Ki találta fel az atomerőművet? Atomerőmű: tervezés és a környezetre gyakorolt hatás. Nagy hőerőművek, atomerőművek és vízerőművek Oroszországban
Atomerőművek
Az atomerőművek olyan nukleáris létesítmények, amelyek energiát termelnek, miközben bizonyos feltételek mellett meghatározott rezsimet tartanak fenn. E célokra a projekt által meghatározott terület kerül felhasználásra, ahol a nukleáris reaktorokat a szükséges rendszerekkel, eszközökkel, berendezésekkel és szerkezetekkel együtt alkalmazzák a kijelölt feladatok ellátásához. A célzott feladatok elvégzéséhez speciális személyzetet vonnak be.
Az összes oroszországi atomerőmű
Az atomenergia története hazánkban és külföldön
A 40-es évek második felében megkezdődött az első olyan projekt létrehozása, amely a békés atomok villamosenergia-termelésre való felhasználását foglalja magában. 1948-ban I.V. Kurcsatov a párt és a szovjet kormány utasításaitól vezérelve javaslatot tett az atomenergia villamosenergia-termelésre való gyakorlati felhasználásának megkezdésére.
Két évvel később, 1950-ben, nem messze a Kaluga régióban található Obninskoye falutól, megkezdték a bolygó első atomerőművének építését. 1954. június 27-én indították be a világ első ipari atomerőművét, amelynek teljesítménye 5 MW volt. A Szovjetunió lett az első olyan hatalom a világon, amely az atomot békés célokra használta. Az állomást Obnyinszkban nyitották meg, amely addigra városi rangot kapott.
A szovjet tudósok azonban nem álltak meg itt, folytatták a munkát ebben az irányban, különösen négy évvel később, 1958-ban megkezdődött a Szibériai Atomerőmű első szakaszának működése. Teljesítménye sokszorosa volt az obninszki állomásénak, és elérte a 100 MW-ot. De a hazai tudósok számára ez nem jelentett határt, az összes munka befejeztével az állomás tervezési teljesítménye 600 MW volt.
A Szovjetunió hatalmas területén az atomerőművek építése akkoriban hatalmas léptéket öltött. Ugyanebben az évben megkezdődött a Belojarski Atomerőmű építése, amelynek első szakasza már 1964 áprilisában ellátta az első fogyasztókat. Az atomerőművek építésének földrajza az egész országot behálózta a hálózatába, még ugyanebben az évben Voronyezsben indult az atomerőmű első blokkja, amelynek teljesítménye 210 MW volt, a második blokk öt évvel később indult. 1969, 365 MW kapacitással büszkélkedhetett. Az atomerőmű-építés fellendülése a szovjet korszak során sem csillapodott el. Éves időközönként új állomásokat, vagy a már megépültek további egységeit indították el. Tehát már 1973-ban Leningrád saját atomerőművet kapott.
Azonban nem a szovjet hatalom volt az egyetlen a világon, amely képes volt ilyen projekteket kidolgozni. Az Egyesült Királyságban szintén nem aludtak, és felismerve e terület ígéretét, aktívan tanulmányozták ezt a kérdést. Alig két évvel később, az obninszki állomás megnyitása után a britek elindították saját projektjüket a békés atom kifejlesztésére. 1956-ban Calder Hall városában a britek elindították saját állomásukat, amelynek teljesítménye meghaladta szovjet megfelelőjét, és elérte a 46 MW-ot. Az Atlanti-óceán túlsó partján sem maradtak le, egy évvel később az amerikaiak ünnepélyesen beindították a Shippingport-i állomást. A létesítmény teljesítménye 60 MW volt.
A békés atom fejlődése azonban rejtett fenyegetésekkel teli volt, amelyekről hamarosan az egész világ tudomást szerzett. Az első jel egy súlyos baleset volt a Three Mile Island-en, ami 1979-ben történt, és utána volt egy katasztrófa, amely az egész világot sújtotta, a Szovjetunióban, Csernobil kisvárosban nagyszabású katasztrófa történt, ez történt 1986-ban. A tragédia következményei jóvátehetetlenek voltak, de emellett ez a tény az egész világot elgondolkodtatta az atomenergia békés célú felhasználásának megvalósíthatóságáról.
A világ vezetői ebben az iparágban komolyan gondolkodnak a nukleáris létesítmények biztonságának javításán. Ennek eredményeként alakuló gyűlést tartottak, amelyet 1989. május 15-én szerveztek meg a szovjet fővárosban. A közgyűlés úgy döntött, hogy létrehozza az összes atomerőmű-üzemeltetőt magába foglaló Világszövetséget, amelynek általánosan elismert rövidítése WANO. A szervezet programjai megvalósítása során szisztematikusan figyelemmel kíséri a világ atomerőművei biztonsági színvonalának javulását. Azonban minden erőfeszítés ellenére a legmodernebb és első pillantásra biztonságosnak tűnő tárgyak sem képesek ellenállni az elemek rohamának. A Fukusima-1 állomáson 2011-ben egy endogén katasztrófa miatt történt, amely földrengésben és az azt követő szökőárban nyilvánult meg.
Atom áramszünet
Atomerőmű besorolása
Az atomerőművek osztályozása két szempont szerint történik: az általuk termelt energia és a reaktor típusa szerint. A reaktor típusától függően meghatározzák a megtermelt energia mennyiségét, a biztonsági szintet, valamint azt is, hogy az állomáson milyen alapanyagokat használnak fel.
Az állomások által termelt energia típusa szerint két típusra oszthatók:
Atomerőművek. Fő funkciójuk az elektromos energia előállítása.
Atomerőművek. Az ott telepített fűtőberendezéseknek köszönhetően, az állomáson elkerülhetetlen hőveszteségek felhasználásával lehetővé válik a hálózati víz fűtése. Így ezek az állomások a villamos energia mellett hőenergiát is termelnek.
Számos lehetőséget megvizsgálva a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy a legracionálisabb három fajtájuk, amelyeket jelenleg világszerte használnak. Számos módon különböznek egymástól:
- Felhasznált üzemanyag;
- Használt hűtőfolyadékok;
- Aktív zónák a kívánt hőmérséklet fenntartása érdekében;
- Egyfajta moderátor, amely csökkenti a bomlás során felszabaduló neutronok sebességét, és annyira szükségesek a láncreakció támogatásához.
A leggyakoribb típus a dúsított uránt üzemanyagként használó reaktor. Itt hűtőfolyadékként és moderátorként közönséges vagy könnyű vizet használnak. Az ilyen reaktorokat könnyűvizes reaktoroknak nevezik, két típusuk van. Az elsőben a turbinák forgatásához használt gőzt egy forróvizes reaktornak nevezett zónában állítják elő. A másodikban a gőzképződés egy külső áramkörben történik, amely hőcserélőkön és gőzfejlesztőkön keresztül csatlakozik az első körhöz. Ezt a reaktort a múlt század ötvenes éveiben kezdték fejleszteni, alapja az amerikai hadsereg programja volt. Ezzel párhuzamosan, nagyjából ugyanebben az időben az Unió kifejlesztett egy forrásreaktort, amelyben egy grafitrúd működött moderátorként.
Az ilyen típusú moderátorral ellátott reaktortípus talált alkalmazásra a gyakorlatban. Gázhűtéses reaktorról beszélünk. Története a 20. század negyvenes-ötvenes éveiben kezdődött, kezdetben az ilyen típusú fejlesztéseket az atomfegyverek gyártásában használták. Ebből a szempontból kétféle üzemanyag alkalmas rá: fegyveres minőségű plutónium és természetes urán.
Az utolsó, kereskedelmi sikerrel kísért projekt egy olyan reaktor volt, ahol nehézvizet használnak hűtőközegként, és a számunkra már jól ismert természetes uránt üzemanyagként. Kezdetben több ország is tervezett ilyen reaktorokat, de a termelésüket végül Kanadában összpontosították, ami annak köszönhető, hogy az országban hatalmas uránlelőhelyek találhatók.
Tórium atomerőművek – a jövő energiája?
