Типы ядерных реакторов используемых в мире

Alternate Realities

Marvel Universe (Earth-616)

The Repulsor Tech node, as called on Earth-616, is a type of fusion power which derived from the Repulsor Technology of the Iron Man suit created by Tony Stark. It can be used as a source for clean energy as well as a powerful bomb, further modifications made along Rand Industries discarding the second possible application.

During an attack made by suicide bombers created by Ezekiel Stane, Pepper Potts was gravely injured in a similar way Tony was in Afghanistan. Tony implemented this new technology into her, allowing her not only to survive the shrapnel near her heart, enabling surgery, but to heal quickly and control the reactor at will to create specific magnetic fields for protection or to levitate, and beams of energy.

After the Skrull Invasion, Norman Osborn became the director of S.H.I.E.L.D.’s successor H.A.M.M.E.R., dismissing Stark, and got access to the Superhuman Registration Act’s database containing the secret identities of almost every hero. Tony managed to erase the one property of S.H.I.E.L.D. before Osborn managed to open it, and in order to do the same with the backup in the Extremis in his body, he had to reset it, thus his entire body.

In the end, Tony Stark fell into a coma-like state. Pepper’s R.T. node was used to run Stark’s body once more by using it to run the basic machine codes to keep Stark’s Extremis-modified body working. Another new R.T. node was implanted to Virginia Potts.

After returning to life, Tony used the R.T. node to power his new Bleeding Edge armor as well as similar devices were used to create new technologies for his new organization Stark Resilient such as a Repulsor Car, and empower the newly reconstructed Asgardia.

Since he first used it, Tony used numerous R.T. nodes to empower any new armor.

The Avengers: Earth’s Mightiest Heroes (Earth-8096)

In this reality, a big Arc Reactor supplies the Stark Tower, the HQ of Stark Industries, with clean energy.

Tony uses a miniaturized version of this device in his chest, which apparently helps him to stay alive in addition to powering the Iron Man Armor.

Регламент

К участию приглашаются представители объединений естественнонаучного/природоохранногопрофиля, представляющие на конкурсный отбор образовательную организацию  – потенциальную опорную площадку Проекта. Непосредственно в конкурсном отборе участвует Команда Проекта – педагог (руководитель объединения) и объединение обучающихся (3-5 человек, 10-18 лет).

Участниками конкурсного отбора могут стать представители всех видов и типов образовательных организаций Челябинской области.

Конкурсный отбор проводится  с 10 февраля  по 4 мая 2020 года в два этапа:

первый этап – 10 февраля — 31 марта 2020 г. – регистрация участников, оформление заявок участников, работа над проектными идеями, формирование паспорта проекта и оформление презентации;

второй этап —  1  апреля по  4  мая 2020 г. – дистанционная экспертная оценка, формирование рейтинга проектов, отбор победителей.

Для участия в конкурсном отборе руководитель проектной команды осуществляет регистрацию на платформе «Реактор» всех участников команды.

Команда готовит экологический проект, загружает его на платформу «Реактор» до 31.03.2020 г.

До 31.03.2020 г. участники вправе вносить изменения в загруженные на платформу конкурсные материалы.

Требования к конкурсным материалам:

1) основная часть конкурсных материалов должна быть выполнена в виде проекта, содержащего реализацию следующих направлений:

— освещение конкретной экологической проблемы, имеющей значение в  рамках Челябинской области, в СМИ, на Интернет-ресурсах;

— разработка теоретических путей решения экологической проблемы (проблем своей малой родины, родного края, общероссийской);

— практическое решение конкретной экологической проблемы, имеющей значение в  рамках Челябинской области.

2) дополнительными конкурсными материалами, предоставляемыми участниками  являются:

— портфолио объединения, включающее в себя сведения о достижениях, как педагога, так и объединения, и его участников;

— предложения по использованию набора оборудования для экологического мониторинга, поставляемого в рамках реализации Проекта с целью улучшения экологической ситуации региона;

Что изменили в реакторах РБМК после чернобыльской катастрофы?

Катастрофа в Чернобыле стала настоящим ударом для Советского Союза, говорит Джонатан Куперсмит, историк технологий из Техасского университета A&M, бывший в Москве в 1986 году. О реальном масштабе случившегося из-за медлительности властей и также халатности на местах общество узнало далеко не сразу.

