Cum funcționează o centrală nucleară. Cum funcționează o centrală nucleară? După tipul de energie eliberată

Omul modern nu-și poate imagina viața fără electricitate. Dacă alimentarea cu energie se oprește chiar și pentru câteva ore, viața metropolei va fi paralizată. Peste 90% din energia electrică din regiunea Voronezh este generată de centrala nucleară Novovoronezh. Corespondenții RIA „Voronezh” au vizitat NV NPP și au aflat cum energia nucleară este transformată în electricitate.

Când a apărut prima centrală nucleară?

În 1898, celebrii oameni de știință Maria Skłodowska-Curie și Pierre Curie au descoperit că pitchblenda, un mineral de uraniu, este radioactiv, iar în 1933, fizicianul american Leo Szilard a prezentat pentru prima dată ideea unei reacții nucleare în lanț, un principiu care, după implementarea sa în practică, a deschis calea pentru crearea unei arme nucleare. Inițial, energia atomului a fost folosită în scopuri militare. Pentru prima dată, atomul a fost folosit în scopuri pașnice în URSS. Prima centrală nucleară experimentală din lume cu o capacitate de numai 5 MW a fost lansată în 1954 în orașul Obninsk, regiunea Kaluga. Lucrările primei centrale nucleare experimentale și-au arătat promisiunea și siguranța. În timpul funcționării sale, nu există emisii nocive în mediu; spre deosebire de centralele termice, nu este necesară o cantitate mare de combustibil organic. Astăzi, centralele nucleare sunt una dintre cele mai ecologice surse de energie.

Când a fost construită CNE Novovoronezh?

Construirea primului bloc industrial al CNE NV

Pentru prima dată, utilizarea industrială a energiei atomice în Uniunea Sovietică a început la CNE Novovoronezh. În septembrie 1964, a fost lansată prima unitate de putere a NVNPP cu un reactor cu apă sub presiune (VVER), capacitatea sa fiind de 210 MW - de aproape 40 de ori mai mare decât cea a primei centrale nucleare experimentale. Acest model de reactor este considerat unul dintre cele mai avansate din punct de vedere tehnic și sigur din lume. Reactoarele submarine au servit drept prototipuri pentru VVER pentru centralele nucleare. În timpul construcției primei unități de putere a CNE Novovoronezh, nu au existat centre de formare pentru specialiști capabili să opereze reactoare. Primii oameni de știință nucleari au fost recrutați din foștii submarinieri.

Au fost construite și puse în funcțiune cinci unități de energie la CNE Novovoronezh, trei dintre ele sunt în prezent în funcțiune, construcția și pregătirile sunt în curs pentru lansarea a încă două noi. Toate unitățile de putere de la NVNPP cu reactoare VVER.

Câtă energie produce o centrală nucleară?

Capacitatea unității de putere poate varia de la câteva unități la câteva mii de MW. Centralele nucleare industriale sunt foarte puternice. CNE Novovoronezh asigură aproximativ 90% din nevoile regiunii Voronezh în energie electrică și aproape 90% din nevoile Novovoronezh în căldură. Capacitatea totală a unităților de alimentare ale NPP Novoronezh este de 1800 MW. Cantitatea anuală de energie electrică generată la centralele nucleare este suficientă pentru a oferi fabricii de avioane Voronezh 191 de ani de funcționare neîntreruptă sau pentru a ilumina 650 de clădiri standard cu nouă etaje. După lansarea celei de-a șasea și a șaptea unități de putere, capacitatea totală a CNE Novovoronezh va crește de 2,23 ori. Apoi, volumul anual de energie generat de centrala nucleară va fi suficient pentru a asigura funcționarea căilor ferate rusești pentru mai mult de 8 luni.

Cum este organizată o centrală nucleară?

Unitate de putere Nr. 5 NV CNE

Energia la o centrală nucleară este generată într-un reactor. Combustibilul pentru acesta este uraniu îmbogățit artificial sub formă de pelete de câțiva milimetri în diametru. Peleții de uraniu sunt plasați în elemente de combustibil (TVEL) - acestea sunt tuburi goale sigilate din zirconiu rezistent la căldură. Ansamblurile de combustibil (FA) sunt asamblate din tije de combustibil. Există câteva sute de ansambluri de combustibil în miezul VVER, unde au loc procesele de fisiune a uraniului. Sunt ansambluri de combustibil care transferă energie prin încălzirea lichidului de răcire primar. Densitatea neutronilor din reactor este puterea reactorului și este reglată de cantitatea de elemente care conțin bor absorbant de neutroni introduse în miez (ca o frână la o mașină). Pentru producerea de energie electrică la centralele CNE, precum și la unitățile termice, se utilizează mai puțin de jumătate din căldura generată (legea fizicii), căldura rămasă a aburului evacuat în turbină este îndepărtată în mediu. La primele unități ale CNE Novoronezh, apa din râul Don a fost folosită pentru a elimina căldura. Pentru răcirea celei de-a treia și a patra unități de putere se folosesc turnuri de răcire - structuri din fier și aluminiu cu o înălțime de aproximativ 91 de metri și o masă de 920 de tone, unde apa încălzită în circulație este răcită printr-un curent de aer. Pentru a răci cea de-a cincea unitate de putere, a fost construit un iaz de răcire umplut cu apă circulantă, iar suprafața sa este folosită pentru a transfera căldură în mediu. Această apă nu intră în contact cu apa primară și este complet sigură. Iazul de răcire este atât de curat încât în ​​2010 s-au desfășurat competiții de pescuit rusești. Pentru a răci apa circulantă a unităților 6 și 7, au fost construite cele mai înalte turnuri de răcire din Rusia, înălțime de 173 m. Chiar din vârful turnului de răcire, periferiile orașului Voronezh sunt clar vizibile.

