Кой е изобретил атомната електроцентрала. Атомна електроцентрала: устройство и въздействие върху околната среда. Големи топлоелектрически централи, атомни електроцентрали и водноелектрически централи в Русия

Атомни електроцентрали

Атомните електроцентрали са ядрени инсталации, които произвеждат енергия при спазване на определени режими при определени условия. За тези цели се използва територията, определена от проекта, където се използват ядрени реактори в комбинация с необходимите системи, устройства, оборудване и конструкции за изпълнение на задачите. За изпълнение на поставените задачи се ангажира специализиран персонал.

Всички атомни електроцентрали в Русия

Историята на ядрената енергетика у нас и в чужбина

Втората половина на 40-те години на миналия век бе белязана от началото на работата по създаването на първия проект, включващ използването на мирен атом за производство на електричество. През 1948 г. I.V. Курчатов, ръководен от задачата на партията и съветското правителство, направи предложение да започне работа по практическото използване на атомната енергия за производство на електричество.

Две години по-късно, през 1950 г., недалеч от село Обнинское, разположено в района на Калуга, започва строителството на първата атомна електроцентрала на планетата. Пускането на първата промишлена атомна електроцентрала в света с мощност 5 MW се състоя на 27.06.1954 г. Съветският съюз стана първата сила в света, която успя да използва атома за мирни цели. Станцията е открита в Обнинск, който по това време е получил статут на град.

Но съветските учени не спират дотук, те продължават да работят в тази посока, по-специално само четири години по-късно, през 1958 г., започва експлоатацията на първия етап на Сибирската АЕЦ. Мощността му беше многократно по-голяма от станцията в Обнинск и възлизаше на 100 MW. Но за местните учени това не беше границата, след завършване на цялата работа проектният капацитет на станцията беше 600 MW.

В необятността на Съветския съюз строителството на атомни електроцентрали по това време придоби огромен мащаб. През същата година започва изграждането на Белоярската АЕЦ, чийто първи етап още през април 1964 г. доставя първите потребители. Географията на изграждането на атомни електроцентрали обхвана цялата страна със своята мрежа, през същата година пуснаха първия блок на атомната електроцентрала във Воронеж, капацитетът му беше 210 MW, вторият блок пусна пет години по-късно през 1969 г. може да се похвали с капацитет от 365 MW. бумът в строителството на атомни електроцентрали не стихва през цялата съветска епоха. Нови станции или вече построени допълнителни единици бяха пуснати на интервали от няколко години. И така, още през 1973 г. Ленинград получи собствена атомна електроцентрала.

Съветската държава обаче не беше единствената в света, която успя да овладее подобни проекти. В Обединеното кралство те също не заспаха и, осъзнавайки перспективите на тази посока, активно изучаваха този въпрос. Само две години по-късно, след откриването на станцията в Обнинск, британците стартират собствен проект за разработване на мирен атом. През 1956 г. британците пуснаха собствена станция в град Калдър-Хол, чиято мощност надвиши съветската и възлизаше на 46 MW. Не изоставайки от другата страна на Атлантическия океан, година по-късно американците тържествено пуснаха станцията в Шипингпорт. Мощността на съоръжението е била 60 MW.

Но развитието на мирния атом беше изпълнено със скрити заплахи, за които целият свят скоро научи. Първият знак беше голяма авария в остров Три Майл, която се случи през 1979 г., но след нея имаше катастрофа, която удари целия свят, в Съветския съюз, в малкия град Чернобил, се случи мащабна катастрофа, случи се през 1986 г. Последствията от трагедията бяха непоправими, но освен това този факт накара целия свят да се замисли за целесъобразността на използването на ядрена енергия за мирни цели.

Световните светила в този бранш сериозно се замислят за подобряване на безопасността на ядрените съоръжения. Резултатът беше учредителното събрание, което беше организирано на 15 май 1989 г. в съветската столица. Асамблеята реши да създаде Световна асоциация, която да включва всички оператори на атомни електроцентрали, общопризнатото й съкращение е WANO. В хода на изпълнение на своите програми организацията систематично следи повишаването на нивото на безопасност на атомните електроцентрали в света. Въпреки всички положени усилия обаче дори най-модерните и на пръв поглед безопасни обекти не могат да устоят на напора на стихията. Именно поради ендогенната катастрофа, която се прояви под формата на земетресение и последвалото го цунами, през 2011 г. имаше авария на станцията Фукушима-1.

Атомно затъмнение

Класификация на АЕЦ

Атомните електроцентрали се класифицират по два критерия, вида на енергията, която произвеждат, и типа на реакторите. В зависимост от вида на реактора се определя количеството генерирана енергия, нивото на безопасност, както и какви суровини се използват в станцията.

Според вида на енергията, която станциите произвеждат, те се разделят на два вида:

Атомни електроцентрали.Основната им функция е да генерират електрическа енергия.