Советские СМИ не сразу сообщили о катастрофе. Первая информация о последствиях взрыва появилась в шведских СМИ после того, как над страной появилось радиоактивное облако. В отсутствии достоверной информации и внятных комментариев со стороны властей зарубежные издания стали распространять непроверенные данные, основанные на слухах. Советские газеты в ответ обвинили «определенные круги» за рубежом в попытках нагнетать обстановку.

Михаил Горбачёв обратился к советским гражданам только 14 мая, спустя почти три недели после катастрофы.

Кроме того, это положило начало новой эре международной кооперации по вопросам ядерной безопасности. В августе 1986 года Международное агентство по атомной энергии провело конференцию в Венне, где советские ученые проявили беспрецедентный для того времени уровень открытости, сообщив подробности инцидента, говорит Де Геер, который также присутствовал на той конференции.

После жуткой аварии в конструкцию работающих РБМК-1000 были внесены изменения: стало использоваться более обогащенное топливо, было увеличено количество управляющих стержней, введены дополнительные ингибиторы для избежания потери контроля над реактором при низких мощностях.

Три оставшихся реактора Чернобыльской АЭС находились в эксплуатации до 2000 года. 15 декабря 2000 года был навсегда остановлен реактор последнего, 3-го энергоблока. В Литве также оставались два РБМК, которые впоследствии были закрыты по требованию после того, как страна стала членом Европейского союза. К настоящему моменту четыре эксплуатирующихся РБМК находится в Курске, три в Смоленске и еще три в Санкт-Петербурге (четвертый был закрыт в декабре 2018 года).

В дополнение к этому Де Геер отмечает, что эти реакторы не предусматривают наличие защитных систем полной локализации, которая имеется у реакторов западного образца. Эти системы представляют собой щиты из свинца и стали и предназначены для удержания радиоактивного газа или пара от выбросов в атмосферу в случае аварии.

Общая информация

Конкурсный отбор проводится в целях определения опорных площадок для организации систематического наблюдения за окружающей средой, определения ее изменений, а также степени влияния на нее деятельности человека в местах проживания участников.

Непосредственно реализацию проекта «Экологический патруль» будут осуществлять Команды Проекта (объединения обучающихся – кружки, школьные экопатрули, эко-отряды, добровольческие отряды зеленых патрулей, школьные лесничества и т.д.) на базе опорных площадок, начиная с лета 2020 года.

Основные задачи конкурсного отбора:

1) вовлечение обучающихся в исследовательскую, эколого-просветительскую и природоохранную деятельность через создание, развитие и поддержку проектных команд (экологических патрулей), созданных на базе образовательных организаций;

2) вовлечение обучающихся в решение национальных, региональных и местных задач в области природоохранной деятельности;

3) повышение результативности контроля актуального состояния окружающей среды на местах проживания участников за счет вовлечения широких кругов молодежи школьного возраста в процесс экологического мониторинга;

Корабельные установки

Первоначальным и основным применением ядерных реакторов является их использование в подводных лодках. Главным их преимуществом является то, что, в отличие от систем сжигания ископаемого топлива, для выработки электроэнергии им не требуется воздух. Следовательно, атомная субмарина может оставаться в погруженном состоянии в течение длительного времени, а обычная дизель-электрическая подлодка должна периодически подниматься на поверхность, чтобы запускать свои двигатели в воздухе. Ядерная энергетика дает стратегическое преимущество кораблям ВМС. Благодаря ей отпадает необходимость заправляться в иностранных портах или от легко уязвимых танкеров.

Принцип работы ядерного реактора на подводной лодке засекречен. Однако известно, что в США в нем используется высокообогащенный уран, а замедление и охлаждение производится легкой водой. Конструкция первого реактора атомной субмарины USS Nautilus находилась под сильным влиянием мощных исследовательских установок. Его уникальными особенностями является очень большой запас реактивности, обеспечивающей длительный период работы без дозаправки и возможность перезапуска после остановки. Электростанция в подлодках должна быть очень тихой, чтобы избежать обнаружения. Для удовлетворения конкретных потребностей различных классов субмарин были созданы разные модели силовых установок.

На авианосцах ВМС США используется ядерный реактор, принцип работы которого, как полагают, заимствован у крупнейших подлодок. Подробные сведения их конструкции также не были опубликованы.