Cum se transformă energia nucleară în electricitate?

Procesele de fisiune a nucleelor ​​de uraniu au loc în miezul VVER. În acest caz, se eliberează o cantitate imensă de energie, care încălzește apa (lichidul de răcire) din circuitul primar la o temperatură de aproximativ 300 °C. Apa nu fierbe in acelasi timp, fiind sub presiune mare (principiul oala sub presiune). Lichidul de răcire al circuitului primar este radioactiv, prin urmare nu iese din circuit. Apoi este alimentat în generatoare de abur, unde apa din circuitul secundar este încălzită și se transformă în abur, iar deja în turbină își transformă energia în energie electrică.

Cum ajunge electricitatea în apartamentele noastre?

Curentul electric este o mișcare ordonată necompensată a particulelor libere încărcate electric - electroni sub influența unui câmp electric. O cantitate colosală de putere cu o tensiune de 220 sau 500 de mii de volți părăsește centrala nucleară prin fire. O astfel de tensiune ridicată este necesară pentru a reduce pierderile în timpul transmisiei pe distanțe lungi. Cu toate acestea, consumatorul nu are nevoie de o astfel de tensiune și este foarte periculos. Înainte ca curentul electric să intre în case, tensiunea este redusă cu ajutorul transformatoarelor la 220 de volți obișnuiți. Introducând ștecherul unui aparat electric în priză, îl conectați la rețeaua electrică.

Cât de sigură este energia nucleară?

Iaz de răcire NV CNE

Când este operată corespunzător, o centrală nucleară este complet sigură. Fondul de radiații în zona de 30 km din jurul CNE Novoronezh este controlat de 20 de posturi automate. Acestea funcționează în modul de măsurare continuă. În întreaga istorie a funcționării stației, fondul de radiație nu a depășit niciodată valorile de fond natural. Dar energia nucleară are un potențial pericol. Prin urmare, în fiecare an sistemele de siguranță la centralele nucleare devin din ce în ce mai perfecte. Dacă pentru primele generații de centrale nucleare (1,2 unități de putere) principalele sisteme de siguranță erau active, adică trebuiau pornite de o persoană sau de automatizare, atunci când se proiectează unități de generație 3+ (unitățile de putere a 6-a și a 7-a Novovoronezh NPP), miza principală este pusă pe sistemele de siguranță pasivă. În cazul unei situații potențial periculoase, ei vor lucra singuri, supunându-se nu unei persoane sau automatizări, ci legile fizicii. De exemplu, în cazul unei întreruperi de curent la o centrală nucleară, elementele de protecție sub acțiunea gravitației vor cădea spontan în miez și vor opri reactorul.

Personalul centralei nucleare se antrenează în mod regulat pentru a face față diferitelor tipuri de urgențe. Situațiile de urgență sunt simulate pe simulatoare speciale la scară completă - dispozitive computerizate care nu se pot distinge din exterior de panourile de control bloc. Personalul operațional care conduce reactorul, la fiecare 5 ani, primește o licență de la Rostekhnadzor pentru dreptul de a conduce procesul tehnologic (controlul unității CNE). Procedura este similară cu obținerea permisului de conducere. Specialistul susține examene teoretice și demonstrează abilități practice pe simulator. Doar având licență și promovarea examenelor la centralele nucleare, personalul are voie să opereze reactorul.

Ați observat o eroare? Selectați-l cu mouse-ul și apăsați Ctrl+Enter

Pentru a înțelege principiul funcționării și proiectării unui reactor nuclear, trebuie să faceți o scurtă digresiune în trecut. Un reactor nuclear este un vis vechi de secole, întruchipat, deși nu complet, al omenirii despre o sursă inepuizabilă de energie. Vechiul său „progenitor” este un foc format din ramuri uscate, care cândva lumina și încălzea bolțile peșterii, unde strămoșii noștri îndepărtați și-au găsit mântuirea de frig. Mai târziu, oamenii au stăpânit hidrocarburile - cărbune, șist, petrol și gaze naturale.

A început o eră turbulentă, dar de scurtă durată a aburului, care a fost înlocuită cu o eră și mai fantastică a electricității. Orașele erau pline de lumină, iar atelierele cu zumzetul unor mașini până atunci necunoscute, conduse de motoare electrice. Apoi părea că progresul a atins punctul culminant.

Totul s-a schimbat la sfârșitul secolului al XIX-lea, când chimistul francez Antoine Henri Becquerel a descoperit accidental că sărurile de uraniu sunt radioactive. După 2 ani, compatrioții săi Pierre Curie și soția sa Maria Sklodowska-Curie au obținut de la ei radi și poloniu, iar nivelul lor de radioactivitate a fost de milioane de ori mai mare decât cel al toriului și uraniului.

Bagheta a fost ridicată de Ernest Rutherford, care a studiat în detaliu natura razelor radioactive. Astfel a început epoca atomului, care a dat naștere copilului său iubit - reactorul nuclear.

Primul reactor nuclear

„Primul născut” este din SUA. În decembrie 1942, reactorul a dat primul curent, care a primit numele creatorului său, unul dintre cei mai mari fizicieni ai secolului, E. Fermi. Trei ani mai târziu, centrala nucleară ZEEP a luat viață în Canada. „Bronzul” a revenit primului reactor sovietic F-1, lansat la sfârșitul anului 1946. I. V. Kurchatov a devenit șeful proiectului nuclear intern. Astăzi, peste 400 de unități nucleare funcționează cu succes în lume.

