจากที่เครื่องปฏิกรณ์ถูกส่งไปยังกังหันขับเคลื่อนแบบพิเศษ
ในการติดตั้งกลุ่มที่สาม พลังงานความร้อนจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าในที่สุด พวกเขาสามารถแบ่งออกเป็นการติดตั้ง: ด้วยตัวแปลงความร้อน (TEC) พร้อมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก (TEG) พร้อมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแมกนีโตไฮโดรไดนามิก (MHC) พร้อมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเครื่องจักร
ในการติดตั้ง TEC พลังงานความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์จะถูกนำมาใช้เพื่อให้ความร้อนกับแคโทด TEP อาจเป็นได้ทั้งระยะไกล (รูปที่ 1.3,a) หรือสร้างไว้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ในกรณีหลังนี้ เราพูดถึงเครื่องปฏิกรณ์-เครื่องกำเนิดไฟฟ้า การใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องปฏิกรณ์เป็นหนึ่งใน ทิศทางที่มีแนวโน้มพลังงานนิวเคลียร์ โดยเฉพาะอวกาศ อย่างไรก็ตามในปัจจุบันมีอายุการใช้งานไม่เพียงพอและประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ (ประมาณ 10 - 15%)
ในการติดตั้งด้วย TEG พลังงานความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์จะใช้เพื่อให้ความร้อนแก่จุดเชื่อมต่อที่ร้อนของอิเล็กโทรดที่ไม่เหมือนกัน (รูปที่ 1.3,6) ในวงจรที่มีจุดเชื่อมต่อร้อนและเย็นของตัวนำที่ไม่เหมือนกันจะเกิดกระแสไฟฟ้าซึ่งส่งไปยังผู้บริโภค เช่นเดียวกับ TEC TEG สามารถติดตั้งระยะไกลหรือติดตั้งไว้ในเครื่องปฏิกรณ์ได้ ขอบเขตการใช้งานหลักของ TEG คือการติดตั้งพื้นที่ใช้พลังงานต่ำ (ประสิทธิภาพที่ได้รับไม่เกิน 3%) ในการติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า MHD ปรากฏการณ์การกระตุ้นของกระแสไฟฟ้าเมื่อตัวนำเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กถูกนำมาใช้ ในขณะที่บทบาทของตัวนำจะถูกเล่นโดยตัวหนึ่งที่ถูกให้ความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์ อุณหภูมิสูงการไหลของก๊าซไอออไนซ์ ในเครื่องปฏิกรณ์ (รูปที่ 1.3c) ก๊าซจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิ ~3000 K และสารเติมแต่งที่แตกตัวเป็นไอออนจะถูกใส่เข้าไปในของไหลทำงานเพื่อเพิ่มระดับของการแตกตัวเป็นไอออน เมื่อออกจากเครื่องกำเนิด MHD ก๊าซจะถูกส่งกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์โดยเครื่องหมุนเวียน จนถึงขณะนี้ปัญหาการติดตั้งใช้งานทางอุตสาหกรรมด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า MHD ไม่สามารถพิจารณาได้ ข้อเสียเปรียบหลักคือประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ (~10%) และความเทอะทะของอุปกรณ์
วิธีหลักในการรับกระแสไฟฟ้าในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คือการใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเครื่องจักรที่มีการขับเคลื่อนแบบกลไกจากกังหันไอน้ำหรือน้อยกว่าจากกังหันก๊าซ
พลังงานความร้อนของสารหล่อเย็นในส่วนการไหล กังหันไอน้ำเมื่อขยายตัวจะถูกแปลงเป็นพลังงานกล (จลน์) ของการไหลของไอน้ำ ซึ่งใช้ในการหมุนโรเตอร์กังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไอน้ำเสียที่อยู่ด้านหลังกังหันจะถูกควบแน่นและส่งกลับในรูปของน้ำป้อนไปยังเครื่องปฏิกรณ์ (แผนภาพวงจรเดียว รูปที่ 1.3,d) หรือไปยังเครื่องกำเนิดไอน้ำ (โครงร่างวงจรคู่ รูปที่ 1.3,2)
ในการติดตั้งกังหันก๊าซวงจรเดียว ก๊าซ (ฮีเลียม คาร์บอนไดออกไซด์ฯลฯ) ถูกให้ความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์และส่งไปยังกังหันแก๊ส ซึ่งเมื่อขยายตัว พลังงานกลจะถูกปล่อยและถ่ายโอนไปยังโรเตอร์ของกังหัน เมื่อออกจากกังหัน ก๊าซจะถูกทำให้เย็นลงเป็นรีเจนเนอเรชั่น-22