Кроме США, атомные подводные лодки имеются у Великобритании, Франции, России, Китая и Индии. В каждом случае конструкция не разглашалась, но считается, что все они весьма схожи – это является следствием одинаковых требований к их техническим характеристикам. Россия также обладает небольшим флотом атомных ледоколов, на которых устанавливались такие же реакторы, как и на советских субмаринах.

Типы реактора

Рассмотрим реакторы, задействованные в фильме:

Оригинальный ядерный реактор. Созданный Говардом Старком, большой дуговой реактор питал Stark Industries в течение многих лет, прежде чем Тони создал свои мини-версии. Неспособный победить Обадию Стейна и его собственную версию костюма Железного Человека, Тони заманивает его на крышу Stark Industries и заставляет Пеппер Поттс перегрузить реактор. Возникающий в результате этого всплеск энергии отключает костюм. Оба персонажа попадают под взрыв, который сжигает Стейна и его костюм. Тони позже использует новый элемент, созданный им на основе разработок его отца Говарда для питания башни Старка. Он же используется Локи для питания Тессеракта, чтобы создать червоточину.

Палладиевые мини-реакторы Марк I–III. Тони создает палладиевый мини-дуговой реактор Mark I для питания электромагнита, удерживающего осколки от поражения его сердца, наподобие автомобильного аккумулятора. Позже он использует его для питания своего костюма Mark I, но модернизирует свой реактор до Mark II и отказывается от первого. Вместо того чтобы выбросить его, Пеппер Поттс сохраняет устройство с запиской «Доказательство того, что у Тони Старка есть сердце.»

После того как реактор Железного человека Mark II крадет Обадия Стейн, Тони с помощью своего робота-манекена подключается к этому реактору и использует его для питания костюма Mark III в битве против Iron Monger. С помощью Пеппер, Тони убивает Стейна. Позже он заменил этот реактор на Mark III.

Как работает токамак

Для создания внутри токамака магнитного поля, он составляется из секций, внутри которых намотаны катушки. Так как они идут по всей длине камеры и создают что-то вроде замкнутого тоннеля, получающееся магнитное поле называют тороидальным. Это и есть рабочая зона установки.

Конструкци токамака.


Перед началом работы из камеры токамака откачивают воздух, а вместо этого заполняют его смесью дейтерия и трития. Они и являются основой реакции термоядерного синтеза.

Преимущество использования этих двух элементов в том, что они очень дешевые. Дейтерий очень легко получается из воды, которой на нашей планете более чем достаточно, а тритий синтезируется пусть и чуть более сложным способом, но это тоже не является большой проблемой.

Когда камера заполнена, в ней создается вихревое электрическое поле, которое поддерживают плазму внутри камеры, а заодно разогревает ее, доводя до той самой температуры в несколько миллионов градусов.

Сейчас тут работают люди, а скоро будет 150 миллионов градусов.

Так как поле и нагрев создаются за счет увеличения тока в индукторе, а он не может увеличиваться бесконечно, время существования плазмы в стабильном состоянии пока не превышает нескольких секунд. Это и является главной причиной того, что мы пока не можем использовать токамаки в качестве источника промышленного получения энергии. Существую способы решения этой проблемы, в том числе с использованием микроволнового излучения, но пока работы в этом направлении еще ведутся.

Впрочем, микроволновое излучение и так применяется внутри токамака, так как только электромагнитного поля недостаточно для нагрева плазмы до температуры, необходимой для осуществления термоядерной реакции.

Обычная физика частиц четко говорит нам, что ядра с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга. Но при достижении сверхвысоких температур, они начинают вести себя иначе, образуя ядро гелия плюс один свободный нейтрон. Именно в этот момент и высвобождается огромное количество энергии. В обычных условиях она тратится на взаимодействие атомов между собой.

Что стало причиной катастрофы на Чернобыльской АЭС?

Когда Чернобыльская АЭС работала в полную силу, это не было большой проблемой, говорит Лайман. При высоких температурах урановое топливо, которое приводит в действие ядерное деление, поглощает больше нейтронов, что делает его менее реактивным. Но при работе на пониженной мощности реакторы типа РБМК-1000 становятся очень нестабильными.