Атомни ТЕЦ.Благодарение на инсталираните там топлоцентрали, които използват топлинните загуби, които са неизбежни в станцията, става възможно затоплянето на водата от мрежата. Така тези станции, освен електричество, генерират и топлинна енергия.

След като разгледаха много варианти, учените стигнаха до извода, че най-рационалните са трите им разновидности, които в момента се използват в целия свят. Те се различават по няколко начина:

1. Използвано гориво;
2. Приложени охлаждащи течности;
3. Ядра, работещи за поддържане на необходимата температура;
4. Тип модератор, който определя намаляването на скоростта на неутроните, които се отделят по време на разпадане и са толкова необходими за поддържане на верижна реакция.

Най-често срещаният тип е реакторът, който използва обогатен уран като гориво. Тук като охладител и модератор се използва обикновена или лека вода. Такива реактори се наричат ​​лека вода, има два вида от тях. При първия парата, използвана за въртене на турбините, се генерира в активна зона, наречена реактор с кипяща вода. Във втория, генерирането на пара се осъществява във външния контур, който е свързан с първи контур чрез топлообменници и парогенератори. Този реактор започна да се разработва през петдесетте години на миналия век, като основата за тях бяха програмите на американската армия. В същото време, приблизително по същото време, Союз разработи реактор с кипяща вода, в който графитена пръчка действаше като модератор.

Именно типът реактор с модератор от този тип е намерил приложение в практиката. Говорим за газоохлаждащ реактор. Историята му започва в края на четиридесетте, началото на петдесетте години на XX век, първоначално развитието на този тип е използвано в производството на ядрени оръжия. В тази връзка за него са подходящи два вида гориво, това са оръжеен плутоний и естествен уран.

Последният проект, който беше придружен от търговски успех, беше реактор, в който тежката вода се използва като охлаждаща течност, а естественият уран, който вече ни е познат, се използва като гориво. Първоначално няколко държави са проектирали такива реактори, но в резултат производството им е съсредоточено в Канада, което е причината за наличието на масивни находища на уран в тази страна.

Ториеви атомни електроцентрали - енергията на бъдещето?

История на подобряването на видовете ядрени реактори

Реакторът на първата атомна електроцентрала на планетата беше много разумен и жизнеспособен дизайн, което беше доказано по време на дългосрочната и безупречна работа на станцията. Сред съставните му елементи бяха:

1. странична защита от вода;
2. обшивка за зидария;
3. горен капак;
4. сглобяем колектор;
5. горивен канал;
6. горна плоча;
7. графитна зидария;
8. долна плоча;
9. разпределителен колектор.

Като основен конструктивен материал за облицовка на ТВЕЛ и технологични канали е избрана неръждаема стомана, по това време не са били известни циркониеви сплави, които могат да бъдат подходящи за работа при температура от 300 ° C. Охлаждането на такъв реактор се извършва с вода, докато налягането, под което се подава, е 100 at. В този случай се отделя пара с температура 280°C, което е доста умерен параметър.

Каналите на ядрен реактор са проектирани по такъв начин, че е възможно да бъдат напълно заменени. Това се дължи на ограничението на ресурса, което се дължи на времето, прекарано от горивото в зоната на дейност. Проектантите не намериха основания да очакват, че конструктивните материали, намиращи се в зоната на активност под облъчване, ще могат да изработят целия си ресурс, а именно около 30 години.

Що се отнася до дизайна на TVEL, беше решено да се приеме тръбна версия с едностранен охлаждащ механизъм

Това намалява вероятността продуктите на делене да навлязат във веригата в случай на повреда на горивния елемент. За регулиране на температурата на облицовката на TVEL се използва горивен състав от ураномолибденова сплав, който има формата на зърна, диспергирани с помощта на матрица с топла вода. Обработеното по този начин ядрено гориво позволява получаването на високонадеждни горивни елементи. способни да работят при високи термични натоварвания.

Скандалната атомна електроцентрала в Чернобил може да послужи като пример за следващ кръг в развитието на мирните ядрени технологии. По онова време технологиите, използвани при изграждането му, се считат за най-модерните, а типът на реактора за най-модерния в света. Става дума за реактора РБМК-1000.

Топлинната мощност на един такъв реактор достига 3200 MW, докато той има два турбогенератора, чиято електрическа мощност достига 500 MW, като по този начин един енергоблок има електрическа мощност от 1000 MW. Като гориво за РБМК е използван обогатен уранов диоксид. В първоначалното състояние преди началото на процеса един тон такова гориво съдържа около 20 кг гориво, а именно уран - 235. При стационарно зареждане на уранов диоксид в реактора масата на веществото е 180 тона.

Но процесът на зареждане не е масов, горивните елементи се поставят в реактора, вече добре познат ни TVEL. Всъщност това са тръби, за създаването на които се използва циркониева сплав. Като съдържание съдържат таблетки уранов диоксид, които са с цилиндрична форма. В зоната на активност на реактора те са разположени в горивни касети, всяка от които комбинира 18 горивни елемента.

