راکتور ۱

راکتور ۱

اسلاید 1: راکتور 11راكتور 1 3 واحد تاليف : دكتر سعيد محمدىدانشيار فيزيك هسته ای دانشگاه پیام نور تابستان 1385

اسلاید 2: راکتور 12راكتور 1این یک درس تخصصی الزامی برای دانشجویان کارشناسی فیزیک هسته ای می باشد.با گرفتن این درس، دانشجو با برخی از مفاهیم نظیر واکنشهای شکافت، طرز کار و اصول ساخت راکتور آشنا می شود.پیشنیاز این درس، فیزیک هسته ای 1 می باشد.

اسلاید 3: راکتور 13رئوس مطالبفصل اول: نوترون و بر همکنش آن با مادهفصل دوم: واکنش زنجیره ای و اصول راکتورهای هسته ایفصل سوم: نظریه راکتورهای هسته ای-راکتورهای حرارتی همگنفصل چهارم: نظریه راکتورهای هسته ای-مباحث دیگرفصل پنجم: مواد مورد نیاز در راکتورهای هسته ای

اسلاید 4: راکتور 14منابع 1- آشنايي با فيزيك هسته اي - كنت كرين - ترجمه ابوكاظمي و رهبر- مركز نشردانشگاهي، 13712- فيزيك نوين هانس اهانيان – ترجمه پاشايي راد و معلمی، کتاب ماد، 1372 3- مبانی نیروگاههای هسته ای، بنت و تامسون، ترجمه رحیم کوهی فایق، انتشارات کوهرنگ، 1378

اسلاید 5: راکتور 15راكتور 1از ميان تمام تکنولوژي جديد، تکنولوژي راکتور هسته اي از اين جهت که خيلي سريع تکامل يافته است، منحصر به فرد است. فاصله بین کشف شکافت (1317/1938) و اولين واکنش زنجيره اي (1321/1942) فقط چهار سال بود.

اسلاید 6: راکتور 16مقدمه شكافت هسته اي , يك واكنش هسته اي است كه طي آن يك هسته ي سنگين به دو هسته با جرم كمتر شكافته مي شود.زماني كه يك واكنش شكافت هسته اي انجام مي پذيرد انرژي زيادي توليد مي شود .

اسلاید 7: راکتور 17مقدمه اين واكنش به صورت زنجيري ادامه مي يابد واگر اين واكنش كنترل نشود (يعني به آهستگي صورت نگيرد ) ممكن است به انفجار عظيمي منجر شود . راكتورها به گونه اي طراحي مي شوند كه در آنها واكنش شكافت به صورت كنترل شده انجام شود.

اسلاید 8: راکتور 18مقدمه فرمى و زيلارد نخستين كسانى بودند كه توانستند يك واكنش زنجيره اى كامل را در يك راكتورهسته اى انجام دهند. آنها در دهه ۱۹۴۰ كه بر روى پروژه ساخت بمب هسته اى براى ايالات متحده (منهتن) كار مى كردند، در دانشگاه شيكاگو اين كار را انجام دادند.

اسلاید 9: راکتور 19مقدمه راكتورها داراى كاربردهاى كاملاً دوگانه هستند. در مصارف صلح آميز با بهره گيرى از حرارت توليدى در شكافت هسته اى كار مى كنند. اين حرارت جهت گرم كردن آب، تبديل آن به بخار و استفاده از بخار براى حركت توربين ها بهره گرفته مى شود.

اسلاید 10: راکتور 110مقدمه . همچنين اگر قصد ساخت بمب هاى پلوتونيومى در كار باشد نيز اورانيوم غنى شده را به راكتورهاى هسته اى منتقل مى كنند. در قسمت مركزي هر راكتور هسته اي محفظه اي وجوددارد كه ماده شكافت پذير (سوخت) در درون آن جاي مي گيرد.

اسلاید 11: راکتور 111مقدمه به دليل رخداد واكنشهاي زنجيره اي منظم و مداوم اين ماده در درون محفظه، انرژي توليد مي شود . راکتورهای هسته‌ای در کل از دو نوع شکافتی و همجوشی تشکیل شده‌اند و خود اینها با توجه به شرایط حاکم و اهداف مورد نظر به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند.

اسلاید 12: راکتور 112فصل اول: نوترون و بر همکنش آن با ماده) کشف نوترون :در سال 1920 رادرفورد اظهار داشت که پروتون درون هسته ممکن است داراي يک الکترون باشد و در چنين صورتي اين الکترون چنان محکم به آن بسته شده که يک ذره خنثي ايجاد کرده است. رادرفورد حتي براي اين ذره فرضي نام نوترون را پيشنهاد کرد .

اسلاید 13: راکتور 113فصل اول: نوترون و بر همکنش آن با ماده، طبق فرضيه چادويک، وقتي عنصري همچون بريليم با ذره آلفا بمباران مي شود، واکنش هسته اي زير صورت مي گيرد که نوترون توليد مي کند:

اسلاید 14: راکتور 114فصل اول: نوترون و بر همکنش آن با مادهدراين جا نماد نمايانگر نوترون است. نوتروني که بنا بر فرض چادويک بار صفر و جرمي برابر 1 دارد. اين ذره به علت اين که بار الکترويکي ندارد مي تواند در اجراي ماده متراکمي همچون سرب نفوذ کند بدون آن که انرژي خود را از دست بدهد.

اسلاید 15: راکتور 115فصل اول: نوترون و بر همکنش آن با مادهوقتي نوترون ها به درون پارافين راه مي يابند گاه و بي گاه با هسته هاي هيدروژن (پروتونها) برخوردهاي رو در رو پيدا مي کنند.در اين صورت به علت يونشي که توليد مي کنند پروتونهايي پس زده مشاهده مي شود. پس فرضيه ذره بي بار چادويک مي تواندبه طريق کيفي آثار مشاهده شده تابشي را که نفوذي مرموز دارد، توجيه نمايد.

اسلاید 16: راکتور 116واکنشهای هسته ای واکنش هاي هسته اي فرآيندي هستند که در طي آن، تغييري در ساختار هسته اتم اتفاق مي افتد، و هسته اي اوليه به هسته هاي ديگري تبديل مي شوند.مثل همجوشي هسته اي و يا شکافت هسته ای .

اسلاید 17: راکتور 117واکنشهای هسته ایواکنش شکافت هسته اي يا بصورت خودبخودي اتفاق مي افتد مثل هسته هاي راديو اکتيو ويا در نتيجه بمباران کردن هسته توسط ذرات ويا پرتوهاي گاما رخ مي دهد. در اين فصل به انواع واکنش هاي شکافت هسته اي، می پردازیم.

اسلاید 18: راکتور 118واکنشهای هسته ایواکنش هاي هسته اي را بشکل سمبوليک بصورت زير نمايش ميدهند :

اسلاید 19: راکتور 119واکنشهای هسته ایشکل خلاصه شده واکنش هسته اي به صورت زير مي باشد : نوع واکنش هسته اي توسط ذرات بمباران کننده وآزاد شده بعد از از واکنش تعيين مي شود.سمبل هاي a,b مي توانند نوترون، پروتون، ذرات آلفا ، اشعله گاما، هسته اتم هاي ديگر و... باشند

اسلاید 20: راکتور 120واکنشهای هسته ایواکنش هاي هسته اي اغلب در دو مرحله انجام مي شوند:اولين مرحله، مرحله اي است که شامل جذب ذره بمباران کننده توسط هسته هدف و تشکيل هسته مياني که در وضعيت تحریک شده قرار دارد، مي شود. زمان عمر چنين هسته اي است.

اسلاید 21: راکتور 121واکنشهای هسته ایدومين مرحله واکنش مرحله اي است که هسته تحريک شده واپاشي مي کند و به همراه آن ذره b نيز آزاد مي شود.در صورت آزاد شدن همان ذره بمباران کننده يعني aبجاي واکنش هسته اي شاهد پراکندگي هسته خواهيم بود.در واکنش هاي هسته اي مثل تمام واپاشي هاي راديو اکتيو، قوانين بقاي انرژي ، تکانه، تعداد نوکلئون وبار الکتريکي رعايت مي شود.

اسلاید 22: راکتور 122واکنشهای هسته ایبراي راکتورهاي هسته اي، واکنش هاي هسته اي حاصل از تاثير متقابل نوترون ها با هسته اتم ها از اهميت ويژه اي برخوردار است. تفاوت نوترون و ذرات باردار ديگر در اين است که نوترون ذره اي خنثي است و نيازي به انرژي زياد براي غلبه بر نيروي الکترواستاتيک ندارد .

اسلاید 23: راکتور 123واکنشهای هسته ای.از طرف ديگر نوترون داراي جرم زيادي است و و انرژي جنبشي لازم براي نفوذ به درون هسته اتم را به همراه خود دارد. به همين دليل نوترون ها بشکل کاملا موثري باعث ايجاد واکنش هاي هسته اي مي شوند. در راکتورهاي هسته اي، واکنش هاي هسته اي با نوترون هاي داراي انرژي جنبشي کمتر از (MeV)3-2 اهميت ويژه اي دارند.

اسلاید 24: راکتور 124انواع مختلف واکنش هاي هسته اي پراکندگي (برخورد) کشسان : وضعيت داخلي ذرات در اين نوع برخورد تغيير نمي کند و انرژي جنبشي مجموع هسته-نوترون نيز ثابت مي ماند. فقط انرژي جنبشي فوق الذکر به صورت ديگري بين هسته ونوترون تقسيم مي شود.

اسلاید 25: راکتور 125انواع مختلف واکنش هاي هسته ايپراکندگي (برخورد) ناکشسان : وضعيت داخلي ذرات در اين نوع برخورد تغيير مي کند. هسته نوترون را جذب کرده و نوتروني با انرژي جنبشي کمتر گسیل می کند، در نهايت هسته اشعه گاما نيز تابش می کند.

اسلاید 26: راکتور 126انواع مختلف واکنش هاي هسته ايجذب پرتوزاي نوترون ها: واکنشي است که با جذب نوترون و تبديل هسته به يک نوکليد جديد همراه بوده وهسته بعد از جذب نوترون، اشعه گاما منتشر مي کند.

اسلاید 27: راکتور 127انواع مختلف واکنش هاي هسته ايبعضي از موارد استفاده از اين نوع واکنش عبارتست از : در ميله هاي کنترل راکتورهاي هسته اي، در ميله هاي جاذب نوترون سوختني، در توليد نوکليدهاي جديد (از جمله نوکليدهاي شکافت پذير) و يا در حفاظ بيولوژيکي اين واکنش اتفاق مي افتد.بايد در نظر داشت که اين واکنش باعث از دست رفتن نوترون ها وبخشي از نوکليدهاي شکافت پذير مي شود و در ضمن منبع تشعشع گامای ثانوي نيز است.

اسلاید 28: راکتور 128انواع مختلف واکنش هاي هسته ايواکنش هسته اي با فوتون : واکنش خارج شدن نوترون از هسته دو تريم و بريليم بوسيله تابش گاما را واکنش هسته اي با فوتون مي گویند، که نقش مهمي در راه ا ندازي هاي مجدد راکتورهاي هسته اي که از آب يا بريليم در قلب آنها استفاده شده است، ايفا می کند:

اسلاید 29: راکتور 129انواع مختلف واکنش هاي هسته ايواکنش همراه را آزاد شدن ذرات آلفا : واکنش انتشار ذرات آلفا، تحت تاثير پروتون ها ونوترون ها را مي گويند.واکنشهاي جانشيني : واکنش هاي هسته اي که همراه با جذب يک ذره و توليد ذره ديگري هستند را واکنش هاي جانشيني مي گويند.

اسلاید 30: راکتور 130انواع مختلف واکنش هاي هسته ايبراي راکتورهاي هسته اي واکنش زیر از اهميت ويژه اي برخوردار است: ازاين واکنش در اتاقک هاي يونيزاسيون که در سيستم اندازه گيري قدرت راکتور بکار می رود، استفاده مي شود.

اسلاید 31: راکتور 131انواع مختلف واکنش هاي هسته اياتاقک هاي يونيزاسيون براي اندازه گيري قدرت راکتور در اطراف راکتور ودر حوزه قلب آن نصب شده و با اندازه گيري شار نوترون هاي نشتي اطراف راکتور، قدرت راکتور را تعيين مي کنند .اين انتخاب بعلت توانايي زياد ذرات آلفا در يونيزه کردن است .

اسلاید 32: راکتور 132انواع مختلف واکنش هاي هسته ايبيشترين اهميت عملي را در بين واکنش هاي شکافت، واکنش شکافت هسته هاي سنگين که در اثر برخورد نوترون با آنها بوجود می آید، دارد. در نتيجه شکافت هر کدام از اين هسته اي سنگين علاوه بر مقدار زيادي انرژي، نوترون هاي آزاد جديدي ظاهر مي شوند که خود مي توانند باعث شکافت هاي بعدي شوند.

