Jak działa elektrownia jądrowa. Jak działa elektrownia jądrowa? Według rodzaju uwolnionej energii

Współczesny człowiek nie wyobraża sobie życia bez elektryczności. Jeśli zasilanie przestanie działać choćby na kilka godzin, życie metropolii zostanie sparaliżowane. Ponad 90% energii elektrycznej w regionie Woroneża jest wytwarzane przez Elektrownię Jądrową Nowoworoneż. Korespondenci RIA "Woroneż" odwiedzili elektrownię jądrową NV i dowiedzieli się, jak energia jądrowa jest przetwarzana na energię elektryczną.

Kiedy pojawiła się pierwsza elektrownia jądrowa?

W 1898 roku słynni naukowcy Maria Skłodowska-Curie i Pierre Curie odkryli, że blenda smołowa, minerał uranu, jest radioaktywny, a w 1933 roku amerykański fizyk Leo Szilard jako pierwszy przedstawił ideę jądrowej reakcji łańcuchowej, zasadę, która: po jego wdrożeniu w praktyce otworzyła drogę do powstania broni jądrowej. Początkowo energia atomu była wykorzystywana do celów wojskowych. Po raz pierwszy atom został użyty do celów pokojowych w ZSRR. Pierwsza na świecie eksperymentalna elektrownia jądrowa o mocy zaledwie 5 MW została uruchomiona w 1954 roku w mieście Obninsk w obwodzie kałuskim. Praca pierwszej eksperymentalnej elektrowni jądrowej okazała się obiecująca i bezpieczna. Podczas jego eksploatacji nie dochodzi do szkodliwych emisji do środowiska, w przeciwieństwie do elektrociepłowni nie jest wymagana duża ilość paliwa organicznego. Dziś elektrownie jądrowe są jednym z najbardziej przyjaznych środowisku źródeł energii.

Kiedy zbudowano elektrownię jądrową Nowoworoneż?

Budowa pierwszego bloku przemysłowego NV NPP

Po raz pierwszy przemysłowe wykorzystanie energii atomowej w Związku Radzieckim rozpoczęło się w elektrowni jądrowej Nowoworoneż. We wrześniu 1964 r. oddano do użytku pierwszy blok energetyczny EJ EJ z ciśnieniowym reaktorem wodnym (WWER) o mocy 210 MW – prawie 40 razy więcej niż w pierwszej eksperymentalnej elektrowni jądrowej. Ten model reaktora jest uważany za jeden z najbardziej zaawansowanych technicznie i bezpiecznych na świecie. Reaktory podwodne służyły jako prototypy VVER dla elektrowni jądrowych. Podczas budowy pierwszego bloku elektrowni Nowoworoneż nie istniały ośrodki szkolenia specjalistów zdolnych do obsługi reaktorów. Pierwsi naukowcy nuklearni zostali zrekrutowani z byłych okrętów podwodnych.

W EJ Nowoworoneż wybudowano i oddano do eksploatacji pięć bloków energetycznych, trzy z nich są obecnie w eksploatacji, trwają prace budowlane i przygotowania do uruchomienia dwóch kolejnych. Wszystkie bloki energetyczne w EJNPP z reaktorami WWER.

Ile energii produkuje elektrownia jądrowa?

Moc bloku może wahać się od kilku jednostek do kilku tysięcy MW. Przemysłowe elektrownie jądrowe są bardzo potężne. Elektrownia Nowoworoneż zapewnia około 90% zapotrzebowania regionu Woroneż na energię elektryczną i prawie 90% zapotrzebowania na ciepło. Łączna moc bloków energetycznych elektrowni jądrowej Nowooroneż wynosi 1800 MW. Roczna ilość energii elektrycznej wytworzonej w elektrowniach jądrowych wystarczy, aby zapewnić Woroneżowskiemu zakładowi lotniczemu 191 lat nieprzerwanej pracy lub oświetlić 650 standardowych dziewięciopiętrowych budynków. Po uruchomieniu szóstego i siódmego bloku łączna moc elektrowni jądrowej Nowoworoneż wzrośnie 2,23-krotnie. Wtedy roczna ilość energii wytwarzanej przez elektrownię jądrową wystarczy, aby zapewnić działanie rosyjskiej kolei przez ponad 8 miesięcy.

Jak zorganizowana jest elektrownia jądrowa?

Blok energetyczny nr 5 NV NPP

Energia w elektrowni jądrowej wytwarzana jest w reaktorze. Paliwem do tego jest sztucznie wzbogacony uran w postaci granulek o średnicy kilku milimetrów. Pellety uranu są umieszczane w elementach paliwowych (TVELs) - są to szczelne puste rurki wykonane z żaroodpornego cyrkonu. Zespoły paliwowe (FA) są składane z prętów paliwowych. W rdzeniu VVER znajduje się kilkaset zespołów paliwowych, w których zachodzą procesy rozszczepiania uranu. To zespoły paliwowe przekazują energię poprzez podgrzewanie chłodziwa pierwotnego. Gęstość neutronów w reaktorze jest mocą reaktora i jest regulowana ilością wprowadzanych do rdzenia elementów absorbujących neutrony z borem (jak hamulec w samochodzie). Do produkcji energii elektrycznej w blokach elektrowni jądrowych, a także w blokach cieplnych wykorzystuje się mniej niż połowę wytworzonego ciepła (prawa fizyki), pozostałe ciepło pary wyrzucanej w turbinie jest odprowadzane do otoczenia. W pierwszych jednostkach elektrowni jądrowej w Noworoneżu do odprowadzania ciepła wykorzystywana była woda z rzeki Don. Do chłodzenia trzeciego i czwartego bloku wykorzystywane są chłodnie kominowe – konstrukcje żelazno-aluminiowe o wysokości około 91 metrów i masie 920 ton, w których podgrzana woda obiegowa jest chłodzona strumieniem powietrza. Do schłodzenia piątego bloku energetycznego wybudowano staw chłodzący wypełniony wodą obiegową, a jego powierzchnia służy do przekazywania ciepła do otoczenia. Woda ta nie wchodzi w kontakt z wodą pierwotną i jest całkowicie bezpieczna. Oczko wodne jest tak czyste, że w 2010 roku odbyły się na nim ogólnorosyjskie zawody wędkarskie. Aby schłodzić wodę obiegową bloków 6 i 7, zbudowano najwyższe wieże chłodnicze w Rosji o wysokości 173 m. Z samego szczytu wieży chłodniczej wyraźnie widoczne są obrzeża miasta Woroneż.