В такъв реактор има до 1700 такива възли и те са разположени в графитна зидария, където специално за тези цели са проектирани технологични канали с вертикална форма. Именно в тях циркулира охлаждащата течност, чиято роля в RMBC играе водата. Воден водовъртеж възниква, когато е изложен на циркулационни помпи, от които има осем броя. Реакторът е разположен вътре в шахтата, а графичната зидария е разположена в цилиндрично тяло с дебелина 30 mm. Опората на целия апарат е бетонна основа, под която има басейн – барботьор, който служи за локализиране на аварията.

Третото поколение реактори използва тежка вода

Основният елемент на който е деутерий. Най-често срещаният дизайн се нарича CANDU, той е разработен в Канада и се използва широко по целия свят. Ядрото на такива реактори е разположено в хоризонтално положение, а цилиндричните резервоари играят ролята на нагревателна камера. Горивният канал се простира през цялата нагревателна камера, всеки от тези канали има две концентрични тръби. Има външни и вътрешни гуми.

Във вътрешната тръба горивото е под налягане на охлаждащата течност, което дава възможност за допълнително зареждане на реактора по време на работа. Като модератор се използва тежка вода с формула D20. По време на затворен цикъл водата се изпомпва през тръбите на реактора, съдържащи пакети гориво. В резултат на ядреното делене се отделя топлина.

Охлаждащият цикъл при използване на тежка вода се състои в преминаване през парогенератори, където обикновената вода кипи от отделената от тежката вода топлина, в резултат на което се образува пара под високо налягане. Той се разпределя обратно в реактора, което води до затворен цикъл на охлаждане.

Именно по този път се проведе поетапното усъвършенстване на видовете ядрени реактори, които се използват и се използват в различни страни по света.

Ядрената енергия се използва в топлоенергетиката, когато енергията се получава от ядрено гориво в реактори под формата на топлина. Използва се за генериране на електричество в атомни електроцентрали (АЕЦ), за електроцентрали на големи морски съдове, за обезсоляване на морска вода.

Ядрената енергия дължи появата си преди всичко на природата на неутрона, открит през 1932 г. Неутроните са част от всички атомни ядра, с изключение на ядрото на водорода. Свързаните неутрони в ядрото съществуват неограничено време. В свободната си форма те са краткотрайни, тъй като или се разпадат с полуживот от 11,7 минути, превръщайки се в протон и излъчвайки електрон и неутрино, или бързо се улавят от ядрата на атомите.

Съвременната ядрена енергия се основава на използването на енергия, освободена по време на деленето на естествен изотоп уран-235. В атомните електроцентрали се извършва контролирана реакция на ядрено делене ядрен реактор. Според енергията на неутроните, които произвеждат ядрено делене, прави разлика между топлинни и бързи неутронни реактори.

Основният блок на атомната електроцентрала е ядрен реактор, чиято диаграма е показана на фиг. 1. Енергията се получава от ядрено гориво и след това се предава на друг работен флуид (вода, метална или органична течност, газ) под формата на топлина; след това се преобразува в електричество по същия начин, както при конвенционалните.

Те контролират процеса, поддържат реакцията, стабилизират захранването, пускат и спират реактора с помощта на специални мобилни устройства контролни пръти 6 И 7 от материали, които интензивно абсорбират топлинни неутрони. Те се управляват от система за управление 5 . Действия контролни прътисе изразяват в промяна на мощността на неутронния поток в активната зона. По канали 10 водата циркулира, охлаждайки бетона за биологична защита

Контролните пръти са изработени от бор или кадмий, които са термично, радиационно и корозионно устойчиви, механично здрави и имат добри топлопреносни свойства.

Вътре в масивна стоманена кутия 3 има кошница 8 с горивни елементи 9 . Охлаждащата течност влиза през тръбопровода 2 , преминава през активната зона, измива всички горивни елементи, загрява и през тръбопровода 4 влиза в парогенератора.

Ориз. 1. Ядрен реактор

Реакторът е поставен в дебело бетонно устройство за биологично задържане. 1 , който предпазва околното пространство от потока неутрони, алфа, бета, гама лъчение.

Горивни елементи (горивни пръти)е основната част на реактора. В тях директно протича ядрена реакция и се отделя топлина, всички останали части служат за изолация, контрол и отвеждане на топлина. Конструктивно горивните елементи могат да бъдат изработени от пръти, пластини, тръбни, сферични и др. Най-често те са пръти с дължина до 1 метър, диаметър 10 mm. Те обикновено се сглобяват от уранови топчета или от къси тръби и пластини. Отвън горивните пръти са покрити с устойчива на корозия тънка метална обвивка. За обвивката се използват циркониеви, алуминиеви, магнезиеви сплави, както и легирана неръждаема стомана.

Предаването на топлина, отделена по време на ядрена реакция в активната зона на реактора, към работния флуид на двигателя (турбината) на електроцентралите се извършва по едноконтурни, двуконтурни и триконтурни схеми (фиг. 2).

