Ядерный Реактор Газового Охлаждения
Реактор
Ядерный генератор вырабатывает энергию путем нагрева газа посредством цепных реакций в ядерном реакторе, который затем вращает газовую турбину.
Ядерный реактор
Ядерный реактор — основной источник тепла, который генератор использует для выработки энергии.
Он представляет собой сетку портов для стержней реактора, в которые инженеры могут вставлять различные изготовленные стержни.
Тепло генерируется в результате цепных реакций внутри топливных стержней и передается газу-теплоносителю по газовым каналам.
Стержни реактора
Стержни реактора — это детали, которые вставляются в сетку реактора и заставляют его функционировать.
Они передают тепло и взаимодействуют с нейтронами внутри реактора.
Если температура стержня реактора достигнет 1426°C (1700 К), он начнет плавиться.
После расплавления он станет гораздо более активным и сможет передавать тепло в реактор, что может привести к полному расплавлению.
Обращение с горячими стержнями реактора может вызвать серьезные ожоги.
Если температура выше 80°C, вам понадобятся перчатки, чтобы с ними обращаться. При 400°C даже перчатки вас не защитят.
Существует четыре различных типа стержней реактора, которые можно изготовить из различных материалов и разместить в сетке реактора: топливные стержни, управляющие стержни, газовые каналы и теплообменники.
Топливные стержни
Топливные стержни являются источником нейтронов и тепла в реакторе.
Они могут испускать нейтроны в результате спонтанного распада или взаимодействия с существующими нейтронами, создавая тепло.
У них есть две характеристики, которые определяют их эффективность и нестабильность:
- Нейтронная радиоактивность: создает высокоэнергетические нейтроны и большое количество тепла. Распадается до радиоактивности.
- Радиоактивность: создает нейтроны и тепло. Распадается до отработанного топлива.
Они также отслеживают, сколько отработанного топлива они содержат, что не влияет на производительность топливного стержня, но может указывать, когда пора его заменить.
Как только топливный стержень будет содержать достаточно отработанного топлива, его можно будет переработать в ядерной центрифуге для получения плутония, который можно использовать для изготовления плутониевых топливных стержней.
Управляющие стержни
Управляющие стержни контролируют поток нейтронов в реакторе.
У них есть уникальное свойство — их можно регулировать, что меняет их эффективность.
Они могут контролировать выходную мощность реактора, ограничивая количество нейтронов, проходящих через них в топливный стержень.
Газовые каналы
Газовые каналы передают тепло от себя газу-теплоносителю, который через них протекает.
Каждый газовый канал увеличивает скорость потока на 100 л/с, позволяя реактору обрабатывать больше газа одновременно.
Теплообменники
Теплообменники направляют распространение тепла внутри реактора.
Они исключительно хорошо передают тепло и не взаимодействуют с нейтронами, что делает их идеальными для передачи тепла от топливного стержня к газовому каналу, не мешая процессу деления.
Управление реактором
Управление и модификация реактора осуществляются через его пользовательский интерфейс, который также предоставляет информацию о состоянии реактора.
Пользовательский интерфейс реактора имеет три основные панели: наведение, вид сетки, панель состояния.
Наведение
Панель наведения имеет элементы управления для вставки и извлечения стержней в сетку реактора и из нее.
Положение цели регулируется с помощью кнопок со стрелками, а точные координаты отображаются в центре.
Стержни реактора можно вставлять или извлекать с помощью кнопки «Вставить/Извлечь» под кнопками положения.
Если в целевой позиции находится стержень реактора, будет отображаться информация об этом стержне, включая его:
- Название
- Температура (T)
- Нейтронная радиоактивность (N)
- Радиоактивность (R)
- Отработанное топливо (S)
В нижней части панели отображается название детали, которая находится в инвентаре реактора и готова к вставке в сетку или извлечению из реактора.
Вид сетки
Вид сетки дает графическую визуализацию состояния сетки реактора.
Кнопку «Изменить вид» можно использовать для переключения между различными видами:
- Вид температуры: показывает температуру компонентов
- Вид нейтронов: показывает количество нейтронов в любой заданной позиции
- Вид цели: показывает текущее местоположение цели
- Вид топлива: показывает уровень топлива компонентов
Панель состояния
Панель состояния предоставляет информацию о реакторе в целом и обеспечивает управление управляющими стержнями.