Jak energia jądrowa zamienia się w energię elektryczną?

W jądrze WWER zachodzą procesy rozszczepiania jąder uranu. W tym przypadku uwalniana jest ogromna ilość energii, która podgrzewa wodę (chłodziwo) obiegu pierwotnego do temperatury ok. 300°C. Woda nie wrze w tym samym czasie, ponieważ znajduje się pod wysokim ciśnieniem (zasada szybkowaru). Chłodziwo obwodu pierwotnego jest radioaktywne, dlatego nie opuszcza obwodu. Następnie podawany jest do wytwornic pary, gdzie woda obiegu wtórnego jest podgrzewana i zamieniana w parę, a już w turbinie zamienia swoją energię na energię elektryczną.

Jak prąd trafia do naszych mieszkań?

Prąd elektryczny to uporządkowany, nieskompensowany ruch swobodnych, naładowanych elektrycznie cząstek-elektronów pod wpływem pola elektrycznego. Kolosalna ilość energii o napięciu 220 lub 500 tysięcy woltów opuszcza elektrownię jądrową przez przewody. Tak wysokie napięcie jest niezbędne do zmniejszenia strat podczas przesyłu na duże odległości. Jednak konsument nie potrzebuje takiego napięcia i jest bardzo niebezpieczny. Zanim prąd elektryczny dostanie się do domów, napięcie jest obniżane za pomocą transformatorów do zwykłych 220 woltów. Wkładając wtyczkę urządzenia elektrycznego do gniazdka, podłączasz go do sieci elektrycznej.

Jak bezpieczna jest energia jądrowa?

Staw chłodzący NV NPP

Przy prawidłowej eksploatacji elektrownia jądrowa jest całkowicie bezpieczna. Tło promieniowania w 30-kilometrowej strefie wokół elektrowni jądrowej w Noworoneżu jest kontrolowane przez 20 automatycznych posterunków. Działają w trybie pomiaru ciągłego. W całej historii funkcjonowania stacji tło promieniowania nigdy nie przekroczyło wartości tła naturalnego. Ale energia jądrowa niesie ze sobą potencjalne niebezpieczeństwo. Dlatego z roku na rok systemy bezpieczeństwa w elektrowniach jądrowych stają się coraz doskonalsze. Jeśli dla pierwszych generacji elektrowni jądrowych (1,2 jednostki energetyczne) główne systemy bezpieczeństwa były aktywne, to znaczy musiały je uruchomić osoba lub automatyka, to przy projektowaniu bloków generacji 3+ (6. i 7. bloki energetyczne Nowoworoneża NPP), główna stawka stawiana jest na pasywne systemy bezpieczeństwa. W przypadku potencjalnie niebezpiecznej sytuacji będą działać same, nie przestrzegając człowieka ani automatyki, ale praw fizyki. Na przykład w przypadku awarii zasilania w elektrowni jądrowej elementy ochronne pod wpływem grawitacji samorzutnie wpadną do rdzenia i wyłączą reaktor.

Personel elektrowni jądrowej regularnie szkoli się w radzeniu sobie z różnego rodzaju sytuacjami awaryjnymi. Sytuacje awaryjne są symulowane na specjalnych pełnowymiarowych symulatorach - skomputeryzowanych urządzeniach, które są zewnętrznie nie do odróżnienia od paneli sterowania blokowego. Personel operacyjny zarządzający reaktorem co 5 lat otrzymuje od Rostekhnadzor licencję na prowadzenie procesu technologicznego (sterowanie blokiem elektrowni jądrowej). Procedura jest podobna do uzyskania prawa jazdy. Specjalista zdaje egzaminy teoretyczne i demonstruje praktyczne umiejętności na symulatorze. Tylko posiadając licencję i zdając egzaminy w elektrowniach jądrowych, personel może obsługiwać reaktor.

Zauważyłeś błąd? Wybierz go za pomocą myszy i naciśnij Ctrl + Enter

Aby zrozumieć zasadę działania i konstrukcję reaktora jądrowego, trzeba zrobić krótką dygresję w przeszłość. Reaktor jądrowy to ucieleśnione od stuleci, choć nie do końca, marzenie ludzkości o niewyczerpanym źródle energii. Jej starożytnym „przodkiem” jest ogień z suchych gałęzi, który niegdyś oświetlał i ogrzewał sklepienia jaskini, w której nasi dalecy przodkowie znaleźli zbawienie od zimna. Później ludzie opanowali węglowodory - węgiel, łupki, ropa naftowa i gaz ziemny.

Rozpoczęła się burzliwa, ale krótkotrwała era pary, która została zastąpiona jeszcze bardziej fantastyczną erą elektryczności. Miasta wypełniało się światłem, a warsztaty szumem nieznanych dotąd maszyn napędzanych silnikami elektrycznymi. Wtedy wydawało się, że postęp osiągnął swój punkt kulminacyjny.

Wszystko zmieniło się pod koniec XIX wieku, kiedy francuski chemik Antoine Henri Becquerel przypadkowo odkrył, że sole uranu są radioaktywne. Po 2 latach jego rodacy Pierre Curie i jego żona Maria Skłodowska-Curie otrzymali od nich rad i polon, a ich poziom promieniotwórczości był miliony razy wyższy niż toru i uranu.

Pałeczkę podniósł Ernest Rutherford, który szczegółowo badał naturę promieni radioaktywnych. Tak rozpoczął się wiek atomu, który zrodził ukochane dziecko – reaktor jądrowy.

Pierwszy reaktor jądrowy

„Pierworodny” pochodzi z USA. W grudniu 1942 r. reaktor podał pierwszy prąd, który otrzymał imię swojego twórcy, jednego z najwybitniejszych fizyków stulecia, E. Fermiego. Trzy lata później w Kanadzie powstała elektrownia jądrowa ZEEP. „Brąz” trafił do pierwszego sowieckiego reaktora F-1, uruchomionego pod koniec 1946 roku. I. V. Kurczatow został szefem krajowego projektu jądrowego. Obecnie na świecie z powodzeniem działa ponad 400 bloków jądrowych.