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและเครื่องทำความเย็นปลาย และเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ ซึ่งจะถูกบีบอัดตามแรงดันที่กำหนด หลังจากที่คอมเพรสเซอร์ ก๊าซที่ไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบสร้างใหม่จะได้รับความร้อนโดยการทำให้ก๊าซเย็นลงออกจากกังหัน และเข้าสู่แกนเครื่องปฏิกรณ์เพื่อให้ความร้อน พลังงานกลของการหมุนของโรเตอร์กังหันก๊าซถูกใช้ส่วนหนึ่งในการขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ และส่วนใหญ่จะไปขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในการติดตั้งจริง คอมเพรสเซอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามักจะขับเคลื่อนด้วยกังหันที่แตกต่างกัน
แผนภาพวงจรที่พิจารณาหมายถึงหน่วยกังหันก๊าซวงจรปิด ในพลังงานแบบดั้งเดิม สิ่งที่พบบ่อยที่สุดคือวงจรเปิดโดยใช้ผลิตภัณฑ์การเผาไหม้เชื้อเพลิงในอากาศเป็นของเหลวทำงาน ในกรณีนี้ ก๊าซไอเสียหลังจากที่กังหันถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ และอากาศบริสุทธิ์จะถูกดูดจากบรรยากาศเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์วงจรเดียว วงจรเปิดเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้เนื่องจากสภาวะความปลอดภัยของรังสี ในการติดตั้งแบบหลายวงจร ก๊าซจะถูกให้ความร้อนในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนระดับกลาง ดังนั้นจึงสามารถใช้วงจรเปิดได้เช่นกัน
กังหันก๊าซสามารถแข่งขันกับโรงไฟฟ้ากังหันไอน้ำได้เมื่อใช้ก๊าซที่มีอุณหภูมิหน้ากังหันมากกว่า 1,100 เคลวิน อุณหภูมิดังกล่าวเพิ่งได้รับการควบคุมในเครื่องปฏิกรณ์พลังงานนิวเคลียร์
การติดตั้งทุกประเภทที่พิจารณา ได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ - แหล่งพลังงาน อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับถ่ายเทความร้อนจากสารหล่อเย็นหนึ่งไปยังอีกเครื่องหนึ่งหรือผู้บริโภคภายนอก การเชื่อมต่อการสื่อสาร (ท่อ) และเครื่องจักรเพื่อวัตถุประสงค์ต่าง ๆ (เครื่องหมุนเวียน - เครื่องมือเครื่องจักรสำหรับการถ่ายโอนพลังงาน ไปยังสารหล่อเย็นหรือสารทำงานและเครื่องจักรมอเตอร์เพื่อแปลงพลังงานความร้อน สภาพแวดล้อมการทำงานถึงเครื่องกล)
สภาพการทำงานของการติดตั้งและข้อกำหนดสำหรับการติดตั้งนั้นแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ ดังนั้นสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบอยู่กับที่ ข้อกำหนดหลักคือความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพสูงในระหว่างการดำเนินงานระยะยาว (อายุการใช้งานการออกแบบ 30 ปี) สำหรับการติดตั้งเรือ นอกเหนือจากข้อกำหนดที่ระบุแล้ว อัตราส่วนน้ำหนักและขนาดของอุปกรณ์และการรับรองการทำงานที่ปลอดภัยของอุปกรณ์ในปริมาณที่จำกัดของเรือก็เป็นสิ่งจำเป็น อายุการใช้งานการออกแบบสามารถลดลงได้ และมีข้อกำหนดสำหรับความคล่องตัวในการติดตั้งสูง สำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในอวกาศ ขณะเดียวกันก็รักษาข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพไว้ ยังมีข้อกำหนดที่เข้มงวดยิ่งขึ้นสำหรับอัตราส่วนน้ำหนักและขนาดที่มีอายุการใช้งานค่อนข้างสั้น ตลอดจนความเสถียรภายใต้ภาระทางกลขนาดใหญ่ ด้านล่างนี้เราจะกล่าวถึงรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับองค์ประกอบที่จำเป็นและสภาพการทำงานของอุปกรณ์หลักของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบอยู่กับที่ เรือ และอวกาศ
จุดสิ้นสุดของหนังสือพาราเมธา

หลักการทำงานและการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์กำลังภายใต้ความกดดัน

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP)ในปัจจุบัน ปัญหาการใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์อย่างแพร่หลายในโรงไฟฟ้าเรือกำลังมีความเกี่ยวข้องมากขึ้น ความสนใจในเรือที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพิ่มขึ้นเป็นพิเศษในปี พ.ศ. 2516-2517 ซึ่งเป็นผลมาจากวิกฤตพลังงานโลก ราคาเชื้อเพลิงฟอสซิลก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ข้อได้เปรียบหลักของเรือที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คือระยะการล่องเรือแทบไม่จำกัด ซึ่งมีความสำคัญมากสำหรับเรือตัดน้ำแข็ง เรืออาร์กติก เรือวิจัย เรืออุทกศาสตร์ ฯลฯ

ปริมาณการใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในแต่ละวันจะต้องไม่เกินหลายสิบกรัม และองค์ประกอบของเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ทุกๆ สองถึงสี่ปี เอ็นพีพี ณ เรือขนส่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเดินทางระยะไกลด้วยความเร็วสูงช่วยให้คุณเพิ่มความสามารถในการบรรทุกของเรือได้อย่างมากเนื่องจากไม่มีเชื้อเพลิงสำรองเกือบทั้งหมด (ซึ่งให้ผลกำไรมากกว่าการสูญเสียเนื่องจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จำนวนมาก ). นอกจากนี้ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ยังสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องมีอากาศเข้า ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับเรือใต้น้ำ อย่างไรก็ตามเชื้อเพลิงที่ใช้โดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ยังคงมีราคาแพงมาก นอกจากนี้บนเรือที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จำเป็นต้องจัดให้มีการป้องกันทางชีวภาพพิเศษจากรังสีกัมมันตภาพรังสีซึ่งทำให้การติดตั้งหนักขึ้น จะต้องสันนิษฐานว่าความก้าวหน้าในการพัฒนาเทคโนโลยีนิวเคลียร์และในการสร้างการออกแบบและวัสดุใหม่จะทำให้สามารถค่อยๆ กำจัดข้อบกพร่องเหล่านี้ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในเรือได้

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในเรือสมัยใหม่ทุกแห่งใช้ความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาฟิชชันของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เพื่อสร้างไอน้ำหรือก๊าซความร้อน จากนั้นจะเข้าสู่ไอน้ำหรือ กังหันก๊าซ. ลิงค์หลักของโรงงานผลิตไอน้ำนิวเคลียร์ APPU เครื่องปฏิกรณ์,ซึ่งเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ขึ้น สารฟิสไซล์หลายชนิดถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ซึ่งกระบวนการฟิชชันของนิวเคลียร์จะมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานจำนวนมาก สารเหล่านี้รวมถึงไอโซโทปของยูเรเนียม พลูโตเนียม และทอเรียม

ข้าว. 6.1. แผนภาพเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

1- โซนที่ใช้งาน; 2 -- แท่งยูเรเนียม; 3 - ผู้ดำเนินรายการ; 4 - แผ่นสะท้อนแสง; 5 - สารหล่อเย็น; 6 - การคุ้มครองทางชีวภาพ; 7 - แผงป้องกันความร้อน; 8 - ระบบควบคุม

องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของเครื่องปฏิกรณ์เรือคือ (รูปที่ 6.2) โซนที่ใช้งานอยู่ซึ่งมีแท่งยูเรเนียมและโมเดอเรเตอร์อยู่ซึ่งจำเป็นในการดูดซับพลังงานของอนุภาคนิวตรอนที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของนิวเคลียส ตัวสะท้อนนิวตรอน,คืนส่วนหนึ่งของนิวตรอนที่ปล่อยออกมาจากแกนกลางสู่แกนกลาง สารหล่อเย็นเพื่อขจัดความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างฟิชชันของยูเรเนียมออกจากแกนกลางและถ่ายเทความร้อนนี้ไปยังของไหลทำงานอื่นในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน หน้าจอป้องกันทางชีวภาพ,ป้องกันการแพร่กระจายของรังสีที่เป็นอันตรายจากเครื่องปฏิกรณ์ ระบบควบคุมและป้องกันควบคุมการเกิดปฏิกิริยาในเครื่องปฏิกรณ์และหยุดมันในกรณีที่มีการเพิ่มพลังงานฉุกเฉิน