Az atomreaktorok fejlesztésének története
A bolygó első atomerőművének reaktora nagyon ésszerű és életképes volt, amit az állomás sokéves kifogástalan működése során bebizonyítottak. Alkotó elemei között szerepelt:
- oldalirányú vízvédelem;
- falazott burkolat;
- legfelső emelet;
- gyűjtőcső;
- üzemanyag-csatorna;
- felső lemez;
- grafit falazat;
- alsó lemez;
- elosztó elosztó.
A fűtőelemek héjainak és technológiai csatornáinak fő szerkezeti anyagául a rozsdamentes acélt választották, ekkor még nem ismertek olyan cirkóniumötvözetek, amelyek 300°C-os hőmérsékleten történő megmunkálásra alkalmas tulajdonságokkal rendelkezhetnének. Az ilyen reaktor hűtését vízzel végezzük, és a betáplálási nyomás 100 °C volt. Ebben az esetben 280°C hőmérsékletű gőz szabadult fel, ami meglehetősen mérsékelt paraméter.
Az atomreaktor csatornáit úgy alakították ki, hogy azok teljesen kicserélhetők legyenek. Ennek oka az erőforrás-korlátozás, amelyet az határozza meg, hogy az üzemanyag mennyi ideig marad az aktivitási zónában. A tervezők nem találtak okot arra számítani, hogy a besugárzás alatt álló tevékenységi zónában található szerkezeti anyagok teljes élettartamukat, azaz körülbelül 30 évet kimeríthetik.
Ami a TVEL tervezését illeti, úgy döntöttek, hogy egy csőszerű változatot alkalmaznak egyirányú hűtőmechanizmussal
Ez csökkentette annak valószínűségét, hogy az üzemanyagrúd sérülése esetén hasadási termékek kerüljenek az áramkörbe. A fűtőelem héj hőmérsékletének szabályozására urán-molibdén ötvözetből álló tüzelőanyag-összetételt használtak, amely szemcsék formájában volt szétszórva egy melegvizes mátrixon. Az így feldolgozott nukleáris tüzelőanyag rendkívül megbízható fűtőelemek előállítását tette lehetővé. amelyek nagy hőterhelés mellett is képesek voltak működni.
A békés célú nukleáris technológiák fejlesztésének következő körének példája lehet a hírhedt csernobili atomerőmű. Akkoriban az építésénél alkalmazott technológiákat tartották a legfejlettebbnek, a reaktor típusát pedig a legmodernebbnek tartották a világon. Az RBMK-1000 reaktorról beszélünk.
Egy ilyen reaktor hőteljesítménye elérte a 3200 MW-ot, míg két turbógenerátora van, amelyek villamos teljesítménye eléri az 500 MW-ot, így egy erőmű 1000 MW villamos teljesítményű. Az RBMK üzemanyagaként dúsított urán-dioxidot használtak. A folyamat megkezdése előtti kezdeti állapotban egy tonna ilyen üzemanyag körülbelül 20 kg üzemanyagot tartalmaz, nevezetesen uránt - 235. Az urán-dioxid reaktorba történő stacioner betöltésével az anyag tömege 180 tonna.
De a töltési folyamat nem jelent ömlesztettséget, az általunk már jól ismert fűtőelemek kerülnek a reaktorba. Lényegében cirkóniumötvözetből készült csövek. A tartalma hengeres urán-dioxid tabletta. A reaktor tevékenységi zónájában fűtőelem-kazettákban helyezik el őket, amelyek mindegyike 18 fűtőelem-rudat egyesít.
Egy ilyen reaktorban legfeljebb 1700 ilyen szerelvény található, amelyek egy grafitkötegbe kerülnek, ahol a függőleges technológiai csatornák kifejezetten erre a célra vannak kialakítva. Bennük kering a hűtőfolyadék, amelynek szerepét az RMBK-ban a víz tölti be. A vízörvény keringető szivattyúk hatására jön létre, amelyekből nyolc van. A reaktor az aknában, a grafikus falazat pedig 30 mm vastag hengeres burkolatban található. A teljes berendezés támasztéka egy betonalap, amely alatt van egy medence - egy buborékoló, amely a baleset lokalizálására szolgál.
A reaktorok harmadik generációja nehézvizet használ
Ennek fő eleme a deutérium. A legelterjedtebb kialakítás a CANDU, Kanadában fejlesztették ki, és világszerte széles körben használják. Az ilyen reaktorok magja vízszintes helyzetben van, a fűtőkamra szerepét pedig hengeres tartályok töltik be. A tüzelőanyag-csatorna a teljes fűtőkamrán átnyúlik, mindegyik csatorna két koncentrikus csővel rendelkezik. Vannak külső és belső csövek.
A belső csőben az üzemanyag hűtőfolyadék nyomás alatt áll, ami lehetővé teszi a reaktor további tankolását működés közben. A D20 képletű nehézvizet késleltetőként használják. Zárt ciklus során a vizet egy üzemanyagkötegeket tartalmazó reaktor csövein keresztül szivattyúzzák. Az atommaghasadás hőt termel.
Nehézvíz használatakor a hűtési ciklus gőzgenerátorokon való áthaladásból áll, ahol a nehézvíz által termelt hőből a közönséges víz felforr, ami nagy nyomás alatt kilépő gőz képződését eredményezi. Visszakerül a reaktorba, ami zárt hűtési ciklust eredményez.
Ezen az úton haladva történt meg a világ különböző országaiban használt és használt nukleáris reaktortípusok lépésről lépésre történő fejlesztése.
Melyik országban jelent meg a világ első atomerőműve? Ki és hogyan hozta létre az úttörőt az atomenergia területén? Hány atomerőmű van a világon? Melyik atomerőmű a legnagyobb és legerősebb? Szeretnéd tudni? Mindent elmondunk!
A világ első atomerőműve létrehozásának előfeltételei
Az atomi reakciók vizsgálatát a 20. század eleje óta végzik a világ összes fejlett országában. Azt, hogy az embereknek sikerült leigázniuk az atom energiáját, először az Egyesült Államokban jelentették be, amikor 1945. augusztus 6-án atombombát dobtak le a japán Hirosima és Nagaszaki városaira. Ezzel párhuzamosan tanulmányokat végeztek az atom békés célú felhasználásáról. A Szovjetunióban is történtek ilyen jellegű fejlesztések.
A Szovjetunióban jelent meg a világ első atomerőműve. A nukleáris potenciált nem katonai, hanem békés célokra használták fel.
A 40-es években Kurchatov arról beszélt, hogy az atom békés tanulmányozására van szükség annak érdekében, hogy energiáját az emberek javára nyerje ki. De az atomenergia létrehozására tett kísérleteket Lavrentij Berija félbeszakította; azokban az években ő felügyelte az atomtanulmányozási projekteket. Beria úgy gondolta, hogy az atomenergia lehet a világ legerősebb fegyvere, amely képes a Szovjetuniót legyőzhetetlen hatalommá tenni. Nos, valójában nem tévedett a legerősebb fegyvert illetően...
A Kherosimában és Nagaszakiban történt robbanások után a Szovjetunió intenzíven tanulmányozta az atomenergiát. Az atomfegyverek abban a pillanatban az ország biztonságának garanciáját jelentették. A szovjet nukleáris fegyverek szemipalatyinszki kísérleti helyszínén történő tesztelése után megkezdődött az atomenergia aktív fejlesztése a Szovjetunióban. Az atomfegyvereket már létrehozták és tesztelték, így lehetett összpontosítani az atom békés célú felhasználására.
Hogyan hozták létre a világ első atomerőművét?
A Szovjetunió atomprojektje számára 1945-1946-ban 4 atomenergetikai laboratóriumot hoztak létre. Az első és a negyedik Szuhumiban, a második Sznezhinszkben, a harmadik pedig az Obnyinskaya állomás közelében, Kaluga régióban, B Laboratóriumnak nevezték. Ma a Fizikai és Energetikai Intézet a nevét. Leiputszkij.
A világ első atomerőművét Obnyinszknak hívták.