Tipuri de reactoare nucleare

Scopul lor principal este de a susține o reacție nucleară controlată care produce electricitate. Unele reactoare produc izotopi. Pe scurt, sunt dispozitive în adâncimea cărora unele substanțe sunt transformate în altele cu eliberarea unei cantități mari de energie termică. Acesta este un fel de „cuptor”, în care în loc de combustibili tradiționali, sunt „arse” izotopi de uraniu - U-235, U-238 și plutoniu (Pu).

Spre deosebire, de exemplu, de o mașină proiectată pentru mai multe tipuri de benzină, fiecare tip de combustibil radioactiv are propriul său tip de reactor. Există două dintre ele - pe neutroni lenți (cu U-235) și rapid (cu U-238 și Pu). Majoritatea centralelor nucleare sunt echipate cu reactoare lente cu neutroni. Pe lângă centralele nucleare, instalațiile „funcționează” în centre de cercetare, pe submarine nucleare și.

Cum este reactorul

Toate reactoarele au aproximativ aceeași schemă. „Inima” sa este zona activă. Poate fi comparat aproximativ cu cuptorul unei sobe convenționale. Numai în loc de lemn de foc există combustibil nuclear sub formă de elemente de combustibil cu un moderator - TVEL-uri. Zona activă este situată în interiorul unui fel de capsulă - un reflector de neutroni. Tijele de combustibil sunt „spălate” de lichidul de răcire - apă. Deoarece „inima” are un nivel foarte ridicat de radioactivitate, este înconjurată de o protecție fiabilă împotriva radiațiilor.

Operatorii controlează funcționarea centralei cu ajutorul a două sisteme critice, controlul cu reacție în lanț și sistemul de control de la distanță. Dacă apare o situație de urgență, protecția de urgență este declanșată instantaneu.

Cum funcționează reactorul

„Flacăra” atomică este invizibilă, deoarece procesele au loc la nivelul fisiunii nucleare. În cursul unei reacții în lanț, nucleele grele se rup în fragmente mai mici, care, fiind în stare excitată, devin surse de neutroni și alte particule subatomice. Dar procesul nu se termină aici. Neutronii continuă să „zdrobească”, în urma căruia se eliberează multă energie, adică ceea ce se întâmplă pentru care sunt construite centrale nucleare.

Sarcina principală a personalului este de a menține o reacție în lanț cu ajutorul tijelor de control la un nivel constant, reglabil. Aceasta este principala sa diferență față de bomba atomică, unde procesul de dezintegrare nucleară este incontrolabil și se desfășoară rapid, sub forma unei explozii puternice.

Ce s-a întâmplat la centrala nucleară de la Cernobîl

Una dintre principalele cauze ale catastrofei de la centrala nucleară de la Cernobîl din aprilie 1986 a fost o încălcare gravă a regulilor de siguranță operațională în procesul de întreținere de rutină la a 4-a unitate de putere. Apoi 203 tije de grafit au fost scoase din miez în același timp în loc de cele 15 permise de reglementări. Ca urmare, reacția necontrolată în lanț care a început s-a încheiat cu o explozie termică și distrugerea completă a unității de putere.

Reactoare de noua generatie

În ultimul deceniu, Rusia a devenit unul dintre liderii mondiali în domeniul energiei nucleare. În acest moment, corporația de stat Rosatom construiește centrale nucleare în 12 țări, unde se construiesc 34 de unități electrice. O cerere atât de mare este o dovadă a nivelului înalt al tehnologiei nucleare moderne rusești. Urmează noile reactoare de generația a 4-a.

"Brest"

Unul dintre ele este Brest, care este dezvoltat ca parte a proiectului Breakthrough. Sistemele actuale cu ciclu deschis funcționează cu uraniu slab îmbogățit, lăsând o cantitate mare de combustibil uzat de eliminat la un cost uriaș. „Brest” - un reactor cu neutroni rapid este unic într-un ciclu închis.

În el, combustibilul uzat, după procesarea corespunzătoare într-un reactor cu neutroni rapid, devine din nou un combustibil cu drepturi depline care poate fi încărcat înapoi în aceeași instalație.

Brest se distinge printr-un nivel ridicat de securitate. Niciodată nu va „exploda” nici măcar în cel mai grav accident, este foarte economic și prietenos cu mediul, deoarece își reutiliza uraniul „reînnoit”. De asemenea, nu poate fi folosit pentru a produce plutoniu de calitate pentru arme, ceea ce deschide cele mai largi perspective pentru exportul său.

VVER-1200

VVER-1200 este un reactor inovator de generație 3+ cu o capacitate de 1150 MW. Datorită capacităților sale tehnice unice, are o siguranță operațională aproape absolută. Reactorul este echipat cu sisteme de siguranță pasivă din abundență, care vor funcționa chiar și în absența alimentării în regim automat.

Unul dintre ele este un sistem pasiv de îndepărtare a căldurii, care este activat automat atunci când reactorul este complet dezactivat. În acest caz, sunt prevăzute rezervoare hidraulice de urgență. Cu o scădere anormală a presiunii în circuitul primar, o cantitate mare de apă care conține bor este furnizată în reactor, care stinge reacția nucleară și absoarbe neutronii.

Un alt know-how este situat în partea inferioară a reținerii - „capcana” topiturii. În cazul în care, totuși, în urma unui accident, miezul „se scurge”, „capcana” nu va permite colapsul imobilului și va împiedica pătrunderea produselor radioactive în pământ.

Centrala nucleara si dispozitivul acesteia:

Centrala nucleara (CNP) este o instalație nucleară, al cărei scop este generarea de energie electrică.

- masina de reincarcare combustibil(mașină de încărcare).

