Задачи курсовой Курс лекций по теории электрических цепей Ядерная физика Курс лекций по физике


Типы ядерных реакторов. Аварии на ядерных электростанциях

Мощность теплоотдачи с поверхности за счет теплового излучения

где ε - излучательная способность, σ - постоянная Стефана - Больцмана (5,6696 10-8 Вт/(К4 м2)), Т - абсолютная температура, К. В нашей простой модели предположим, что все тепло, излучаемое с внутренней поверхности, достигает внешнюю, и наоборот. Таким образом, результирующая интенсивность теплообмена с внутренней поверхности на внешнюю определяется следующим образом:

(т. е. равна Q0в простой модели).

Таким образом, для вычисления значения ε0 перепишем предыдущую формулу в виде

Полученное значение излучательной способности хорошо согласуется с диапазоном значений этой величины для бетонной поверхности. Однако более сложная модель теплопередачи должна учитывать теплопроводность защиты, тепловыделение в защите и тепловые потери с ее внешней стороны.

Задача. Предположите, что доступ воздуха в рассмотренный контейнер частично ограничен таким образом, что объемный расход потока уменьшился на 50 % (до 0,1416 м3/с). Какие последствия можно ожидать в этом случае, оставаясь в рамках простой модели, с точки зрения радиационных и конвективных тепловых потоков, а также с точки зрения температур стенки канистры и внутреннего защитного слоя контейнера.

Охлаждение бака для хранения высокоактивных жидких отходов

Пример. Жидкие отходы с высоким уровнем излучения хранятся в емкости диаметром D = 6 м. Уровень жидкости в емкости составляет 5 м. Тепло, выделяемое при распаде продуктов деления, отводится водой, циркулирующей по змеевику из нержавеющей стали с внешним диаметром 5 см. Змеевик погружен в жидкие отходы. Вода попадает в змеевик при температуре 20 и покидает при 250С. Жидкие отходы за счет распада продуктов деления выделяют тепло с интенсивностью 14 кВт/м3. Температура отходов должна составлять не более 350С для минимизации коррозии. Рассчитайте необходимую для поддержания охлаждения скорость течения воды и длину трубы, требуемую для змеевика в предположении, что полный коэффициент теплоотдачи U составляет 350 Вт/(м2 К). Считайте удельную теплоемкость воды равной 4,18 кДж/(кг К).

Решение. Объем жидких отходов в емкости (пренебрегая объемом змеевика)

Мощность энерговыделения  составит, таким образом, . Требуемая масса охлаждающей воды

где ΔToi - подогрев воды в змеевике. Таким образом:

Пусть А - площадь внешней поверхности трубы змеевика, тогда

Если ΔТт - разность температур охлаждающей воды и жидких отходов, то

и, следовательно:

Площадь поверхности на метр трубы будет π 0,05 = 0,157 м2 и, следовательно, потребуется 452/0,157=2879 м трубы для змеевика.

Задача. Для емкости, описанной выше, рассчитайте объем, занимаемый змеевиком, и скорректируйте вычисления, учитывая этот объем. Также рассчитайте последствия нарушения водяного охлаждения посредине змеевика.

Хранение и захоронение продуктов деления с перерабатывающего завода Как уже упоминалось в гл. 7, после селективной экстракции на перерабатывающем заводе поток азотной кислоты, содержащий продукты деления, концентрируется с помощью выпаривания и затем содержится в емкостях для хранения. Почти все высокоактивные отходы ядерной промышленности Великобритании, собранные за последние 25 лет, хранятся в 15 таких емкостях в Селлафилде. Всего в них содержится около 1000 м3 жидкости.

Захоронение других материалов В § 8.1 показано, что в ядерной промышленности также образуется большое число разнообразных отходов с низким уровнем радиоактивности. Отходы, состоящие из различного хлама (такого, как резиновые перчатки и остатки тканей, загрязненные следами радиоактивных материалов), обычно захораниваются в неглубоких траншеях и засыпаются слоем земли толщиной не менее метра. Измерения в районах таких захоронений показали, что радиологическая опасность их пренебрежимо мала.

Потери тепла захороненного блока с отходами Пример. Активные отходы с перерабатывающего завода были остеклованы в виде цилиндров с диаметром D = 0,3 м. Цилиндры были захоронены один за другим в желобе под землей на глубине х = 7 м. Энерговыделение в цилиндрах за счет распада продуктов деления составляет 1 кВт/м тепла. Рассчитайте температуру поверхности цилиндров Т1, предполагая, что температура почвы Т2 составляет 200, а теплопроводность 1 Вт/(м К).

Каким образом нам следует «удерживать» плазму в течение достаточно долгого периода времени, чтобы она при этом не касалась (и не плавила) стенок аппарата, в котором должна проходить реакция? На Солнце и звездах термоядерная плазма удерживается большими гравитационными силами. Очевидно, что на Земле мы не можем использовать эти силы для удержания плазмы ни в каких аппаратах приемлемого размера. Для обеспечения удержания плазмы были испробованы и используются два способа.


На главную