اسلاید 33: راکتور 133انواع مختلف واکنش هاي هسته ايدر بين واکنش هاي هسته اي با نوترون فقط اين واکنش شکافت است که مي تواند به صورت زنجيره وار ادامه پيدا کند. ايجاد واکنش هسته اي زنجيره اي در فرايند آزادسازي انرژي هسته اي، مهمترين عامل مي باشد.

اسلاید 34: راکتور 134انواع مختلف واکنش هاي هسته ايواکنش هاي هسته اي از واکنش هاي شيميايي خيلي پيچيده ترند زيرا تمام نوکلشونهاي موجود در هسته در واکنش شرکت مي کنند، در حالي که در يک واکنش شيميايي فقط بيروني ترين الکترونهايي اتم شرکت دارند.

اسلاید 35: راکتور 135فصل دوم: واکنش زنجیره ای و اصول راکتورهای هسته ای پس از آنکه ژوليو و کوري نشان دادند بعضي از محصولات واکنشهاي هسته اي راديو اکتيواند ، فرمي و همکاران اودر ايتاليا مطالعه سازمان يافته ای را درباره آن گونه واکنشهاي هسته اي که با نوترون القا مي شوند، به عمل آوردند.يکي از اهداف اين تحقيق توليد نوکلئيدهاي جديد بود.

اسلاید 36: راکتور 136شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آندر طي 5 سال آزمايشهاي متعددي درباره بمباران نوتروني اورانيم به عمل آمد.براي تابش حاصل از هدف، نيم عمرهاي راديواکتيو بسيارمتفاوتي يافته شد، ليکن تلاش براي تشخيص عناصر خاصي که اين نيم عمرها را داشتند، حاصلی نداشت.

اسلاید 37: راکتور 137شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آنروشهايي که براي تشخيص مورد استفاده قرار مي گرفت همان روشهايي بودکه براي بررسي عناصر راديواکتيو مصنوعي به کار برده مي شد . اما اشکال تشخيص بيشتر از اينها بود، زيرا نوکلئيد تشکيل شده، فقط به مقدار فوق العاده کم در ناحيه هدف وجودداشت و بنابراين لازم بود که براي جداسازي اين کميتهای ناچيز روشهاي جديدي به وجود آيد.

اسلاید 38: راکتور 138شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آندر اوايل سال 1939 دو فيزيکدان آلماني اتوهان و فريتز اشتراسمان آشکارا نشان دادند که يکي از عناصر بمباران اورانيم در واقع ايزوتوپي از باريم است، و اين امر از روي نيم عمر 86 دقيقه اي و رفتار شيميايي آن معلوم شد. نوکلئيد ديگري از بمباران نوتروني اورانيم به دست آمد که معلوم شد لانتان با نيم عمر 40 ساعت است.

اسلاید 39: راکتور 139شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آنتوليد نوکلئيدهای و از اورانيم، نوکلئيدي با عدد اتمي 92 و عدد جرمي تقريباً 240 ، مستلزم نوعي واکنش هسته اي ناشناخته بود، واکنشي که در جريان آن هسته سنگين به دو نيم شکافته مي شود. چنين چيزي قبلاً شناخته نشده بود.

اسلاید 40: راکتور 140شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آناگر چنين فرايندي واقعاً صورت مي گرفت، مي بايد امکان يافت شدن «نيمه ديگر» يعني يافت شدن نوکلئيدهايي به جرم بين 90 و 100 و اعداد اتمي حدود 35 نيز وجود مي داشت. در واقع هان و اشتراسمان توانستند در ماده هدف ايزوتوپ راديواکتيوي از استرنسيم (38=Z) و ايزوتوپي از ايتريم (39=Z) که چنين شرايطي را برآورده مي کند بيابند .

اسلاید 41: راکتور 141شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آنآنان همچنين ايزوتوپهايي از کريپتون (36=Z) و گزنون (54=Z) به دست آوردند. با توجه به شواهد شيميايي آشکاربود که هسته اورانيم، وقتي با نوترون بمباران مي شود به دو هسته با جرم اتمي متوسط شکافته مي شود.

اسلاید 42: راکتور 142شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آنشکل الف نمودار طرح گونه ای از شکافت اورانیوم را نشان می دهد. گامي را که هان و اشتراسمان از برداشتن آن ابا داشتند، در 19 ژانويه سال 1939 به وسيله دو فيزيکدان اتريشي، ليزه ميتنر و اتو.آر.فريش برداشته شد.

اسلاید 43: راکتور 143شکل الف : نمودار طرح گونه ای از شکافت اورانیوم

اسلاید 44: راکتور 144شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آننظر ايشان چنين بود که نوترون، فروپاشي هسته اورانيم به «دو هسته تقريباً برابر» را تحريک و تسريع مي کند. آنان اين فرايند را در مقايسه با تقسيم يا شکافته شدن يک سلول زنده به دو جزء، «شکافت هسته» ناميدند.

اسلاید 45: راکتور 145شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آن. اين نتيجه گيري پس از چندي از طريق آزمايش تاييد شد. با اين همه پس از مدتي کوتاه معلوم شد که عناصر ماوراي اورانيم نيز ممکن است از بمباران اورانيم با نوترون تشکيل شوند.

اسلاید 46: راکتور 146شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آنبه عبارت ديگر، گير افتادن يک نوترون به وسيله هسته اورانيم گاه ممکن است موجب شکافت و گاه به واپاشی بتا منجر شود.نتيجهء واپاشی بتا تشکيل ايزوتوپهاي عناصري با عدد اتمي 93 و 94 است که بعداً نپتونيم و پلوتونيم ناميده شدند.

اسلاید 47: راکتور 147شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آنويژگيهاي شکافت را با بررسي شکافت اورانيم 235 توضيح خواهيم داد، اما شکافت چهار ايزوتوپ ديگر هم اساساً به همين صورت است.ا ولين مرحله واکنش جذب يک نوترون توسط و تشکيل در يک حالت برانگيخته است.

اسلاید 48: راکتور 148شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آنفراورده هاي شکافت عبارت اند از: دو پاره شکافت که اعداد جرمي آنها بين 70 تا 160 متغير است، بين صفر تا پنج نوترون، ذرات تابش گاما، نوترينو، و انرژي. نمودار اين فرآورده ها در شکل ب نمايش داده شده است.

اسلاید 49: راکتور 149شکل ب: چهار مرحله فرایند شکافت

اسلاید 50: راکتور 150شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آنهويت دقيق فراورده هاي شکافت وتعداد نوترون ها از يک رويداد شکافت به رويداد ديگر فرق مي کند، اما واکنش زير يک شکافت نوعی است:

اسلاید 51: راکتور 151شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آنهمانطور که ملاحظه مي شود جرمهاي دو فرآورده شکافت، در مثال فوق، یعنی لانتانم و برم برابر نيستند، شکافت نامتقارنی مانند اين خيلي محتمل تر از شکافتي است که در آن دو جرم مساوي باشند.

اسلاید 52: راکتور 152شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آنطيف فراورده هاي شکافت را در شکل پ (اسلاید بعد) نمايش داده ايم.به سادگي ملاحظه مي شود که اعداد جرمي همه فرآورده هاي شکافت بين 76 و 160 قرار دارند، و محتمل ترين اعداد جرمي که در حدود 6.5 درصد از شکافتها حاصل مي شوند حدود 96 و 135 هستند.

اسلاید 53: راکتور 153

اسلاید 54: راکتور 154شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آن تعداد نوترون هاي گسيل شده به ازاي هر شکافت، از يک رويداد به رويداد ديگر فرق مي کند، و به ايزوتوپي که دستخوش شکافت مي شود و همچنين انرژي نوترون فرودي بستگي دارد.

اسلاید 55: راکتور 155شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آنتعداد متوسط نوترون هايي که به ازاي هر شکافت گسيل مي شوند، ، يکي از مهمترين پارامترها در مهندسي هسته اي است. تغييرات بر حسب انرژي تقريباً به صورت است وبعضي از مقدارهاي آن در جدول 2-1نشان داده است.

اسلاید 56: راکتور 156جدول(2-1): تعداد نوترونهای گسیل شده به ازای هر شکافت

اسلاید 57: راکتور 157شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آننوترون هاي شکافت با انرژيهاي گوناگوني گسيل مي شوند که مي توان آنها را با يک توزيع پيوسته يا طيف انرژي شکافت توصيف کرد. اگر S(E)d(E) تعداد نسبي نوترون هاي شکافت باانرژي بين E + dE, E باشد، عبارت عموماً پذيرفته شده S(E) عبارت است از :

اسلاید 58: راکتور 158شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آنمتوسط انرژی نوترونهای شکافت از معادله زیر به دست می آید وبرابر 1.93(MeV)است، اما معمولاً برابر MeV2 فرض مي شود :

اسلاید 59: راکتور 159شکل ت: طیف انرژی نوترون شکافت

اسلاید 60: راکتور 160شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آنتابش گاما نيز هم به صورت آني در لحظه شکافت، و هم در مرحله اي ديرتر در خلال واپاشي فرآورده هاي شکافت گسيل مي شود. تابش بتا و نوترينوها در خلال واپاشي فرآورده هاي شکافت گسيل مي شوند.

اسلاید 61: راکتور 161شکافت هسته اي : کشف و چگونگي آنتابش گاما، با قدرت نفوذ زيادي که دارد، از نظر استحفاظي يک مساله بالقوه ايجاد مي کند، اما معمولاً راکتورها به حدي بزرگ اند که بيشتر تابش گاما را درون خود جذب مي کنند.ذرات بتا هم درون رآکتور جذب مي شوند، اما نوترينوها به خارج جريان مي يابند و انرژي آنها هدر مي رود، ولي براي سلامتي و از نظر ايمني خطري ندارند .

اسلاید 62: راکتور 162واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتور اين حقيقت که در شکافت ايوتوپها با نوترون به طور متوسط در هر شکافت بيش از يک نوترون گسيل مي شود به امکان وقوع واکنش زنجيره اي در جرمي از ماده شکافت پذير منجر مي شود.ثابت ماندن، زياد شدن يا کم شدن واکنش زنجيره اي بستگي دارد به توليد نوترونها به وسيله شکافت و اتلاف نوترونها از طريق انواعي از فرايندها از قبيل گيرا اندازي غير شکافتي نوترونها، و نشت نوترونها از سطح سيستم.

اسلاید 63: راکتور 163واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتورسيستمي که در آن مواد شکافت پذير و شکافت ناپذير طوري ترتيب يافته باشند که واکنش زنجيره اي بتواند به گونه کنترل شده اي پيش رود راکتور هسته اي ناميده مي شود.در مقابل بمب اتمي چنان طرح شده است که در آن توليد واکنش زنجيره اي تا حد انفجار افزايش مي يابد.

اسلاید 64: راکتور 164واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتورراکتور هسته اي منبعي است براي محصولات فرايندشکافت، يعني انرژي، نوترون، و ايزوتوپهاي پرتوزا. در هر شکافتي که دريک اتم از ماده شکافت پذير با عدد جرمي 235 رخ مي دهد، MeV200 انرژي آزاد مي شود.

اسلاید 65: راکتور 165واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتوريک راکتور مي تواندبه عنوان چشمه اي از نوترون، در واحد زمان تعداد زيادي نوترون در گستره وسيعي از انرژييها به وجود آورد .از نوترون گسيل شده در هر شکافت، تنها يک نوترون براي ايجاد شکافت ديگر و حفظ واکنش زنجيره اي در آهنگي يکنواخت، لازم خواهد بود

اسلاید 66: راکتور 166واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتوربراي آنکه واکنش زنجيري در يک نمونهء اورانيم با سرعتي يکنواخت ادامه يابد، بايد توازن مناسبي بين توليد خالص نوترونهاي حاصل از عمل شکافت واز دست رفتن نوترونها در جریان سه فرايند زير وجود داشته باشد :

اسلاید 67: راکتور 167واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتور1- گيرافتادن نوترون به وسيله اورانيم بدون حصول شکافت ،2- گير افتادن نوترون به وسيله ديگر مواد موجود در نمونه يا دستگاهي که نمونه را در بردارد،3- فرار نوترون از نمونه بدون گير افتادن .

اسلاید 68: راکتور 168واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتوراگر نوترونهاي بسيار زيادي بگريزند يا دردستگاه يا سیستم (که راکتور ناميده مي شود) جذب شوند، نوترون کافي باقي نمي ماند که واکنش زنجيري ادامه يابد.هرگاه نوترونهاي بسيار اندکي بگريزند يا جذب شوند، واکنش ادامه مي يابد ونوترونهاي هر چه بیشتری ساخته مي شوند.