Német fizikusok részvételével jött létre, akiket a háború befejezése után önként és erőszakkal bocsátottak el Németországból, hogy az Unió atomlaboratóriumaiban dolgozzanak, és ugyanezt tették német tudósokkal az USA-ban. Az egyik érkező Hines Pose atomfizikus volt, aki egy ideig az obninszki V. laboratórium vezetője volt. Az első atomerőmű tehát nemcsak szovjet, hanem német tudósoknak is köszönheti felfedezését.
A világ első atomerőművét a 2. számú Kurcsatov Laboratóriumban és az NIIkhimmasban fejlesztették ki Nikolai Dollezhal vezetésével. Dollezhalt nevezték ki a leendő atomerőmű atomreaktorának főtervezőjévé. A világ első atomerőművét az Obnyinszki B laboratóriumban hozták létre, minden munkát maga Igor Vasziljevics Kurcsatov felügyelt, akit az „atombomba atyjának” tartottak, most pedig az atomenergia atyjává akarták tenni.
1951 elején az atomerőmű projekt még csak fejlesztési szakaszban volt, de az atomerőmű épületét már elkezdték építeni. Már léteztek vasból és betonból készült nehéz szerkezetek, amelyeket nem lehetett átalakítani vagy bővíteni, és az atomreaktort még mindig nem tervezték meg teljesen. Később az építőknek újabb fejfájásuk lesz: egy nukleáris létesítmény beépítése egy már elkészült épületbe.
Érdekesség, hogy a világ első atomerőművét úgy tervezték, hogy a fűtőelemek - vékony csövek, amelyeket egy nukleáris létesítménybe helyeznek - nem uránpelletet tartalmaztak, mint ma, hanem uránötvözetekből készült uránport. és molibdén. Az atomerőmű indításához szükséges első 512 fűtőelemrudat egy Elektrostal város üzemében készítették, mindegyiket kézzel tesztelték szilárdságra. A szükséges hőmérsékletű forró vizet öntötték a fűtőelembe, a cső vörössége alapján a tudósok megállapították, hogy a fém ellenáll-e a magas hőmérsékletnek. Az üzemanyagrudak első tételeiben sok hibás termék volt.
Érdekes tények a világ első atomerőművéről
- Az Obninszki atomerőmű, a Szovjetunió első atomerőműve atomreaktorral volt felszerelve, amelyet AM-nek neveztek. Eleinte ezeket a betűket „tengeri atomnak” fejtették meg, mert azt tervezték, hogy a létesítményt nukleáris tengeralattjárókon használják fel, de később kiderült, hogy a konstrukció túl nagy és nehéz egy tengeralattjáróhoz, és az AM-et „békés atomként” kezdték megfejteni.
- Rekordidő alatt épült meg a világ első atomerőműve. Mindössze 4 év telt el az építkezés kezdetétől az üzembe helyezésig.
- A projekt szerint az első atomerőmű 130 millió rubelbe került. A mi pénzünkben ez körülbelül 4 milliárd rubel. Pontosan ennyit szántak a tervezésére és kivitelezésére.
A világ első atomerőművének felállítása
A világ első atomerőművének indítására 1954. május 9-én került sor, az atomerőmű üresjáratban működött. 1954. június 26-án adta az első elektromos áramot, és energiaindítást hajtottak végre.
Milyen energiát termelt a Szovjetunió első atomerőműve? Mindössze 5 MW - az első atomerőmű ilyen alacsony teljesítménnyel működött.
A világközösség büszkén és ujjongva fogadta a hírt, hogy beindították a világ első atomerőművét. A világon először használta fel az ember az atom energiáját békés célokra, ez nagy távlatokat és lehetőségeket nyitott az energia további fejlesztésére. A világ atomfizikusai egy új korszak kezdetének nevezték az obninszki állomás elindítását.
Működése során sokszor meghibásodott a világ első atomerőműve, a műszerek hirtelen tönkrementek és az atomreaktor vészleállítására adtak jelet. Érdekesség, hogy az utasítások szerint 2 órát vesz igénybe a reaktor újraindítása, de az állomás dolgozói 15-20 perc alatt megtanulták újraindítani a mechanizmust.
Ilyen gyors reakcióra volt szükség. És nem azért, mert nem akartam leállítani az áramszolgáltatást, hanem azért, mert a világ első atomerőműve egyfajta kiállítási kiállítás lett, és szinte minden nap jártak oda külföldi tudósok, hogy tanulmányozzák az állomás működését. Ha megmutatjuk, hogy a mechanizmus nem működik, az nagy problémákba ütközik.
A világ első atomerőművének elindításának következményei
Az 1955-ös genfi konferencián szovjet tudósok bejelentették, hogy a világon először építettek ipari atomerőművet. A beszámoló után a közönség vastapssal részesítette a fizikusokat, pedig a tapsot a találkozó szabályzata tiltotta.
Az első atomerőmű beindítása után megkezdődött az aktív kutatás a nukleáris reakciók alkalmazásában. Megjelentek a nukleáris autók és repülőgépek projektjei, az atomok energiáját még a gabona kártevők elleni küzdelemben és az orvosi anyagok sterilizálására is felhasználták.
Az Obninszki Atomerőmű egyfajta lendületté vált az atomerőművek megnyitásához világszerte. Modelljének tanulmányozásával lehetőség nyílt új állomások tervezésére, működésük javítására. Ezen túlmenően, az atomerőművek működési sémáinak felhasználásával nukleáris jégtörőt terveztek és nukleáris tengeralattjárót fejlesztettek.
Az első atomerőmű 48 évig működött. 2002-ben az atomreaktort leállították. Ma az Obninszki Atomerőmű területén egyfajta atomenergia-múzeum működik, amelyet hétköznapi iskolások és híres személyiségek is meglátogatnak kirándulásokon. Például Michael Kent angol hercege nemrég jött az Obninszki Atomerőműbe. 2014-ben ünnepelte fennállásának 60. évfordulóját az első atomerőmű.
A világ atomerőműveinek megnyitása
A Szovjetunió első atomerőműve a kezdete lett az új atomerőművek felfedezésének hosszú láncolatának szerte a világon. Az új atomerőművek egyre fejlettebb és erősebb atomreaktorokat alkalmaztak. Az 1000 MW-os atomerőmű mindennapos látványává vált a modern villamosenergia-világban.
A világ első atomerőműve grafit-víz atomreaktorral működött. Ezt követően sok ország kísérletezni kezdett az atomreaktorok tervezésével, és új típusokat találtak fel.
- 1956-ban megnyílt a világ első gázhűtéses reaktorral rendelkező atomerőműve, a Calder Hall Atomerőmű az USA-ban.
- 1958-ban az Egyesült Államokban megnyitották a Shippingport Atomerőművet, de nyomás alatti vizes reaktorral.
- Az első forrásban lévő atomreaktorral rendelkező atomerőmű a drezdai atomerőmű, amelyet 1960-ban nyitottak meg az Egyesült Államokban.
- 1962-ben a kanadaiak atomerőművet építettek nehézvizes reaktorral.
- 1973-ban pedig napvilágot látott a Szovjetunióban épült Sevcsenko Atomerőmű - ez volt az első tenyészreaktorral rendelkező atomerőmű.
A nukleáris energia ma
Hány atomerőmű van a világon? 192 atomerőmű. Ma a világ atomerőművi térképe 31 országot fed le. A világ minden országában 450 erőmű működik, további 60 erőmű építése folyamatban van. A világ összes atomerőműve összesen 392 082 MW teljesítménnyel rendelkezik.
Az atomerőművek a világon elsősorban az Egyesült Államokban összpontosulnak, a beépített kapacitás tekintetében Amerika az élen, de ebben az országban az atomenergia a teljes energiarendszer mindössze 20%-át teszi ki. A 62 amerikai atomerőmű összesen 100 400 MW teljesítményt biztosít.
A beépített kapacitás tekintetében a második helyet az európai atomerőművek vezetője - Franciaország - foglalja el. Az atomenergia ebben az országban nemzeti prioritás, és az összes villamosenergia-termelés 77%-át teszi ki. Franciaországban 19 atomerőmű működik, amelyek összteljesítménye 63 130 MW.