ตัวหน่วงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คือกราไฟท์ น้ำหนักและธรรมดา และสารหล่อเย็นคือโลหะเหลวที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ (โซเดียม โพแทสเซียม บิสมัท) ก๊าซ (ฮีเลียม ไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ อากาศ) หรือน้ำ

เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ทั้งตัวหน่วงและสารหล่อเย็นเป็นน้ำกลั่น แพร่หลายในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในเรือ จึงเป็นที่มาของชื่อของมัน เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้มีการออกแบบที่เรียบง่ายกว่า กะทัดรัดกว่า เชื่อถือได้ในการใช้งานมากกว่าประเภทอื่นๆ และราคาถูกกว่า ขึ้นอยู่กับวิธีการถ่ายโอนพลังงานความร้อนจากเครื่องปฏิกรณ์ไปยังแอคชูเอเตอร์ (กังหัน) โครงร่างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบวงจรเดียว, สองวงจรและสามวงจรมีความโดดเด่น

โดย วงจรวงจรเดียว(รูปที่ 6.2, ก)สารทำงาน - ไอน้ำ - ก่อตัวขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์จากจุดที่มันเข้าสู่กังหันโดยตรงและจากนั้นผ่านคอนเดนเซอร์ด้วยความช่วยเหลือของปั๊มหมุนเวียนจะกลับสู่เครื่องปฏิกรณ์

โดย วงจรสองวงจร(รูปที่ 6.2, ข)สารหล่อเย็นที่หมุนเวียนอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์จะปล่อยความร้อนในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน - เครื่องกำเนิดไอน้ำ - ให้กับน้ำ ซึ่งก่อตัวเป็นไอน้ำซึ่งเข้าสู่กังหัน ในกรณีนี้ สารหล่อเย็นจะถูกส่งผ่านเครื่องปฏิกรณ์และเครื่องกำเนิดไอน้ำโดยปั๊มหมุนเวียนหรือเครื่องเป่าลม และคอนเดนเสทที่เกิดขึ้นในคอนเดนเซอร์กังหันจะถูกปั๊มโดยปั๊มคอนเดนเสทผ่านระบบทำความร้อน การกรอง และการแต่งหน้า จากนั้นจ่ายให้กับ เครื่องกำเนิดไอน้ำโดยปั๊มป้อน

โครงการสามวงจร(รูปที่ 6.2, วี)เป็นวงจรสองวงจรที่มีวงจรกลางเพิ่มเติมเชื่อมต่อระหว่างวงจรที่หนึ่งและที่สอง

การออกแบบวงจรเดียวจำเป็นต้องมีการป้องกันทางชีวภาพรอบๆ วงจรทั้งหมด รวมถึงกังหันด้วย ซึ่งทำให้การบำรุงรักษาและการควบคุมยุ่งยาก และเพิ่มอันตรายให้กับลูกเรือ วงจรสองวงจรปลอดภัยกว่า เนื่องจากที่นี่วงจรที่สองไม่เป็นอันตรายอีกต่อไป ฉันลูกทีม. ดังนั้นวงจรคู่จึงมักใช้กับเรือนิวเคลียร์เกือบทุกครั้ง วงจรสามวงจะใช้ถ้าสารหล่อเย็นในเครื่องปฏิกรณ์ถูกกระตุ้นอย่างมาก และจะต้องแยกออกจากสารทำงานอย่างระมัดระวัง ซึ่งเป็นสิ่งที่ออกแบบมาเพื่อวงตรงกลาง

ข้าว. 6.2. แผนภาพความร้อนของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์:

ก- วงจรเดียว ข- วงจรคู่; วี- สามวงจร

1 -เครื่องปฏิกรณ์; 2 - กังหัน; 3 - ตัวเก็บประจุ; 4 - ปั๊มหมุนเวียน 5 - เครื่องกำเนิดไอน้ำ; 6 - ปั๊มคอนเดนเสท 7 - ระบบกรองและเติมความร้อน 8 - เครื่องปั๊มน้ำ; 9 - เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน 10 - การคุ้มครองทางชีวภาพ

หลักการทำงานและการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์กำลังบนเรือที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ แหล่งพลังงานหลักคือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาฟิชชันของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะทำหน้าที่สร้างไอน้ำ ซึ่งจากนั้นจะเข้าสู่กังหันไอน้ำ

โรงงานผลิตเครื่องปฏิกรณ์ เช่นเดียวกับหม้อต้มไอน้ำทั่วไป ประกอบด้วยปั๊ม เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และอุปกรณ์เสริมอื่นๆ คุณสมบัติพิเศษของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คือรังสีกัมมันตภาพรังสีซึ่งต้องมีการป้องกันพิเศษสำหรับบุคลากรปฏิบัติการ

ความปลอดภัย. จะต้องติดตั้งการป้องกันทางชีวภาพจำนวนมากรอบๆ เครื่องปฏิกรณ์ วัสดุป้องกันรังสีทั่วไป ได้แก่ คอนกรีต ตะกั่ว น้ำ พลาสติก และเหล็ก

มีปัญหาในการเก็บกากกัมมันตภาพรังสีของเหลวและก๊าซ ของเสียที่เป็นของเหลวจะถูกเก็บไว้ในภาชนะพิเศษและของเสียที่เป็นก๊าซจะถูกดูดซับโดยการกระตุ้น ถ่าน. จากนั้นขยะจะถูกส่งไปยังโรงงานรีไซเคิล

ส่งเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ องค์ประกอบหลักของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คือแท่งที่มีวัสดุฟิสไซล์ (แท่งเชื้อเพลิง) แท่งควบคุม สารหล่อเย็น (สารหล่อเย็น) ตัวหน่วง และตัวสะท้อนแสง องค์ประกอบเหล่านี้ถูกห่อหุ้มไว้ในตัวเรือนที่ปิดสนิทและจัดเรียงเพื่อให้แน่ใจว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ได้รับการควบคุมและการกำจัดความร้อนที่เกิดขึ้น

เชื้อเพลิงอาจเป็นยูเรเนียม-235 พลูโทเนียม หรือทั้งสองอย่างผสมกัน องค์ประกอบเหล่านี้สามารถถูกพันธะทางเคมีกับองค์ประกอบอื่น ๆ และอยู่ในสถานะของเหลวหรือของแข็ง น้ำหนักหรือน้ำเบา โลหะเหลว สารประกอบอินทรีย์หรือก๊าซถูกนำมาใช้เพื่อทำให้เครื่องปฏิกรณ์เย็นลง สารหล่อเย็นสามารถใช้เพื่อถ่ายเทความร้อนไปยังสารทำงานอื่นและผลิตไอน้ำ หรืออาจใช้หมุนกังหันโดยตรงก็ได้ โมเดอเรเตอร์ทำหน้าที่ลดความเร็วของนิวตรอนที่ผลิตให้เป็นค่าที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับปฏิกิริยาฟิชชัน ตัวสะท้อนแสงจะส่งนิวตรอนกลับคืนสู่แกนกลาง ตัวหน่วงและตัวสะท้อนแสงมักจะเป็นน้ำที่มีน้ำหนักและเบา โลหะเหลว กราไฟต์ และเบริลเลียม

บนเรือรบทุกลำในลำแรก เรือตัดน้ำแข็งนิวเคลียร์“เลนิน” บนเรือบรรทุกสินค้าและผู้โดยสารลำแรก “สะวันนา” มีโรงไฟฟ้าที่ผลิตตามโครงการวงจรคู่ ในวงจรปฐมภูมิของเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าว น้ำจะอยู่ภายใต้ความกดดันสูงถึง 13 MPa ดังนั้นจึงไม่เดือดที่อุณหภูมิ 270 0 C ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับเส้นทางการทำความเย็นของเครื่องปฏิกรณ์ น้ำร้อนในวงจรหลักทำหน้าที่เป็นสารหล่อเย็นสำหรับผลิตไอน้ำในวงจรทุติยภูมิ