اسلاید 69: راکتور 169واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتورراکتورهاي هسته اي که به عنوان منبع انرژي به کار مي روند شامل يافتن اندازه ها، شکلها وموارد مناسبي است که توازن بين نوترون توليد شده و نوترون از دست رفته راکنترل کند. چون هسته فقط جزء ناچيزي از حجم يک اتم است، شانس برخورد يک نوترون با يک هسته اورانيم اندک است.

اسلاید 70: راکتور 170واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتوردرصد قابلت توجهي از نوترونهاي حاصل از شکافت، بدون ايجاد شکافت بيشتر، از دستگاه مي گريزند. «نشت» نوترونها ممکن است آن قدر زياد باشد که يک واکنش زنجيري نتواند ادامه يابد. عده نوترونهاي توليد شده همواره متناسب با حجم مي باشد، ليکن عده نوترونهايي که مي گريزند متناسب با مساحت سطح است.

اسلاید 71: راکتور 171واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتوراگر L ، اندازه خطي دستگاه زياد شود، حجم ومساحت به ترتيب متناسب با مکعب ومجذور L فزوني مي يابد، به طوري که با بزرگ شدن اندازه، توليد نوترون سريعتر از فرار نوترون افزايش مي يابد. براي ترکيب معيني از مواد (اورانيم وديگر مواد ساختماني که ممکن است مورد نياز باشد) اندازه معيني براي راکتوروجود دارد که آن را اندازه بحراني مي نامند.

اسلاید 72: راکتور 172واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتوردر اندازه بحراني توليد خالص نوترونهاي حاصل از شکافت درست برابر از دست رفتن نوترونها به وسيله فرار و گير افتادن آنها بدون شکافته شدن هسته است. اگر اندازه راکتور کوچکتر از اندازه بحراني باشد، واکنش زنجيري نمي تواند ادامه پيدا کند.

اسلاید 73: راکتور 173واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتورهمين که واکنش زنجيره اي آغاز شد ضريب تکثير موثر Ke تعيين خواهد کرد که واکنش زنجيره اي با آهنگي يکنواخت، افزاينده، يا کاهنده ادامه خواهد يافت.ضريب تکثير موثر بنا به تعريف عبارت است از نسبت آهنگ توليد نوترونها P به مجموع آهنگ جذب A و آهنگ نشت L نوترونها، يا

اسلاید 74: راکتور 174واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتور

اسلاید 75: راکتور 175واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتورهنگامي که باشد، واکنش زنجيره اي شکافت بحراني يا يکنواخت خواهد بود وهنگامي که باشد، واکنش زنجيره اي افزاينده يا فوق بحراني و به هنگامي که باشد، واکنش ميرا يا زير بحراني خواهد بود.

اسلاید 76: راکتور 176واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتوراگر F نمايانگر آهنگ وقوع فرايند شکافت و نمايشگر ميانگين نوترونهاي گسيل شده در هر شکافت باشد، آنگاه خواهيم داشت:

اسلاید 77: راکتور 177واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتورپس مي توان به صورت زير نوشت :

اسلاید 78: راکتور 178واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتوریا :

اسلاید 79: راکتور 179واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتورنسبت F/A به مقدار ماده شکافت پذير و شکافت ناپذير و سطح مقطع آنها براي شکافت و گيراندازي نوترون بستگي دارد.نسبت L/A بستگي دارد به توانايي راکتور در حفظ و جذب نوترونها پيش از آنکه بتوانند از سطح آن فرار کنند.

اسلاید 80: راکتور 180واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتورهرچه اندازه راکتور کاهش يابد آهنگ نشت نوترون از طريق سطح افزايش و آهنگ جذب نوترون کاهش مي يابد، در اين صورت نسبت L/A افزايش يافته و به بي نهايت نزديک مي شود، از اين رو در حد به صفر مي رسد.

اسلاید 81: راکتور 181واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتورهرچه اندازه راکتور بزرگتر شود، L/A به سمت صفر کاهش يافته و به سمت مقدار حدF/A افزايش مي يابد. بنابراين اگر ترکيب ساختماني راکتور طوري باشد که داشته باشيم:

اسلاید 82: راکتور 182واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتوردر آن صورت براي اين راکتور اندازه اي وجود خواهد داشت که به ازاي آن Ke=1 مي شود. راکتور به ازاي اين اندازه بحراني مي شود. اين اندازه را اندازه بحراني مي نامند و جرم ماده شکافت پذير در اين اندازه راکتور را جرم بحراني مي خوانند.

اسلاید 83: راکتور 183واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتورناحيه در برگيرنده ماده شکافت پذير را قلب راکتور مي نامند. قلب راکتور ممکن است توسط مواد شکافت ناپذيري که قابليت بازتاب نوترونها را به داخل قلب دارند، احاطه شده باشد. در چنين موردي هم اندازه بحراني و هم جرم بحراني کاهش مي يابند.

اسلاید 84: راکتور 184واکنش زنجيره اي و کنترل آن به وسيله راکتوراز طرف ديگر اگر مقدار ماده شکافت پذير در قلب راکتور به اندازه کافي نباشد، يا مقداري ماده جاذب اضافي در آن وجود داشته باشد به طوري که شود، حتي اگر از بازتابنده هم در راکتور استفاده شود، براي هيچ اندازه اي از راکتور واکنش زنجيره اي يکنواخت صورت نخواهد گرفت.

اسلاید 85: راکتور 185 فصل سوم: نظریه راکتورهای هسته ای-راکتورهای حرارتی همگنطبقه بندي راكتورهاي هسته اي بر اساس نوع سوخت , مدراتور(كندساز) و سرد كننده اي كه در آنها استفاده مي شود صورت مي پذيرد.در حال حاضر پنج نوع مختلف راكتور هسته اي وجود دارد كه عبارتند از:

اسلاید 86: راکتور 186 فصل سوم: نظریه راکتورهای هسته ای-راکتورهای حرارتی همگن1- راكتورهاي آب سبك: (LWR)2- راكتورهاي آب سنگين: (HWR) 3- راكتورهايي كه با گاز خنك مي شوند: (GCR) 4- راكتورهايي كه دماي بسيار زياد توليد مي كنند: (HTGR)5- راكتورهاي زاياي سريع : (FBR)

اسلاید 87: راکتور 1871- راكتورهاي آب سبك: (LWR) در اين راكتورها كه متداولترين نوع راكتور در سطح جهان هستند از آب معمولي كاملا تصفيه شده هم به عنوان مدراتور(كندساز) و هم خنك كننده استفاده مي شود. اين ركتورها خود نيزبه دو نوع (PWR ) و (BWR) طبقه بندي مي شوند.

اسلاید 88: راکتور 188راكتورهاي آب سبك: (LWR)

اسلاید 89: راکتور 1891-1راكتور آب تحت فشار (PWR) همانطور كه در شكل(الف) مشاهده مي شود اين راكتور از دوقسمت مجزا تشكيل شده است كه درحقيقت شامل دومدار جريان آب جداگانه است . درمداراوليه كه در شكل با رنگ آبي تيره نمايش داده شده است (قسمتهاي 1تا 5شكل الف) آب بطور پيوسته در فشار ثابت بسيار بالايي( حدودا بين bar 120 تا 160) نگه داشته مي شود.

اسلاید 90: راکتور 190شكل(الف)

اسلاید 91: راکتور 191قسمتهای مختلف راكتور آب تحت فشار 1- ديگ راكتور2- اجزاي سوخت 3- ميله هاي كنترل سوخت4-جلوبر ميله هاي كنترل سوخت 5- فشارافزا 6- مولدبخار 7- پمپ اصلي مدار 8– انتقال دهنده بخار 9- تغذيه كننده آب 10- مولد فشار بالا 11- مولد فشار پايين 12 –ژنراتور 13- استارتر 14- چگالنده 15- خنك كننده آب16- پمپ تغذيه كننده آب17- پيش گرم كننده آب 18- حفاظ بتوني 19- پمپ خنك كننده آب.

اسلاید 92: راکتور 1921-1راكتور آب تحت فشار (PWR) اين عمل باعث مي شودتا دماي آب بدون رسيدن به نقطه ي جوش بالا رود.( انتخاب نام براي اين نوع نيز بر اساس همين ويژگي است.)هنگامي كه فشار در ديگ كاهش مي يابد بوسيله ي يك گرمكن الكتريكي دماي فشار افزا ( قسمت 5 شكل) ودرنتيجه فشارآن افزايش مي يابد تا آب به فشار اوليه برگردد.

اسلاید 93: راکتور 1931-1راكتور آب تحت فشار (PWR) اگر فشار افزايش يابد مقداري اب سردخنك كننده به فشار افزا تزريق مي شود تا با كاهش دما فشار آن را دوباره كاهش دهد. مدار اوليه حرارتش را از طريق لوله هاي خميده كوچكي به مدار ثانويه جريان آب در مولد بخار(قسمت 6شكل) منتقل كرده وسرد مي شود ودوباره با دماي پايين تري به ديگ راكتور بر مي گردد.

اسلاید 94: راکتور 1941-1راكتور آب تحت فشار (PWR) با اين انتقال حرارت آب در مولد بخار به جوش آمده وبه بخار تبديل مي شود. بخار ايجاد شده به توربين فشار بالا(قسمت10) وفشار پايين (قسمت11) ودرنهايت سبب چرخش ژنراتور(قسمت13) و توليد الكتريسيته مي گردد.

اسلاید 95: راکتور 1951-1راكتور آب تحت فشار (PWR) بخار پس از عبور از توربين سرد شده ودر چگالنده به مايع تبديل مي شود. پس از آن بوسيله ي پمپ(قسمت 16) مجددا و با عبوراز پيش گرم كننده دوباره به مولد بخار بر مي گردد.

اسلاید 96: راکتور 1961-1راكتور آب تحت فشار (PWR) چون آب دومدار اوليه وثانويه معمولا با هم مخلوط نمي شونداز انتقال آب آلوده به مواد راديو اكتيوبه محيط خارج از راكتور نيز جلوگيري به عمل مي آيد. معمولا سوخت اين نوع راكتورها اكسيد اورانيوم 3تا4 درصد غني شده است .

اسلاید 97: راکتور 1971-1راكتور آب تحت فشار (PWR)گاهي اوقات ازمخلوط اكسيد اورانيوم وپلوتونيم نيز استفاده مي شود. در راكتور هاي PWR امروزي فشار آب در مدار اوليه معمولا بين 120 تا 160 بار مي باشد به گونه اي كه دمادر خنك كننده چيزي در حدود 300تا 320 درجه سليسيوس است .نزديك به 64% انرژي هسته اي جهان توسط اين نوع راكتورها تامين مي شود.

اسلاید 98: راکتور 1981-2راكتور آب جوش (BWR ) در يك راكتور آب جوش (شکل ب ) , آب سبك (H2O ) نقش مدراتور و سرد كننده را ايفا مي كند . قسمتي از آب مي جوشد ,دور از ميله هاي فشار راكتور , سپس يك مخلوط آب و بخار هسته راكتور را ترك مي كند .

اسلاید 99: راکتور 199(شکل ب )

اسلاید 100: راکتور 11001-2راكتور آب جوش (BWR ). بخار هدايت شده مستقيما به توربين مي رود . بنابراين بخار و رطوبت بايد جدا باشد ( آبي كه از بخار مي چكد مي تواند به لبه هاي توربين آسيب بزند ). بخاري كه توربين را ترك مي كند در يك متراكم كننده , متراكم مي شود وسپس بعد از دوباره گرم كردن به راكتور بر مي گردد .

اسلاید 101: راکتور 11011-2راكتور آب جوش (BWR )آبي كه در ميله هاي راكتور تبخير نشده است در ته ميله ها جمع مي شود و باآب پمپاژ شده ي برگشت داده شده مخلوط مي گردد . از زماني كه عمل جوشاندن در راكتورها شروع مي شود فشار از PWR ها كمتر مي شود (در حدود 60 تا70 بار ) .

اسلاید 102: راکتور 11021-2راكتور آب جوش (BWR )سوخت عموما اورانيوم دي اكسيد است . غني سازي سوخت تازه معمولا پايين تراز PWR هاست .فايده اين نوع در اين است كه ساده ترين ساختار را دارد و ساختن آن هزينه كمتري دارد .5/22% از كل انرژي كه در حال حاظر در فعاليت هسته اي Power Plant در حال انجام است توسط BWR تامين مي شود .

اسلاید 103: راکتور 11032- راكتورهاي آب سنگين: (HWR) دراين راكتورها(شكل(پ)) از آب سنگين ((D2O هم به عنوان مدراتور و هم خنك كننده استفاده مي شود. مزيت بزرگ آن از اين واقعيت سرچشمه مي گيرد كه آب سنگين يك مايع گران قيمت است و ارزش آن بالاست , كه بهترين مدراتور است .