Franciaország egy atomerőműnek is otthont ad a világ legerősebb reaktoraival. A Sivo atomerőműben két víz-víz erőmű üzemel. Mindegyikük teljesítménye 1561 MW. A világon egyetlen atomerőmű sem dicsekedhet ilyen erős reaktorokkal.
Japán a harmadik helyet foglalja el a nukleáris energia terén „legfejlettebb” országok rangsorában. Japánban található a világ legerősebb atomerőműve az atomerőműben termelt teljes energiamennyiséget tekintve.
Az első atomerőmű Oroszországban
Helytelen lenne az Obnyinszki Atomerőműre „az első oroszországi atomerőmű” címkét ragasztani, mert A szovjet tudósok, akik a Szovjetunió minden részéből, sőt határain túlról érkeztek, dolgoztak a létrehozásán. Az Unió 1991-es összeomlása után az összes nukleáris kapacitás a már független országokhoz került, amelyeknek a területén található.
A Szovjetunió összeomlása után a független Oroszország 28 nukleáris reaktort örökölt, amelyek összteljesítménye 20 242 MW. A függetlenség elnyerése óta az oroszok további 7 erőművet nyitottak meg, összesen 6964 MW teljesítménnyel.
Nehéz meghatározni, hogy hol nyílt meg az első atomerőmű Oroszországban, mert Alapvetően az orosz atomtudósok új reaktorokat nyitnak a meglévő atomerőművekben. Az egyetlen állomás, amelynek valamennyi erőművét a független Oroszországban nyitották meg, a Rosztovi Atomerőmű, amelyet „Oroszország első atomerőművének” nevezhetünk.
Oroszország első atomerőművét még a szovjet időkben tervezték és építették, az építési munkálatok 1977-ben kezdődtek, és a tervét végül 1979-ben hagyták jóvá. Igen, nem kevertünk össze semmit; a rosztovi atomerőműben a munka megkezdődött, mielőtt a tudósok befejezték volna a végső projektet. 1990-ben az építkezés lefagyott, és ez annak ellenére, hogy az állomás 1. blokkja 95%-ban készült el.
A rosztovi atomerőmű építését csak 2000-ben kezdték újra. 2001 márciusában hivatalosan is megkezdte működését Oroszország első atomerőműve, bár egyelőre egy atomreaktorral a tervezett négy helyett. Az állomás második erőműve 2009-ben, a harmadik 2014-ben kezdte meg működését. 2015-ben a független Oroszország első atomerőműve megszerezte a 4. erőművet, amely egyébként még nem készült el és nem helyezték üzembe.
Oroszország első atomerőműve a Rosztovi régióban, Volgodonszk város közelében található.
Amerikai atomerőmű
Ha a Szovjetunió első atomerőműve 1954-ben jelent meg, akkor Amerika atomerőmű-térképét csak 1958-ban töltötték fel. Tekintettel a Szovjetunió és az Egyesült Államok között az energia (és nem csak az energia) terén folyó versenyre , 4 év komoly lemaradás volt.
Az Egyesült Államok első atomerőműve a pennsylvaniai Shippingport Nuclear Power Plant volt. A Szovjetunió első atomerőművének teljesítménye mindössze 5 MW volt, az amerikaiak továbbmentek, a Shippingport pedig már 60 MW-ot.
Az amerikai atomerőművek aktív építése 1979-ig folytatódott, amikor is baleset történt a Three Mile Island állomáson, az állomás dolgozóinak hibái miatt a nukleáris üzemanyag megolvadt. Az amerikai atomerőmű balesetének megoldása 14 évbe telt, és több mint egymilliárd dollárba került. A Three Mile Island-i baleset átmenetileg leállította az atomenergia fejlesztését Amerikában. Mára azonban az Egyesült Államokban van a világon a legtöbb atomerőmű.
2016 júniusában az Egyesült Államok atomerőművi térképe 100 atomreaktort tartalmaz, amelyek összteljesítménye 100,4 GW. További 4 5 GW összteljesítményű reaktor építése folyamatban van. Az amerikai atomerőművek az országban termelt összes villamos energia 20%-át állítják elő.
Az Egyesült Államok legerősebb atomerőműve ma a Palo Verde Atomerőmű, amely 4 millió ember áramellátását képes biztosítani, és 4174 MW teljesítményt termel. Mellesleg, az Egyesült Államok Palo Verde Atomerőműve is szerepel a „Világ legnagyobb atomerőművei” listán. Ott ez az atomerőmű a 9. helyen áll.
A világ legnagyobb atomerőművei
Egy 1000 W-os atomerőmű valaha az atomtudomány elérhetetlen csúcsának tűnt. Ma a világ atomerőműveinek térképén hatalmas atomenergia-óriások találhatók, amelyek kapacitása 6, 7, 8 ezer megawatt. Mik ezek, a világ legnagyobb atomerőművei?
A világ legnagyobb és legerősebb atomerőművei ma a következők:
- Paluel atomerőmű Franciaországban. Az atomerőmű 4 erőművi blokkon üzemel, melyek összteljesítménye 5528 MW.
- Gravelines francia atomerőmű. Ez az észak-franciaországi atomerőmű a legnagyobb és legerősebb országa. Ez az atomerőmű 6 reaktort üzemeltet, összesen 5460 MW teljesítménnyel.
- A Hanbit Atomerőmű (más néven Yongwan) Dél-Korea délnyugati részén, a Sárga-tenger partján található. 6 atomreaktora 5875 MW teljesítményt biztosít. Érdekesség, hogy a Yongwan Atomerőművet Hanbitre nevezték át Yongwan város halászainak kérésére, ahol az állomás található. A halárusok nem akarták, hogy termékeiket világszerte az atomenergiával és a sugárzással társítsák. Ez csökkentette a nyereségüket.
4. A Hanul Atomerőmű (korábban Hulchin Nuclear Power Plant) szintén dél-koreai atomerőmű. Figyelemre méltó, hogy a Hanbit atomerőmű mindössze 6 MW-tal nagyobb. Így a Hanul állomás teljesítménye 5881 MW.
5. A Zaporozsjei Atomerőmű Európa, Ukrajna és az egész posztszovjet tér legerősebb atomerőműve. Ez az állomás Energodar városában található. 6 atomreaktor 6000 MW teljesítményt biztosít. A Zaporozsjei Atomerőmű építése 1981-ben kezdődött, és 1984-ben helyezték üzembe. Ma ez az állomás termeli Ukrajna összes villamos energiájának ötödét és az ország teljes atomenergiájának felét.
A világ legerősebb atomerőműve
Kashiwazaki-Kariwa Atomerőmű - ez a legerősebb atomerőmű bonyolult neve. 5 forrásvizes reaktort és két fejlett forrásvizes reaktort üzemeltet. Teljes kapacitásuk 8212 MW (összehasonlításképpen tudjuk, hogy a világ első atomerőműve mindössze 5 MW volt). A világ legerősebb atomerőműve 1980 és 1993 között épült. Íme néhány érdekesség erről az atomerőműről.
- A 2007-es erős földrengés következtében Kashiwazaki-Kariwa számos különböző kárt szenvedett, több konténer alacsony radioaktív hulladékkal felborult, és radioaktív víz szivárgott a tengerbe. A földrengés miatt az atomerőmű szűrői megsérültek, és radioaktív por került ki az állomásról.
- A 2007-es japán földrengés teljes kárát 12 és fél milliárd dollárra becsülik. Ebből 5,8 milliárd veszteséget vitt el a világ legerősebb atomerőműve, a Kashiwazaki-Kariwa javítására.
- Érdekesség, hogy 2011-ig a legerősebb atomerőművet egy másik japán atomerőműnek lehetett nevezni. A Fukushima 1 és Fukushima 2 lényegében egy atomerőmű volt, és együttesen 8814 MW-ot termeltek.
- Egy atomerőmű nagy összteljesítménye nem jelenti azt, hogy a legerősebb atomreaktorokat használja. A Kashiwazaki-Kariwa egyik reaktorának maximális teljesítménye 1315 MW. Az állomás nagy összteljesítményt ér el, mivel 7 atomreaktor működik benne.