Rodzaje reaktorów jądrowych

Ich głównym celem jest wspieranie kontrolowanej reakcji jądrowej, która wytwarza energię elektryczną. Niektóre reaktory wytwarzają izotopy. Krótko mówiąc, są to urządzenia, w których głębinach niektóre substancje zamieniają się w inne z uwolnieniem dużej ilości energii cieplnej. To rodzaj „pieca”, w którym zamiast tradycyjnych paliw „spala się” izotopy uranu – U-235, U-238 i pluton (Pu).

W przeciwieństwie na przykład do samochodu zaprojektowanego na kilka rodzajów benzyny, każdy rodzaj paliwa radioaktywnego ma swój własny rodzaj reaktora. Są dwa - na neutronach wolnych (z U-235) i szybkich (z U-238 i Pu). Większość elektrowni jądrowych jest wyposażona w powolne reaktory neutronowe. Oprócz elektrowni jądrowych instalacje „pracują” w ośrodkach badawczych, na atomowych okrętach podwodnych i.

Jak jest reaktor

Wszystkie reaktory mają w przybliżeniu ten sam schemat. Jego „sercem” jest strefa aktywna. Można go z grubsza porównać z piecem tradycyjnego pieca. Tylko zamiast drewna opałowego jest paliwo jądrowe w postaci elementów paliwowych z moderatorem - TVELs. Strefa aktywna znajduje się wewnątrz swego rodzaju kapsuły - reflektora neutronowego. Pręty paliwowe są "myte" chłodziwem - wodą. Ponieważ „serce” ma bardzo wysoki poziom radioaktywności, otoczone jest niezawodną ochroną przed promieniowaniem.

Operatorzy kontrolują pracę zakładu za pomocą dwóch krytycznych systemów, kontroli reakcji łańcuchowej i systemu zdalnego sterowania. W przypadku wystąpienia sytuacji awaryjnej natychmiast uruchamiana jest ochrona awaryjna.

Jak działa reaktor

Atomowy „płomień” jest niewidoczny, ponieważ procesy zachodzą na poziomie rozszczepienia jądra. W trakcie reakcji łańcuchowej ciężkie jądra rozpadają się na mniejsze fragmenty, które będąc w stanie wzbudzonym stają się źródłem neutronów i innych cząstek subatomowych. Ale na tym proces się nie kończy. Neutrony dalej się „miażdżą”, w wyniku czego uwalnia się dużo energii, czyli to, dla czego budowane są elektrownie jądrowe.

Głównym zadaniem personelu jest utrzymanie reakcji łańcuchowej za pomocą drążków sterujących na stałym, regulowanym poziomie. Jest to jego główna różnica w stosunku do bomby atomowej, w której proces rozpadu jądrowego jest niekontrolowany i przebiega szybko, w postaci potężnej eksplozji.

Co wydarzyło się w elektrowni jądrowej w Czarnobylu

Jedną z głównych przyczyn katastrofy w elektrowni jądrowej w Czarnobylu w kwietniu 1986 r. było rażące naruszenie zasad bezpieczeństwa pracy w procesie rutynowej konserwacji 4 bloku energetycznego. Następnie z rdzenia usunięto jednocześnie 203 pręty grafitowe zamiast 15 dozwolonych przepisami. W rezultacie rozpoczęta niekontrolowana reakcja łańcuchowa zakończyła się wybuchem termicznym i całkowitym zniszczeniem jednostki napędowej.

Reaktory nowej generacji

W ciągu ostatniej dekady Rosja stała się jednym ze światowych liderów energetyki jądrowej. W tej chwili państwowa korporacja Rosatom buduje elektrownie jądrowe w 12 krajach, w których budowane są 34 bloki energetyczne. Tak wysoki popyt świadczy o wysokim poziomie nowoczesnej rosyjskiej technologii jądrowej. Następne w kolejności są nowe reaktory czwartej generacji.

„Brześć”

Jednym z nich jest Brest, który powstaje w ramach projektu Breakthrough. Obecne systemy otwartego cyklu działają na nisko wzbogacony uran, pozostawiając dużą ilość wypalonego paliwa do utylizacji po ogromnych kosztach. „Brześć” – reaktor na neutronach prędkich jest wyjątkowy w obiegu zamkniętym.

W nim wypalone paliwo, po odpowiednim przetworzeniu w reaktorze na neutrony prędkie, ponownie staje się pełnowartościowym paliwem, które można załadować z powrotem do tego samego obiektu.

Brześć wyróżnia się wysokim poziomem bezpieczeństwa. Nigdy nie „eksploduje” nawet w najpoważniejszym wypadku, jest bardzo ekonomiczny i przyjazny dla środowiska, ponieważ ponownie wykorzystuje „odnowiony” uran. Nie można go również wykorzystać do produkcji plutonu przeznaczonego do broni, co otwiera najszersze perspektywy dla jego eksportu.

WWER-1200

VVER-1200 to innowacyjny reaktor generacji 3+ o mocy 1150 MW. Dzięki swoim wyjątkowym możliwościom technicznym ma niemal absolutne bezpieczeństwo eksploatacji. Reaktor jest wyposażony w liczne systemy bezpieczeństwa biernego, które będą działać nawet przy braku zasilania w trybie automatycznym.

Jednym z nich jest pasywny system odprowadzania ciepła, który uruchamia się automatycznie, gdy reaktor jest całkowicie pozbawiony napięcia. W takim przypadku zapewnione są awaryjne zbiorniki hydrauliczne. Przy nieprawidłowym spadku ciśnienia w obwodzie pierwotnym do reaktora dostarczana jest duża ilość wody zawierającej bor, która wygasza reakcję jądrową i pochłania neutrony.

Kolejne know-how znajduje się w dolnej części obudowy - „pułapka” wytopu. Jeśli jednak w wyniku wypadku rdzeń „przecieka”, „pułapka” nie pozwoli na zawalenie się obudowy i uniemożliwi przedostanie się produktów radioaktywnych do gruntu.