اسلاید 104: راکتور 1104شكل(پ(

اسلاید 105: راکتور 11052- راكتورهاي آب سنگين: (HWR)سوخت HWR ها مي تواند تاحدودي (1تا 2%) ازاورانيوم غني شده يا حتي اورانيوم طبيعي باشد. آب سنگين نبايد جوشانده شود , بنابراين بايد همانند PWR ها در جريان اول با فشار زياد موجود باشد .

اسلاید 106: راکتور 11062- راكتورهاي آب سنگين: (HWR) نماينده اصلي راكتور نوع آب سنگين راكتور CANDU كانادايي است در اين راكتورها سرد كننده ومدراتور مخصوصا جدا هستند . مدراتور در يك تانك بزرگ ( كالاندريا ) قرار دارد , كه درآن لوله هاي فشار كه مجتمع سوخت را احاطه كرده است وجود دارد .

اسلاید 107: راکتور 1107راكتور CANDU

اسلاید 108: راکتور 11082- راكتورهاي آب سنگين: (HWR)سرد كننده فقط در اين لوله ها جريان دارد . فايده اين طراحي اين است كه تمام تانك نياز ندارد زير فشار زياد باشد فقط كافي است به سرد كننده كه در لوله ها جريان دارد فشار آوريم .اين آرايش لوله ها ي تحت فشار راكتور ناميده مي شود.

اسلاید 109: راکتور 11092- راكتورهاي آب سنگين: (HWR)گرم شدن مدراتور خيلي كمتراز سرد كننده است كه به راحتي با توليد گرما يا توليد بخار از بين مي رود . سرد كننده با دماي زياد و فشار بالا همانند نوع PWR ,به ژنراتور بخار مي رود كه در گوشه ديگر, آب سبك مي جوشد.

اسلاید 110: راکتور 11102- راكتورهاي آب سنگين: (HWR)فايده ديگر اين نوع اين است كه سوخت مي تواند در طي عمليات جايگزين شود و بنابراين نيازي به لوله خروج نيست .نوع ديگر راكتورهاي آب سنگين , راكتورهاي آب سنگين تحت فشار است (PHWR) , در اين نوع كه سرد كننده و مدراتور به همان گونه است و ميله هاي راكتور در فشار زياد قرار دارند .

اسلاید 111: راکتور 11112- راكتورهاي آب سنگين: (HWR) راكتور آب سنگين 3/5% از كل انرژي NPP جهان را مي دهد در حالي كه 2/13% از ظرفيت POWER PLANTساختمان هسته اي از اين نوع به دست مي آيد . يك دليل همين امنيت آن است و ديگر اين كه فاكتور تغيير آن بالاست بدين معني است كه در طول عمليات مقدار زيادي از مواد شكافتني از 238-U بوسيله گیراندازی نوترون ساخته مي شود .

اسلاید 112: راکتور 11123- راكتورهايي كه با گاز خنك مي شوند (GCR) مدراتور اين راكتورها گرافيت ، خنك كننده آنها گاز دي اكسيدكربن و سوخت مصرفي آنها اورانيم طبيعي است كه در درون پوششي بنام مگناكس (اكسيد منيزيم) قرار دارد .اين به قديمي ترين انواع راكتور برمي گردد.

اسلاید 113: راکتور 11133- راكتورهايي كه با گاز خنك مي شوند (GCR)اولين GCR نيروگاه برق راكتور Calder Hall بود كه در سال 1955 در انگلستان ساخته شد . اين راكتورها 1/1% تمام قدرت NNP جهان را ميدهد و ديگر ساخته نمي شود . AGR (راكتور پيشرفته كه با گاز سرد مي شود ).

اسلاید 114: راکتور 11143- راكتورهايي كه با گاز خنك مي شوند (GCR)يك دستگاه توسعه يافته از MAGNOX است . روكش فلزي Magnox نيست و سوخت هم كمي غني شده است ,مدراتور نيز گرافيت و سرد كننده CO2مي باشد. سهم كل ظرفيت جهان 5/2% است ,كه اكنون نيز ساخته نمي شود.

اسلاید 115: راکتور 1115راكتورهايي كه با گاز خنك مي شوند (GCR)

اسلاید 116: راکتور 11164 - راكتورهايي كه دماي بسيار زياد توليد مي كنند: (HTGR) مدراتور اين قبيل راكتورها گرافيت، خنك كننده آنها گاز هليم و سوخت مصرفي آنها اورانيم 93% غني شده اورانيوم 235 است . وجديدترين نوع را كتورهايي كه با گاز سرد مي شوند مي باشند

اسلاید 117: راکتور 11174 - راكتورهايي كه دماي بسيار زياد توليد مي كنند: (HTGR)در اين راكتورها دماي سرد كنندهاي به اندازه 950 درجه سانتيگراد مي تواند به دست آيد. توليد نوع توسعه يافته راكتور توربين گازي قياسي هليوم (GT-MHR) اخيرا ممكن است تقريبا به اندازه 50 درصد باشد .

اسلاید 118: راکتور 11184-1 راکتورهای هسته‌ای با دمای بالا راکتورهای هسته‌ای با دمای بالا (HTR) می‌توانند در دماهای بسیار بالا ، گرما تولید کنند. کاربرد این راکتورها بیشتر برای تولید گرما و بویژه برای تولید هیدروژن یا ماده قابل احتراق ترکیبی و به این ترتیب تغییر تمام عادات مصرف انرژی است.

اسلاید 119: راکتور 11194-1 راکتورهای هسته‌ای با دمای بالااین راکتورها از نوع راکتورهای با نوترونهای حرارتی ، با گردش هلیوم که تقریبا به دمای 700 درجه سانتیگراد برده می‌شود، در تجمعی از گرافیت و ذرات قابل شکافت به دمای کمتر از 1300 درجه سانتیگراد برده می‌شوند.

اسلاید 120: راکتور 11204-1 راکتورهای هسته‌ای با دمای بالااین راکتورها بسیار مطمئن هستند، هلیوم گازی بدون خطر و رادیو اکتیویته آن کمتر و گستره دما بسیار بزرگ است. پسماندها و ضایعات آن بسیار کم است و می‌توانند الکتریسیته، آب گرم ، بخار آب تولید کنند و در آینده دور می‌توان از آن به هیدروکربورها یا به توسط واکنشهای داخلی هیدروژن تولید کرد و بخشی از مسئله نفت را حل کرد.

اسلاید 121: راکتور 11214-2 راكتورهاي با دماي بالاي توريوم (THTR) راكتورهاي دماي بالاي با سوخت توريوم(شکل ت) يك نوع مخصوص از راكتورهاي با گاز سرد شونده است. فقط يكي از اين نوع بين سالهاي 1985-1989 در آلمان تا كنون كار كرده است. قدرت گرمايي راكتور MW760 بود.

اسلاید 122: راکتور 1122(شکل ت)                                         

اسلاید 123: راکتور 11234-2 راكتورهاي با دماي بالاي توريوم (THTR)فايده ديگر اين نوع ,امنيت فوق العاده آن است . عناصر سوخت 300-THTR ,گويهايي با قطر 6 سانتيمتر بودند كه در هر يك از آنها 35000 گوي كوچكتر (قطر بين 5/0 و7/0 ميليمتر ) قراردارد.هر گوي كوچك شامل يك مقدار مشخص از U235 و ده برابر از اين مقدار TH232 به عنوان ماده توليد كننده است.

اسلاید 124: راکتور 11244-2 راكتورهاي با دماي بالاي توريوم (THTR)در اثر تسخير نوتروني U 233 از TH 232 ساخته مي شود كه براي نوترونهاي كند شكافت پذير است . در اين رابطه ,در طول عمليات راكتور خودش قسمتي از سوخت را توليد مي كند. مدراتور گرافيت به شكل لايه هايي بين گويهاي كوچك است.

اسلاید 125: راکتور 11254-2 راكتورهاي با دماي بالاي توريوم (THTR)گرماي توليد شده در راكتور با استفاده از هليوم منتقل مي شود كه هليوم با دماي 250 درجه سانتيگراد از بالاي راكتور داخل مي شد و با دماي 750 درجه سانتيگراد از كف خارج مي شد.(نام به اين دماي بالا مربوط مي شود كه پاسخگوي توليد بالا مي باشد).

اسلاید 126: راکتور 11264-2 راكتورهاي با دماي بالاي توريوم (THTR)هليوم گرمايش را به حلقه آب – بخار در شش گرماي مبادله كننده مي داد كه فقط دو تا از آنها در شكل قابل رو يت است . براي كنترل و خاموش كردن راكتور 51 ميله كنترل مي توانند بين گويها از بالا جاسازي شوند.

اسلاید 127: راکتور 11274-2 راكتورهاي با دماي بالاي توريوم (THTR)ماشيني كه سوختگيري مجدد مي كند و در لوله هاي راكتور ساخته مي شوند امكان اين را مي دهد كه گويهاي سوختهاي مصرف شده را با جديدها در طول عمليات جايگزين كنيم .در300-THTR تقريبا 620 گوي هر روزه با گويهاي تازه جايگزين مي شود ,گويهاي سه سال در راكتور مي مانند و در طول اين دوره اطراف هسته 6بار مي چرخند.

اسلاید 128: راکتور 1128راكتورهاي با دماي بالاي توريوم (THTR)

اسلاید 129: راکتور 1129راكتور RBMK RBMK يك نوع راكتور منحصر به فرد است : مدراتور آن گرافيت است ( از اين جنبه شبيه به AGRs است.), سرد كننده آب سبك در حال جوش است ( شبيه به مورد BWRs ) , علاوه بر اين , اين راكتور يك لوله فشار دارد ( مانند CANDUs ).اولين راكتور هسته اي Power plant جهان يك RBMK بود (1954 Obninsk) .

اسلاید 130: راکتور 1130راكتور RBMKاين نوع مربوط به دستگاه راكتور چرنوبيل (Chernobyl ) بود كه در 26 آوريل 1986 يك حادثه را به وجود آورد .هسته هاي راكتور شامل بلوكه هاي گرافيتي است , در ميان آنها لوله هاي فشار به صورت رأسي قرار دارد .اينها به اجتماع هاي سوخت ودر ميان سرد كننده جاري جسم مي دهند .

اسلاید 131: راکتور 1131راكتور RBMKيك مخلوط آب و بخار از هسته خارج مي شود (از اين رو راكتور يك نوع آب جوشي است ) كه به جدا كننده مخلوط مي رود . بخارهاي تفكيك شده به توربين مي روند و سپس بعد از متراكم كردن و قبلا گرم كردن به راكتور بر مي گردد .

اسلاید 132: راکتور 1132راكتور RBMK راكتورر RBMK تنها در تعداد كمي در جمهوریهای سابق شوروی( Soviet Union ) قبلي كار مي كند. سهم اين نوع در كل ظرفيت NPP جهان 4% است .

اسلاید 133: راکتور 1133راكتور RBMK

اسلاید 134: راکتور 1134راكتور RBMK اين نوع راکتور دو فايده اصلي دارد : اولي قدرت فوق العاده اي است كه به آن مي توان دست يافت . زماني كه سرد كننده تحت فشار در لوله ها جريان مي يابد و بنابراين ميله هاي فشار مورد نياز نيستند .

اسلاید 135: راکتور 1135راكتور RBMKعلاوه بر اين مخصوصا هر مقدار لوله هاي فشار مي توانند در داخل يك راكتور ساخته شوند . هيچ محدوديت تئوريكي براي قدرتي كه RBMK مي تواندتوليد كند وجود ندارد.

اسلاید 136: راکتور 1136راكتور RBMKقدرت راكتورچرنوبيل MW1000 الكتريكي بود ولي يك نوع MW2000 نيز طراحي شده بود. فايده ديگر اين نوع در مقابل راكتورهاي آب سبك ديگر اين است كه هيچ نيازي براي راه خروجي براي سوختگيري مجدد نيست .

اسلاید 137: راکتور 1137راكتور RBMKاجتماع هاي سوخت مي توانند در طي عمليات جايگزين شوند(مانند CANDUs) . بايد بر يك ضرر اين نوع تأكيد كنيم : هسته خيلي بزرگ است پس كنترل آن خيلي مشكل است .

اسلاید 138: راکتور 1138راكتور RBMKدر چرنوبيل به عنوان مثال , 200 ميله كنترل وجود داشت ( به عنوان مقايسه در نوع Paks فقط 37 عدد وجود دارد ). يك مورد ديگر هم هست كه در حادثه چرنوبيل حتي نقش مهمتري داشت .