Több mint 60 év telt el a világ első atomerőműve megnyitása óta. Ezalatt az idő alatt az atomenergia nagyot fejlődött, új típusú atomreaktorokat fejlesztett ki, és ezerszeresére növelte az atomerőművek teljesítményét. Napjainkban a világ atomerőművei hatalmas energiabirodalom, napról napra egyre többet növekszenek. Biztosak vagyunk abban, hogy a világ atomerőműveinek állapota ma még messze van a határtól. Az atomenergiának nagy és fényes jövője van.
Az atomenergiát a hőenergia-technikában használják, amikor a reaktorokban lévő nukleáris üzemanyagból hő formájában nyerik az energiát. Elektromos energia előállítására használják atomerőművek (Atomerőmű), nagy tengeri hajók erőműveihez, tengervíz sótalanításához.
Az atomenergia megjelenését mindenekelőtt az 1932-ben felfedezett neutron természetének köszönheti. A neutronok a hidrogénmag kivételével minden atommag részét képezik. A kötött neutronok az atommagban korlátlan ideig léteznek. Szabad formájukban rövid életűek, mivel vagy 11,7 perces felezési idővel bomlanak le, protonná alakulnak, és elektront és neutrínót bocsátanak ki, vagy gyorsan befogják őket az atommagok.
A modern atomenergia egy természetes izotóp hasadása során felszabaduló energia felhasználásán alapul urán-235. Az atomerőművekben szabályozott maghasadási reakciót hajtanak végre nukleáris reaktor. A maghasadást előidéző neutronok energiája szerint különbséget tenni a termikus és a gyorsneutronos reaktorok között.
Az atomerőmű fő egysége egy atomreaktor, melynek diagramja az 1. ábrán látható. 1. A nukleáris üzemanyagból energiát nyernek, majd azt hő formájában egy másik munkaközegbe (víz, fém vagy szerves folyadék, gáz) adják át; majd ugyanazon séma szerint alakítják át villamos energiává, mint a hagyományosoknál.
Speciális mozgatással irányítják a folyamatot, fenntartják a reakciót, stabilizálják a teljesítményt, elindítják és leállítják a reaktort vezérlő rudak 6 És 7 termikus neutronokat intenzíven elnyelő anyagokból. Vezérlőrendszer hajtja őket 5 . Műveletek vezérlő rudak a magban lévő neutronfluxus erejének változásában nyilvánulnak meg. Csatornák szerint 10 víz kering, lehűti a biológiai védőbetont
A vezérlőrudak bórból vagy kadmiumból készülnek, amelyek hő-, sugárzás- és korrózióállóak, mechanikailag erősek és jó hőátadó tulajdonságokkal rendelkeznek.
Masszív acéltok belsejében 3 van egy kosár 8 fűtőelemekkel 9 . A hűtőfolyadék a csővezetéken keresztül jut be 2 , áthalad a magon, lemossa az összes fűtőelemet, felmelegszik és átmegy a csővezetéken 4 belép a gőzfejlesztőbe.
Rizs. 1. Atomreaktor
A reaktor egy vastag beton biológiai szigetelő berendezésben van elhelyezve 1 , amely megvédi a környező teret a neutronok, alfa, béta, gamma sugárzás áramlásától.
Üzemanyag-elemek (üzemanyag-rudak)- a reaktor fő része. Közvetlenül nukleáris reakció megy végbe bennük és hő szabadul fel, a többi rész a hőszigetelést, szabályozást és hőelvezetést szolgálja. Szerkezetileg a fűtőelemek készülhetnek rúdból, lemezből, csőből, gömbből stb. Leggyakrabban rudak, legfeljebb 1 méter hosszúak, 10 mm átmérőjűek. Általában uránpelletekből vagy rövid csövekből és lemezekből állnak össze. A fűtőelemeket kívülről korrózióálló, vékony fémhéj borítja. A héjhoz cirkóniumot, alumíniumot, magnéziumötvözeteket, valamint ötvözött rozsdamentes acélt használnak.
A reaktormagban a nukleáris reakció során felszabaduló hő átvitele az erőművek motorjának (turbinájának) munkatestére egykörös, kétkörös és háromkörös sémák szerint történik (2. ábra).
Rizs. 2. Atomerőmű
a – egyáramkörös séma szerint; b – kettős áramkörű séma szerint; c – háromkörös séma szerint
1 – reaktor; 2, 3 – biológiai védelem; 4 – nyomásszabályozó; 5 – turbina; 6 – elektromos generátor; 7 – kondenzátor; 8 – szivattyú; 9 – tartalékkapacitás; 10 – regeneratív fűtés; 11 – gőzfejlesztő; 12 – szivattyú; 13 – közbenső hőcserélő
Mindegyik áramkör zárt rendszer. Reaktor 1 (minden hőkörben) a primerben található 2 és másodlagos 3 biológiai védelem. Ha az atomerőmű egykörös hőáramkör szerint épül, gőz a reaktorból a nyomásszabályozón keresztül 4 belép a turbinába 5 . A turbina tengelye össze van kötve az elektromos generátor tengelyével 6 , amelyben elektromos áram keletkezik. A kipufogó gőz belép a kondenzátorba, ahol lehűl és teljesen lecsapódik. Szivattyú 8 a kondenzátumot a regeneratív fűtésre irányítja 10 , majd belép a reaktorba.
A kétkörös rendszerben a reaktorban felmelegített hűtőközeg belép a gőzfejlesztőbe 11 , ahol felületmelegítéssel hőt adnak át a munkaközeg hűtőközegének (szekunder köri tápvíz). A vízhűtéses reaktorokban a gőzfejlesztőben lévő hűtőközeget körülbelül 15...40 o C-kal, majd keringető szivattyúval hűtik. 12 visszaküldik a reaktorba.
Háromkörös kivitelben a reaktorból a hűtőközeget (általában folyékony nátriumot) egy közbenső hőcserélőbe irányítják. 13 onnan pedig keringtető szivattyúval 12 visszatér a reaktorba. A második kör hűtőfolyadéka szintén folyékony nátrium. Ez az áramkör nem besugárzott, ezért nem radioaktív. A szekunder körben lévő nátrium belép a gőzfejlesztőbe 11 , hőt ad le a munkaközegnek, majd a keringető szivattyú visszaküldi a közbenső hőcserélőbe.
A keringtető körök száma meghatározza a reaktor típusát, a felhasznált hűtőközeget, magfizikai tulajdonságait és a radioaktivitás mértékét. Az egyhurkos körforraló reaktorokban és gázhűtőközeggel működő reaktorokban használható. A legelterjedtebb kettős áramkör víz, gáz és szerves folyadékok hűtőközegként történő használatakor. A háromkörös sémát folyékony fém hűtőközegeket (nátrium, kálium, nátrium-kálium ötvözetek) használó gyorsneutronreaktorokkal rendelkező atomerőművekben alkalmazzák.
A nukleáris üzemanyag lehet urán-235, urán-233 és plutónium-232. Nyersanyagok nukleáris üzemanyag előállításához - természetes urán és tórium. Egy gramm hasadóanyag (urán-235) nukleáris reakciója 22 × 10 3 kW × h (19 × 10 6 cal) energiát bocsát ki. Ennek az energiamennyiségnek a megszerzéséhez 1900 kg olajat kell elégetni.
Az urán-235 könnyen hozzáférhető, és energiatartalékai megközelítőleg megegyeznek a fosszilis tüzelőanyagokéval. Ha azonban a nukleáris fűtőanyagot olyan alacsony hatásfokkal használják, mint jelenleg, a rendelkezésre álló uránforrások 50-100 éven belül kimerülnek. Ugyanakkor a nukleáris üzemanyag „lerakódásai” gyakorlatilag kimeríthetetlenek - ez a tengervízben oldott urán. Több százszor több van belőle az óceánban, mint a szárazföldön. A tengervízből egy kilogramm urán-dioxid kinyerésének költsége körülbelül 60-80 dollár, a jövőben pedig 30 dollárra csökken, a leggazdagabb szárazföldi lelőhelyeken bányászott urán-dioxid ára pedig 10-20 dollárba kerül. Ezért egy idő után a szárazföldi és a „tengervízi” költségek azonos nagyságrendűek lesznek.