Индикатор температуры показывает текущую температуру реактора в диапазоне от -273°C до 1726°C (от 0 К до 2000 К).
Если температура реактора когда-либо достигнет 1726°C (2000 К), произойдет расплавление.
Индикатор радиации показывает текущее излучение, испускаемое реактором, в диапазоне от 0 до 50 рад.
Индикатор тепловой мощности показывает оценку количества тепловой энергии, производимой реактором, в диапазоне от 0 до 10 000 000 тепловых ватт (Вт).
Тепловая мощность является хорошей оценкой того, сколько энергии может быть извлечено из газа турбиной.
Тепловая мощность имеет тенденцию увеличиваться и уменьшаться во время работы реактора, редко оставаясь стабильной.
Индикаторы управляющих стержней показывают фактический и заданный уровни вставки управляющих стержней в реакторе и предоставляют кнопки для изменения уровня вставки.
100% вставка означает, что управляющие стержни максимально эффективны, а 0% вставка означает, что управляющие стержни функционально отключены.
Охлаждение реактора
Реактор охлаждается с помощью газов, но некоторые газы в достаточных количествах оказывают влияние на реактор:
Плазма оказывает реактивное действие, создавая больше нейтронов и распадаясь на тритий.
Если в реакторе будет достаточно плазмы, это может привести к неконтролируемой реакции и расплавлению.
Углекислый газ оказывает замедляющее действие, поглощая нейтроны, которые с ним контактируют.
Это можно использовать для регулирования плазменной реакции или замедления работы реактора.
Тритий претерпевает трансмутацию в реакторе, случайным образом распадаясь на широкий спектр газов:
- Кислород
- Азот
- Аммиак
- Закись азота
- Фрезон
В присутствии кислорода и при температурах реактора тритий начнет гореть, создавая большое количество тепла.
Радиация реактора
Реактор иногда допускает утечку некоторого количества радиации, что может представлять опасность для незащищенного экипажа.
Уровень радиации реактора определяется количеством нейтронов, покидающих сетку реактора.
При работе вблизи реактора настоятельно рекомендуется использовать надлежащую защиту и экранирование.
Газовая турбина
Газовая турбина — это место, где фактически вырабатывается энергия.
Она забирает горячий газ из реактора, вырабатывает электричество и отправляет более холодный газ обратно в реактор.
Количество энергии, производимой турбиной, зависит от ее оборотов в минуту (RPM), которые регулируются скоростью потока и нагрузкой на статор.
Скорость потока
Скорость потока определяет, сколько газа проходит через турбину каждую секунду.
Чем выше скорость потока, тем выше обороты турбины.
Скорость потока обычно устанавливается для обеспечения максимального потока через активную зону реактора, что можно найти по следующему уравнению: 100 * количество газовых каналов + 200.
Нагрузка на статор
Нагрузка на статор определяет, сколько энергии вырабатывается за каждый оборот турбины.
Чем выше нагрузка на статор, тем ниже обороты турбины.
Нагрузка на статор обычно регулируется для обеспечения оптимальных оборотов турбины.
RPM
RPM (обороты в минуту) представляет, как быстро вращается турбина.
У турбины есть оптимальные обороты, при которых она будет производить больше всего энергии.
Работа на более высоких или низких оборотах, чем оптимальные, приведет к низкой производительности.
Индикаторы состояния турбины
Турбина имеет набор индикаторов состояния для предупреждения операторов об опасных условиях или неисправностях.
Превышение скорости
Обороты турбины слишком высоки.
Если обороты турбины станут слишком высокими, она начнет получать повреждения.
Длительное время работы на повышенной скорости или чрезмерное превышение скорости приведет к тому, что турбина разрушится.
Повреждения турбины можно отремонтировать с помощью сварочного аппарата, хотя для полного ремонта, скорее всего, потребуется несколько попыток.
Перегрев
Газ, поступающий в турбину, слишком горячий.
Если температура газа, поступающего в турбину, превысит 2726°C (3000 К), сработает аварийный продувочный клапан, и газ будет сброшен в помещение.
Этот горячий газ может вызвать серьезные ожоги у персонала или даже пожар, если газ горючий.
Срыв потока
Газ недостаточно горячий для установленной нагрузки на статор.
Срыв потока происходит, когда газ, поступающий в турбину, не «толкает» достаточно сильно, чтобы преодолеть сопротивление нагрузки на статор.
Недогрев
Газ, поступающий в турбину, слишком холодный.