اسلاید 139: راکتور 1139راكتور RBMKعامل مشترك عاري از واكنش, مي تواند در موارد خاصي مثبت باشد به اين معني كه در شرح بي نهايت سرد كننده , جوش آورنده بود , شايد باعث افزايش در ميزان واكنش شده باشد . اين يك فيد بك مثبت است و دليل آن اين واقعيت است كه سرد كننده كه آب سبك است واز مدراتور كه گرافيت است مقدار بيشتري نوترون جذب مي كند .

اسلاید 140: راکتور 1140راكتور RBMK, زماني كه آب ( كه به عنوان يك جذب كننده نوترون مي تواند در نظر گرفته شود ) مي جوشد , چگالي آن كاهش مي يابد و بنا براين تعداد نوترونها افزايش مي يابد .( در يك راكتور Paks VVER به خوبي سايرPWR , عامل مشترك خالي همواره منفي است در حالي كه مدراتور همانند سرد كننده است .

اسلاید 141: راکتور 1141راكتور RBMKدر يك مورد پتانسيل در حال جوش , تعداد هسته هاي هيدروژن , كه نوترونهاي كند شونده دارند كاهش مي يابند.بنابراين تعداد كمتري نوترون قادر خواهند بود تا عمل شکافت را دوباره تحريك كند .

اسلاید 142: راکتور 1142راكتور RBMKسرانجام نتيجه فرآيند اين است كه واكنش زنجيره اي متوقف مي شود ). در تعداد زيادي از راكتورهاي RBMK , عامل مشترك خالي به دست آمده است كه مخصوصا صفر شود و در اين راه امنيت آنها افزايش يافته است .

اسلاید 143: راکتور 1143راكتور RBMK با وجود اين در 50 تا راكتورهاي با مدراتور گرافيت و سرد كننده آب سبك در USA براي توليد پلوتونيوم استفاده مي شوند اين نوع نمي تواند در Power plant ها منتشر شود به خاطر اين كه آمريكاييها اثرات مخرب اين نوع را دريافتند .بعد از حادثه چرنوبيل حتي راكتورهاي با مدراتور گرافيت راكد نيز خاموش شدند .

اسلاید 144: راکتور 1144 5- راكتورهاي زاياي سريع : (FBR) سوخت اين راكتورها اورانيم 93% غني شده يا پلوتونيم است . اين دسته از راكتورها به ميزاني بيشتر از سوخت مصرفيشان ماده شكاف پذير توليد مي كنند (به همين دليل به نام راكتورهاي “زايا” معروفند).

اسلاید 145: راکتور 1145 5- راكتورهاي زاياي سريع : (FBR)آنها مدراتور ندارند و ماده خنك كننده آنهانيز بيشتر يك فلز مايع مانند سديم مايع مي باشد. درPWR ها و BWR ها يك مقدار عظيمي از واكنش هاي فيژن در 235-U اتفاق مي افتد كه فقط 7/0% اورانيوم طبيعي را تشكيل مي دهد. در طول ساختن سوخت براي اين راكتورها , به درصد كمي غني مي شود .

اسلاید 146: راکتور 1146 5- راكتورهاي زاياي سريع : (FBR). بر اين اساس , در راكتورهاي ذكر شده ( گاهي اوقات به عنوان راكتورهاي حرارتي از آنها ياد مي شود ) 238- Uبه ندرت به عنوان ماده ي تقسيم شونده به كار برده مي شود .به هر حال به مجرد تسخير يك نوترون هسته 238-U مي تواند به 239-Pu تبديل شود.

اسلاید 147: راکتور 1147 5- راكتورهاي زاياي سريع : (FBR)كه يك ماده شكافتني است و براي Pu 239 عمل شكافت همچنين مي تواند با استفاده از نوترونهاي سريع انجام شود. راكتورهاي Fast breeder هر دوواكنش را استفاده مي كنند.

اسلاید 148: راکتور 1148 5- راكتورهاي زاياي سريع : (FBR) بزرگترين Power Plant هسته اي با يك راكتور Fast breeder ,superphenix در فرانسه است كه در سال 1986 شروع به كار كرد . قدرت حرارتي آن MW3000 است در حالي كه قدرت الكتريكي آن MW1180 مي باشد (كه كارايي 39% را نشان مي دهد ).

اسلاید 149: راکتور 1149 5- راكتورهاي زاياي سريع : (FBR)راكتورهاي Fast breeder سهمي كمتر از 1% در كل NPP هسته اي جهان را دارد .هسته ي راكتورهاي Fast breeder شامل دو قسمت است : ميله سوخت كه شامل مخلوطي از اورانيوم دي- اكسيد و پلوتونيوم دي اكسيد است كه در قسمت داخلي قرار دارد .

اسلاید 150: راکتور 1150 5- راكتورهاي زاياي سريع : (FBR). در اينجا واكنش هاي شکافت انجام مي گيرد در حالي كه در قسمت خارجي واكنش غالب تبديل U 238 به Pu 239 است . اين قسمت شامل مي شود اورانيوم خالي شده را ( مخصوصا اورانيوم در حالي كه محتويات U 235 حتي كمتر از 7/0% است ).

اسلاید 151: راکتور 1151 5- راكتورهاي زاياي سريع : (FBR)در چنين راكتورهايي می توان به هسته پلوتونيوم شكافتني دست يافت. در همان زمان در حالي كه تعداد هسته هاي شكافتني كه شکافت را تحمل كرده اند . ( از اين رو آن را بريدر( Breeder ) ناميده اند ) بيشتر از آنچه كه مي توانست توليد شود .

اسلاید 152: راکتور 1152 5- راكتورهاي زاياي سريع : (FBR)از طرف ديگر زماني كه نوترونها حرارت نديده اند نوترون هاي سريع به واكنش هاي ياد شده بالا نياز دارند . در راكتورهاي بريدر Phenix فرانسه 100 واكنش فيژن اندازه گيري شده است كه تقريبا 115 تا هسته شكافتني توليد كرده اند .

اسلاید 153: راکتور 1153 5- راكتورهاي زاياي سريع : (FBR)بر اين اساس مواد شكافتني بيشتري ازآنچه مصرف شده توليد مي شود، و اين مي تواند در آينده در راكتورهاي حرارتي (مانند مدراتور هاي آب سبك ) و بريدر استفاده شود.

اسلاید 154: راکتور 1154 5- راكتورهاي زاياي سريع : (FBR)آشكار است در يك Fast breeder هيچ مدراتور اي نبايد باشد پس آب هم اصلا يك سرد كننده خوب نيست به جاي اين يك فلز مايع ( معمولا سديم ) استفاده مي شود . در superphenix, سديم در دماي 395 درجه سانتيگراد وارد هسته مي شود و در دماي 545 درجه سانتيگراد خارج مي گردد .

اسلاید 155: راکتور 1155 5- راكتورهاي زاياي سريع : (FBR)در حالي كه نقطه جوش سديم بسيار بالاست حتي در حالت مقايسه در يك فشار كم (در 10 بار حدود 900 درجه سانتيگراد ) .هيچ نيازي نيست كه يك فشار زياد در دور اوليه نگه داريم و بنابراين ساختار مهندسي ميله هاي راكتور ساده تر است .

اسلاید 156: راکتور 1156 5- راكتورهاي زاياي سريع : (FBR)گرماي سديم اوليه به سديم ثانويه انتقال مي يابد در يك تبادل گرمايي متوسط در حالي كه سومين تبادل كننده دما , ژنراتور بخار است . درخواست سر پيچ واجب هست به خاطر يك سري ملاحظات امنيتي.

اسلاید 157: راکتور 1157 5- راكتورهاي زاياي سريع : (FBR)سديم مايع خيلي خطرناك است . سديم اوليه خيلي راديواكتيو است به خاطر فعاليت نوترونها كه به Na 24 منجر مي شود . پيچيدگي سديم ثانويه از تماس اتفاقي سديم راديواكتيو با آب ممانعت مي كند .

اسلاید 158: راکتور 1158راكتورهاي زاياي سريع : (FBR)

اسلاید 159: راکتور 1159 فصل چهارم: نظریه راکتورهای هسته ای-مباحث دیگر همجوشی هسته‌ای یک منبع انرژی پتانسیل است که آلودگی آن نسبتا کم ، تقریبا پایان ناپذیر ، ارزان قیمت و می‌تواند در دسترس همگان قرار گیرد. توکاماک یکی از انواع راکتورهای همجوشی هسته‌ای است. این نوع راکتور عمل محصورسازی را به خوبی انجام می‌دهد.

اسلاید 160: راکتور 1160راکتورهای همجوشی هسته‌ایطرح توکاماک در دهه پنجاه میلادی توسط روسها پیشنهاد شد. کلمه توکاماک از کلمات toroidalnaya ، kamera ، magnitnayaو به معنی اتاقک مغناطیسی چنبره‌ای گرفته شده است.

اسلاید 161: راکتور 1161راکتورهای همجوشی هسته‌اییکی از دلایل و توجیهاتی که برای چنبره‌ای بودن محفظه‌های محصور سازی می‌شود بیان کرد این است که: توپ پر مویی را تصور کنید که شما قصد دارید موهای این توپ را شانه بزنید. شما هر طور و از هر طرف که بخواهید این کار را بکنید همیشه دو طرف از موهای توپ شانه نشده و نامنظم باقی می‌ماند.

اسلاید 162: راکتور 1162راکتورهای همجوشی هسته‌ای حال به جای توپ فرض کنید که یک کره مغناطیسی داریم. می‌خواهیم که بردارهای میدان در سراسر اطراف این کره یکنواخت و منظم باشند (در واقع همه در یک جهت باشند). بنا به مثال این کار غیر ممکن بوده و نامنظمی در دو طرف کره باعث عدم پایداری محصور ساز می‌شود.

اسلاید 163: راکتور 1163راکتورهای همجوشی هسته‌ایولی در یک محصور ساز چنبره‌ای چنین مشکلی وجود ندارد و یکنواختی میدان سراسر محصور ساز (توکاماک) باعث پایداری آن می‌شود. مهمترین و حیاتی‌ترین وظیفه یک ابزار همجوشی پایدار نگه داشتن پلاسما است.

اسلاید 164: راکتور 1164راکتورهای همجوشی هسته‌ایاسفرومک نوع دیگری از راکتورهای همجوشی هسته‌ای است. که بر خلاف توکاماک که چنبره‌ای می‌باشد شکلی کروی دارد.

اسلاید 165: راکتور 1165راکتورهای همجوشی هسته‌ایالبته تفاوت اسفرومک با توکاماک در این است که در مرکز اسفرومک هیچ جسم مادی وجود ندارد. اسفرومک متأسفانه با بی توجهی مواجه شده و به اندازه توکاماک مورد بر رسی قرار نگرفت. در حالی که اسفرومک مدت زیادی بعد از توکاماک اختراع شد.

اسلاید 166: راکتور 1166راکتورهای همجوشی هسته‌ایدر دهه گذشته اغلب تحقیقات در بخش انرژی همجوشی مغناطیسی روی توکاماک چنبره‌ای شکل برای رسیدن به واکنشهای همجوشی در سطح بالا متمرکز شده است. کار توکاماک در ایالات متحده و خارج آن ادامه دارد، ولی سازمان دانشمندان انرژی همجوشی در حال بازدید از اسفرومک هستند.

اسلاید 167: راکتور 1167راکتورهای همجوشی هسته‌ایقسمت زیادی از علاقه تجدید شده به پروژه اسفرومک روی تحقیقات فعالی در لاورنس لیورمور در گروهی به نام( (SSPX (Sustained Spheromak Physics Experiment متمرکز شده است.

اسلاید 168: راکتور 1168راکتورهای همجوشی هسته‌ایSSPX در 14ژوئن 1999 در مراسمی با حضور نماینده‌ای از DOE و با همکاری دانشمندانی از Sandia و آزمایشگاه ملی لس آلاموس آغاز به کار کرد.SSPXیک سری از آزمایشات است که برای این طراحی شده که توانایی اسفرومک را در این مورد که اسفرومک چقدر این کیفیت را داراست که پلاسماهای داغ سوخت همجوشی را درون خودداشته باشدمشخص کند.

اسلاید 169: راکتور 1169راکتورهای همجوشی هسته‌ای به عقیده رهبر پروژه SSPX توکاماک با دمای بالایی که در آن قابل دسترسی است (بیشتر از 100میلیون درجه سلسیوس که بارها بیشتر از دمای مرکز خورشید است) فعلا برنده جریان رهبری پروژه‌های همجوشی به حساب می آید.

اسلاید 170: راکتور 1170راکتورهای همجوشی هسته‌ای. با این حال میدانهای مغناطیسی توکاماک بوسیله کویل سیم پیچهای بیرونی بسیار بزرگ که چنبره رآکتور را کاملا احاطه می‌کنند تولید می‌شوند. این کویلهای بسیار بزرگ هزینه بسیار زیاد و بی‌نظمی و اختلالاتی در کار رآکتور خواهندداشت.