โลหะเหลวสามารถใช้ในวงจรหลักได้ โครงการนี้ใช้กับเรือดำน้ำ Sea Wolf ของกองทัพเรือสหรัฐฯ โดยที่สารหล่อเย็นเป็นส่วนผสมของโซเดียมเหลวและโพแทสเซียมเหลว แรงกดดันในระบบของโครงการดังกล่าวค่อนข้างต่ำ

ข้อได้เปรียบเดียวกันนี้สามารถเกิดขึ้นได้โดยใช้สารอินทรีย์คล้ายพาราฟิน เช่น ไบฟีนิลและไตรฟีนิล เป็นสารหล่อเย็น ในกรณีแรกข้อเสียคือปัญหาการกัดกร่อนและประการที่สองการก่อตัวของคราบเรซิน

มีแผนวงจรเดียวที่สารทำงานซึ่งถูกให้ความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์หมุนเวียนระหว่างมันกับเครื่องยนต์หลัก เครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยแก๊สทำงานโดยใช้การออกแบบวงจรเดียว สารทำงานคือก๊าซ เช่น ฮีเลียม ซึ่งถูกให้ความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์แล้วหมุนกังหันแก๊ส

การป้องกันหน้าที่หลักคือปกป้องลูกเรือและอุปกรณ์จากรังสีที่ปล่อยออกมาจากเครื่องปฏิกรณ์และองค์ประกอบอื่น ๆ ที่สัมผัสกับสารกัมมันตภาพรังสี รังสีนี้แบ่งออกเป็นสองประเภท: นิวตรอนที่ปล่อยออกมาระหว่างการแยกตัวของนิวเคลียร์ และรังสีแกมมาที่ผลิตในแกนกลางและในวัสดุกัมมันต์

โดยทั่วไป เรือจะมีเปลือกบรรจุ 2 กล่อง ส่วนแรกจะตั้งอยู่รอบๆ ถังปฏิกรณ์โดยตรง การป้องกันขั้นที่สอง (ทางชีวภาพ) ครอบคลุมถึงอุปกรณ์สร้างไอน้ำ ระบบทำความสะอาด และภาชนะบรรจุของเสีย เกราะป้องกันปฐมภูมิดูดซับนิวตรอนและรังสีแกมมาของเครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่ ซึ่งจะช่วยลดกัมมันตภาพรังสีของอุปกรณ์เสริมเครื่องปฏิกรณ์

การป้องกันเบื้องต้นอาจเป็นถังปิดผนึกสองชั้นที่มีช่องว่างระหว่างเปลือกที่เต็มไปด้วยน้ำและแผ่นป้องกันตะกั่วด้านนอกหนา 2 ถึง 10 ซม. น้ำดูดซับนิวตรอนส่วนใหญ่และรังสีแกมมาบางส่วนถูกดูดซับโดยผนังของตัวเรือน น้ำและตะกั่ว

หน้าที่หลักของการป้องกันรองคือลดการแผ่รังสีของไอโซโทปไนโตรเจนกัมมันตภาพรังสี 16N ซึ่งเกิดขึ้นในสารหล่อเย็นที่ผ่านเครื่องปฏิกรณ์ สำหรับการป้องกันขั้นที่สอง จะใช้ภาชนะบรรจุน้ำ คอนกรีต ตะกั่วและโพลีเอทิลีน

ประสิทธิภาพของเรือที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ สำหรับเรือรบ ต้นทุนการก่อสร้างและต้นทุนการดำเนินงานมีความสำคัญน้อยกว่าข้อดีของระยะการล่องเรือที่เกือบจะไม่จำกัด กำลังและความเร็วของเรือที่มากขึ้น การติดตั้งที่กะทัดรัด และการลดบุคลากรในการบำรุงรักษา ข้อดีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เหล่านี้ได้นำไปสู่การใช้เรือดำน้ำอย่างแพร่หลาย การใช้พลังงานปรมาณูบนเรือตัดน้ำแข็งก็เป็นสิ่งที่สมเหตุสมผลเช่นกัน

คำถามทดสอบตัวเอง:

แหล่งพลังงานสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คืออะไร?

ถังปิดผนึกสองชั้นคืออะไร?