Ориз. 2. Атомна електроцентрала
а - по едноконтурна схема; b - според схемата с две вериги; c - според схемата с три вериги
1 - реактор; 2, 3 - биологична защита; 4 - регулатор на налягането; 5 - турбина; 6 - електрически генератор; 7 - кондензатор; 8 - помпа; 9 - резервен капацитет; 10 – регенеративен нагревател; 11 – парогенератор; 12 - помпа; 13 - междинен топлообменник

Всяка верига е затворена система. Реактор 1 (във всички термични вериги), поставени вътре в първичната 2 и вторичен 3 биологични защити. Ако атомната електроцентрала е изградена по едноконтурна топлинна схема, парата от реактора през регулатора на налягането 4 влиза в турбината 5 . Валът на турбината е свързан с вала на генератора 6 в който се генерира електрически ток. Отработената пара влиза в кондензатора, където се охлажда и напълно кондензира. помпа 8 насочва конденза към регенеративен нагревател 10 , и след това влиза в реактора.

При двуконтурна схема охлаждащата течност, загрята в реактора, влиза в парогенератора 11 , където топлината се пренася чрез повърхностно нагряване към охлаждащата течност на работния флуид (захранваща вода на втория кръг). В реактори с вода под налягане охлаждащата течност в парогенератора се охлажда с приблизително 15 ... 40 ° C и след това с циркулационна помпа 12 обратно към реактора.

При схема с три контура охлаждащата течност (обикновено течен натрий) от реактора се изпраща към междинен топлообменник 13 а оттам от циркулационната помпа 12 се връща в реактора. Охлаждащата течност във вторичната верига също е течен натрий. Тази верига не е облъчена и следователно нерадиоактивна. Натрият от втората верига влиза в парогенератора 11 , отдава топлина на работния флуид и след това циркулационната помпа се изпраща обратно към междинния топлообменник.

Броят на циркулационните кръгове определя вида на реактора, използвания охладител, неговите ядрено-физични свойства и степента на радиоактивност. Едноконтурната схема може да се използва в реактори с кипяща вода и в реактори с газово охлаждане. Най-разпространеният двойна веригакогато се използва като топлоносител на вода, газ и органични течности. Схемата с три кръга се използва в атомни електроцентрали с реактори на бързи неутрони, използващи течни метални охладители (натриеви, калиеви, натриево-калиеви сплави).

Ядреното гориво може да бъде уран-235, уран-233 и плутоний-232. Суровини за получаване на ядрено гориво - естествен уран и торий. По време на ядрената реакция на един грам делящ се материал (уран-235) се освобождава енергия, еквивалентна на 22×10 3 kWh (19×10 6 cal). За да се получи това количество енергия, е необходимо да се изгорят 1900 кг петрол.

Уран-235 е лесно достъпен, енергийните му запаси са почти същите като на изкопаемите горива. Въпреки това, използвайки ядрено гориво с такава ниска ефективност, както е сега, наличните източници на уран ще бъдат изчерпани след 50-100 години. В същото време има практически неизчерпаеми „находища“ на ядрено гориво – това е уран, разтворен в морска вода. Той е стотици пъти по-изобилен в океана, отколкото на сушата. Цената за получаване на един килограм уранов диоксид от морска вода е около $60-80, а в бъдеще ще падне до $30, докато цената на урановия диоксид, произведен в най-богатите залежи на сушата, е $10-20. Следователно след известно време разходите на сушата и "на морската вода" ще станат от същия порядък.

Цената на ядреното гориво е около половината от цената на изкопаемите въглища. В електроцентралите, работещи с въглища, 50-70% от цената на електроенергията се пада на дела на горивото, а в атомните електроцентрали - 15-30%. Модерна топлоелектрическа централа с мощност от 2,3 милиона kW (например Samara GRES) консумира около 18 тона въглища (6 влака) или 12 хиляди тона мазут (4 влака) дневно. Ядрената, със същата мощност, изразходва само 11 кг ядрено гориво през деня, а 4 тона през годината. Една ядрена централа обаче е по-скъпа от топлинната като строителство, експлоатация и ремонт. Например изграждането на атомна електроцентрала с мощност 2–4 милиона kW струва приблизително 50–100% повече от топлинна.

Възможно е да се намалят капиталовите разходи за изграждане на АЕЦ чрез:

1. стандартизация и унификация на оборудването;
2. разработване на компактни конструкции на реактори;
3. подобряване на системите за управление и регулиране;
4. намаляване на продължителността на спиране на реактора за презареждане.

Важна характеристика на атомните електроцентрали (ядрени реактори) е ефективността на горивния цикъл. За да подобрите икономията на горивния цикъл, трябва:

• да се увеличи дълбочината на изгаряне на ядреното гориво;
• повишаване на коефициента на размножаване на плутоний.

