Kako deluje jedrska elektrarna. Kako deluje jedrska elektrarna? Po vrsti sproščene energije

Sodobni človek si življenja brez elektrike ne more predstavljati. Če se napajanje ustavi tudi za nekaj ur, bo življenje metropole paralizirano. Več kot 90 % električne energije v regiji Voronež proizvede jedrska elektrarna Novovoronež. Dopisniki RIA "Voronež" so obiskali NV NPP in ugotovili, kako se jedrska energija pretvarja v električno.

Kdaj se je pojavila prva jedrska elektrarna?

Leta 1898 sta znana znanstvenika Maria Skłodowska-Curie in Pierre Curie odkrila, da je smola, mineral urana, radioaktivna, leta 1933 pa je ameriški fizik Leo Szilard prvič predstavil idejo o jedrski verižni reakciji, principu, ki: po njegovem izvajanju v praksi, odprl pot za ustvarjanje jedrskega orožja. Sprva je bila energija atoma uporabljena v vojaške namene. Prvič je bil atom uporabljen v miroljubne namene v ZSSR. Prva eksperimentalna jedrska elektrarna na svetu z zmogljivostjo le 5 MW je bila zagnana leta 1954 v mestu Obninsk v regiji Kaluga. Delo prve poskusne jedrske elektrarne je pokazalo obetavno in varnostno. Med delovanjem ni škodljivih izpustov v okolje, za razliko od termoelektrarn ni potrebna velika količina organskega goriva. Danes so jedrske elektrarne eden najbolj okolju prijaznih virov energije.

Kdaj je bila zgrajena NPP Novovoronež?

Gradnja prvega industrijskega bloka NV NPP

Prvič se je industrijska uporaba atomske energije v Sovjetski zvezi začela v jedrski elektrarni Novovoronež. Septembra 1964 je bila zagnana prva elektrarna NVNPP z reaktorjem s tlačno vodo (VVER), njena moč je bila 210 MW - skoraj 40-krat več kot prva eksperimentalna jedrska elektrarna. Ta model reaktorja velja za enega najbolj tehnično naprednih in varnih na svetu. Podmorski reaktorji so služili kot prototipi za VVER za jedrske elektrarne. Med gradnjo prvega energijskega bloka jedrske elektrarne Novovoronež ni bilo centrov za usposabljanje strokovnjakov, ki bi lahko upravljali z reaktorji. Prvi jedrski znanstveniki so bili najeti med nekdanjimi podmorničarji.

V NEK je bilo zgrajenih in zagnanih pet agregatov, trije trenutno obratujejo, v teku je gradnja in priprave na zagon še dveh novih. Vse elektrarne v NVNPP z reaktorji VVER.

Koliko energije proizvede jedrska elektrarna?

Zmogljivost agregata se lahko giblje od nekaj enot do nekaj tisoč MW. Industrijske jedrske elektrarne so zelo močne. NPP Novovoronež zagotavlja približno 90 % potreb regije Voronež po električni energiji in skoraj 90 % potreb Novovoronježa po toploti. Skupna moč energetskih blokov NE Novoronež je 1800 MW. Letna količina proizvedene električne energije v jedrskih elektrarnah zadostuje, da letalski elektrarni Voronež zagotovi 191 let neprekinjenega delovanja ali osvetli 650 standardnih devetnadstropnih hiš. Po zagonu šestega in sedmega bloka se bo skupna zmogljivost NEN Novovoronež povečala za 2,23-krat. Potem bo letna količina energije, ki jo proizvede jedrska elektrarna, zadostovala za zagotovitev delovanja ruskih železnic več kot 8 mesecev.

Kako je organizirana jedrska elektrarna?

