Termiz davlat universiteti fizika-matematika fakulteti nazariy fizika kafedrasi

1.2. YADRO ENERGETIKASI
Boshqariladigan zanjir reaktorlar yadro reatorlarida amalga oshiriladi. Zanjir reaksiyaning turiga qarab, reakotrlar sekin, o’rta va tez neyronlarda ishlaydigan reaktorlarga bo’linadi.
Reaktorning tashkiliy qismlari quyidagilar:

• 
  aktiv zona
  
• 
  issiqlik tashuvchi muhit
  
• 
  boshqarish sistemasi
  
• 
  radiatsion himoya
  
• 
  uzoqdan boshqarish pulti kabi asosiy qislardan iborat bo’ladi.
  

Reaktorlar ishlayotganda issiqlik ajralishi, yonilg’i yonishi va qayta ishlab chiqarilishi, aktiv zonaning bo’linish mahsulotlari bilan “ifloslanishi” (chunki bo’linish mahsulotlari o’ta radioaktiv bo’linish bilan birga neyronlarni intensiv yutadi), konstruksion va himoya uchun ishlatiladigan materiallarning neyronlar bilan nurlanishi hamda ularning fizik- kimyoviy xossalarining o’zgarishi kabi qator jarayonlar yuz beradi.
1.1-rasm Reaktorning asosiy tarkibiy qismlari.

1-boshqarish sterjeni

2-qaytargich
3-issiqlik izolyatsiyasi
4-sekinlashtirgich
5-yadro yoqilg’isi
6-issiqlik tashuvchi
Issiqlik va o’rta energiyali neyronlar bilan ishlaydigan reaktorning aktiv zonasi sekinlashtiruvchi modda va odatda, yonilg’ining bo’linmaydigan izotopi bilan aralashmasidan iborat bo’ladi. Tez neyronlarda ishlaydigan reaktorning aktiv zonasida sekinlashtiruvchi modda bo’lmaydi. Geterogen reaktorlarning aktiv zonasi sekinlashtiruvchi modda ichiga joylashtirilgan yonilg’i tayoqchalaridan iborat.
Issiqlik neytronlar ishtirokida ishlaydigan reaktorlarning aktiv zonalari yaxshi qaytarivchi modda bilan o’ralgan bo’ladi. Tez neytronli reaktorlarda qaytaruvchi modda tarkibiga yonilg’i qayta ishlab chiqarishga olib keladigan yoki izotoplari ko’proq miqdorda kiritilgan bo’ladi.
Atom elektr stansiyalarining reaktorida issiqlik tashuvchi muhit issiqlikni aktiv zonadan intensiv ravishda olib ketishdan tashqari, uni elektr energiya ishlab chiqaradigan qurilmaga juda oz isrofgarchilik bilan uzatish kerak. Issiqlik uzatuvchi qismlarning issiqlik sig’imi yuqori bo’lishi, neyronlarni kamroq yutish va sust kimyoviy aktivlikka ega bo’lishi kerak. Issiqlik uzatuvchi modda sifatida suv, suv bug’i, havo, azot, karbornat angidrid gazi, tez neytronlarda ishlaydigan reaktorlarda esa suyuq natriy ishlatiladi. Katta quvvat bilan ishlaydigan va yuqori bosim ostida suv issiqlik uzatuvchi modda vazifasini o’taydi.
Zanjir reaksiyani boshqarish, odatda neytronlarni kuchli yutadigan materialdan tayyorlangan sterjenlar yordamida amalga oshiriladi. Bu sterjenlar aktiv zonaga to’la tushilganda reaksiya to’xtaydi, ularni qisman yoki to’la chiqarib olinganda esa reaksiyaning borish intensivligi o’zgarishi, ya’ni tezlashishi mumkkn. Boshqarish sterjenlari kadmiy, bor va boshqa materiallardan tayyorlangan bo’ladi. va izotoplari uchun issiqlik neytronlarni yutish kesimlari mos ravishda barn ga teng.
Tez neyronlar boshqarish uchun o’rnatilgan sterjenlarda sust yutilganliklaridan, bunday neytronlarda ishlaydigan kichik o’lchamli reaktorni boshqarish neytron qaytargichlar bilan aktiv zona orasidagi masofani o’zgartirish orqali amalga oshiriladi.
Reaktorning aktiv zonasidan chiqadigan neytronlar oqimi xavfsizlik normasidan judda katta bo’lganligi hamda betta-parchalanish natijasida ko’p miqdorda yuqori energiyali gamma-kvantlarining hosil bo’lishi reaktor atrofida ishonchli himoya choralari ko’rinish taqazo etadi. Ma’lumki, katta atom soniga ega bo’lgan moddalar gamma-nurlanishdan eng yaxshi himoya vositasi hisoblanadi. Neytronlarni sekinlashtiradigan va kuchli yutish qobilyatiga ega bo’lgan materiallar o’z navbatida, neytronlarda himoya vazifasini ham o’taydi.
Reaktorlar loyihalanganda koeffitsiyent birdan katta bo’lishi, ya’ni reaktorning ortiqcha reaktivlikka ega bo’lishi ko’zda tutiladi. Reaktivlikni baholash uchun nisbatdan foydalaniladi: bo’lganda reaktivlik ga teng. Yonilgʻini qisman ishlab boʻlgan holatda va reaktorni zaharlovchi, ya’ni neyronlarni aktiv yutuvchi boʻlinish mahsulotlari toʻplanganda ham reaktorning normal ishlashini taʼminlash uchun reaktivlik noldan katta boʻlishi zarur. Reaktivlikning noldan katta boʻlishi baʼzan yadrolarni kuchli yutuvchi materiallarni reaktorlarda nurlatish ishlaridan ham katta boʻladi. Ammo stansiyalar sharoitda ishlaganda doimo nolga keltiriladi. Reaktorlarning turiga qarab ularning normal ishlashi ishlab turishi uchun qiymati aniqlik bilan ushlab turilishi kerak. Reaktorlar ko’zlangan vazifalariga qarab energetik, eksperimental, ilmiy-tadqiqot reaktorlari hamda yangi bo’linadigan elementlar va radiaktiv izotoplar ishlab chiqaruvchi reaktorlarga bo'linadi. Har qanday reaktor:

• 
  yonilg’ining turiga
  
• 
  sekinlashtiruvchi moddasiga
  
• 
  aktiv zonasining tuzilishiga
  
• 
  issiqlik uzatishga
  
• 
  bajaradigan vazifasiga
  
• 
  ishlash rejimiga
  
• 
  konstruktion xususiyatiga qarab xarakterlanadi.
  

Energetik reaktorlar asosan suv-suvli gaz-grafitli hamda suv-grafitli (bu yerda birinchi so’z issiqlik uzatkichni, ikkinchisi esa sekinlashtiruvchi moddani anglatadi) reaktorlarga ajratiladi. Obninsk shahridagi birinchi atom elektrostansiyasi (AES)ning reaktori suv-grafitli reaktordir.
Oʻzbekiston Fanlar akademiyasining suv-suvli VVR-S-M atom reaktori ilmiy tadqiqot va yadro fizikasining yutuqlarini xalq xo’jaligida tadbiq qilish maqsadida Ulug’bek shaharchasida 1959 yildan beri 2000 dan 10000 kWt gacha issiqlik quvvatda ishlab turibdi.
Reaktorlarning iqtisodiy tejamliligini va effektivligini tadqiq qilish uchun quvvati uncha katta boʻlmagan eksperimental reaktorlar quriladi. Ilmiy-tadqiqot reaktorlarining neytronlarning yadro ularni bilan taʼsirlanishini oʻrganishi va neytronlar taʼsirida turli kristallarning va organik birikmalarning har xil fizik va kimyoviy xossalarini taʼsirini oʻrganish uchun ishlatiladi. Shuning uchun bu reaktorlarning muhim xususiyati katta 10¹²÷10¹⁴ neytronlar oqimini hosil qilib berishdir. Bunday ilmiy-tadqiqoti reaktorlarning aktiv zonasidan neyronlar dastasini tashqariga chiqarish uchun bir nechta qoʻshimcha gorizantal kanallari bo’ladi.
Intensivligi yana ham yuqori boʻlgan neytronlar oqimini hosil qilish uchun qisqa davrli (impulsli) rejimda ishlaydigan reaktorlardan foydalaniladi. Misol uchun impulsli grafit reaktorida (IGR), impulsning katta qiymatidagi quvvat 10⁵ MWt ga, neytronlar oqimini esa 10¹⁸ ga yetadi. Impulsning davom etish vaqti 0,1 sekundga teng.
Barcha reaktorlar ichida yonilg’ini qayta ishlaydigan reaktorlar (brider reaktorlari) muhim ahamiyatga ega. Bu reaktorlarda elektr energiya ishlab chiqish bilan bir qatorda reaksiya hisobiga intensiv yonilgʻi ishlab chiqarish jarayoni amalga oshadi. Yonilg’i ishlab chiqarish koeffitsiyentini:
(1)