اسلاید 171: راکتور 1171راکتورهای همجوشی هسته‌ایدر حالی که اسفرومکها پلاسمای بسیار داغ را در یک سیستم میدان مغناطیسی ساده و فشرده که فقط از یک سری ساده از کویلهای کوچک پایدار کننده استفاده می‌کند بوجود می‌آورد. میدانهای مغناطیسی قوی لازم درون پلاسما با چیزی که دینام مغناطیسی نامیده می‌شود تولید می‌شوند.

اسلاید 172: راکتور 1172راکتورهای همجوشی هسته‌ایدرنوعی از رآکتورهای شکافت هسته‌ای بوجود آوردن زنجیره واکنشها بوسیله برخورد دادن یک نوترون پر انرژی با هسته یک اتم 235U انجام می شود.به این صورت که وقتی که این نوترون وارد هسته اتم 238U می‌شود آن را به یک هسته 239U تبدیل می‌کند.

اسلاید 173: راکتور 1173راکتورهای همجوشی هسته‌ایاز آنجا که این هسته ناپایدار است به سرعت واپاشی می‌کرده و اتمهای سبکتری به همراه سه نوترون پر انرژی دیگر را تولید می‌کند. توضیح کاملتر اینکه در هسته‌های سنگین پایدار مثل اورانیوم بین نیروهای الکترو استاتیکی که مایل هستند ذرات تشکیل دهنده اتم را از هم دور کنند و نیروی هسته‌ای که آنها را کنار هم نگه می‌دارد تعادل بسیار حساسی وجود دارد .

اسلاید 174: راکتور 1174راکتورهای همجوشی هسته‌ایاین تعادل را می‌توان براحتی و به روشی که گفته شد به هم زده و واکنش شکافت هسته ای را شروع کنیم. واکنش حاصل از یک اتم با تولید کردن سه نوترون پر انرژی دیگر باعث می‌شود سه اتم اورانیوم دیگر وارد واپاشی بشوند. به همین ترتیب واکنش اصطلاحا زنجیره‌ای می‌شود.

اسلاید 175: راکتور 1175راکتورهای همجوشی هسته‌ای قدر مسلم یک رآکتور همجوشی ایده آل رآکتوریست که در آن واکنشهای زنجیره ای داریم. در واقع هدف اساسی در راه ساخت رآکتور همجوشی هسته‌ای زنجیره‌ای کردن آن است.

اسلاید 176: راکتور 1176راکتورهای همجوشی هسته‌ایاگر قرار باشد که ما در این راه انرژی صرف کنیم تا یک مقدار کمتر از آنرا بدست بیاوریم، مطمئنا این واکنش نه زنجیره‌ایست و نه مفید .

اسلاید 177: راکتور 1177راکتورهای همجوشی هسته‌ایدانشمندان این رشته مفهومی به نام گیرانش را تعریف کرده‌اند که به معنی این است که مقداری انرژی صرف شروع واکنش کنیم و انرژی بیشتر از سلسله واکنشها بگیریم، در واقع در شرایط گیرانش واکنش زنجیره‌ای می‌شود.

اسلاید 178: راکتور 1178راکتورهای همجوشی هسته‌اییعنی نه تنها انرژی تولیدی یک واکنش برای انجام واکنش بعد کافیست، بلکه مقدار زیادی از آن هم اضافه است، و می‌تواند در اختیار ما برای تولید برق قرار بگیرد.

اسلاید 179: راکتور 1179راکتورهای همجوشی هسته‌ایاگر بخواهیم توکامك یا هر وسیله دیگر که همجوشی در آن انجام می‌شود توان مفید داشته باشد، یعنی به ما انرژی بدهد باید شرایط خاصی داشته باشد. برای آنکه احتمال برخورد ذرات (یونهای)نامزد همجوشی بالا برود، اولا باید دمای خیلی بالایی درون آن تولید بشود و رآکتور هم بتواند بخوبی دمای بالا را تحمل کند.

اسلاید 180: راکتور 1180راکتورهای همجوشی هسته‌ایاین دما در محدوده ده به توان هفت درجه کلوین می‌باشد!. ثانیآ رآکتور باید این توانایی را داشته باشد که درونش چگالی زیاد از یونها را وارد کرد ،و سوم اینکه زمان محصور سازی در آن طولانی باشد.

اسلاید 181: راکتور 1181راکتورهای همجوشی هسته‌ایدمای بالا برای آن است که بتوانیم تقریبا مطمئن باشیم که می‌توانیم از سد محکم پتانسیل کولنی هسته‌ها بگذریم. چگالی زیاد هم برای این است که هر چه بیشتر احتمال برخوردهای کارا بالا برود. در این مسیر قانونی وجود دارد که نام آن معیار لاوسون است. اسلايد بعد يك توكامك را نشان مي دهد.

اسلاید 182: راکتور 1182

اسلاید 183: راکتور 1183راکتورهای همجوشی هسته‌ایبه کمک این معیار می‌شود محاسبه کرد که آیا شرایط طوری هست که واکنش به گیرانش برسد یا نه. طبق معیار لاوسن باید مقدار چگالی در مدت زمان محصور سازی ، ده به توان 20 ذره در متر مکعب باشد تا این واکنش به گیرانش برسد (البته بستگی مستقیم با دمای پلاسما دارد).

اسلاید 184: راکتور 1184راکتورهای همجوشی هسته‌ای برای رسیدن به شرایط مطلوب در واکنشهای گرما هسته‌ای که در آنها از سوخت دوتریم - تریتیم استفاده می‌شود دمای پلاسما (T) باید در محدوده یک الی سه ضرب در ده به توان هشت درجه کلوین و زمان محصورسازی TE باید در حدود یک الی سه ثانیه و چگالی (n) باید حوالی یک الی سه ضرب در ده به توان بیست ذره بر متر مکعب باشد.

اسلاید 185: راکتور 1185راکتورهای همجوشی هسته‌ای. برای آغاز بکار رآکتور یعنی برای رسیدن به کمینه دمای حدود 108 کلوین باید از وسیله گرما ساز کمکی استفاده کرد. بعد از محترق شدن سوخت مخلوط پلاسما باذرات آلفایی که در اثر احتراق اولیه بوجود آمده‌اند گرم شده و می‌توانیم دستگاه کمکی را از مدار خارج کنیم.

اسلاید 186: راکتور 1186راکتورهای همجوشی هسته‌ایاز آن به بعد سرعت فعالیتهای همجوشی با افزایش دادن چگالی پلاسما افزایش پیدا می‌کند. با این وجود افزایش چگالی به بالای مرزهای تعیین شده و مطمئنا به معنی به هم خوردن پایداری پلاسما و یا اینکه خاموش شدن رآکتور را در پی خواهد داشت یا فاجعه.

اسلاید 187: راکتور 1187راکتورهای همجوشی هسته‌ایبه عبارت دیگر (در صورت افزایش چگالی پلاسما) برای پایدار کردن پلاسما زمان محصور سازی و دمای احتراق و صد البته حجم پلاسما و نقطه پایداری پلاسما با افزایش چگالی بالاتر رفته و شرایط را برای کار سختتر می‌کند.

اسلاید 188: راکتور 1188راکتورهای همجوشی هسته‌ایبه حالت تعادل در آوردن این مستلزمات با شکل بندی رآکتور در کوچکترین اسپکت ریتو که به شکل بندی مغناطیسی آن بستگی دارد مقدور می‌شود.نسبت R به a را اسپکتریتو می‌گویند.

اسلاید 189: راکتور 1189راکتورهای همجوشی هسته‌ایطبق شکل (ث) که تصویری از سطح مقطع راکتور را نشان می دهد نحوه کنترل و خارج کردن پسماندهای واکنش که همان هلیوم باشند را مشاهده می کنید. ITER اسم مجموعه ایست که اولین رآکتور همجوشی جهان را که از نوع توکاماک خواهد بود، در فرانسه خواهند ساخت.

اسلاید 190: راکتور 1190شکل (ث)

اسلاید 191: راکتور 1191راکتورهای همجوشی هسته‌ایاین مجموعه متشکل است از کشورهای: روسیه ، اروپا ، ژاپن ، کانادا ، چین ، ایالات متحده و جمهوری کره. آنها در این راه از فوق هادیها برای قسمتهای مغناطیسی رآکتور استفاده می کنند. توان خروجی این توکامک 410 مگا وات خواهد بود.

اسلاید 192: راکتور 1192كاربردهاي راكتورهاي هسته اياز راكتورهاي هسته اي مي توان براي تحقق چهار هدف عمده استفاده كرد : 1 - توليد برق2-  به حركت درآوردن موتور شناورهاي دريايي به ويژه زيردرياييها 3 - آزمايش مواد و تحقيق و استفاده هاي آزمايشي 4- توليد پلوتونيم كه در ساخت بمب هاي هسته اي كاربرد دارد.

اسلاید 193: راکتور 1193فصل پنجم: مواد مورد نیاز در راکتورهای هسته ای خواص فيزيکي مواد، اهميت ويژه اي در کاربرد آنها در راکتورهاي هسته اي دارد. خواصي چون استحکام سختي، قابليت کشش، نقطه ذوب، نقطه جوش، چگالي ورسانندگي گرمايي همه موارد آشنايي هستند که مهندسان به هنگام انتخاب مواد براي کاربردهاي خاص به آنها توجه مي کنند.

اسلاید 194: راکتور 1194فصل پنجم: مواد مورد نیاز در راکتورهای هسته ای . سطح مقطع نوترون که در انتخاب اغلب مواد مورد استفاده در قلب راکتورنقش اساسي دارد (پيش از اختراع راکتورها) چندان شناخته شده نبود.بيشتر اجزاي يک راکتور تحت دماها و تنشهاي بالايي قرار مي گيرند و رفتار آنها را تحت چنين شرايطي بايد موردبررسي قرار داد.

اسلاید 195: راکتور 1195فصل پنجم: مواد مورد نیاز در راکتورهای هسته ای همچنين لازم است که همه واکنشهاي شيميايي ممکن بين مواد به کار رفته در يک راکتور را بشناسيم. مثلاً خنک کننده در دماي بالا با چند جز ديگر راکتور ومبادله کن هاي گرما در تماس است، و هر واکنش ممکني همچون خوردگي در اين اجزا بايد به خوبي معلوم باشد.

اسلاید 196: راکتور 1196 معيارهاي مقايسه و انتخاب موادراکتور معيارهاي چندي را به منظورمقايسه و انتخاب موادراکتور مي توان بر شمرد. از جمله : 1- خواص مکانيکي خوب شامل (هرجا لازم باشد) رسانندگي گرمايي، گرماي ويژه ، چگالي، استحکام، نرمي، نقطه ذوب يا نقطه جوش بالا و ضريب انبساط پايين.2- سطح مقطع جذب پايين نوترون براي همه مواد درون قلب جز سوخت و ميله هاي کنترل (وسموم قابل سوخت, در صورت استفاده از آنها).

اسلاید 197: راکتور 1197 معيارهاي مقايسه و انتخاب موادراکتور 3- پايداري شيميايي همه مواد دردماها و فشارهاي راکتور. عدم وجود خطر اکسايش، تجزيه، انفجار يا واکنشهاي شيميايي ديگر.4- عدم وجود تغيير فازهاي متالوژيکي در دماهاي عملياتي که ممکن است منجر به تغييرات ابعادي شوند.5- مقاوت در برابر آسيب ناشي از تابش در طول عمر مواددرون راکتور.6- دسترس پذيري آسان و ارزان نوع خالص، سادگي ساخت و سمي نبودن مواد انتخابي .

اسلاید 198: راکتور 1198انواع سوخت اورانيم :اورانيم، در شکلهاي مختلف متداول ترين ماده سوخت براي راکتورهاي هسته اي است. (در مقايسه با اورانيم، کاربرد توريم و پلوتونيم خيلي محدودتر است.) اورانيم را مي توان به صورت خالص، يعني اورانيم فلزي، يا به صورت ترکيب مثل اکسيد اورانيم و يا کربور اورانيم به کار برد.

اسلاید 199: راکتور 1199انواع سوختاورانيم، فلز نسبتاً نرم وقابل کششي است که در دماي بالا به آساني در هوا و آب اکسيده مي شود. نقطه ذوب آن oC1133 است. اورانيم، بسته به دما، در سه شکل وجود دارد. اين سه شکل مختلف فازهاي آلفا، بتا و گاما نام دارند، وتغييرهاي از يک فاز به فاز ديگر، در اثر تغيير دما، با تغيير چگالي همراه هستند.