При всяко делене на ядрото на уран-235 се отделят 2-3 неутрона. От тях само един се използва за по-нататъшна реакция, останалите се губят. Въпреки това е възможно да се използват за възпроизвеждане на ядрено гориво чрез създаване на реактори на бързи неутрони. Когато реакторът работи на бързи неутрони, е възможно едновременно да се получат приблизително 1,7 kg плутоний-239 за 1 kg изгорял уран-235. По този начин може да се покрие ниската топлинна ефективност на атомните електроцентрали.

Бързите неутронни реактори са десет пъти по-ефективни (по отношение на използването на ядрено гориво) от горивните неутронни реактори. Те нямат модератор и използват силно обогатено ядрено гориво. Неутроните, излъчвани от ядрото, се абсорбират не от структурни материали, а от уран-238 или торий-232, разположени наоколо.

В бъдеще основните делящи се материали за атомните електроцентрали ще бъдат плутоний-239 и уран-233, получени съответно от уран-238 и торий-232 в реактори на бързи неутрони. Превръщането на уран-238 в плутоний-239 в реактори ще увеличи ресурсите на ядрено гориво около 100 пъти, а торий-232 в уран-233 с 200 пъти.

На фиг. Фигура 3 показва диаграма на атомна електроцентрала с бързи неутрони.

Отличителни черти на атомна електроцентрала на бързи неутрони са:

1. промяната в критичността на ядрен реактор се извършва чрез отразяване на част от неутроните на делене на ядреното гориво от периферията обратно към сърцевината с помощта на рефлектори 3 ;
2. рефлектори 3 може да се върти, променяйки изтичането на неутрони и, следователно, интензивността на реакциите на делене;
3. възпроизвежда се ядрено гориво;
4. отстраняването на излишната топлинна енергия от реактора се извършва с помощта на охладител-радиатор 6 .

Ориз. 3. Схема на атомна електроцентрала на бързи неутрони:
1 - горивни елементи; 2 – възобновяемо ядрено гориво; 3 – отражатели на бързи неутрони; 4 - ядрен реактор; 5 - потребител на електроенергия; 6 - хладилник-емитер; 7 - преобразувател на топлинна енергия в електрическа енергия; 8 - радиационна защита.

Преобразуватели на топлинна енергия в електрическа

Според принципа на използване на топлинна енергия, генерирана от атомна електроцентрала, преобразувателите могат да бъдат разделени на 2 класа:

1. машина (динамична);
2. безмашинни (директни преобразуватели).

При машинните преобразуватели обикновено към реактора е свързана газова турбина, в която работната течност може да бъде водород, хелий, хелиево-ксенонова смес. Ефективността на преобразуването на топлината, подадена директно към турбогенератора в електричество, е доста висока - ефективността на преобразувателя η = 0,7-0,75.

Схема на атомна електроцентрала с динамичен преобразувател на газова турбина (машина) е показана на фиг. 4.

Друг вид машинен преобразувател е магнитогазодинамичен или магнитохидродинамичен генератор (МГДГ). Диаграма на такъв генератор е показана на фиг. 5. Генераторът е канал с правоъгълно напречно сечение, две стени от който са направени от диелектрик, а две от които са направени от електропроводим материал. През каналите се движи електропроводима работна течност - течна или газообразна, която се пронизва от магнитно поле. Както знаете, когато проводник се движи в магнитно поле, възниква ЕМП, която по протежение на електродите 2 предадена на потребителя на електроенергия 3 . Източникът на енергия на работния топлинен поток е топлината, отделена в ядрения реактор. Тази топлинна енергия се изразходва за движението на зарядите в магнитно поле, т.е. се преобразува в кинетична енергия на текущата струя, а кинетичната енергия се преобразува в електрическа.

Ориз. 4. Схема на атомна електроцентрала с преобразувател на газова турбина:
1 - реактор; 2 – верига с течен метален охладител; 3 – топлообменник за подаване на топлина към газ; 4 - турбина; 5 - електрически генератор; 6 - компресор; 7 - радиатор-радиатор; 8 – верига за отвеждане на топлина; 9 - циркулационна помпа; 10 - топлообменник за отвеждане на топлина; 11 - топлообменник-регенератор; 12 - верига с работния флуид на конвертора на газовата турбина.

Директните преобразуватели (безмашинни) на топлинна енергия в електрическа се разделят на:

1. термоелектрически;
2. термоефективен;
3. електрохимичен.

Термоелектрическите генератори (ТЕГ) се основават на принципа на Seebeck, което означава, че в затворена верига, състояща се от различни материали, възниква термоелектрическа мощност, ако се поддържа температурна разлика в точките на контакт на тези материали (фиг. 6). За генериране на електроенергия е препоръчително да се използват полупроводникови ТЕГ, които имат по-висока ефективност, докато температурата на горещия възел трябва да бъде доведена до 1400 K и по-висока.

Термоелектронните преобразуватели (TEC) позволяват получаването на електричество в резултат на излъчване на електрони от нагрят до високи температури катод (фиг. 7).