formula asosida baholaydigan boʻlsak ( bu yerda C_yo va C- mos ravishda va yadrolarida neytronlarni radiatsion qamrab olish sonlari, f_yo-yonilgʻida roʻy beradigan boʻlishlari olishlar soni), u holda oddiy reaktorlari uchun bu koeffitsiyent qiymati 0,6÷0,8 oraliqda bo’ladi. Tez neytronlar ishtirokida izotopida k₁ koeffitsiyentning qiymatini biridan katta boʻlishini taʼminlashi mumkin. Shuning uchun keng koʻlamda yonilg’i ishlab chiqarish yadro energetikasining asosini tez neytronlar ishtirokida ishlaydigan reaktorlar tashkil etadi. Biroq tez neyronlar ishtirokida ishlaydigan solishtirma quvvati oddiy reaktorlar quvvatiga qaraganda taxminan 5 marta past boʻladi. Hozirgi ishlab chiqaradigan reaktorlarda yonilg’i miqdorining 2 marta ortishi uchun taxminan 10 yilcha vaqt kerakligi maʼlum [3].
Atom energiyasidan foydalanish Butun dunyo agentligining xabar berishicha, 1985 yilning oxirida dunyoning 26 ta mamlakatida atom elektrostansiyalar umumiy quvvati 248577 MWt bo’lgan 374 reaktor ishlab turgan. Shulardan umumiy quvvati 77851 MWt bo’lgan 93 reaktor AQSH birinchi o’rinda, qolgani esa Fransiya (37533 MWt), sobiq SSSR (26803 MWt), Yaponiya (23665 MWt), GFR (16429 MWt) va Angliya (10120 MWt).
1975 yildan boshlab dunyoda atom elektrostansiyalarida ishlab chiqarilgan elektr energiya umumiy ishlab chiqarilgan elektr energiyasining 5,3 foizini, 1985 yilda esa 15 foizini tashkil qildi. Yaponiyada esa, atom elektr stansiyalarida ishlab chiqarilgan energiya 1975 yilda umumiy elektr energiyaning 6,1%ni tashkil qilgan bo’lsa, hozirda bu raqam 26%gacha ortdi. Umuman soʻnggi oʻn yil ichida dunyoda atom elektrostansiyalar qurishga katta eʼtibor berilmoqda. Shu kunlarda dunyoda yana 224 reaktor qurilmoqda. Hindiston hukumati xalqining turmush darajasini koʻtarish uchun atom energiyasini ishlab chiqarishni kamida 10 marotaba orttirish zarurligini aytdi. AQSH olimlarining aytishicha AQSH xalqini hozirgi kundagi turmush darajasini saqlab qolishini atom energiyasisiz tasavvur qilib boʻlmaydi. Fizik olimlarning uqtirishicha, pirovardida, kishi salomatligi uchun atom energiyasining taʼsiri juda kam. Gaz, neft va koʻmir yoqib energiya olinganida kislotali yomgʻirlar yogʻishi, kishining nafas olish organlarida kasallanishi va umuman havoning temperaturasini koʻtarib “issiqlik effektini” vujudga kelishi mumkin.
Shu bilan birga termoyadro reaktori ichidagi noyob sharoit - yuqori harorat va kuchli neytron nurlanishini vujudga keltiradigan boshqa sharoitda sodir boʻlmaydi. Bundan, albatta, foydalanib qolish kerak. Masalan, yuqori temperatura yordamida termoyadroli birinchi devori yonida suvning termik parchalash orqali vodorod ishlab chiqarish mumkin. Olingan vodorodni keyin benzin o’rniga yoqilg’i sifatida ishlatish mumkin.