Elektrownia jądrowa i jej urządzenie:

Elektrownia jądrowa (EJ) to instalacja jądrowa, której celem jest wytwarzanie energii elektrycznej.

- maszyna przeładunkowa paliwo(maszyna ładująca).

Pracą tego urządzenia steruje personel - operatorzy wykorzystując do tego celu blokowy panel sterowania.

Kluczowym elementem reaktora jest strefa zlokalizowana w betonowym szybie. Zapewnia również system, który zapewnia funkcje kontrolne i ochronne; za jego pomocą można wybrać tryb, w którym powinna zachodzić kontrolowana reakcja łańcuchowa rozszczepienia. System zapewnia również ochronę awaryjną, która pozwala na szybkie zatrzymanie reakcji w przypadku zagrożenia.

W drugim budynku elektrownia jądrowa znajduje się hala turbin, w której znajduje się turbina i wytwornice pary. Ponadto istnieje budynek, w którym przeładowuje się paliwo jądrowe, a wypalone paliwo jądrowe składuje się w specjalnie zaprojektowanych basenach.

Na terytorium elektrownia atomowa są położone kondensatory, a także chłodnie kominowe, staw chłodzący i rozpryskujący, które są elementami cyrkulacyjnego systemu chłodzenia. Wieże chłodnicze to wieże wykonane z betonu i w kształcie ściętego stożka; jako staw może służyć naturalny lub sztuczny zbiornik wodny. elektrownia jądrowa wyposażony w linie wysokiego napięcia wychodzące poza granice jego terytorium.

Budowa pierwszego na świecie elektrownia atomowa rozpoczęto w 1950 roku w Rosji i ukończono cztery lata później. Do realizacji projektu wybrano teren w pobliżu wsi. Obninsky (obwód Kaługa).

Jednak energia elektryczna została po raz pierwszy wyprodukowana w Stanach Zjednoczonych Ameryki w 1951 roku; pierwszy udany przypadek jej otrzymania odnotowano w stanie Idaho.

W zakresie produkcji Elektryczność Stany Zjednoczone przodują, generując rocznie ponad 788 miliardów kWh energii elektrycznej. Na liście liderów pod względem produkcji znalazły się również Francja, Japonia, Niemcy i Rosja.

Zasada działania elektrowni jądrowej:

Energia jest generowana za pomocą reaktor gdzie zachodzi rozszczepienie jądrowe. W tym przypadku ciężkie jądro rozpada się na dwa fragmenty, które będąc w stanie bardzo wzbudzonym emitują neutrony (i inne cząstki). Z kolei neutrony powodują nowe procesy rozszczepienia, w wyniku których emitowanych jest jeszcze więcej neutronów. Ten ciągły proces rozpadu nazywany jest łańcuchową reakcją jądrową, której charakterystyczną cechą jest uwalnianie dużej ilości energii. Celem pracy jest wytwarzanie tej energii. elektrownia atomowa(ELEKTROWNIA JĄDROWA).

Proces produkcji obejmuje następujące etapy:

1. 1. konwersja energii jądrowej na energię cieplną;
2. 2. konwersja energii cieplnej na mechaniczną;
3. 3. zamiana energii mechanicznej na energię elektryczną.

W pierwszym etapie w reaktor jądro jest ładowane paliwo(uran-235), aby rozpocząć kontrolowaną reakcję łańcuchową. Paliwo uwalnia neutrony termiczne lub powolne, co prowadzi do uwolnienia znacznej ilości ciepła. Do odprowadzania ciepła z rdzenia reaktora stosuje się chłodziwo, które przepuszczane jest przez całą objętość rdzenia. Może mieć postać płynną lub gazową. Powstała energia cieplna służy w przyszłości do wytwarzania pary w wytwornicy pary (wymienniku ciepła).

W drugim etapie do turbogeneratora doprowadzana jest para. Tutaj energia cieplna pary zamieniana jest na energię mechaniczną - energię obrotu turbiny.

W trzecim etapie, za pomocą generatora, energia mechaniczna obrotów turbiny zamieniana jest na energię elektryczną, która jest następnie przesyłana do odbiorców.

Klasyfikacja elektrowni jądrowych:

Elektrownie jądrowe sklasyfikowane według rodzaju reaktorów w nich pracujących. Istnieją dwa główne typy elektrowni jądrowych:

- z reaktorami wykorzystującymi neutrony termiczne (reaktor jądrowy ciśnieniowo-wodny, reaktor jądrowy z wrzącą wodą, reaktor jądrowy ciężkowodny, grafitowo-gazowy jądrowy reaktor, reaktor jądrowy grafitowo-wodny itp. reaktory z neutronami termicznymi);

– z reaktorami wykorzystującymi neutrony prędkie (reaktory na neutrony prędkie).

W zależności od rodzaju wytwarzanej energii istnieją dwa rodzaje jądrowy elektrownie :

– elektrownia jądrowa do produkcji energii elektrycznej;

- ATES - elektrociepłownie jądrowe, których celem jest wytwarzanie nie tylko energii elektrycznej, ale także cieplnej.

Reaktory jedno-, dwu- i trzypętlowe elektrowni jądrowej:

Reaktor elektrownia atomowa może być jedno-, dwu- lub trzyobwodowy, co znajduje odzwierciedlenie w schemacie działania chłodziwa - może mieć odpowiednio jeden, dwa lub trzy obwody. W naszym kraju najczęściej spotykane są stacje wyposażone w dwuobwodowe reaktory mocy chłodzone wodą (WWER). Według Rosstatu obecnie jest 4 elektrownia jądrowa z reaktorami 1-pętlowymi, 5 z reaktorami 2-pętlowymi i jeden z reaktorem 3-pętlowym.