Ориз. 5. Магнитогазодинамичен генератор:
1 – магнитно поле; 2 - електроди; 3 - потребител на електроенергия; 4 - диелектрик; 5 - проводник; 6 - работна течност (газ).

Ориз. 6. Схема на работа на термоелектрически генератор

Ориз. 7. Схема на работа на термоелектронния преобразувател

За да се поддържа емисионният ток, към катода се подава топлина Q 1 . Електроните, излъчени от катода, след като са преодолели вакуумната междина, достигат до анода и се абсорбират от него. При "кондензацията" на електрони в анода се отделя енергия, равна на работата на изхода на електроните с противоположен знак. Ако осигурим непрекъснато подаване на топлина към катода и отстраняването му от анода, тогава през товара Рще тече постоянен ток. Електронната емисия протича ефективно при температури на катода над 2200 K.

Безопасност и надеждност на експлоатацията на АЕЦ

Един от основните въпроси в развитието на ядрената енергетика е осигуряването на надеждност и безопасност на атомните електроцентрали.

Радиационната безопасност се осигурява от:

1. създаване на надеждни конструкции и устройства за биологична защита на персонала от излагане на радиация;
2. пречистване на въздуха и водата, напускащи помещенията на АЕЦ извън нейните граници;
3. извличане и надеждно локализиране на радиоактивно замърсяване;
4. ежедневен дозиметричен контрол на помещенията на АЕЦ и индивидуален дозиметричен контрол на персонала.

Помещенията на АЕЦ в зависимост от режима на работа и монтираното в тях оборудване се делят на 3 категории:

1. зона строг режим;
2. зона с ограничен достъп;
3. зона на нормален режим.

Персоналът е постоянно в помещенията от трета категория, тези помещения на станцията са радиационно безопасни.

Атомните електроцентрали генерират твърди, течни и газообразни радиоактивни отпадъци. Те трябва да се изхвърлят по такъв начин, че да не се създава замърсяване на околната среда.

Газовете, отстранени от помещението по време на вентилация, могат да съдържат радиоактивни вещества под формата на аерозоли, радиоактивен прах и радиоактивни газове. Вентилацията на станцията е изградена по такъв начин, че въздушните потоци преминават от най-„чистите“ към „замърсените“ и се изключват напречните потоци в обратната посока. Във всички помещения на станцията се извършва пълна подмяна на въздуха в рамките на не повече от един час.

По време на експлоатацията на атомните електроцентрали възниква проблемът с отстраняването и погребването на радиоактивните отпадъци. Горивните елементи, прекарани в реактори, издържат известно време във водни басейни директно в атомните електроцентрали, докато настъпи стабилизиране на изотопи с кратък полуживот, след което горивните елементи се изпращат в специални радиохимични инсталации за регенерация. Там ядреното гориво се извлича от горивните пръти, а радиоактивните отпадъци подлежат на погребване.

Всичко е много просто. Уран-235 се разпада в ядрен реактор, докато се освобождава огромно количество топлинна енергия, кипи вода, пара под налягане завърта турбина, която върти електрически генератор, който генерира електричество.

Поне един естествен ядрен реактор е известен на науката. Намира се в урановото находище Окло в Габон. Вярно е, че вече е изстинал преди милиард и половина години.

Уран-235 е един от изотопите на урана. Различава се от обикновения уран по това, че в ядрото му липсват 3 неутрона, което прави ядрото по-малко стабилно и се разделя на две, когато неутрон се блъсна в него с висока скорост. В този случай се излъчват още 2-3 неутрона, които могат да попаднат в друго ядро ​​на Уран-235 и да го разцепят. И така по веригата. Това се нарича ядрена реакция.

Контролирана реакция

Ако не контролирате верижната ядрена реакция и тя протича твърде бързо, получавате истинска ядрена експлозия. Следователно процесът трябва да се следи внимателно и да не се допуска твърде бързото разпадане на урана. За целта ядреното гориво в метални тръби се поставя в модератор – вещество, което забавя неутроните и превръща кинетичната им енергия в топлина.

За да се контролира скоростта на реакцията, пръчки от материал, поглъщащ неутрони, се потапят в модератора. Когато тези пръти се повдигнат, те улавят по-малко неутрони и реакцията се ускорява. Ако пръчките се спуснат, реакцията ще се забави отново.

Въпрос на технология

Огромните тръби в атомните електроцентрали всъщност изобщо не са тръби, а охладителни кули - кули за бързо охлаждане на пара.

В момента на разпадане ядрото се разделя на две части, които се разлитат с бясна скорост. Но те не летят далеч - удрят се в съседни атоми и кинетичната енергия се превръща в топлинна.

След това тази топлина се използва за нагряване на вода, превръщайки я в пара, парата завърта турбината, а турбината завърта генератора, който генерира електричество, точно както в конвенционална топлоелектрическа централа, работеща с въглища.

Смешно е, но цялата тази ядрена физика, уранови изотопи, ядрени верижни реакции - всичко това, за да кипне вода.