Funcționarea acestui echipament este controlată de personal - operatori care utilizează în acest scop un panou de control bloc.

Elementul cheie al reactorului este o zonă situată într-un puț de beton. De asemenea, oferă un sistem care asigură funcții de control și protecție; cu ajutorul acestuia, puteți alege modul în care ar trebui să aibă loc reacția controlată în lanț de fisiune. Sistemul oferă și protecție în caz de urgență, care vă permite să opriți rapid reacția în caz de urgență.

În a doua clădire centrală nucleară exista o hala de turbine in care se afla turbina si generatoarele de abur. În plus, există o clădire în care combustibilul nuclear este reîncărcat, iar combustibilul nuclear uzat este depozitat în piscine special amenajate.

Pe teritoriul de centrală nucleară sunt situate condensatoare, precum și turnuri de răcire, un iaz de răcire și un iaz de pulverizare, care sunt componente ale unui sistem de răcire cu circulație. Turnurile de răcire sunt turnuri din beton și au formă de trunchi de con; un rezervor natural sau artificial poate servi drept iaz. centrală nucleară echipat cu linii electrice de înaltă tensiune care se extind dincolo de granițele teritoriului său.

Construirea primului din lume centrală nucleară a fost început în 1950 în Rusia și finalizat patru ani mai târziu. Pentru implementarea proiectului a fost aleasă o zonă în apropierea satului. Obninsky (regiunea Kaluga).

Cu toate acestea, electricitatea a fost generată pentru prima dată în Statele Unite ale Americii în 1951; primul caz de succes al primirii sale a fost înregistrat în statul Idaho.

În domeniul producţiei electricitate Statele Unite sunt în frunte cu peste 788 de miliarde de kWh de energie electrică generată anual. Lista liderilor în ceea ce privește producția include și Franța, Japonia, Germania și Rusia.

Principiul de funcționare al unei centrale nucleare:

Energia este generată folosind reactor unde are loc fisiunea nucleară. În acest caz, nucleul greu se descompune în două fragmente, care, fiind într-o stare foarte excitată, emit neutroni (și alte particule). Neutronii, la rândul lor, provoacă noi procese de fisiune, în urma cărora sunt emiși și mai mulți neutroni. Acest proces continuu de dezintegrare se numește reacție nucleară în lanț, a cărei caracteristică este eliberarea unei cantități mari de energie. Producerea acestei energii este scopul muncii. centrală nucleară(CENTRALĂ NUCLEARĂ).

Procesul de producție include următorii pași:

1. 1. conversia energiei nucleare în energie termică;
2. 2. conversia energiei termice în energie mecanică;
3. 3. conversia energiei mecanice în energie electrică.

În prima etapă în reactor nuclear este în curs de încărcare combustibil(uraniu-235) pentru a începe o reacție în lanț controlată. Combustibilul eliberează neutroni termici sau lenți, ceea ce duce la eliberarea unei cantități semnificative de căldură. Pentru a elimina căldura din miezul reactorului, se folosește un lichid de răcire, care este trecut prin întregul volum al miezului. Poate fi sub formă lichidă sau gazoasă. Energia termică rezultată servește în viitor la generarea de abur în generatorul de abur (schimbător de căldură).

În a doua etapă, turbogeneratorul este furnizat cu abur. Aici, energia termică a aburului este transformată în energie mecanică - energia de rotație a turbinei.

La a treia etapă, cu ajutorul unui generator, energia mecanică a rotației turbinei este transformată în energie electrică, care este apoi trimisă consumatorilor.

Clasificarea centralelor nucleare:

Centrale nucleare clasificate după tipul de reactoare care funcționează în ele. Există două tipuri principale de centrale nucleare:

- cu reactoare care folosesc neutroni termici (reactor nuclear cu apă sub presiune, reactor cu apă clocotită, reactor nuclear cu apă grea, gaz grafit nuclear reactor, reactor nuclear grafit-apă etc. reactoare cu neutroni termici);

– cu reactoare care folosesc neutroni rapizi (reactoare cu neutroni rapizi).

După tipul de energie produsă, există două tipuri nuclear centrale electrice :

– centrală nucleară pentru producerea de energie electrică;

- ATES - centrale nucleare combinate de căldură și energie, al căror scop este să genereze nu numai energie electrică, ci și termică.

Reactoarele cu una, două și trei bucle ale unei centrale nucleare:

Reactor centrală nucleară poate fi unul, două sau trei circuite, ceea ce se reflectă în schema de funcționare a lichidului de răcire - poate avea, respectiv, unul, două sau trei circuite. În țara noastră, cele mai frecvente sunt stațiile echipate cu reactoare de putere cu două circuite răcite cu apă (VVER). Potrivit lui Rosstat, în prezent sunt 4 centrală nucleară cu reactoare cu 1 buclă, 5 cu reactoare cu 2 bucle și unul cu reactor cu 3 bucle.

Centrale nucleare cu reactor cu o singură buclă:

Centrale nucleare de acest tip - cu un reactor cu o singură buclă sunt echipate cu reactoare de tip RBMK-1000. Unitatea găzduiește un reactor, două turbine cu condensare și două generatoare. Temperaturile ridicate de funcționare ale reactorului îi permit să îndeplinească simultan funcția de generator de abur, ceea ce face posibilă utilizarea unei scheme cu o singură buclă. Avantajul acestuia din urmă este un principiu relativ simplu de funcționare, cu toate acestea, datorită caracteristicilor sale, este destul de dificil să se asigure protecție împotriva radiatii. Acest lucru se datorează faptului că, atunci când se aplică această schemă, toate elementele blocului sunt expuse la radiații radioactive.