A nukleáris üzemanyag költsége körülbelül kétszer alacsonyabb, mint a fosszilis széné. A széntüzelésű erőművekben az üzemanyag aránya a villamos energia költségének 50-70% -ával, az atomerőművekben pedig 15-30% -kal csökken. Egy modern, 2,3 millió kW teljesítményű hőerőmű (például a Samara State District Power Plant) naponta körülbelül 18 tonna szenet (6 vonat) vagy 12 ezer tonna fűtőolajat (4 vonat) fogyaszt el. Az azonos teljesítményű nukleáris üzem mindössze 11 kg nukleáris üzemanyagot fogyaszt naponta, és 4 tonnát az év során. Egy atomerőmű azonban építési, üzemeltetési és javítási szempontból drágább, mint a hőerőmű. Például egy 2-4 millió kW teljesítményű atomerőmű építése hozzávetőleg 50-100%-kal többe kerül, mint egy termikusé.
Az atomerőművek építésének tőkeköltségei csökkenthetők a következők miatt:
- berendezések szabványosítása és egységesítése;
- kompakt reaktortervek fejlesztése;
- az irányítási és szabályozási rendszerek javítása;
- az üzemanyag-utántöltés miatti reaktorleállás időtartamának csökkentése.
Az atomerőművek (atomreaktorok) fontos jellemzője az üzemanyagciklus hatékonysága. Az üzemanyagciklus hatékonyságának javítása érdekében:
- növeli a nukleáris üzemanyag elégetését;
- növeli a plutónium szaporodási arányát.
Az urán-235 atommag minden egyes hasadásakor 2-3 neutron szabadul fel. Ezek közül csak egyet használnak fel további reakcióra, a többi elveszik. Lehetőség van azonban nukleáris üzemanyag reprodukálására, gyors neutronreaktorok létrehozására. Gyorsneutronreaktor működtetése esetén 1 kg elégetett urán-235-re egyidejűleg körülbelül 1,7 kg plutónium-239 nyerhető. Ily módon az atomerőművek alacsony hőhatékonysága fedezhető.
A gyorsneutronos reaktorok több tízszer hatékonyabbak (a nukleáris üzemanyag felhasználását tekintve), mint az üzemanyag-neutronreaktorok. Nem tartalmaznak moderátort, és erősen dúsított nukleáris üzemanyagot használnak. A magból kiszabaduló neutronokat nem szerkezeti anyagok, hanem a körülöttük elhelyezkedő urán-238 vagy tórium-232 nyeli el.
A jövőben az atomerőművek fő hasadóanyagai a plutónium-239 és az urán-233 lesznek, amelyeket urán-238-ból, illetve tórium-232-ből nyernek gyorsneutronreaktorokban. A reaktorokban az urán-238-nak plutónium-239-re való átalakítása körülbelül 100-szorosára, a tórium-232-nek pedig 200-szorosára növeli a nukleáris üzemanyag-készleteket.
ábrán. A 3. ábrán egy gyorsneutronokat használó atomerőmű diagramja látható.
A gyorsneutronos atomerőmű megkülönböztető jellemzői:
- az atomreaktor kritikusságának megváltoztatása úgy történik, hogy a nukleáris üzemanyag hasadási neutronjainak egy részét a perifériáról reflektorok segítségével visszaverik a zónába 3 ;
- reflektorok 3 foroghat, megváltoztatva a neutronszivárgást, és ezáltal a hasadási reakciók intenzitását;
- a nukleáris üzemanyag újratermelése;
- A felesleges hőenergiát radiátoros hűtőszekrény segítségével távolítják el a reaktorból 6 .
Rizs. 3. Gyorsneutronokat használó atomerőmű diagramja:
1 – fűtőelemek; 2 – reprodukálható nukleáris üzemanyag; 3 – gyors neutron reflektorok; 4 – atomreaktor; 5 – villamosenergia-fogyasztó; 6 – hűtő-emitter; 7 – hőenergia átalakító elektromos energiává; 8 – sugárvédelem.
Hőenergia átalakítói elektromos energiává
Az atomerőmű által termelt hőenergia felhasználásának elve alapján a konverterek 2 osztályba sorolhatók:
- gép (dinamikus);
- gép nélküli (közvetlen átalakítók).
A gépi átalakítóknál általában egy gázturbinás egység csatlakozik a reaktorhoz, amelyben a munkaközeg lehet hidrogén, hélium, vagy hélium-xenon keverék. A közvetlenül a turbógenerátorba szállított hő villamos energiává alakításának hatásfoka meglehetősen magas - az átalakító hatásfoka η = 0,7-0,75.
A dinamikus gázturbinás (gépi) átalakítóval ellátott atomerőmű diagramja az ábrán látható. 4.
A gépi átalakítók másik típusa a magnetogasdinamikus vagy magnetohidrodinamikus generátor (MGDG). Egy ilyen generátor diagramja az ábrán látható. 5. A generátor egy téglalap alakú csatorna, melynek két fala dielektrikumból, kettő pedig elektromosan vezető anyagból készült. Egy elektromosan vezető munkafolyadék – folyékony vagy gáznemű – halad át a csatornákon, és mágneses tér hatol át. Mint ismeretes, amikor egy vezető mágneses térben mozog, emf keletkezik, amely az elektródákon keresztül 2 átkerült az áramfogyasztóhoz 3 . A működő hőáram energiaforrása az atomreaktorban felszabaduló hő. Ezt a hőenergiát töltések mozgatására fordítják mágneses térben, azaz. áramvezető sugár kinetikus energiájává alakul, a kinetikus energiát pedig elektromos energiává.
Rizs. 4. Gázturbinás átalakítós atomerőmű rajza:
1 – reaktor; 2 – áramkör folyékony fém hűtőfolyadékkal; 3 – hőcserélő a gáz hőellátására; 4 – turbina; 5 – elektromos generátor; 6 – kompresszor; 7 – hűtő-kibocsátó; 8 – hőelvezető kör; 9 – keringtető szivattyú; 10 – hőcserélő a hőelvezetéshez; 11 – hőcserélő-regenerátor; 12 – áramkör a gázturbina konverter munkaközegével.
A hőenergia közvetlen (gép nélküli) átalakítói elektromos energiává a következőkre oszthatók:
- termoelektromos;
- termikus;
- elektrokémiai.
A termoelektromos generátorok (TEG-ek) a Seebeck-elven alapulnak, amely abból áll, hogy egy különböző anyagokból álló zárt körben termo-emf keletkezik, ha hőmérséklet-különbséget tartanak fenn ezen anyagok érintkezési pontjain (6. ábra). ). Az elektromos áram előállításához olyan félvezető TEG-eket célszerű használni, amelyek hatásfoka nagyobb, miközben a forró csomópont hőmérsékletét 1400 K-ra és magasabbra kell emelni.
A termokonverterek (TEC) lehetővé teszik a villamos energia előállítását a magas hőmérsékletre felmelegített katód elektronkibocsátása eredményeként (7. ábra).
Rizs. 5. Magnetogasdinamikus generátor:
1 – mágneses tér; 2 – elektródák; 3 – villamosenergia-fogyasztó; 4 – dielektromos; 5 – karmester; 6 – munkafolyadék (gáz).
Rizs. 6. Termoelektromos generátor működési sémája
Rizs. 7. A termokonverter működési sémája
Az emissziós áram fenntartása érdekében hőt juttatnak a katódra K 1 . A katód által kibocsátott elektronok a vákuumrést leküzdve elérik az anódot és az elnyeli. Amikor az elektronok „kondenzálódnak” az anódon, az ellenkező előjelű elektronok munkafunkciójával megegyező energia szabadul fel. Ha folyamatos hőellátást biztosítunk a katódnak és eltávolítjuk az anódról, akkor a terhelésen keresztül R egyenáram fog folyni. Az elektronemisszió hatékonyan 2200 K feletti katódhőmérsékleten megy végbe.