اسلاید 200: راکتور 1200انواع سوختچگالي اورانيم در فاز آلفا g/cm319 ورسانندگي گرمايي آن بين W/mK25 در دماي oC25 تا W/mK42 در دماي665 متغير است. انتقال از فاز آلفا به فاز بتا که دراین دما رخ مي دهد با تغييرات ابعادي در ساختار بلوري اورانيم همراه است .برا ي جلوگيري از تغيير شکل ناشي از اين تغيير بعدهاي ناهمسانگرد، دماي665 را ماکزيمم دماي کار اورانيم در نظر مي گيرند.

اسلاید 201: راکتور 1201انواع سوختاکسيد اورانيم پودر سياه رنگي است که با پرس سرد و سخت کردن در دماي بالا مي توان آن را به صورت قرصهاي استوانه اي شکل کوچکي در آورده . اين شکل، متداول ترين ماده براي سوخت راکتورهاي تجارتي است.

اسلاید 202: راکتور 1202انواع سوختدر اين شکل سراميکي، اکسید اورانیوم داراي پايداري خوبي در دماي بالا و مقاومت خوبي در مقابل آسيب ناشي از تابش است وباعث مي شود که بتوان آن را تا سوختگي هاي بالا به کار برد. نقطه ذوب آن 2865 درجه و چگالي نظري آن 10.96 gr/cm3 است، هر چند که در عمل چگالي قرصهایي که به روش بالا ساخته مي شوند حدود g/cm310 است.

اسلاید 203: راکتور 1203انواع سوختاکسيد اورانيم دردماهاي بالا با آب واکنش انجام نمي دهد، و اين خاصيت بسيار خوبي است، چرا که در غير اينصورت واماندگي غلاف گذاري در راکتورهايي که با آب خنک مي شوند به واکنشهاي خطرناکي منجر مي شد.

اسلاید 204: راکتور 1204انواع سوختکريور اورانيم، UC، سوخت سراميکي جالب ديگري است اما به اندازه اکسید اورانیوم گسترش نيافته يا مورد استفاده قرار نگرفته است. اين ترکيب ممکن است داراي مزيتهايي باشد، مثل رسانندگي گرمايي بالاتر وچگالي بالاتر که چگالي بالاتر منجر به حضوراتم هاي اورانيم بيشتري در واحد حجم سوخت مي شود، که در راکتور يک مزيت است.

اسلاید 205: راکتور 1205انواع سوختکربور اورانيم با آب واکنش مي کند، در نتيجه براي راکتورهايي که با آب خنک مي شوند مناسب نيست، اما زير 500 درجه سانتیگراد با سديم واکنش نمي کند، بنابراين مي توان آن را در راکتورهاي سريع به کار برد.

اسلاید 206: راکتور 1206انواع سوختپلوتونيم :چون فلز پلوتونيم خالص تا رسيدن به نقطه ذوب 640 درجه سانتیگراد، داراي تعداد زيادي فاز بلوري است، سوخت مناسب براي راکتور نمي باشد. رسانندگي گرمايي آن نيز خيلي پايين حدود W/Mk2/4در دماي اتاق است.

اسلاید 207: راکتور 1207انواع سوختفلز پلوتونيم در هواي مرطوب خيلي فعال است. اما مي توان آن را در هواي خشک ودماي پايين انبار کرد. پلوتونيم به علت اينکه پرتوزا، سمي و ماده اصلي سلاحهاي هسته اي است، ماده خيلي خطرناکي مي باشد، و از نظر سلامتي نيز خطر بالقوه اي است، مخصوصاً اگر به صورت گرد و غبار در هوا وجود داشته باشد و از طريق تنفس وارد ريه ها بشود.

اسلاید 208: راکتور 1208انواع سوختتوريم :به جز درچند راکتور با خنک کننده گازي دما-بالا، توريم تا کنون به عنوان سوخت راکتور کاربرد زيادي نداشته است. توريم 232 ايزوتوپ باروري است که از آن اورانيم 233توليد مي شود و از جنبه نظري مي توان با استفاده از اين ترکيب در راکتورهاي حرارتي و سريع به نسبتهاي زايش بالايي دست يافت.

اسلاید 209: راکتور 1209انواع سوختبه علت پايداري بهتر اين عصنر برتر از اورانيم است اما به صورت خالص به عنوان سوخت به کار نمي رود. بلکه آن را به صورت دي اکسيد توريم يا کربور ترويم بکار مي برند.

اسلاید 210: راکتور 1210انواع سوختتا امروز اين ترکيبات فقط به مقدار اندک و در معدودي از راکتورهاي با خنک کننده گازي دما-بالا بکار رفته اند.دي اكسيد توريم از چند جهت شبيه اكسيد اورانيم است. روش تهيه آن همان روشهاي متالوژي پودر است، و از نظر شيميايي بي اثر، و در مقابل آسيب ناشي از تابش مقاوم است.

اسلاید 211: راکتور 1211كند كننده ها ويژگيهاي لازم براي كند كننده راكتورهاي حرارتي، يعني عدد جرمي پايين، سطح مقطع جذب نوترون خيلي پايين، و سطح مقطع پراكندگي بالا گزينش را به چند ماده محدود مي كنند. هيدروژن وایزوتوپ ان دوتريم، كربن و برليم تنها عناصري هستند كه براي كندكنندگي مناسب اند.

اسلاید 212: راکتور 1212كند كننده هاهيدروژن و دو تريم به علت گاز بودن، به اندازه كافي چگال نيستند و بايد به صورت تركيب به كار روند، آب و آب سنگين انتخابهايي بديهي هستند. كاربرد تركيبهاي هيدروكربني نيز آزمايش شده است، اما موفق نبوده است و اينگونه مواد به عنوان كند كننده به كار نمي روند.

اسلاید 213: راکتور 1213كند كننده هااما ياداوري اين نكته جالب است كه فرمي در آزمايشهاي اوليه اش در اواخر دهه 1310/1930 از پارافين براي كند كردن نوترون ها و مطالعه برهم كنش هاي آنهابا عناصر استفاده كرد. بنابراين او يكي از نخستين علمايي بود كه از آثار كند سازي نوترون اطلاع داشت.

اسلاید 214: راکتور 1214كند كننده هابرليم داراي سطح مقطع جذب نوترون خيلي پايين (0.009بارن) نقطه ذوب بالا، و استحكام خوبي است، و زمانی به نظر مي آمد كه شايد بتوان در راكتورهاي حرارتي آن را به عنوان كند كننده و يا غلاف سوخت به كاربرد. اما برليم و تركيبات آن سمي هستند، و خود برليم چكش خواري كمي دارد و مقاومت آن هم در برابر خوردگي ضعيف است.

اسلاید 215: راکتور 1215كند كننده هااكسيد برليم BeO ، هم داراي خواص نامطلوبي است. در نتيجه اين شرايط نه برليم و نه اكسيد آن كاربردي در راكتورهاي قدرت پيدا نكرده اند، و به نظر نمي ايد كه در آينده هم كاربردي پيدا كنند.بنابراين، انتخاب كند كننده ها براي راكتورهاي حرارتي به سه ماده-آب، آب سنگين و كربن به شكل گرافيت- محدود مي شود.

اسلاید 216: راکتور 1216كند كننده هاآب :آب، يك انتخاب بديهي براي كند كننده راكتورهاي حرارتي است، و مي تواند به عنوان خنك كننده هم به كار رود.آب از نظر كند كنندگي نوترون داراي خواص بسيار خوبي است كه باعث مي شوند راكتورهاي با خنك كننده آب داراي قلب بسيار كوچك تري نسبت به ساير راكتورها باشند.

اسلاید 217: راکتور 1217كند كننده هاسطح مقطع جذب آب نسبتاً بالا است (0.66بارن بر مولكول) بطوريكه راكتورهاي با خنك كننده و كند كننده آب براي بحراني شدن نياز به اورانيم غني شده دارند. البته آب فراوان و ارزان است و به راحتي با خلوص بالا تهيه مي شود.

اسلاید 218: راکتور 1218كند كننده هامساله اصلي در استفاده از آب به عنوان خنك كننده و كند كننده راكتورهاي قدرت خواص نامطلوب ترموديناميكي آن است. رابطه فشار و دماي اشباع به گونه اي است كه براي جلوگيري از جوشيدن آن در دماهاي بالا به فشارهاي بالايي نياز داريم، مثلا براي آنكه آب بدون جوشيدن به دماي 340 برسد فشار بايد 150 بار باشد.

اسلاید 219: راکتور 1219كند كننده هاخالص نگه داشتن آب در راكتورهاي با خنك كننده و كند كننده آب از آن جهت مهم است كه اولاً خوردگي به حداقل برسد و ثانياً از پرتوزا شدن آب به هنگام عبور ازقلب راكتور جلوگيري شود. ميزان تابش در آب مي تواند بر سطح دز دريافتي كاركنان نيروگاه تاثير بگذارد، و حفظ خلوص بالاي آب به كاهش پرتوگيري كاركنان كمك مي كند.

اسلاید 220: راکتور 1220كند كننده هاآب سنگين :بسياري از خواص فيزيكي و ترموديناميكي آب سنگين شبيه آب معمولي است. فرق اساسي آب سنگين با آب معمولي در اين است كه دو تريم سطح مقطع جذب خيلي كمتري نسبت به هيدروژن دارد و سطح مقطع جذب آب سنگين فقط 0.001 بارن است. اما دوتريم از حيث كندكنندگي به خوبي هيدروژن نيست.

اسلاید 221: راکتور 1221كند كننده ها. در نتيجه، راكتورهايي كه با اب سنگين خنك و كند مي شوند از اورانيم طبیعي به عنوان سوخت استفاده مي كنند، اما ابعاد قلب آنها بزرگتر از قلب راكتورهايي است كه با آب معمولي كند مي شوند. فرق مهم ديگر، اين است كه توليد آب سنگين از طريق جداسازي آن از آب معمولي خيلي گران است، و اتلاف آن در اثر نشت بايد به حداقل رسانده شود.

اسلاید 222: راکتور 1222كند كننده هاگرافيت :اولين راكتور هسته اي دنيا، CP-1 (پيل 1 شيكاگو) يا گرافيت كند مي شد، و با وجوديكه پس از آن از اين ماده در راكتورهاي تجارتي آمريكا استفاده نشده است. در راكتورهاي بريتانيا به نحو گسترده اي مورد استفاده قرار گرفته است.

اسلاید 223: راکتور 1223كند كننده هاويژگيهاي هسته اي اين ماده مثل قدرت كند كنندگي و سطح مقطع جذب به خوبي ويژگيهاي آب سنگين نيستند، اما نوع خالص آن را به آساني مي توان با قيمت مناسبي تهيه كرد و به خوبي قابل ماشين كاري است. خواص ساختاري و گرمايي آن خوب است اما در دماهاي بالا با آب و هوا تركيب مي شود.

اسلاید 224: راکتور 1224كند كننده هاگرافيت داراي رسانندگي گرمايي بالايي (W/mK 190-130) است و در دماي3650 درجه بدون ذوب شدن تصعيد مي شود، بنابراين براي تمام منظورهاي عملي، هيچ حدي بر دماي بيشينه آن وجود ندارد. قلبهاي گرافيتي راكتور از اجتماع تعداد زيادي (چند هزار) بلوك مکعب مستطيلي شكل كه در آنها سوراخهايي براي عناصر سوخت و ميله هاي كنترل تعبيه شده است، به وجود مي آيند.

اسلاید 225: راکتور 1225كند كننده هااثر تابش طولاني مدت نوترون بر گرافيت خيلي مهم است، زير اين تابش باعث تغييرات ابعادي و انباشت انرژي ذخيره شده در ساختار بلوري مي شود. تغييرات ابعادي، ناشي از ساختار بلوري ناهمسانگرد گرافيت هستند، و به دماي گرافيت در خلال تابش بستگي دارد.

اسلاید 226: راکتور 1226كند كننده هادر دماي پايين تر از oC300 ، در امتداد يك محور انقباض، و در امتداد محوري ديگر انبساط رخ مي دهد. در دماهاي بالاتر در همه امتدادها انقباض رخ مي دهد. طرح قلب گرافيتي و بست هايي كه هر بلوك را نسبت به بلوكهاي مجاور آن در جاي خود نگه مي دارند بايد اين تغييرات ابعادي را بدون رسيدن آسيب به قلب يا اعوجاج آن ممكن بسازند.

اسلاید 227: راکتور 1227كند كننده هاانرژي ذخيره شده، كه بعضي اوقات انرژي ويگنر خوانده مي شود، ناشي از انرژي لازم براي جابجا كردن اتمها در ساختار بلوري گرافيت است. تابش نوترون باعث جابجايي اتمها مي شود، و اگر اين اتمها به مكانهاي اوليه خود بر نگردند، اين انرژي در بلور باقي مي ماند.