За чистота

Ядрената енергия не се използва само в атомните електроцентрали. Има кораби и подводници, които работят с ядрена енергия. През 50-те години на миналия век дори са разработени атомни автомобили, самолети и влакове.

В резултат на работата на ядрен реактор се генерират радиоактивни отпадъци. Някои от тях могат да бъдат рециклирани за по-нататъшна употреба, други трябва да се съхраняват в специални складове, за да не вредят на хората и околната среда.

Въпреки това ядрената енергия сега е една от най-екологичните. Атомните електроцентрали не произвеждат емисии, изискват много малко гориво, заемат малко място и са много безопасни, когато се използват правилно.

Но след аварията в атомната електроцентрала в Чернобил много страни спряха развитието на ядрената енергетика. Въпреки че, например, във Франция почти 80 процента от енергията се генерира от атомни електроцентрали.

През 2000-те години, поради високата цена на петрола, всички си спомниха ядрената енергия. Има разработки на компактни атомни електроцентрали, които са безопасни, могат да работят десетилетия и не изискват поддръжка.

Енергията е един от най-глобалните проблеми на човечеството. Гражданската инфраструктура, промишлеността, военните - всички изискват огромни количества електричество и много минерали се отделят годишно за генерирането му. Проблемът е, че тези ресурси не са безкрайни и сега, докато ситуацията е повече или по-малко стабилна, трябва да мислим за бъдещето. Големи надежди бяха възложени на алтернативното, чисто електричество, но както показва практиката, крайният резултат далеч не е желан. Разходите за слънчеви или вятърни електроцентрали са огромни, а количеството енергия е минимално. Ето защо сега атомните електроцентрали се считат за най-обещаващият вариант за по-нататъшно развитие.

История на АЕЦ

Първите идеи относно използването на атома за производство на електричество се появяват в СССР около 40-те години на XX век, почти 10 години преди създаването на собствени оръжия за масово унищожение на тази основа. През 1948 г. е разработен принципът на работа на атомните електроцентрали и в същото време за първи път в света е възможно да се захранват устройства от атомна енергия. През 1950 г. Съединените щати завършват изграждането на малък ядрен реактор, който по това време може да се счита за единствената електроцентрала от този тип на планетата. Вярно, че беше експериментален и произвеждаше само 800 вата мощност. В същото време СССР полага основите на първата в света пълноценна атомна електроцентрала, въпреки че след пускането в експлоатация тя все още не произвежда електроенергия в индустриален мащаб. Този реактор беше използван повече за усъвършенстване на технологията.

От този момент започва масовото строителство на атомни електроцентрали по света. В допълнение към традиционните лидери в тази "надпревара" САЩ и СССР, първите реактори се появяват в:

• 1956 - Великобритания.
• 1959 - Франция.
• 1961 - Германия.
• 1962 - Канада.
• 1964 г. - Швеция.
• 1966 - Япония.

Броят на строящите се атомни електроцентрали непрекъснато се увеличава до катастрофата в Чернобил, след което строителството започва да замръзва и постепенно много страни започват да се отказват от ядрената енергия. В момента нови такива електроцентрали се появяват главно в Русия и Китай. Някои страни, които по-рано планираха да преминат към друг вид енергия, постепенно се връщат към програмата и в близко бъдеще е възможен нов скок в изграждането на атомни електроцентрали. Това е задължителен етап от развитието на човечеството, поне докато не се намерят други ефективни варианти за производство на енергия.

Характеристики на ядрената енергетика

Основният плюс е генерирането на огромно количество енергия с минимален разход на гориво и почти никакво замърсяване. Принципът на работа на ядрен реактор в атомна електроцентрала се основава на обикновен парен двигател и използва вода като основен елемент (без да се брои самото гориво), следователно от гледна точка на околната среда вредата е минимална. Потенциалната опасност от електроцентрали от този тип е силно преувеличена. Причините за чернобилската катастрофа все още не са надеждно установени (повече за това по-долу) и освен това цялата информация, събрана като част от разследването, направи възможно модернизирането на съществуващите станции, елиминирайки дори малко вероятните варианти за радиационни емисии. Еколозите понякога казват, че такива станции са мощен източник на топлинно замърсяване, но това също не е съвсем вярно. Наистина горещата вода от втория контур навлиза във водни обекти, но най-често се използват техните изкуствени версии, създадени специално за това, а в други случаи делът на такова повишаване на температурата не може да се сравни със замърсяването от други енергийни източници.

Проблем с горивото

Не последната роля в популярността на атомните електроцентрали играе горивото - уран-235. Изисква много по-малко от всеки друг вид с едновременно огромно освобождаване на енергия. Принципът на работа на реактора на атомна електроцентрала предполага използването на това гориво под формата на специални „хапчета“, поставени в пръти. Всъщност единствената трудност в този случай е да се създаде точно такава форма. Въпреки това наскоро започна да се появява информация, че сегашните световни резерви също няма да са достатъчни за дълго време. Но това вече е предвидено. Най-новите триконтурни реактори работят с уран-238, който е много изобилен и проблемът с недостига на гориво ще изчезне за дълго време.