Elektrownie jądrowe z reaktorem jednopętlowym:

Elektrownie jądrowe tego typu - z reaktorem jednopętlowym wyposażone są w reaktory typu RBMK-1000. W jednostce znajduje się reaktor, dwie turbiny kondensacyjne i dwa generatory. Wysokie temperatury pracy reaktora pozwalają mu jednocześnie pełnić funkcję wytwornicy pary, co umożliwia zastosowanie schematu jednopętlowego. Zaletą tego ostatniego jest stosunkowo prosta zasada działania, jednak ze względu na swoje cechy dość trudno jest zapewnić ochronę przed promieniowanie. Wynika to z faktu, że przy stosowaniu tego schematu wszystkie elementy bloku są narażone na promieniowanie radioaktywne.

Elektrownie jądrowe z reaktorem obejściowym:

Schemat z dwoma obwodami jest używany na elektrownia jądrowa z reaktorami typu WWER. Zasada działania tych stacji jest następująca: do rdzenia reaktora podawany jest pod ciśnieniem czynnik chłodzący, którym jest woda. Jest podgrzewana, po czym wchodzi do wymiennika ciepła (wytwornicy pary), gdzie podgrzewa wodę z obiegu wtórnego do wrzenia. Promieniowanie jest emitowane tylko przez pierwszy obwód, drugi nie ma właściwości radioaktywnych. W skład urządzenia blokowego wchodzi generator, a także jedna lub dwie turbiny kondensacyjne (w pierwszym przypadku moc turbiny wynosi 1000 megawatów, w drugim - 2 x 500 megawatów).

Zaawansowanym rozwojem w dziedzinie reaktorów obejściowych jest model VVER-1200 zaproponowany przez koncern Rosenergoatom. Został opracowany w oparciu o modyfikacje reaktora VVER-1000, które w latach 90-tych były produkowane na zamówienie z zagranicy. oraz w pierwszych latach obecnego tysiąclecia. Nowy model poprawia wszystkie parametry poprzednika i przewiduje dodatkowe systemy bezpieczeństwa, aby zmniejszyć ryzyko ucieczki promieniowania radioaktywnego z komory ciśnieniowej reaktora. Nowe opracowanie ma szereg zalet - jego moc jest o 20% wyższa w porównaniu do poprzedniego modelu, współczynnik wydajności sięga 90%, jest w stanie pracować przez półtora roku bez przeciążenia paliwo(zwykle 1 rok), okres eksploatacji to 60 lat.

Elektrownie jądrowe z reaktorem trójpętlowym:

Schemat trójprzewodowy jest używany na elektrownie jądrowe z reaktorami typu BN („sód szybki”). Działanie takich reaktorów opiera się na neutronach prędkich, jako chłodziwo stosuje się radioaktywny ciekły sód. Aby wykluczyć jego kontakt z wodą, konstrukcja reaktora przewiduje dodatkowy obwód, który wykorzystuje sód bez właściwości radioaktywnych; zapewnia to trójobwodowy typ obwodu.

Opracowany w latach 80.-90. ubiegłego wieku nowoczesny reaktor 3-pętlowy BN-800 zapewnił Rosji wiodącą pozycję w produkcji reaktorów prędkich. Jego kluczową cechą jest ochrona przed wpływami pochodzącymi z wewnątrz lub z zewnątrz. Ten model minimalizuje ryzyko wypadku, w którym rdzeń topi się i uwalnia pluton podczas ponownego przetwarzania napromieniowanego paliwa jądrowego.

W rozważanym reaktorze mogą być stosowane różne rodzaje paliwa - konwencjonalne z tlenkiem uranu lub paliwo MOX na bazie uranu i

Zasada działania elektrowni jądrowej i elektrowni spalających konwencjonalne paliwo (węgiel, gaz, olej opałowy, torf) jest taka sama: dzięki uwolnionemu ciepłu woda zamienia się w parę, która pod ciśnieniem jest dostarczana do turbiny i obraca go. Turbina z kolei przekazuje obrót do generatora prądu elektrycznego, który zamienia energię mechaniczną obrotu na energię elektryczną, czyli generuje prąd. W przypadku elektrowni cieplnych konwersja wody w parę następuje dzięki energii spalania węgla, gazu itp., w przypadku elektrowni jądrowych dzięki energii rozszczepienia jądra uranu-235.

Aby przekształcić energię rozszczepienia jądrowego w energię pary wodnej, stosuje się różnego rodzaju instalacje, które nazywane są reaktory jądrowe (instalacje). Uran jest zwykle używany w postaci dwutlenku - U0 2 .

Tlenek uranu jako część specjalnych struktur umieszczony jest w moderatorze - substancji, w wyniku oddziaływania której neutrony szybko tracą energię (zwalniają). Do tych celów jest używany woda lub grafit - odpowiednio reaktory nazywane są wodą lub grafitem.

Aby przenieść energię (innymi słowy ciepło) z rdzenia do turbiny, stosuje się chłodziwo - woda, ciekły metal(np. sód) lub gaz(na przykład powietrze lub hel). Chłodziwo wypłukuje z zewnątrz nagrzane hermetyczne struktury, wewnątrz których zachodzi reakcja rozszczepienia. W rezultacie chłodziwo nagrzewa się i poruszając się specjalnymi rurami przekazuje energię (w postaci własnego ciepła). Podgrzany płyn chłodzący służy do wytwarzania pary, która jest dostarczana do turbiny pod wysokim ciśnieniem.

Rys.G.1. Schemat ideowy elektrowni jądrowej: 1 – reaktor jądrowy, 2 – pompa obiegowa, 3 – wymiennik ciepła, 4 – turbina, 5 – generator prądu

W przypadku chłodziwa gazowego etap ten jest nieobecny, a ogrzany gaz podawany jest bezpośrednio do turbiny.

W rosyjskiej (sowieckiej) energetyce jądrowej rozpowszechniły się dwa typy reaktorów: tak zwany reaktor kanałowy dużej mocy (RBMK) i reaktor wodny pod ciśnieniem (WWER). Na przykładzie RBKM rozważymy nieco bardziej szczegółowo zasadę działania elektrowni jądrowej.