На станции 26 апреля 1986 года шел планово-предупредительный ремонт. И каждый такой ремонт для реактора типа РБМК включал испытания работы различного оборудования, как регламентные, так и нестандартные, проводящиеся по отдельным программам. Данная остановка предполагала проведение испытаний так называемого режима «выбега ротора турбогенератора», предложенного генеральным проектировщиком (институтом Гидропроект) в качестве дополнительной системы аварийного электроснабжения.

До начала плановой остановки реактор работал на 50-процентной мощности в течение 9 часов. К моменту, когда операторы станции получили разрешение на дальнейшее снижение мощности, в реакторе из-за расщепления урана, скопился поглощающий нейтроны ксенон (ксеноновое отравление), поэтому внутри него не мог поддерживаться соответствующий уровень реактивности. При работе активной зоны ректора в полную мощность ксенон сжигается раньше, чем может начать создавать проблемы. Но поскольку ректор работал в течение 9 часов только вполсилы, поэтому ксенон не выгорел. При запланированном постепенном снижении произошел кратковременный провал по мощности практически до нуля. Персонал станции принял решение о восстановлении мощности реактора, путем извлечения поглощающих стержней реактора (состоят из поглощающего нейтроны карбида бора), которые используются для замедления реакции деления. Кроме того, из-за снижения оборотов насосов, подключенных к «выбегающему» генератору, усугубилась проблема положительного парового коэффициента реактивности. За секунды мощность реактора резко возросла, превысив уровень его возможностей в 100 раз.

Поняв опасность ситуации, начальник смены 4-го энергоблока дал команду старшему инженеру управления реактором нажать кнопку аварийного глушения реактора А3-5. По сигналу этой кнопки в активную зону должны были вводиться стержни аварийной защиты. Однако из-за конструктивных недостатков реактора до конца опустить эти стержни не удалось — давление пара в реакторе задержало их на высоте 2-х метров (высота реактора — 7 метров). Тепловая мощность продолжила стремительно расти, начался саморазгон реактора. Произошли два мощных взрыва, в результате которых реактор 4-го энергоблока был полностью разрушен. Также были разрушены стены и перекрытия машинного зала, возникли очаги пожара. Сотрудники начали покидать рабочие места.

Ученые по-прежнему спорят, что могло послужить причиной каждого взрыва. Согласно некоторым мнениям, оба взрыва могли быть паровыми и вызваны резким повышением давления в циркуляционной системе. Согласно другой версии, один взрыв мог быть паровым. А в результате второго взорвался водород, в ходе химических реакций внутри разрушающегося реактора. Однако определение после взрыва изотопов ксенона в Череповце, что в 370 километрах от Москвы, указывает по словам Де Геера на то, что первый взрыв был на самом деле выбросом радиоактивного газа, выстрелившего на несколько километров в атмосферу.

История

Теоретическую группу «Урановый проект» нацистской Германии, работающую в Обществе кайзера Вильгельма, возглавлял Вайцзеккер, но лишь формально. Фактическим лидером стал Гейзенберг, разрабатывающий теоретические основы цепной реакции, Вайцзеккер же с группой участников сосредоточился на создании «урановой машины» — первого реактора. Поздней весной 1940 года один из учёных группы — Хартек — провёл первый опыт с попыткой создания цепной реакции, используя оксид урана и твёрдый графитовый замедлитель. Однако имеющегося в наличии делящегося материала не хватило для достижения этой цели. В 1941 году в Лейпцигском университете участником группы Гейзенберга Дёпелем был построен стенд с тяжеловодным замедлителем, в экспериментах на котором к маю 1942 года удалось достичь производства нейтронов в количестве, превышающем их поглощение. Полноценной цепной реакции немецким учёным удалось достичь в феврале 1945 года в эксперименте, проводимом в горной выработке близ Хайгерлоха. Однако спустя несколько недель ядерная программа Германии прекратила существование.

«Чикагская поленница-1».

Цепная реакция деления ядер (кратко — цепная реакция) была впервые осуществлена в декабре 1942 года. Группа физиков Чикагского университета, возглавляемая Э. Ферми, создала первый в мире ядерный реактор, названный «Чикагской поленницей» (Chicago Pile-1, CP-1). Он состоял из графитовых блоков, между которыми были расположены шары из природного урана и его диоксида. Быстрые нейтроны, появляющиеся после деления ядер 235U, замедлялись графитом до тепловых энергий, а затем вызывали новые деления ядер. Реакторы, подобные СР-1, в которых основная доля делений происходит под действием тепловых нейтронов, называют реакторами на тепловых нейтронах. В их состав входит очень много замедлителя по сравнению с ядерным топливом.