Centrale nucleare cu reactor bypass:

Schema cu două circuite este utilizată centrală nucleară cu reactoare de tip VVER. Principiul de funcționare al acestor stații este următorul: un lichid de răcire, care este apă, este furnizat la miezul reactorului sub presiune. Se incalzeste, dupa care intra in schimbatorul de caldura (generator de abur), unde incalzeste apa din circuitul secundar pana la fierbere. Radiația este emisă doar de primul circuit, al doilea nu are proprietăți radioactive. Dispozitivul bloc include un generator, precum și una sau două turbine de condensare (în primul caz, puterea turbine este de 1000 megawați, în al doilea - 2 x 500 megawați).

Dezvoltarea avansată în domeniul reactoarelor de bypass este modelul VVER-1200 propus de concernul Rosenergoatom. A fost dezvoltat pe baza modificărilor reactorului VVER-1000, care au fost fabricate la comenzi din străinătate în anii 1990. iar în primii ani ai mileniului actual. Noul model îmbunătățește toți parametrii predecesorului și prevede sisteme de siguranță suplimentare pentru a reduce riscul de ieșire a radiațiilor radioactive din compartimentul presurizat al reactorului. Noua dezvoltare are o serie de avantaje - puterea sa este cu 20% mai mare față de modelul anterior, factorul de capacitate ajunge la 90%, este capabil să funcționeze timp de un an și jumătate fără suprasarcină combustibil(termenii obișnuiți sunt de 1 an), perioada de funcționare a acestuia este de 60 de ani.

Centrale nucleare cu un reactor cu trei bucle:

Schema cu trei circuite este utilizată centrale nucleare cu reactoare de tip BN ("fast sodium"). Funcționarea unor astfel de reactoare se bazează pe neutroni rapizi, sodiul lichid radioactiv este folosit ca lichid de răcire. Pentru a exclude contactul acestuia cu apa, proiectarea reactorului prevede un circuit suplimentar, care utilizează sodiu fără proprietăți radioactive; aceasta oferă un tip de circuit cu trei circuite.

Reactorul modern cu 3 bucle BN-800, dezvoltat în anii 80-90 ai secolului trecut, a oferit Rusiei o poziție de lider în producția de reactoare rapide. Caracteristica sa principală este protecția împotriva influențelor care apar din interior sau din exterior. Acest model minimizează riscul unui accident în care miezul se topește și plutoniul este eliberat în timpul reprocesării combustibilului nuclear iradiat.

În reactorul luat în considerare, pot fi utilizate diferite tipuri de combustibil - convențional cu oxid de uraniu sau combustibil MOX pe bază de uraniu și

Principiul de funcționare al unei centrale nucleare și al centralelor electrice care ard combustibil convențional (cărbune, gaz, păcură, turbă) este același: datorită căldurii degajate, apa este transformată în abur, care este furnizat sub presiune unei turbine. și îl rotește. Turbina, la rândul său, transmite rotația unui generator de curent electric, care transformă energia mecanică de rotație în energie electrică, adică generează curent. În cazul centralelor termice, conversia apei în abur are loc datorită energiei de ardere a cărbunelui, gazelor etc., în cazul centralelor nucleare, datorită energiei de fisiune a nucleului uraniu-235.

Pentru a converti energia fisiunii nucleare în energia vaporilor de apă se folosesc diverse tipuri de instalații, care se numesc reactoare (instalaţii) nucleare. Uraniul este folosit de obicei sub formă de dioxid - U0 2 .

Oxidul de uraniu, ca parte a structurilor speciale, este plasat într-un moderator - o substanță, la interacțiune cu care neutronii pierd rapid energie (încetinește). În aceste scopuri, este utilizat apa sau grafit -în consecință, reactoarele se numesc apă sau grafit.

Pentru a transfera energie (cu alte cuvinte, căldură) de la miez la turbină, se folosește un lichid de răcire - apă, metal lichid(de exemplu, sodiu) sau gaz(de exemplu, aer sau heliu). Lichidul de răcire spală din exterior structurile ermetice încălzite, în interiorul cărora are loc reacția de fisiune. Ca urmare, lichidul de răcire se încălzește și, deplasându-se prin țevi speciale, transferă energie (sub forma propriei călduri). Lichidul de răcire încălzit este utilizat pentru a crea abur, care este furnizat turbinei la presiune ridicată.

Fig.G.1. Schema schematica CNE: 1 - reactor nuclear, 2 - pompa de circulatie, 3 - schimbator de caldura, 4 - turbina, 5 - generator de curent electric

În cazul unui lichid de răcire cu gaz, această etapă este absentă, iar gazul încălzit este alimentat direct în turbină.

În industria nucleară rusă (sovietică), s-au răspândit două tipuri de reactoare: așa-numitul reactor cu canale de mare putere (RBMK) și reactorul de putere cu apă sub presiune (VVER). Folosind RBKM ca exemplu, vom lua în considerare principiul funcționării unei centrale nucleare mai detaliat.

RBMK

RBMK este o sursă de energie electrică cu o capacitate de 1000 MW, ceea ce reflectă intrarea RBMK-1000. Reactorul este plasat într-un puț din beton armat pe o structură de susținere specială. În jurul lui, deasupra și dedesubt se află protectie biologica(protecție împotriva radiațiilor ionizante). Umple miezul reactorului zidărie de grafit(adică blocuri de grafit de 25x25x50 cm îndoite într-un anumit fel) de formă cilindrică. Găurile verticale se fac pe toată înălțimea (Fig. G.2.). În ele sunt plasate țevi metalice, numite canale(de unde și numele „canal”). În canale sunt instalate fie structuri cu combustibil (TVEL - element de combustibil), fie tije pentru controlul reactorului. Primii sunt numiti canale de combustibil, al doilea - canale de control și protecție. Fiecare canal este o structură etanșă independentă.Reactorul este controlat prin imersarea tijelor absorbante de neutroni în canal (în acest scop se folosesc materiale precum cadmiul, borul și europiul). Cu cât o astfel de tijă intră mai adânc în miez, cu atât sunt absorbiți mai mulți neutroni, prin urmare, numărul de nuclee fisionabile scade, iar eliberarea de energie scade. Setul de mecanisme relevante este numit sistem de control și protecție (CPS).