Az atomerőművek biztonsága és megbízhatósága
Az atomenergia fejlesztésének egyik fő kérdése az atomerőművek megbízhatóságának és biztonságának biztosítása.
A sugárbiztonságot a következők biztosítják:
- megbízható szerkezetek és eszközök létrehozása a személyzet sugárzás elleni biológiai védelmére;
- az atomerőmű helyiségeit elhagyó levegő és víz tisztítása;
- radioaktív szennyeződés eltávolítása és megbízható lokalizálása;
- az atomerőművi helyiségek napi sugárzásellenőrzése és a személyzet egyéni sugárzásellenőrzése.
Az atomerőmű helyiségei az üzemmódtól és a beépített berendezésektől függően 3 kategóriába sorolhatók:
- magas biztonsági zóna;
- tiltott terület;
- normál módú zóna.
A személyzet állandóan a harmadik kategóriájú helyiségekben van elhelyezve, ezek a helyiségek az állomáson sugárbiztosak.
Az atomerőművek működése során szilárd, folyékony és gáznemű radioaktív hulladékok keletkeznek. Olyan módon kell ártalmatlanítani, hogy az ne okozzon környezetszennyezést.
A szellőztetés során a helyiségből eltávolított gázok radioaktív anyagokat tartalmazhatnak aeroszolok, radioaktív por és radioaktív gázok formájában. Az állomás szellőztetése úgy van megépítve, hogy a légáramlás a „legtisztább” felől a „szennyezettebb” felé haladjon, az ellenkező irányú áramlás pedig kizárt. Az állomás minden területén a teljes levegőcsere legfeljebb egy órán belül megtörténik.
Az atomerőművek működése során felmerül a radioaktív hulladékok elhelyezésének és elhelyezésének problémája. A reaktorokban elhasznált fűtőelemeket meghatározott ideig vízmedencékben tartják közvetlenül az atomerőműben, amíg a rövid felezési idejű izotópok stabilizálódnak, majd a fűtőelemeket speciális radiokémiai üzemekbe küldik regenerálásra. Ott fűtőelem-rudakból nyerik ki a nukleáris üzemanyagot, és a radioaktív hulladékot elássák.
Minden nagyon egyszerű. Az atomreaktorban az urán-235 bomlik, hatalmas mennyiségű hőenergia szabadul fel, vizet forral, nyomás alatt lévő gőz egy turbinát forgat, amely egy elektromos generátort forgat, amely elektromosságot termel.
A tudomány legalább egy természetben előforduló atomreaktorról tud. A gaboni Oklo uránlelőhelyben található. Igaz, másfél milliárd éve már kihűlt.
Az urán-235 az urán egyik izotópja. Abban különbözik az egyszerű urántól, hogy magjából 3 neutron hiányzik, ezért az atommag kevésbé lesz stabil, és két részre szakad, amikor egy neutron nagy sebességgel eltalálja. Ilyenkor további 2-3 neutron szabadul fel, amelyek egy másik urán-235 atommagba jutva széthasíthatják azt. És így tovább a láncon. Ezt nukleáris reakciónak nevezik.
Ellenőrzött reakció
Ha nem irányítja a nukleáris láncreakciót, és túl gyorsan megy végbe, valódi nukleáris robbanást fog kapni. Ezért a folyamatot gondosan figyelemmel kell kísérni, és nem szabad hagyni, hogy az urán túl gyorsan lebomoljon. Ehhez a fémcsövekben lévő nukleáris üzemanyagot egy moderátorba helyezik - egy olyan anyag, amely lelassítja a neutronokat, és hővé alakítja azok kinetikus energiáját.
A reakciósebesség szabályozására neutronelnyelő anyagból készült rudakat merítenek a moderátorba. Ha ezeket a rudakat felemelik, kevesebb neutront fognak fel, és a reakció felgyorsul. Ha a rudakat leengedjük, a reakció ismét lelassul.
Technikai kérdés
Az atomerőművekben lévő hatalmas csövek valójában nem csövek, hanem hűtőtornyok - a gőz gyors hűtésére szolgáló tornyok.
A bomlás pillanatában a mag két részre szakad, amelyek nyaktörő sebességgel repülnek szét. De nem repülnek messzire - eltalálják a szomszédos atomokat, és a kinetikus energia hőenergiává alakul.
Majd ezt a hőt használják fel a víz felmelegítésére, gőzzé alakítva, a gőz a turbinát, a turbina pedig a generátort, amely áramot termel, akárcsak egy hagyományos szénnel működő hőerőműben.
Vicces, de ez az egész magfizika, uránizotópok, nukleáris láncreakciók – mindezt azért, hogy felforraljuk a vizet.
A tisztaságért
Az atomenergiát nem csak az atomerőművekben használják fel. Vannak atomenergiával hajtott hajók és tengeralattjárók. Az 50-es években még nukleáris autókat, repülőgépeket és vonatokat is fejlesztettek.
Az atomreaktor működése következtében radioaktív hulladékok keletkeznek. Egy részük újrahasznosítható további felhasználás céljából, míg másokat speciális tárolóhelyeken kell tárolni, hogy ne okozzanak kárt az emberben és a környezetben.
Ennek ellenére az atomenergia ma az egyik legkörnyezetbarátabb. Az atomerőművek nem termelnek károsanyag-kibocsátást, nagyon kevés tüzelőanyagot igényelnek, kevés helyet foglalnak el, és megfelelő használat esetén nagyon biztonságosak.
De a csernobili atomerőmű balesete után sok ország felfüggesztette az atomenergia fejlesztését. Bár például Franciaországban az energia közel 80 százalékát atomerőművek állítják elő.
A 2000-es években az olaj magas ára miatt mindenki emlékezett az atomenergiára. Kompakt atomerőművekben vannak olyan fejlesztések, amelyek biztonságosak, évtizedekig üzemelhetnek, karbantartást nem igényelnek.
Az emberiség egyik legglobálisabb problémája az energia. Polgári infrastruktúra, ipar, katonaság – mindehhez hatalmas mennyiségű áramra van szükség, és ennek előállítására évente rengeteg ásványt különítenek el. A probléma az, hogy ezek az erőforrások nem végtelenek, és most, amíg többé-kevésbé stabil a helyzet, a jövőre kell gondolni. Nagy reményeket fűztek az alternatív, tiszta áramhoz, azonban amint azt a gyakorlat mutatja, a végeredmény messze nem a kívánt. A nap- vagy szélerőművek költségei tetemesek, de az energia mennyisége minimális. Éppen ezért az atomerőműveket tartják ma a legígéretesebb lehetőségnek a további fejlesztésre.
Az atomerőmű története
Az atomok villamosenergia-termelésre való felhasználásával kapcsolatos első ötletek a 20. század 40-es éveiben jelentek meg a Szovjetunióban, közel 10 évvel azelőtt, hogy ezen az alapon létrehozták volna saját tömegpusztító fegyvereiket. 1948-ban kidolgozták az atomerőművek működési elvét, és ezzel párhuzamosan a világon először lehetett atomenergiából táplálni eszközöket. 1950-ben az Egyesült Államok befejezte egy kis atomreaktor építését, amely akkoriban az egyetlen ilyen típusú erőműnek tekinthető a bolygón. Igaz, kísérleti jellegű volt, és mindössze 800 watt teljesítményt produkált. Ezzel egy időben a Szovjetunióban lerakták a világ első teljes értékű atomerőművét, bár üzembe helyezése után még mindig nem termelt ipari méretekben villamos energiát. Ezt a reaktort inkább a technológia csiszolására használták.
Ettől a pillanattól kezdve világszerte megkezdődött az atomerőművek tömeges építése. A „versenyben” a hagyományos vezetők, az USA és a Szovjetunió mellett megjelentek az első reaktorok:
- 1956 – Nagy-Britannia.
- 1959 – Franciaország.
- 1961 – Németország.
- 1962 – Kanada.
- 1964 – Svédország.
- 1966 – Japán.