Energijska enota št. 5 NV NPP

Energija v jedrski elektrarni nastaja v reaktorju. Gorivo zanj je umetno obogaten uran v obliki peletov v premeru več milimetrov. Uranove pelete so nameščene v gorivnih elementih (TVEL) - to so zatesnjene votle cevi iz toplotno odpornega cirkonija. Gorivni sklopi (FA) so sestavljeni iz gorivnih palic. V jedru VVER je več sto gorivnih sklopov, kjer potekajo procesi cepitve urana. Gre za gorivne sklope, ki prenašajo energijo s segrevanjem primarnega hladilnega sredstva. Gostota nevtronov v reaktorju je moč reaktorja in jo uravnavamo s količino elementov, ki absorbirajo nevtrone in vsebujejo bor, vnesenih v sredico (kot zavora na avtomobilu). Za proizvodnjo električne energije tako v elektrarnah NEK, kot tudi na termoagregatih, se porabi manj kot polovica proizvedene toplote (zakon fizike), preostala toplota pare, ki se izčrpa v turbini, se odvaja v okolje. V prvih enotah jedrske elektrarne Novoronež so za odvajanje toplote uporabljali vodo iz reke Don. Za hlajenje tretjega in četrtega agregata se uporabljajo hladilni stolpi - konstrukcije iz železa in aluminija z višino približno 91 metrov in maso 920 ton, kjer se ogrevana krožna voda hladi z zračnim tokom. Za hlajenje petega agregata je bil zgrajen hladilni ribnik, napolnjen s krožno vodo, njegova površina pa se uporablja za prenos toplote v okolje. Ta voda ne pride v stik s primarno vodo in je popolnoma varna. Hladilni ribnik je tako čist, da so leta 2010 na njem potekala vseruska ribiška tekmovanja. Za hlajenje krožeče vode blokov 6 in 7 sta bila zgrajena najvišja hladilna stolpa v Rusiji, visoka 173 m. Z samega vrha hladilnega stolpa je dobro vidno obrobje mesta Voronež.

Kako se jedrska energija spremeni v elektriko?

V jedru VVER potekajo procesi cepitve uranovih jeder. V tem primeru se sprosti ogromna količina energije, ki segreje vodo (hladilno sredstvo) primarnega kroga na temperaturo okoli 300 °C. Voda hkrati ne vre, saj je pod visokim pritiskom (načelo lonca na pritisk). Hladilna tekočina primarnega kroga je radioaktivna, zato ne zapusti krogotoka. Nato se dovaja v parne generatorje, kjer se voda sekundarnega kroga segreje in spremeni v paro ter že v turbini svojo energijo pretvarja v električno energijo.

Kako pride elektrika v naša stanovanja?

Električni tok je urejeno nekompenzirano gibanje prostih električno nabitih delcev-elektronov pod vplivom električnega polja. Ogromna količina energije z napetostjo 220 ali 500 tisoč voltov zapusti jedrsko elektrarno po žicah. Tako visoka napetost je potrebna za zmanjšanje izgub med prenosom na dolge razdalje. Vendar potrošnik takšne napetosti ne potrebuje in je zelo nevaren. Preden električni tok vstopi v hiše, se napetost s pomočjo transformatorjev zmanjša na običajnih 220 voltov. Če vtič električnega aparata vstavite v vtičnico, ga priključite na električno omrežje.

Kako varna je jedrska energija?

Hladilni ribnik NV NPP

Ob pravilnem obratovanju je jedrska elektrarna popolnoma varna. Sevalno ozadje v območju 30 km okoli jedrske elektrarne Novoronež nadzoruje 20 avtomatskih postaj. Delujejo v neprekinjenem merilnem načinu. V vsej zgodovini delovanja postaje sevalno ozadje še nikoli ni preseglo vrednosti naravnega ozadja. Toda jedrska energija ima potencialno nevarnost. Zato vsako leto postajajo varnostni sistemi v jedrskih elektrarnah vse bolj popolni. Če so bili za prve generacije jedrskih elektrarn (1,2 agregata) aktivni glavni varnostni sistemi, torej jih je morala zagnati oseba ali avtomatika, potem pri načrtovanju blokov generacije 3+ (6. in 7. elektrarna Novovoronjež NPP), glavni vložek je na pasivne varnostne sisteme. V primeru potencialno nevarne situacije bodo delali sami, pri čemer ne bodo upoštevali osebe ali avtomatizacije, temveč zakone fizike. Na primer, v primeru izpada električne energije v jedrski elektrarni bodo zaščitni elementi pod delovanjem gravitacije spontano padli v sredico in ugasnili reaktor.

Osebje jedrske elektrarne se redno usposablja za obvladovanje različnih vrst izrednih razmer. Izredne razmere se simulirajo na posebnih simulatorjih polnega obsega - računalniško podprtih napravah, ki se navzven ne razlikujejo od blokovnih nadzornih plošč. Operativno osebje, ki upravlja reaktor, vsakih 5 let prejme licenco Rostekhnadzorja za pravico do vodenja tehnološkega procesa (nadzor enote jedrske elektrarne). Postopek je podoben pridobitvi vozniškega dovoljenja. Specialist opravlja teoretične izpite in pokaže praktične veščine na simulatorju. Osebje lahko upravlja z reaktorjem le z licenco in opravljenimi izpiti v jedrskih elektrarnah.