Fig.G.2. Schema RBMK.

Apa este furnizată către fiecare canal de combustibil de jos, care este furnizată reactorului printr-o pompă specială puternică - se numește pompa de circulatie principala (MCP). Spălarea ansamblurilor de combustibil, apa fierbe, iar la ieșirea canalului se formează un amestec de abur și apă. Ea intră tambur separator (BS)- un aparat care vă permite să separați (separați) aburul uscat de apă. Apa separată este trimisă de pompa principală de circulație înapoi în reactor, închidend astfel circuitul "reactor - tambur-separator - SSC - reactor". Se numeste circuit de circulație forțată multiplă (KMPTS). Există două astfel de circuite în RBMK.

Cantitatea de oxid de uraniu necesară pentru funcționarea RBMK este de aproximativ 200 de tone (folosirea lor eliberează aceeași energie ca și arderea a aproximativ 5 milioane de tone de cărbune). Combustibilul „funcționează” în reactor timp de 3-5 ani.

Lichidul de răcire este înăuntru buclă închisă, izolat de mediul extern, excluzând orice poluare radiantă semnificativă. Acest lucru este confirmat de studiile privind situația radiațiilor din jurul centralei nucleare, atât de către serviciile stațiilor în sine, cât și de către autoritățile de reglementare, ecologiștii și organizațiile internaționale.

Apa de răcire provine dintr-un rezervor de lângă stație. În același timp, apa preluată are o temperatură naturală, iar apa care revine în rezervor este cu aproximativ 10 °C mai mare. Există reglementări stricte privind temperatura de încălzire, care sunt înăsprite și mai mult pentru a ține cont de ecosistemele locale, dar așa-numita „poluare termică” a lacului de acumulare este probabil cea mai importantă daune asupra mediului cauzată de centralele nucleare. Acest dezavantaj nu este fundamental și insurmontabil. Pentru a o evita, împreună cu iazurile de răcire (sau în locul lor), turnuri de răcire. Sunt structuri uriașe sub formă de țevi conice de diametru mare. Apa de răcire, după încălzirea în condensator, este alimentată în numeroase tuburi situate în interiorul turnului de răcire. Aceste tuburi au mici orificii prin care apa curge, formând un „duș gigant” în interiorul turnului de răcire. Apa care cade este racita de aerul atmosferic si colectata sub turnul de racire din bazin, de unde este preluata pentru racirea condensatorului. Deasupra turnului de răcire, ca urmare a evaporării apei, se formează un nor alb.

Emisii radioactive de la centralele nucleare 1-2 comenzi sub valorile maxime admise (adică acceptabil de sigure) și concentrația de radionuclizi în zonele CNE de milioane de ori mai mic decât MPC și de zeci de mii de ori mai puțin decât nivelul natural de radioactivitate.

Radionuclizii care intră în mediu în timpul funcționării centralei nucleare sunt în principal produse de fisiune. Majoritatea acestora sunt gaze radioactive inerte (IRG), care au perioade scurte jumătate de viațăși, prin urmare, nu au un impact tangibil asupra mediului (se degradează înainte de a avea timp să acționeze). Pe lângă produsele de fisiune, unele emisii sunt produse de activare (radionuclizi formați din atomi stabili sub acțiunea neutronilor). Semnificative din punct de vedere al expunerii la radiații sunt radionuclizi cu viață lungă(JN, principalii radionuclizi formatori de doză sunt cesiu-137, stronțiu-90, crom-51, mangan-54, cobalt-60) și radioizotopi ai iodului(în principal iod-131). În același timp, ponderea lor în emisiile CNE este extrem de nesemnificativă și se ridică la miimi de procent.

Conform rezultatelor din 1999, emisiile de radionuclizi din centralele nucleare în ceea ce privește gazele radioactive inerte nu au depășit 2,8% din valorile admise pentru reactoarele cu uraniu-grafit și 0,3% pentru VVER și BN. Pentru radionuclizii cu viață lungă, emisiile nu au depășit 1,5% din emisiile admisibile pentru reactoarele cu uraniu-grafit și 0,3% pentru VVER și BN, pentru iod-131, respectiv, 1,6% și, respectiv, 0,4%.

Un argument important în favoarea energiei nucleare este compactitatea combustibilului. Estimările rotunjite sunt următoarele: 1 kWh de energie electrică poate fi produs din 1 kg de lemn de foc, 3 kWh din 1 kg de cărbune, 4 kWh din 1 kg de petrol și 300.000 kWh din 1 kg de combustibil nuclear (uraniu slab îmbogățit) .h.

DAR unitate de putere languroasă puterea de 1 GW consumă aproximativ 30 de tone de uraniu slab îmbogățit pe an (adică aproximativ o mașină pe an). Pentru a asigura un an de funcționare de aceeași putere centrală pe cărbune sunt necesare aproximativ 3 milioane de tone de cărbune (adică aproximativ cinci trenuri pe zi).