Az épülő atomerőművek száma folyamatosan nőtt, egészen a csernobili katasztrófáig, ami után az építkezés lefagyni kezdett, és fokozatosan sok ország elkezdett felhagyni az atomenergiával. Jelenleg elsősorban Oroszországban és Kínában jelennek meg új ilyen erőművek. Egyes országok, amelyek korábban másfajta energiára való átállást terveztek, fokozatosan visszatérnek a programhoz, és a közeljövőben újabb felfutásra lehet kilátás az atomerőmű-építésben. Ez az emberi fejlődés kötelező szakasza, legalábbis addig, amíg más hatékony energiatermelési lehetőségeket nem találnak.
Az atomenergia jellemzői
A fő előny a hatalmas energiatermelés minimális üzemanyag-fogyasztás mellett, szinte teljesen szennyezés nélkül. Az atomerőművi atomreaktor működési elve egy egyszerű gőzgépen alapul, és fő elemként vizet használ (nem számítva magát a tüzelőanyagot), ezért környezetvédelmi szempontból a kár minimális. Az ilyen típusú erőművek potenciális veszélye erősen eltúlzott. A csernobili katasztrófa okait még mindig nem sikerült megbízhatóan megállapítani (erről bővebben lentebb), ráadásul a vizsgálat során összegyűjtött összes információ lehetővé tette a meglévő erőművek korszerűsítését, megszüntetve a sugárzás kibocsátásának még valószínűtlen lehetőségeit is. A környezetvédők néha azt mondják, hogy az ilyen állomások erős hőszennyezési források, de ez sem teljesen igaz. Valójában a szekunder körből származó melegvíz belép a tározókba, de leggyakrabban ezek mesterséges változatait használják, amelyeket kifejezetten erre a célra hoztak létre, és más esetekben az ilyen hőmérséklet-emelkedés aránya nem hasonlítható össze más energiaforrásokból származó szennyezéssel.
Üzemanyag probléma
Az atomerőművek népszerűségében nem utolsósorban az üzemanyag - az urán-235 - játszik szerepet. Lényegesen kevesebbre van szükség, mint bármely más típusra, egyidejűleg hatalmas energiafelszabadulás mellett. Az atomerőművi reaktor működési elve ennek az üzemanyagnak a felhasználását jelenti speciális „tabletták” formájában, amelyeket rudakba helyeznek. Valójában az egyetlen nehézség ebben az esetben egy ilyen forma létrehozása. A közelmúltban azonban olyan információk jelentek meg, amelyek szerint a jelenlegi globális tartalékok sem tartanak sokáig. De erről már gondoskodtak. A legújabb háromkörös reaktorok urán-238-cal működnek, amiből sok van, és az üzemanyaghiány probléma hosszú időre megszűnik.
Kétkörös atomerőmű működési elve
Mint fentebb említettük, ez egy hagyományos gőzgépen alapul. Röviden, az atomerőmű működési elve az, hogy a vizet a primer körből melegítik, ami viszont a szekunder körből a vizet gőz állapotba melegíti. Beáramlik a turbinába, forgatja a lapátokat, aminek hatására a generátor áramot termel. A „hulladék” gőz belép a kondenzátorba, és újra vízzé alakul. Ez egy szinte zárt ciklust hoz létre. Elméletileg mindez még egyszerűbben is működhetne, csak egy áramkör használatával, de ez valóban nem biztonságos, mivel a benne lévő víz elméletileg ki van téve szennyeződésnek, ami a legtöbb atomerőmű esetében kizárt rendszerszabvány alkalmazásakor. két egymástól elszigetelt vízkörrel.
Háromkörös atomerőmű működési elve
Ezek modernebb erőművek, amelyek urán-238-cal működnek. Tartalékai a világ összes radioaktív elemének több mint 99%-át teszik ki (ezért a hatalmas felhasználási kilátások). Az ilyen típusú atomerőművek működési elve és kialakítása akár három áramkör jelenlétéből és a folyékony nátrium aktív felhasználásából áll. Általában minden nagyjából ugyanaz marad, de kisebb kiegészítésekkel. A közvetlenül a reaktorból felmelegített primer körben ez a folyékony nátrium magas hőmérsékleten kering. A második kört az elsőtől melegítjük, és ugyanazt a folyadékot használja, de nem olyan forró. És csak ezután, már a harmadik körben vizet használnak, amelyet a másodikból a gőz állapotába melegítenek, és forgatják a turbinát. A rendszer technológiailag bonyolultabbnak bizonyul, de egy ilyen atomerőművet csak egyszer kell megépíteni, aztán már csak élvezni kell a munka gyümölcsét.
Csernobil
A katasztrófa fő oka a csernobili atomerőmű működési elve. Hivatalosan két verzió létezik a történtekről. Az egyik szerint a probléma a reaktor üzemeltetőinek nem megfelelő intézkedései miatt keletkezett. A második szerint az erőmű sikertelen tervezése miatt. A csernobili atomerőmű működési elvét azonban más ilyen típusú állomásokon is alkalmazták, amelyek a mai napig megfelelően működnek. Van egy vélemény, hogy olyan balesetek láncolata történt, amelyet szinte lehetetlen megismételni. Ebbe beletartozik egy kis földrengés a környéken, egy kísérlet elvégzése a reaktorral, kisebb problémák magával a tervezéssel stb. Mindez együtt okozta a robbanást. Mindazonáltal még mindig nem ismert, hogy mi okozta a reaktor teljesítményének meredek növekedését, amikor nem lett volna szabad. Az esetleges szabotázsról még vélemény is volt, de a mai napig semmi sem bizonyított.
Fukushima
Ez egy újabb példa egy atomerőművet érintő globális katasztrófára. És ebben az esetben is a balesetek láncolata volt az ok. Az állomást megbízhatóan védték a földrengésektől és a szökőároktól, amelyek nem ritkák a japán tengerparton. Kevesen gondolhatták volna, hogy ez a két esemény egyszerre fog bekövetkezni. A fukusimai atomerőmű generátorának működési elve a teljes biztonsági komplexum üzemben tartása érdekében külső energiaforrások felhasználását jelentette. Ez ésszerű intézkedés, mivel baleset esetén nehéz lenne magából az erőműből energiát nyerni. A földrengés és a szökőár miatt ezek a források meghibásodtak, a reaktorok megolvadtak és katasztrófát okoztak. Jelenleg folynak az erőfeszítések a károk helyreállítására. A szakértők szerint ez még 40 évig tart.
Az atomenergia minden hatékonysága ellenére továbbra is meglehetősen drága, mert az atomerőművi gőzfejlesztő és egyéb alkatrészeinek működési elvei hatalmas építési költségekkel járnak, amelyeket meg kell téríteni. Jelenleg a szénből és olajból nyert villamos energia még mindig olcsóbb, de ezek az erőforrások a következő évtizedekben elfogynak, és a következő néhány évben az atomenergia minden másnál olcsóbb lesz. Jelenleg az alternatív energiaforrásokból (szél- és naperőművekből) származó, környezetbarát villamos energia körülbelül 20-szor többe kerül.
Úgy gondolják, hogy az atomerőművek működési elve nem teszi lehetővé az ilyen állomások gyors építését. Ez nem igaz. Egy ilyen típusú létesítmény felépítése átlagosan körülbelül 5 évig tart.
Az állomások nemcsak a potenciális sugárzással szemben, hanem a legtöbb külső tényező ellen is tökéletesen védettek. Például, ha a terroristák az ikertornyok helyett bármelyik atomerőművet választották volna, akkor a környező infrastruktúrában csak minimális kárt tudtak volna okozni, ami a reaktor működését semmilyen módon nem befolyásolja.
Eredmények
Az atomerőművek működési elve gyakorlatilag nem különbözik a legtöbb hagyományos erőmű működési elveitől. A gőzenergiát mindenhol felhasználják. A vízerőművek az áramló víz nyomását használják, sőt a napenergiával működő modellek is forrásig melegített, turbinákat forgató folyadékot használnak. E szabály alól csak a szélerőművek képeznek kivételt, amelyekben a lapátok a légtömegek mozgása miatt forognak.
Cikkek a témában