RBMK

RBMK jest źródłem energii elektrycznej o mocy 1000 MW, co odzwierciedla wejście RBMK-1000. Reaktor umieszczony jest w szybie żelbetowym na specjalnej konstrukcji wsporczej. Wokół niego znajduje się powyżej i poniżej ochrona biologiczna(ochrona przed promieniowaniem jonizującym). Wypełnia rdzeń reaktora mur grafitowy(czyli bloki grafitowe o wymiarach 25x25x50 cm złożone w określony sposób) o kształcie cylindrycznym. Otwory pionowe wykonuje się na całej wysokości (rys. G.2.). Umieszczono w nich metalowe rurki, zwane kanały(stąd nazwa „kanał”). W kanałach zainstalowane są albo konstrukcje z paliwem (TVEL - element paliwowy), albo pręty do sterowania reaktorem. Pierwsze to kanały paliwowe, drugi - kanały kontroli i ochrony. Każdy kanał jest niezależną szczelną konstrukcją.Reaktor sterowany jest poprzez zanurzenie w nim prętów pochłaniających neutrony (w tym celu wykorzystywane są materiały takie jak kadm, bor, europ). Im głębiej taki pręt wchodzi do rdzenia, tym więcej neutronów jest absorbowanych, dlatego liczba jąder rozszczepialnych maleje, a uwalnianie energii maleje. Zestaw odpowiednich mechanizmów to system kontroli i ochrony (CPS).

Rys.G.2. Schemat RBMK.

Woda jest dostarczana do każdego kanału paliwowego od dołu, która jest dostarczana do reaktora przez specjalną mocną pompę - nazywa się główna pompa obiegowa (MCP). Podczas mycia zespołów paliwowych woda wrze, a na wylocie kanału powstaje mieszanina pary i wody. ona wchodzi bęben separatora (BS)- aparat pozwalający na oddzielenie (oddzielenie) suchej pary od wody. Oddzielona woda jest przesyłana przez główną pompę obiegową z powrotem do reaktora, zamykając w ten sposób obwód „reaktor – bęben-separator – SSC - reaktor". Nazywa się to obwód wielokrotnego wymuszonego obiegu (KMPTS). W RBMK są dwa takie obwody.

Ilość tlenku uranu potrzebna do działania RBMK to ok. 200 ton (używając go uwalnia się tyle samo energii, co spalanie ok. 5 mln ton węgla). Paliwo „pracuje” w reaktorze 3-5 lat.

Płyn chłodzący jest w pętla zamknięta, izolowane od środowiska zewnętrznego, z wyłączeniem wszelkich znaczących zanieczyszczeń radiacyjnych. Potwierdzają to badania sytuacji radiacyjnej wokół elektrowni jądrowej, zarówno przez służby samych stacji, jak i organy regulacyjne, ekologów i organizacje międzynarodowe.

Woda chłodząca pochodzi ze zbiornika w pobliżu stacji. Jednocześnie pobierana woda ma naturalną temperaturę, a woda powracająca do zbiornika jest o około 10°C wyższa. Istnieją surowe przepisy dotyczące temperatury ogrzewania, które są dodatkowo zaostrzane, aby uwzględnić lokalne ekosystemy, ale tak zwane „zanieczyszczenie termiczne” zbiornika jest prawdopodobnie najpoważniejszą szkodą dla środowiska spowodowaną przez elektrownie jądrowe. Ta wada nie jest zasadnicza i nie do pokonania. Aby tego uniknąć, wraz ze stawami chłodzącymi (lub zamiast nich), wieże chłodnicze. Są to ogromne konstrukcje w postaci stożkowych rur o dużej średnicy. Woda chłodząca po podgrzaniu w skraplaczu podawana jest do licznych rurek znajdujących się wewnątrz chłodni kominowej. Rurki te mają małe otwory, przez które wypływa woda, tworząc wewnątrz wieży chłodniczej „gigantyczny prysznic”. Spadająca woda jest schładzana powietrzem atmosferycznym i gromadzona pod chłodnią kominową w basenie, skąd pobierana jest do schłodzenia skraplacza. Nad chłodnią kominową w wyniku parowania wody tworzy się biała chmura.

Emisje radioaktywne z elektrowni jądrowych 1-2 zamówienia poniżej maksymalnych dopuszczalnych (tj. akceptowalnie bezpiecznych) wartości, a stężenie radionuklidów na terenie elektrowni jądrowej miliony razy mniej niż MPC i dziesiątki tysięcy razy mniej niż naturalny poziom radioaktywności.

Radionuklidy dostające się do środowiska podczas eksploatacji elektrowni jądrowej to głównie produkty rozszczepienia. Większość z nich to obojętne gazy radioaktywne (IRG), które mają krótkie okresy pół życia a tym samym nie mają namacalnego wpływu na środowisko (gniją, zanim zdążą działać). Oprócz produktów rozszczepienia niektóre emisje to produkty aktywacji (radionuklidy utworzone ze stabilnych atomów pod działaniem neutronów). Istotne pod względem narażenia na promieniowanie są długożyciowe radionuklidy(JN, główne radionuklidy tworzące dawkę to cez-137, stront-90, chrom-51, mangan-54, kobalt-60) oraz radioizotopy jodu(głównie jod-131). Jednocześnie ich udział w emisji elektrowni jądrowych jest niezwykle znikomy i wynosi tysięczne części procenta.

Według wyników z 1999 r. uwolnienia radionuklidów z elektrowni jądrowych w obojętnych gazach promieniotwórczych nie przekroczyły 2,8% wartości dopuszczalnych dla reaktorów uranowo-grafitowych i 0,3% dla WWER i BN. Dla radionuklidów długożyciowych emisje nie przekroczyły 1,5% dopuszczalnej emisji dla reaktorów uranowo-grafitowych i 0,3% dla WWER i BN, odpowiednio dla jodu-131, 1,6% i 0,4%.

Ważnym argumentem przemawiającym za energetyką jądrową jest zwartość paliwa. Zaokrąglone szacunki są następujące: 1 kWh energii elektrycznej można wyprodukować z 1 kg drewna opałowego, 3 kWh z 1 kg węgla, 4 kWh z 1 kg oleju i 300 000 kWh z 1 kg paliwa jądrowego (uran niskowzbogacony) godz.

ALE ospała jednostka napędowa moc 1 GW zużywa ok. 30 ton uranu niskowzbogaconego rocznie (czyli ok. jeden samochód rocznie). Aby zapewnić rok pracy o tej samej mocy elektrownia węglowa potrzeba ok. 3 mln ton węgla (czyli ok. pięć pociągów dziennie).