Если температура газа равна или ниже комнатной (20°C), турбина не сможет извлечь из него энергию.
Детали турбины
Детали турбины определяют, насколько хорошо функционирует турбина.
Детали турбины изготавливаются в инженерном техфабе из набора материалов.
Турбина может принимать два разных типа деталей: лопасти и статоры.
Лопатки турбины
Лопатки турбины определяют целостность и инерцию турбины.
Более высокая целостность означает, что она может выдержать больше повреждений перед отказом, что делает ее в целом безопаснее.
Более высокая инерция означает, что для изменения оборотов потребуется больше энергии, что приводит к более плавной работе.
Статоры
Статоры влияют на энергоэффективность и выходную мощность турбины.
Запуск ядерного генератора
Для запуска ядерного генератора инженеры должны выполнить следующие шаги:
- Заполнить контур охлаждения газом.
- Установить скорость потока турбины в соответствии с настройкой реактора.
- Вставить топливные стержни в пустые места в сетке реактора, обычно рядом с управляющим стержнем (стержнями) и в окружении теплообменников и газовых каналов.
- Извлечь управляющие стержни, чтобы начать разогрев реактора.
- По мере разогрева реактора инженерам потребуется постоянно регулировать нагрузку на статор турбины для поддержания оптимальных оборотов.
- Как только турбина начнет вырабатывать достаточно энергии для станции, управляющие стержни следует вставить до уровня, поддерживающего температуру реактора.
Со временем топливные стержни будут терять радиоактивность, что означает, что управляющие стержни следует извлекать дальше или заменять топливные стержни.
Ядерные материалы
В этой таблице перечислены эффекты каждого материала в реакторе.
Значения для шанса стимулированной эмиссии нейтронов, шанса стимулированной эмиссии, шанса распада нейтронов и шанса распада предполагают, что материал свежий и не подвергался никаким взаимодействиям. Эти значения будут меняться по мере использования материала.
Шанс стимулированной эмиссии нейтронов, шанс стимулированной эмиссии и шанс отражения требуют, чтобы сначала был пройден шанс взаимодействия с нейтронами.
(*) означает, что статистика умножается на сечение поглощения нейтронов, которое изменяется в зависимости от типа стержня. Эти статистические данные записаны в предположении, что сечение поглощения нейтронов = 1.
| Материал | Значение теплопередачи | Шанс взаимодействия с нейтронами* | Шанс стимулированной эмиссии нейтронов | Шанс стимулированной эмиссии | Шанс распада нейтронов* | Шанс распада* | Шанс отражения |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Бананиум | 4 | 37.5% | 11.25% | 52.5% | 7.5% | 35% | 20% |
| Борум | 5.5 | 45% | 25% | ||||
| Латунь | 6.5 | 37.5% | 10% | ||||
| Церенкит | 6 | 30% | 37.5% | 25% | 10% | ||
| Алмаз | 3 | 45% | 35% | ||||
| Стекло | 3 | 15% | 15% | ||||
| Золото | 7 | 45% | 10% | ||||
| Плазма | 4 | 7.5% | 15% | 10% | 10% | ||
| Плазменное стекло | 3 | 22.5% | 35% | ||||
| Пласталь | 5.5 | 52.5% | 15% | ||||
| Плутоний | 6.5 | 60% | 37.5% | 22.5% | 25% | 15% | 35% |
| Серебро | 6 | 30% | 10% | ||||
| Сталь | 5.5 | 30% | 15% | ||||
| Уран | ф | 52.5% | 22.5% | 30% | 15% | 20% | 25% |
| Урановое стекло | 3.25 | 33.75% | 11.25% | 15% | 7.5% | 10% | 20% |
Сечения поглощения нейтронов
- Топливный стержень: 1
- управляющий стержень: 0-2 (в зависимости от уровня вставки)
- Газовый канал: 0.5
- Теплообменник: 0.1
Эффекты материалов деталей турбины
В этих таблицах перечислены эффекты каждого материала в турбине.
Лопатки
| Материал | Целостность | Инерция |
|---|---|---|
| Латунь | 10 | 1000 |
| Алмаз | 35 | 1200 |
| Золото | 10 | 1200 |
| Пласталь | 15 | 1400 |
| Сталь | 15 | 800 |
Статоры
| Материал | Эффективность |
|---|---|
| Золото | 140% |
| Серебро | 120% |
| Сталь | 100% |