В СССР теоретические и экспериментальные исследования особенностей пуска, работы и контроля реакторов были проведены группой физиков и инженеров под руководством академика И. В. Курчатова. Первый советский реактор Ф-1 был построен в Лаборатории № 2 АН СССР (Москва). Этот реактор выведен в критическое состояние 25 декабря 1946 года. Реактор Ф-1 был набран из графитовых блоков и имел форму шара диаметром примерно 7,5 м. В центральной части шара диаметром 6 м по отверстиям в графитовых блоках размещены урановые стержни. Реактор Ф-1, как и реактор CP-1, не имел системы охлаждения, поэтому работал на очень малых уровнях мощности. Результаты исследований на реакторе Ф-1 стали основой проектов более сложных по конструкции промышленных реакторов. В 1948 году введён в действие реактор И-1 (по другим данным он назывался А-1) по производству плутония, а 27 июня 1954 года вступила в строй первая в мире атомная электростанция электрической мощностью 5 МВт в г. Обнинске.

J.A.R.V.I.S.

всегда былиискусственного интеллекта

По словам Даяны Кук из Вашингтонской университетской школы компьютерных наук и электротехники, ключом к разумному жилищу будет вездесущий интеллект, способный искать и интерпретировать информацию, а также автономно действовать согласно алгоритмам. Некоторые из подобных систем уже работают в вашем доме. Кондиционеры могут автоматически настраивать температуру, холодильники — автоматически размораживаться. И так далее.

Хотя «Джарвис» является ассистентом в лаборатории Старка, исследования Кук в области разумных домов сосредоточены на другом: она изучает, как подвижный интеллект сможет помочь пенсионерам жить дольше, не привлекая к этому сторонних людей.

Дуговой реактор

Несмотря на то, какие классные у Тони игрушки, без источника энергии они останутся только красивыми латами. Нужно подключить маленький дуговой реактор на основе холодного термоядерного синтеза.

Технология термоядерного реактора — это основа бизнеса Stark Industries и костюма «айрон мэна». В нашем мире пока нет аналогов этой технологии (хотя разработки ведутся). Marvel.com предполагает, что технологически комиксоидный реактор уходит корнями в «токамак» — экспериментальный термоядерный реактор времен холодной войны, разработанный еще в СССР. Как и дуговой реактор, «токамак» выполнен в форме тороида, включает плазму, магнитные поля и генерирует огромное количество энергии.

Токамак гораздо крупнее, чем дуговой реактор — даже крупнее макета в Stark Industries — и до сих пор не вышел за рамки эксперимента. Но учитывая гениальность Тони в миниатюризации сложных конструкций, скорее всего, основа фантастического термоядерного реактора — именно токамак.

По словам Нила ДеГрасс Тайсона, проблема проектирования источника энергии размером с кулак не столько в генерации, сколько в хранении и потенциальных побочных эффектах. Для лучшей отдачи и минимизации ожогов, ДеГрасс Тайсон рекомендует источники питания другого типа: один из них может быть основан на контролируемой аннигиляции вещества и антивещества. Как в варп-двигателе, например.

Ядерный реактор: принцип работы (кратко)

Здесь используется процесс деления ядер, при котором тяжелое ядро ​​распадается на два более мелких фрагмента. Эти осколки находятся в очень возбужденном состоянии и испускают нейтроны, другие субатомные частицы и фотоны. Нейтроны могут вызвать новые деления, в результате которых их излучается еще больше, и так далее. Такой непрерывный самоподдерживающийся ряд расщеплений называется цепной реакцией. При этом выделяется большое количество энергии, производство которой является целью использования АЭС.

Принцип работы ядерного реактора и атомной электростанции таков, что коло 85% энергии расщепления высвобождается в течение очень короткого промежутка времени после начала реакции. Остальная часть вырабатывается в результате радиоактивного распада продуктов деления, после того как они излучили нейтроны. Радиоактивный распад является процессом, при котором атом достигает более стабильного состояния. Он продолжается и после завершения деления.