Eliberări de radionuclizi cu viață lungă centrale pe cărbune sau pe petrolîn medie, de 20-50 (și după unele estimări, de 100) de ori mai mare decât centralele nucleare de aceeași capacitate.

Cărbunele și alți combustibili fosili conțin potasiu-40, uraniu-238, toriu-232, a căror activitate specifică variază de la câteva unități la câteva sute de Bq/kg (și, în consecință, astfel de membri ai seriei lor radioactive precum radiu-226). , radiu -228, plumb-210, poloniu-210, radon-222 și alți radionuclizi). Izolați de biosferă în grosimea rocii pământului, atunci când cărbunele, petrolul și gazul sunt arse, acestea sunt eliberate și eliberate în atmosferă. Mai mult, aceștia sunt în principal cei mai periculoși nuclizi alfa-activi din punct de vedere al expunerii interne. Și deși radioactivitatea naturală a cărbunelui este de obicei relativ scăzută, Cantitate combustibilul ars pe unitatea de energie produsă este colosal.

Ca urmare a dozei de expunere a populației care locuiește în apropierea unei centrale pe cărbune (cu gradul de purificare a emisiilor de fum la nivelul de 98-99%) Mai mult decât dozele de expunere a populaţiei din apropierea centralei nucleare de 3-5 ori.

Pe lângă emisiile în atmosferă, trebuie avut în vedere faptul că în locurile în care sunt concentrate deșeurile de la centralele pe cărbune se observă o creștere semnificativă a fondului de radiații, ceea ce poate duce la doze care depășesc maximul admis. O parte din activitatea naturală a cărbunelui este concentrată în cenușă, care se acumulează în cantități uriașe în centralele electrice. În același timp, în probele de cenușă din zăcământul Kansko-Achinsk sunt notate niveluri de peste 400 Bq/kg. Radioactivitatea cenușii zburătoare din cărbunele Donbas depășește 1000 Bq/kg. Și aceste deșeuri nu sunt izolate de mediu. Producția unui GW-an de energie electrică din arderea cărbunelui eliberează sute de GBq de activitate (mai ales alfa) în mediu.

Concepte precum „calitatea radiațiilor petrolului și gazelor” au început să atragă o atenție serioasă relativ recent, în timp ce conținutul de radionuclizi naturali din ele (radiu, toriu și altele) poate atinge valori semnificative. De exemplu, activitatea volumetrică a radonului-222 în gazul natural este în medie de la 300 la 20.000 Bq/m 3 cu valori maxime de până la 30.000-50.000. Și Rusia produce aproape 600 de miliarde de astfel de metri cubi pe an.

Cu toate acestea, trebuie menționat că emisiile radioactive atât de la centralele nucleare, cât și de la centralele termice nu duc la consecințe vizibile pentru sănătatea publică. Chiar și pentru centralele pe cărbune, acesta este un factor de mediu de rang a treia, care are o semnificație semnificativ mai mică decât altele: emisii chimice și de aerosoli, deșeuri și așa mai departe.

ANEXA H

La mijlocul secolului al XX-lea, cele mai bune minți ale omenirii au lucrat din greu la două sarcini simultan: la crearea unei bombe atomice și, de asemenea, la modul în care energia atomului putea fi folosită în scopuri pașnice. Așa că a apărut primul din lume Care este principiul de funcționare al centralelor nucleare? Și unde din lume se află cele mai mari dintre aceste centrale electrice?

Istoria și caracteristicile energiei nucleare

„Energia este capul tuturor” – așa poate fi parafrazat cunoscutul proverb, având în vedere realitățile obiective ale secolului XXI. Cu fiecare nouă rundă de progres tehnologic, omenirea are nevoie de o cantitate din ce în ce mai mare. Astăzi, energia „atomului pașnic” este utilizată activ în economie și producție, și nu numai în sectorul energetic.

Electricitatea produsă la așa-numitele centrale nucleare (al căror principiu de funcționare este de natură foarte simplă) este utilizată pe scară largă în industrie, explorare spațială, medicină și agricultură.

Energia nucleară este o ramură a industriei grele care extrage căldură și electricitate din energia cinetică a atomului.

Când au apărut primele centrale nucleare? Oamenii de știință sovietici au studiat principiul de funcționare a unor astfel de centrale electrice încă din anii 40. Apropo, în paralel au inventat și prima bombă atomică. Astfel, atomul era și „pașnic” și mortal în același timp.

În 1948, I. V. Kurchatov a sugerat ca guvernul sovietic să înceapă să desfășoare lucrări directe privind extracția energiei atomice. Doi ani mai târziu, în Uniunea Sovietică (în orașul Obninsk, regiunea Kaluga), a început construcția primei centrale nucleare de pe planetă.

Principiul de funcționare al tuturor este similar și nu este deloc greu de înțeles. Acest lucru va fi discutat în continuare.

CNE: principiu de funcționare (foto și descriere)

În centrul oricărei lucrări se află o reacție puternică care are loc atunci când nucleul unui atom se divide. Atomii de uraniu-235 sau plutoniu sunt cel mai adesea implicați în acest proces. Nucleul atomilor împarte neutronul care intră în ei din exterior. În acest caz, sunt produși noi neutroni, precum și fragmente de fisiune, care au o energie cinetică uriașă. Această energie este produsul principal și cheie al activității oricărei centrale nucleare.

Acesta este modul în care puteți descrie principiul de funcționare al unui reactor al unei centrale nucleare. În fotografia următoare puteți vedea cum arată din interior.

Există trei tipuri principale de reactoare nucleare:

• reactor cu canal de mare putere (abreviat RBMK);
• reactor cu apă sub presiune (VVER);
• reactor rapid cu neutroni (FN).