اسلاید 228: راکتور 1228كند كننده هاراكتورهاي گازي فعلي بريتانيا با دماهاي گرافيت حدود oC400 كار مي كنند. در اين دماها بهبود خود بخود و دائم آشفتگي گرافيت و آزاد شدن انرژي تنش ويگنر وجود دارد، و احتمال تكرار حادثه وينداسكيل وجود ندارد.

اسلاید 229: راکتور 1229خنك كننده ها هر خنك كننده راكتور هسته اي بايد داراي شرايط اصلي زير باشد : 1- خواص ترموديناميكي خوب، يعني رسانندگي گرمايِ، چگالي، و كرماي ويژه بالا، و چسبندگي پايين.2- عدم بر هم كنش شيميايي با قسمتهاي ديگر راكتور.3- سطح مقطع جذب نوتروني خيلي پايين.4- پرتوزا نشدن هنگام عبور خنك كننده از قلب راكتور.

اسلاید 230: راکتور 1230خنك كننده هادر ميان خنك كننده هاي گازي، برخي را مي توان به دلايلي حذف كرد. اكسيژن و هيدروژن هر دو از نظر شيميايي فعال اند، و حتي هيدروژن ممكن است ايجاد انفجار هم بكند. ازت داراي سطح مقطع جذب قابل ملاحظه اي1.8( بارن) است.

اسلاید 231: راکتور 1231خنك كننده هاهوا كه مخلوطي از اكسيژن و ازت است را نيز مي توان حذف كرد. اكسيژن 16 با نوترونهاي انرژي بالا (مثلا نوترونهاي شكافت) دستخوش واكنش (n,p) شده ازت 16 توليد مي كند كه پرتوزا است، اما نيم عمر آن فقط 7 ثانيه است، بطوريكه خطر پرتوزايي، كوتاه-عمر است.

اسلاید 232: راکتور 1232خنك كننده هامهم ترين خنك كننده هاي گازي دي اكسيد كربن و هليم مي باشند.دي اكسيد كربن گاز تقريباً نابر هم كنش گري است، اما در دماهاي بالا با گرافيت و بعضي از انواع فولاد تركيب مي شود.

اسلاید 233: راکتور 1233خنك كننده هامزاياي دي اكسيد كربن عبارت اند از: 1- بي اثر بودن شيميايي، 2- دسترس پذير بودن و ارزاني، 3- سطوح مقطع جذب بسيار پايين كربن و اكسيژن.

اسلاید 234: راکتور 1234خنك كننده هاكربن 13، كه كسر كوچكي از كربن طبيعي را تشكيل مي دهد به ميزان كمي با جذب نوترون به كربن 14 پرتوزا تبديل مي شود. کربن 14 خطر بسيار كوچكي را در هنگام نشت دي اكسد كربن از راكتور یاخروج آن به جو در اثر تهويه راكتور به همراه دارد.

اسلاید 235: راکتور 1235خنك كننده هاهليوم گازي است بي اثر، داراي خواص ترموديناميكي خوب و خطر تابش هم ايجاد نمي كند، بنابراين ظاهرا مي توان آن را به عنوان خنك كننده ايده آل راكتورهاي گازي تلقي كرد.اما متاسفانه به سادگي مقدار زيادي از آن در دسترس نيست و گران هم هست.

اسلاید 236: راکتور 1236خنك كننده هافلزات مايع، به دليل خواص ترموديناميكي خوبشان، بخصوص رسانندگي گرمايي بالاي آنها كه منجر به ضرايب انتقال گرماي خيلي خوبي مي شود، خنك كننده هاي بالقوه خيلي خوبي براي راكتورها هستند. سديم، ليتيم، جيوه و آلياژهاي سديم-پتاسيم همه امكانهاي قابل توجهي هستند.

اسلاید 237: راکتور 1237خنك كننده هااز اين ميان اينها فقط سديم به مقدار قابل ملاحظه اي، منحصراً در راكتورهاي سريع زاينده، مورد استفاده قرار گرفته است. آلياژهاي سديم-پتاسيم هم ممكن است مورد استفاده بيشتري قرار بگيرند.

اسلاید 238: راکتور 1238خنك كننده هاجيوه، خيلي گران و سمي است، مضافاً اينكه سطح مقطع جذب آن بالاتر از آن است كه بتوان آن را در راكتورهاي حرارتي به كار برد. ليتيم از بسياري جهات شبيه سديم است، اما داراي نقطه ذوب خيلي بالاتري است و گران تر نيز هست.

اسلاید 239: راکتور 1239خنك كننده هاسديم، خنك كننده استاندارد براي هنوز تعداد نسبتاً كمي راكتور سريع زاينده است كه در جهان كار مي كنند. نقطه ذوب آن oC98 و نقطه جوش آن در فشار جو oC89 است بنابراين لازم نيست كه سديم را در فشاري بالاتر از فشار جو به كار برد، و اين خود مزيت بزرگي است.

اسلاید 240: راکتور 1240خنك كننده هاسديم با هوا و آب شديداً تركيب مي شود، بنابراين، براي جلوگيري از نشت آن، به لوله كشي و مبادله كن هاي گرماي كاملاً بي عيبي نياز داريم. سديم سطح مقطع جذب نوترون نسبتاً پاييني دارد.

اسلاید 241: راکتور 1241خنك كننده هااگر ميزان اكسيژن موجود در راكتور پايين نگه داشته شود، سديم در اغب مواد راكتور ايجاد خوردگي نمي كند. تشكيل اكسيد سديم در مدار خنك كننده ممكن است منجر به گرفتگي شود، مگر آنكه آن را توسط تله هاي سرد خارج كنيم.

اسلاید 242: راکتور 1242مواد مناسب براي غلاف مواد مناسب براي غلاف سوخت بايد داراي 1- سطح مقطع جذب نوترون خيلي پايين،2- رسانندگي گرمايي بالا،3- استحكام خوب در دماهاي بالا براي مقاومت در مقابل تنش حرارتي تغير شكل سوخت و فشار ناشي از انباشت پاره هاي گازي شكافت در داخل غلاف باشند.

اسلاید 243: راکتور 1243مواد مناسب براي غلافعلاوه بر اين مواد ياد شده بايد سخت بوده و دستخوش خوردگي يا واكشنهاي شيميايي ديگر با سوخت يا خنك كننده نشوند. فلزهاي زير و آلياژهاي آنها برخي، اگر نه همهء، شرايط بالا را دارند و براي غلاف سوخت در نظر گرفته شده اند: آلومينيوم، برليم، منيزيم، زيركونيم، و فولاد زنگ نزن.

اسلاید 244: راکتور 1244مواد مناسب براي غلافهمان طور که قبلآ به گفتیم، برليم ماده خوبي براي كاربرد در راكتور نيست، و براي غلاف نيز منظور نمي شود.آلومينيم به عنوان غلاف در راكتورهاي پژوهشي توان-پايين كه در آنها دما به ندرت از حدود oC 100 تجاوز مي كند به كار رفته است.

اسلاید 245: راکتور 1245مواد مناسب براي غلافسطح مقطع جذب آن نسبتاً پايين 0.23(بارن) اما خواص مكانيكي آن مانند استحكام و سختي خيلي پايين است و در وضعيتهاي تنش بالا يا دماهاي بيش از oC300 نمي توان از آن به عنوان غلاف استفاده كرد. بنابراين آلومينيوم را نمي توان به عنوان غلاف در نيروگاههاي هسته اي به كار برد .

اسلاید 246: راکتور 1246مواد مناسب براي غلافمنيزيم داراي سطح مقطع جذب خيلي پاييني (063. 0 بارن) است اما مثل آلومينيم فلز نرم بدون استحكامي، با دماي كار حداكثر oC 450، است. منيزيم از نظر شيميايي هم خيلي فعال است، و به سادگي در هوا اكسيد مي شود.

اسلاید 247: راکتور 1247مواد مناسب براي غلافخواص منيزيم، بخصوص اكسيد شدن آن را مي توان با افزودن مقدار كمي (كمتر از 1 درصد) آلومينيم و برليم به آن بهبود بخشيد. آلياژي كه به اين ترتيب ايجاد مي شود، موسوم به مگنوكس، به ميزان زيادي به صورت غلاف در راكتورهاي گازي بريتانيا به كار رفته است.

اسلاید 248: راکتور 1248مواد مناسب براي غلافزيركونيم داراي سطح مقطع جذب پايين0.185( بارن)، نقطه ذوب بالا (oC 1850)، خواص مكانيكي خوب و مقاومت بالايي در برابر خوردگي در آب است. اين خواص، زيركونيم را به يك ماده عالي براي غلاف سوخت راكتورها تبديل مي كنند.

اسلاید 249: راکتور 1249مواد مناسب براي غلافخواص مكانيكي زيركونيم و مقاومت آن در برابر خوردگي را مي توان با آلياژ كردن آن با مقدار كمي قلع (1.5 درصد)، آهن (0.15 تا 0.2)، كرم (0.1 درصد) و نيكل (تا 0.5 درصد) بهبود بخشيد. آلياژهاي حاصل زيركولي 2 و زيركولي 4 ، در وسعت زياد به عنوان غلاف و مواد ساختماني درون قلب راكتورهاي آبي و آب سنگين به كار مي روند. اين آلياژها در حال حاضر بهترين مواد براي غلاف هستند.

اسلاید 250: راکتور 1250مواد مناسب براي غلافدر دماهاي خيلي بالا، فراتر از حدود oC1000 ، زيركونيم و آلياژهاي زيركولي با بخار آب تركيب شده توليد هيدروژن مي كنند، كه خيلي خطرناك است. شرايطي كه ممكن است منجر به اين واكنش شوند مي توانند ناشي از گرم شدن بيش از حد سوخت و غلاف به علت انتقال ناكافي گرماي حاصل از واپاشي فراورده هاي شكافت، كه خود زاييده تلف شدن خنك كننده راكتور در اثر يك حادثه است، باشند.

اسلاید 251: راکتور 1251مواد مناسب براي غلاففولاد زنگ نزن از نظر خواصل مكانيكي عالي و مقاومت در برابر خوردگي، مشهور است. متاسفانه سطح مقطع جذب آن كه به نوع فولاد و مقادير دقيق كرم و نيكل موجود در آن بستگي دارد، بالاتر از آن است كه بتوان از آن به عنوان يك ماده ايده آل براي غلاف يا كاربردهاي ديگر در قلب راكتور ياد كرد.

اسلاید 252: راکتور 1252مواد مناسب براي غلافاز اين ماده در حال حاضر به عنوان غلاف سوخت در راكتورهاي آب تحت فشار استفاده نمي شود اما در راكتورگازي پيشرفته و در راكتورهاي زاينده كاربرد دارد. فولاد زنگ نزن، به علت مقاومت عالي در مقابل خوردگي، كاربردهاي بيرون قلب وسيعي در راكتورهاي FBR , PWR دارد.

اسلاید 253: راکتور 1253مواد كنترل موادي كه براي كنترل راكتور مورد استفاده قرار مي گيرند بايد داراي سطح مقطع جذب بالايي باشند. چندين ماده از اين نوع وجود دارد. علاوه بر اين، از مواد با سطح مقطع پايين تر هم مي توان در قلب راكتور براي شكل دهي به شار و كنترل هاي ظريف راكتور استفاه كرد. بدين منظور مي توان از ميله هاي فولاد زنگ نزن استفاده كرد.

اسلاید 254: راکتور 1254مواد كنترلاز ميان مواد كنترل، بور متداول ترين است. از بور به تنهايي نمي توان استفاده كرد، اما مي توان آن را با فولاد در آميخت يا به صورت كربور بور محبوس در كپسول هاي فولادي مورد استفاده قرار داد.

اسلاید 255: راکتور 1255مواد كنترلاينديم و كادميم هر دو سطوح مقطع جذب بالايي دارند (به ترتيب، 195 بارن و 2450 بارن) اما نقطه ذوب آنها پايين تر از آن است كه بتوان از آنها در راكتورهاي قدرت استفاده كرد. از اين مواد، به صورت يك آلياژ شامل 80 درصد نقره، 15 درصد اينديم و 5 درصد كادميم، در ميله هاي كنترل راكتورهاي آب تحت فشار استفاده مي شود .

اسلاید 256: راکتور 1256مواد كنترلهافنيم كه داراي استحكام مكانيكي كافي و مقاومت خوبي در برابر خوردگي است، ماده كنترل خوبي است. با اين همه، اين ماده گران تر از آن است كه بتوان از آن در مقياسي وسيع در راكتورهاي تجارتي استفاده كرد.گادولينيم در بعضي راكتورها، مانند راكتور گازي پيشرفته، به عنوان سم قابل سوختن به كار مي رود.

اسلاید 257: راکتور 1257راكتور 1موفق باشيد