Uwolnienia długożyciowych radionuklidów elektrownie węglowe lub olejoweśrednio 20-50 (a według niektórych szacunków 100) razy więcej niż elektrownie jądrowe o tej samej mocy.

Węgiel i inne paliwa kopalne zawierają potas-40, uran-238, tor-232, których aktywność właściwa waha się od kilku jednostek do kilkuset Bq / kg (i odpowiednio takich członków ich serii promieniotwórczej jak rad-226 , rad-228, ołów-210, polon-210, radon-222 i inne radionuklidy). Odizolowane od biosfery w grubości ziemskiej skały, podczas spalania węgla, ropy i gazu są one uwalniane i uwalniane do atmosfery. Ponadto są to głównie nuklidy alfa-aktywne najniebezpieczniejsze z punktu widzenia narażenia wewnętrznego. I choć naturalna promieniotwórczość węgla jest zwykle stosunkowo niska, ilość spalane paliwo na jednostkę wyprodukowanej energii jest kolosalne.

W wyniku dawki narażenia na ludność mieszkającą w pobliżu elektrowni węglowej (o stopniu oczyszczenia emisji dymu na poziomie 98-99%) jeszcze niż dawki ekspozycji ludności w pobliżu elektrowni jądrowej 3-5 razy.

Oprócz emisji do atmosfery należy wziąć pod uwagę, że w miejscach koncentracji odpadów z elektrowni węglowych obserwuje się znaczny wzrost tła promieniowania, co może prowadzić do dawek przekraczających maksymalne dopuszczalne. Część naturalnej aktywności węgla koncentruje się w popiele, który w ogromnych ilościach gromadzi się w elektrowniach. Jednocześnie w próbkach popiołu ze złoża Kańsko-Aczyńsk odnotowuje się poziomy powyżej 400 Bq/kg. Radioaktywność popiołu lotnego z węgla Donbasu przekracza 1000 Bq/kg. A te odpady nie są izolowane od środowiska. Produkcja GW-rok energii elektrycznej ze spalania węgla uwalnia setki GBq aktywności (głównie alfa) do środowiska.

Takie pojęcia, jak „jakość radiacyjna ropy i gazu” zaczęły budzić poważne zainteresowanie stosunkowo niedawno, a zawartość w nich naturalnych radionuklidów (radu, toru i innych) może osiągać znaczne wartości. Przykładowo, wolumetryczna aktywność radonu-222 w gazie ziemnym wynosi średnio od 300 do 20 000 Bq/m 3 przy maksymalnych wartościach do 30 000-50 000. A Rosja produkuje prawie 600 miliardów takich metrów sześciennych rocznie.

Niemniej jednak należy zauważyć, że emisje radioaktywne zarówno z elektrowni jądrowych, jak i elektrociepłowni nie prowadzą do zauważalnych konsekwencji dla zdrowia publicznego. Nawet w przypadku elektrowni węglowych jest to trzeciorzędny czynnik środowiskowy, który ma znacznie mniejsze znaczenie niż inne: emisje chemiczne i aerozolowe, odpady i tak dalej.

DODATEK H

W połowie XX wieku najlepsze umysły ludzkości ciężko pracowały nad dwoma zadaniami jednocześnie: nad stworzeniem bomby atomowej, a także nad tym, jak energia atomu może być wykorzystana do celów pokojowych. Pojawiła się więc pierwsza na świecie.Jaka jest zasada działania elektrowni jądrowych? A gdzie na świecie znajduje się największa z tych elektrowni?

Historia i cechy energetyki jądrowej

„Energia jest głową wszystkiego” – tak można sparafrazować znane przysłowie, biorąc pod uwagę obiektywne realia XXI wieku. Z każdą kolejną rundą postępu technologicznego ludzkość potrzebuje coraz większej jego ilości. Dziś energia „pokojowego atomu” jest aktywnie wykorzystywana w gospodarce i produkcji, nie tylko w energetyce.

Energia elektryczna produkowana w tzw. elektrowniach jądrowych (których zasada działania jest bardzo prosta) znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle, eksploracji kosmosu, medycynie i rolnictwie.

Energia jądrowa to gałąź przemysłu ciężkiego, która pozyskuje ciepło i elektryczność z energii kinetycznej atomu.

Kiedy pojawiły się pierwsze elektrownie jądrowe? Radzieccy naukowcy badali zasadę działania takich elektrowni już w latach 40-tych. Nawiasem mówiąc, równolegle wynaleźli też pierwszą bombę atomową. W ten sposób atom był jednocześnie „spokojny” i zabójczy.

W 1948 r. I. V. Kurczatow zasugerował, aby rząd sowiecki zaczął prowadzić bezpośrednie prace nad wydobyciem energii atomowej. Dwa lata później w Związku Radzieckim (w mieście Obninsk, obwód Kaługa) rozpoczęła się budowa pierwszej elektrowni jądrowej na świecie.

Zasada działania wszystkich jest podobna i wcale nie jest trudno ją zrozumieć. Zostanie to omówione dalej.

EJ: zasada działania (zdjęcie i opis)

Sednem każdej pracy jest potężna reakcja, która pojawia się, gdy jądro atomu się dzieli. W procesie tym najczęściej biorą udział atomy uranu-235 lub plutonu. Jądro atomów dzieli neutron, który wnika do nich z zewnątrz. W tym przypadku powstają nowe neutrony, a także fragmenty rozszczepienia, które mają ogromną energię kinetyczną. To właśnie ta energia jest głównym i kluczowym produktem działalności każdej elektrowni jądrowej.

Tak można opisać zasadę działania reaktora elektrowni jądrowej. Na kolejnym zdjęciu widać, jak to wygląda od środka.

Istnieją trzy główne typy reaktorów jądrowych:

• reaktor kanałowy dużej mocy (w skrócie RBMK);
• ciśnieniowy reaktor wodny (WWER);
• reaktor prędkich neutronów (FN).

Osobno warto opisać zasadę działania elektrowni jądrowych jako całości. Jak to działa, zostanie omówione w następnym artykule.