Separat, merită descris principiul de funcționare al centralelor nucleare în ansamblu. Cum funcționează va fi discutat în articolul următor.

Principiul de funcționare a centralelor nucleare (diagrama)

Funcționează în anumite condiții și în moduri strict specificate. Pe lângă (una sau mai multe), structura unei centrale nucleare include și alte sisteme, instalații speciale și personal cu înaltă calificare. Care este principiul de funcționare al centralelor nucleare? Pe scurt, poate fi descris după cum urmează.

Elementul principal al oricărei centrale nucleare este un reactor nuclear, în care au loc toate procesele principale. Am scris despre ceea ce se întâmplă în reactor în secțiunea anterioară. (de regulă, cel mai adesea este uraniu) sub formă de mici tablete negre este alimentat în acest cazan uriaș.

Energia eliberată în timpul reacțiilor care au loc într-un reactor nuclear este transformată în căldură și transferată în lichidul de răcire (de obicei apă). Trebuie remarcat faptul că lichidul de răcire în acest proces primește o anumită doză de radiații.

În plus, căldura din lichidul de răcire este transferată în apă obișnuită (prin dispozitive speciale - schimbătoare de căldură), care fierbe ca rezultat. Vaporii de apă rezultați antrenează turbina. La acesta din urmă este conectat un generator, care generează energie electrică.

Astfel, conform principiului de funcționare al unei centrale nucleare, aceasta este aceeași centrală termică. Singura diferență este modul în care este generat aburul.

Geografia energiei nucleare

Primele cinci țări în ceea ce privește producția de energie nucleară sunt următoarele:

1. Franţa.
2. Japonia.
3. Rusia.
4. Coreea de Sud.

În același timp, Statele Unite ale Americii, generând aproximativ 864 miliarde kWh pe an, produc până la 20% din întreaga energie electrică a planetei.

Există 31 de state în lume care operează centrale nucleare. Dintre toate continentele planetei, doar două (Antarctica și Australia) sunt complet lipsite de energie nucleară.

Astăzi, în lume funcționează 388 de reactoare nucleare. Adevărat, 45 dintre ei nu au generat energie electrică de un an și jumătate. Majoritatea reactoarelor nucleare sunt situate în Japonia și Statele Unite. Geografia lor completă este prezentată pe harta următoare. Țările cu reactoare nucleare în funcțiune sunt marcate cu verde, este indicat și numărul lor total într-o anumită stare.

Dezvoltarea energiei nucleare în diferite țări

În general, începând cu 2014, există un declin general al dezvoltării energiei nucleare. Liderii în construcția de noi reactoare nucleare sunt trei țări: Rusia, India și China. În plus, o serie de state care nu au centrale nucleare plănuiesc să le construiască în viitorul apropiat. Acestea includ Kazahstan, Mongolia, Indonezia, Arabia Saudită și o serie de țări nord-africane.

Pe de altă parte, o serie de state au luat un curs către o reducere treptată a numărului de centrale nucleare. Acestea includ Germania, Belgia și Elveția. Și în unele țări (Italia, Austria, Danemarca, Uruguay) energia nucleară este interzisă la nivel legislativ.

Principalele probleme ale energiei nucleare

O problemă semnificativă de mediu este asociată cu dezvoltarea energiei nucleare. Acesta este așa-numitul mediu. Deci, potrivit multor experti, centralele nucleare emit mai multa caldura decat centralele termice de aceeasi capacitate. Mai ales periculoasă este poluarea termică a apelor, care perturbă viața organismelor biologice și duce la moartea multor specii de pești.

O altă problemă acută asociată cu energia nucleară se referă la siguranța nucleară în general. Pentru prima dată, omenirea s-a gândit serios la această problemă după dezastrul de la Cernobîl din 1986. Principiul de funcționare al centralei nucleare de la Cernobîl nu era cu mult diferit de cel al altor centrale nucleare. Acest lucru nu a scăpat-o însă de un accident major și grav, care a antrenat consecințe foarte grave pentru toată Europa de Est.

Mai mult, pericolul energiei nucleare nu se limitează la posibilele accidente provocate de om. Deci, apar mari probleme cu eliminarea deșeurilor nucleare.

Avantajele energiei nucleare

Cu toate acestea, susținătorii dezvoltării energiei nucleare numesc și avantajele evidente ale funcționării centralelor nucleare. Astfel, în special, Asociația Nucleară Mondială și-a publicat recent raportul cu date foarte interesante. Potrivit acestuia, numărul victimelor umane care însoțesc producția unui gigawatt de energie electrică la centralele nucleare este de 43 de ori mai mic decât la centralele termice tradiționale.

Există și alte beneficii la fel de importante. Și anume:

• cost redus de producere a energiei electrice;
• curățenia mediului înconjurător a energiei nucleare (cu excepția doar a poluării termice a apei);
• absența unei referințe geografice stricte a centralelor nucleare la sursele mari de combustibil.

În loc de o concluzie

În 1950, a fost construită prima centrală nucleară din lume. Principiul de funcționare al centralelor nucleare este fisiunea unui atom cu ajutorul unui neutron. Ca rezultat al acestui proces, se eliberează o cantitate enormă de energie.

S-ar părea că energia nucleară este o binefacere excepțională pentru omenire. Cu toate acestea, istoria a dovedit contrariul. În special, două tragedii majore - accidentul de la centrala nucleară sovietică de la Cernobîl în 1986 și accidentul de la centrala electrică japoneză Fukushima-1 în 2011 - au demonstrat pericolul reprezentat de atomul „pașnic”. Și multe țări ale lumii de astăzi au început să se gândească la respingerea parțială sau chiar completă a energiei nucleare.