В атомной бомбе цепная реакция увеличивает свою интенсивность, пока не будет расщеплена большая часть материала. Это происходит очень быстро, производя чрезвычайно мощные взрывы, характерные для таких бомб. Устройство и принцип действия ядерного реактора основаны на поддержании цепной реакции на регулируемом, почти постоянном уровне. Он сконструирован таким образом, что взорваться, как атомная бомба, не может.

Принцип действия ядерного реактора

В активной зоне реактора располагаются тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ) – ядерное топливо.

Они собраны в кассеты, включающие в себя по несколько десятков ТВЭЛов. По каналам через каждую кассету протекает теплоноситель.

ТВЭЛы регулируют мощность реактора. Ядерная реакция возможна только при определённой (критической) массе топливного стержня.

Масса каждого стержня в отдельности ниже критической. Реакция начинается, когда все стержни находятся в активной зоне. Погружая и извлекая топливные стержни, реакцией можно управлять.

Итак, при превышении критической массы топливные радиоактивные элементы, выбрасывают нейтроны, которые сталкиваются с атомами.

В результате образуется нестабильный изотоп, который сразу же распадается, выделяя энергию, в виде гамма излучения и тепла.

Частицы, сталкиваясь, сообщают кинетическую энергию друг другу, и количество распадов в геометрической прогрессии увеличивается.

Это и есть цепная реакция — принцип работы ядерного реактора. Без управления она происходит молниеносно, что приводит к взрыву. Но в ядерном реакторе процесс находится под контролем.

Таким образом, в активной зоне выделяется тепловая энергия, которая передаётся воде, омывающей эту зону (первый контур).

Здесь температура воды 250-300 градусов. Далее вода отдаёт тепло второму контуру, после этого – на лопатки турбин, вырабатывающих энергию.

Преобразование ядерной энергии в электрическую можно представить схематично:

• Внутренняя энергия уранового ядра
• Кинетическая энергия осколков распавшихся ядер и освободившихся нейтронов
• Внутренняя энергия воды и пара
• Кинетическая энергия воды и пара
• Кинетическая энергия роторов турбины и генератора
• Электрическая энергия

Активная зона реактора состоит из сотен кассет, объединенных металлической оболочкой. Эта оболочка играет также роль отражателя нейтронов.

Среди кассет вставлены управляющие стержни для регулировки скорости реакции и стержни аварийной защиты реактора.

Далее, вокруг отражателя устанавливается теплоизоляция. Поверх теплоизоляции находится защитная оболочка из бетона, которая задерживает радиоактивные вещества и не пропускает их в окружающее пространство.

Эксперты

Мария Чеперёгина

ФГБОУ ВО «Петрозаводский государственный университет»

Должность: Ведущий инженер Центра проектирования микроэлектронных модулей и технологий их корпусирования
Ученая степень, звание: нет

Юрий Меркулов

Кванториум — Орел

Должность: педагог допобразования
Ученая степень, звание: нет

Ольга Маркина

ГБПОУ Политехнический колледж им. Н.Н.Годовикова

Должность: педагог
Ученая степень, звание:

Владимир Агафонов

Центр развития дополнительного образования детей — детский технопарк Кванториум Байкал

Должность: педагог-наставник
Ученая степень, звание: нет

Дмитрий Баичкин

ГБОУ школа Пушкинского района Санкт-Петербурга

Должность: Учитель физики информатики педагог ОДОД
Ученая степень, звание:

Ольга Самсонова

Северо-Кавказский федеральный университет

Должность: доцент кафедры фармация института живых систем
Ученая степень, звание: кандидат фармацевтических наук

Игорь Конюхов

МБОУ ДО «ЦДТ Парус» ГО г. Уфа РБ

Должность: педагог дополнительного образования
Ученая степень, звание: не имею

Андрей Подолец

ООО Питьевой лёд

Должность: Президент
Ученая степень, звание: Специалист биотехнических и медицинских систем и комплексов

Артем Кузнецов

ГБУ ДО «Центр дополнительного образования Липецкой области»

Должность: методист
Ученая степень, звание: магистр

Ольга Дмитриева

кафедры ИИТиМОИ

Должность: доцент
Ученая степень, звание: кандидат педагогических наук