Zasada działania elektrowni jądrowych (schemat)

Działa w określonych warunkach iw ściśle określonych trybach. Oprócz (jednego lub więcej) struktura elektrowni jądrowej obejmuje inne systemy, obiekty specjalne i wysoko wykwalifikowany personel. Jaka jest zasada działania elektrowni jądrowych? W skrócie można to opisać następująco.

Głównym elementem każdej elektrowni jądrowej jest reaktor jądrowy, w którym zachodzą wszystkie główne procesy. O tym, co dzieje się w reaktorze, pisaliśmy w poprzednim rozdziale. (z reguły najczęściej jest to uran) w postaci małych czarnych tabletek podawany jest do tego ogromnego kotła.

Energia uwalniana podczas reakcji zachodzących w reaktorze jądrowym jest zamieniana na ciepło i przekazywana do chłodziwa (najczęściej wody). Należy zauważyć, że płyn chłodzący w tym procesie otrzymuje pewną dawkę promieniowania.

Ponadto ciepło z chłodziwa jest przenoszone do zwykłej wody (poprzez specjalne urządzenia - wymienniki ciepła), która w rezultacie wrze. Powstała para wodna napędza turbinę. Do tego ostatniego podłączony jest generator, który wytwarza energię elektryczną.

Zatem zgodnie z zasadą działania elektrowni jądrowej jest to ta sama elektrownia cieplna. Jedyną różnicą jest sposób wytwarzania pary.

Geografia energetyki jądrowej

Pięć największych krajów pod względem produkcji energii jądrowej przedstawia się następująco:

1. Francja.
2. Japonia.
3. Rosja.
4. Korea Południowa.

Jednocześnie Stany Zjednoczone Ameryki, generując około 864 miliardów kWh rocznie, wytwarzają do 20% całej energii elektrycznej planety.

Na świecie jest 31 państw, które eksploatują elektrownie jądrowe. Spośród wszystkich kontynentów planety tylko dwa (Antarktyka i Australia) są całkowicie wolne od energii jądrowej.

Obecnie na świecie działa 388 reaktorów jądrowych. To prawda, że ​​45 z nich nie wytwarzało prądu od półtora roku. Większość reaktorów jądrowych znajduje się w Japonii i Stanach Zjednoczonych. Ich pełną geografię przedstawia poniższa mapa. Na zielono zaznaczono kraje, w których działają reaktory jądrowe, podana jest również ich łączna liczba w danym stanie.

Rozwój energetyki jądrowej w różnych krajach

Ogólnie rzecz biorąc, od 2014 r. następuje ogólny spadek rozwoju energetyki jądrowej. Liderami w budowie nowych reaktorów jądrowych są trzy kraje: Rosja, Indie i Chiny. Ponadto szereg stanów, które nie mają elektrowni jądrowych, planuje ich budowę w najbliższej przyszłości. Należą do nich Kazachstan, Mongolia, Indonezja, Arabia Saudyjska i szereg krajów Afryki Północnej.

Z drugiej strony wiele państw obrało kurs na stopniową redukcję liczby elektrowni jądrowych. Należą do nich Niemcy, Belgia i Szwajcaria. A w niektórych krajach (Włochy, Austria, Dania, Urugwaj) energetyka jądrowa jest zabroniona na poziomie legislacyjnym.

Główne problemy energetyki jądrowej

Jeden istotny problem środowiskowy związany jest z rozwojem energetyki jądrowej. To jest tak zwane środowisko. Tak więc, zdaniem wielu ekspertów, elektrownie jądrowe emitują więcej ciepła niż elektrownie cieplne o tej samej mocy. Szczególnie niebezpieczne jest zanieczyszczenie termiczne wód, które zakłóca życie organizmów biologicznych i prowadzi do śmierci wielu gatunków ryb.

Inny poważny problem związany z energią jądrową dotyczy ogólnie bezpieczeństwa jądrowego. Po raz pierwszy ludzkość poważnie zastanowiła się nad tym problemem po katastrofie w Czarnobylu w 1986 roku. Zasada działania elektrowni jądrowej w Czarnobylu nie różniła się zbytnio od innych elektrowni jądrowych. Nie uchroniło to jej jednak przed poważnym i poważnym wypadkiem, który pociągał za sobą bardzo poważne konsekwencje dla całej Europy Wschodniej.

Co więcej, niebezpieczeństwo energii jądrowej nie ogranicza się do możliwych wypadków spowodowanych przez człowieka. Powstają więc duże problemy z usuwaniem odpadów jądrowych.

Zalety energetyki jądrowej

Niemniej jednak zwolennicy rozwoju energetyki jądrowej wymieniają także oczywiste zalety funkcjonowania elektrowni jądrowych. Dlatego w szczególności Światowe Stowarzyszenie Jądrowe opublikowało niedawno swój raport z bardzo interesującymi danymi. Według niego liczba ofiar śmiertelnych towarzyszących wytworzeniu jednego gigawata energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych jest 43 razy mniejsza niż w tradycyjnych elektrowniach cieplnych.

Istnieją inne równie ważne korzyści. Mianowicie:

• niski koszt produkcji energii elektrycznej;
• czystość środowiska energetyki jądrowej (z wyjątkiem jedynie termicznego zanieczyszczenia wody);
• brak ścisłego geograficznego odniesienia elektrowni jądrowych do dużych źródeł paliwa.

Zamiast konkluzji

W 1950 roku zbudowano pierwszą na świecie elektrownię jądrową. Zasada działania elektrowni jądrowych polega na rozszczepieniu atomu za pomocą neutronu. W wyniku tego procesu uwalniana jest ogromna ilość energii.

Wydawałoby się, że energia jądrowa jest wyjątkowym dobrodziejstwem dla ludzkości. Historia dowiodła jednak, że jest inaczej. W szczególności dwie poważne tragedie - wypadek w radzieckiej elektrowni jądrowej w Czarnobylu w 1986 r. i wypadek w japońskiej elektrowni Fukushima-1 w 2011 r. - pokazały niebezpieczeństwo, jakie stwarza „spokojny” atom. A wiele krajów świata zaczęło dziś myśleć o częściowym lub nawet całkowitym odrzuceniu energii jądrowej.