Принципът на работа на двуконтурна атомна електроцентрала

Както бе споменато по-горе, той се основава на конвенционална парна машина. Накратко, принципът на работа на атомната електроцентрала е да загрява водата от първи контур, която от своя страна загрява водата от втория контур до състояние на пара. Той стърчи в турбината, завъртайки лопатките, карайки генератора да генерира електричество. „Отпадъчната“ пара влиза в кондензатора и се превръща обратно във вода. Така се получава практически затворен цикъл. На теория всичко това може да работи още по-лесно, като се използва само една верига, но това вече е наистина опасно, тъй като водата в нея на теория може да бъде замърсена, което е изключено при използване на системния стандарт за повечето атомни електроцентрали с две водни цикли изолирани един от друг.

Принципът на работа на триконтурна атомна електроцентрала

Това вече са по-модерни електроцентрали, които работят на уран-238. Запасите му съставляват повече от 99% от всички радиоактивни елементи в света (оттук и огромните перспективи за използване). Принципът на работа и дизайн на атомна електроцентрала от този тип вече е в наличието на най-много три вериги и активното използване на течен натрий. Като цяло всичко остава почти същото, но с малки допълнения. В първи контур, загрят директно от реактора, този течен натрий циркулира при висока температура. Вторият кръг се нагрява от първия и също използва същата течност, но не толкова гореща. И едва тогава, вече в третата верига, се използва вода, която се нагрява от втората до състоянието на пара и върти турбината. Системата се оказва по-сложна технологично, но е необходимо да се изгради такава атомна електроцентрала само веднъж и след това остава само да се насладите на плодовете на труда.

Чернобил

Смята се, че принципът на работа на атомната електроцентрала в Чернобил е основната причина за бедствието. Официално има две версии за случилото се. Проблемът един по един възниква заради некоректни действия на операторите на реактора. Според втория - заради неуспешния дизайн на електроцентралата. Принципът на работа на атомната електроцентрала в Чернобил обаче е използван и в други централи от този тип, които функционират правилно и до днес. Има мнение, че е имало верига от инциденти, която е почти невъзможно да се повтори. Това е малко земетресение в този район, експеримент с реактор, малки проблеми в самия дизайн и т.н. Заедно това предизвика експлозията. Въпреки това все още не е известна причината, която е причинила рязко увеличаване на мощността на реактора, когато не е трябвало. Имаше дори мнение за възможен саботаж, но до днес не е възможно да се докаже нищо.

Фукушима

Това е още един пример за глобална катастрофа, свързана с атомна електроцентрала. И в този случай причината е верига от катастрофи. Станцията беше надеждно защитена от земетресения и цунами, които не са рядкост на японския бряг. Малцина биха могли да си представят, че и двете събития ще се случат едновременно. Принципът на работа на генератора на АЕЦ Фукушима предполага използването на външни източници на енергия за поддържане на целия комплекс за безопасност в експлоатация. Това е разумна мярка, тъй като по време на аварията би било трудно да се получи енергия от самата станция. Поради земетресението и цунамито всички тези източници излязоха от строя, което доведе до стопяване на реакторите и настъпи катастрофа. В момента се предприемат мерки за отстраняване на щетите. Според експерти това ще отнеме още 40 години.

Въпреки цялата си ефективност, ядрената енергия все още е доста скъпа, тъй като принципите на работа на парогенератора на атомната електроцентрала и другите му компоненти предполагат огромни разходи за строителство, които трябва да бъдат възстановени. Сега електричеството от въглища и нефт все още е по-евтино, но тези ресурси ще се изчерпят през следващите десетилетия, а през следващите няколко години ядрената енергия ще бъде по-евтина от всичко. В момента чистата електроенергия от алтернативни енергийни източници (вятърни и слънчеви централи) струва около 20 пъти повече.

Смята се, че принципът на работа на атомните електроцентрали не позволява бързо изграждане на такива централи. Не е вярно. Изграждането на среден обект от този тип отнема около 5 години.

Станциите са идеално защитени не само от потенциално излъчване на радиация, но и от повечето външни фактори. Например, ако терористите изберат която и да е атомна електроцентрала вместо кулите близнаци, те ще могат да причинят само минимални щети на околната инфраструктура, което по никакъв начин няма да повлияе на работата на реактора.

Резултати

Принципът на работа на атомните електроцентрали е практически същият като принципите на работа на повечето други традиционни електроцентрали. Парната енергия се използва навсякъде. Водноелектрическите централи използват налягането на течаща вода и дори тези модели, които се захранват от слънчева енергия, също използват течност, която се нагрява до кипене и върти турбините. Единственото изключение от това правило са вятърните паркове, в които лопатките се въртят поради движението на въздушните маси.