Ste opazili napako? Izberite ga z miško in pritisnite Ctrl+Enter

Če želite razumeti načelo delovanja in zasnove jedrskega reaktorja, morate narediti kratek izlet v preteklost. Jedrski reaktor je stoletja stare utelešene, čeprav ne povsem, sanje človeštva o neizčrpnem viru energije. Njena starodavna »prednik« je ogenj iz suhih vej, ki je nekoč osvetljeval in grel oboke jame, kjer so naši daljni predniki našli rešitev pred mrazom. Kasneje so ljudje obvladali ogljikovodike - premog, skrilavec, nafto in zemeljski plin.

Začela se je burna, a kratkotrajna doba pare, ki jo je nadomestila še bolj fantastična doba elektrike. Mesta so bila napolnjena s svetlobo, delavnice pa z brnenjem doslej neznanih strojev, ki jih poganjajo elektromotorji. Potem se je zdelo, da je napredek dosegel vrhunec.

Vse se je spremenilo ob koncu 19. stoletja, ko je francoski kemik Antoine Henri Becquerel po naključju odkril, da so uranove soli radioaktivne. Po 2 letih sta njegova rojaka Pierre Curie in njegova žena Maria Sklodowska-Curie od njih pridobila radij in polonij, njihova raven radioaktivnosti pa je bila milijonkrat višja od ravni torija in urana.

Štafeto je prevzel Ernest Rutherford, ki je podrobno preučeval naravo radioaktivnih žarkov. Tako se je začela doba atoma, ki je rodil svojega ljubljenega otroka – jedrskega reaktorja.

Prvi jedrski reaktor

"Prvorojenec" je iz ZDA. Decembra 1942 je reaktor dal prvi tok, ki je dobil ime po svojem ustvarjalcu, enem največjih fizikov stoletja, E. Fermiju. Tri leta pozneje je jedrska elektrarna ZEEP zaživela v Kanadi. "Bron" je šel v prvi sovjetski reaktor F-1, ki je bil izstreljen konec leta 1946. I. V. Kurchatov je postal vodja domačega jedrskega projekta. Danes v svetu uspešno deluje več kot 400 jedrskih elektrarn.

Vrste jedrskih reaktorjev

Njihov glavni namen je podpirati nadzorovano jedrsko reakcijo, ki proizvaja elektriko. Nekateri reaktorji proizvajajo izotope. Skratka, gre za naprave, v globinah katerih se nekatere snovi pretvorijo v druge s sproščanjem velike količine toplotne energije. To je nekakšna "peč", kjer se namesto tradicionalnih goriv "kurijo" izotopi urana - U-235, U-238 in plutonij (Pu).

Za razliko od, na primer, avtomobila, zasnovanega za več vrst bencina, ima vsaka vrsta radioaktivnega goriva svojo vrsto reaktorja. Dva sta - na počasnih (z U-235) in hitrih (z U-238 in Pu) nevtronih. Večina jedrskih elektrarn je opremljenih z reaktorji s počasnimi nevtroni. Poleg jedrskih elektrarn inštalacije "delujejo" v raziskovalnih centrih, na jedrskih podmornicah in.

Kako je z reaktorjem

Vsi reaktorji imajo približno enako shemo. Njegovo "srce" je aktivna cona. Približno ga lahko primerjamo s pečjo običajne peči. Samo namesto drv je jedrsko gorivo v obliki gorivnih elementov z moderatorjem - TVEL. Aktivna cona se nahaja znotraj nekakšne kapsule - nevtronskega reflektorja. Gorivne palice "spere" hladilna tekočina - voda. Ker ima "srce" zelo visoko stopnjo radioaktivnosti, ga obdaja zanesljiva zaščita pred sevanjem.

Operaterji nadzorujejo delovanje elektrarne s pomočjo dveh kritičnih sistemov, krmiljenja verižne reakcije in sistema daljinskega upravljanja. Če pride do izrednih razmer, se zaščita v sili takoj sproži.

Kako deluje reaktor

Atomski "plamen" je neviden, saj se procesi odvijajo na ravni jedrske cepitve. Med verižno reakcijo se težka jedra razbijejo na manjše fragmente, ki v vzbujenem stanju postanejo vir nevtronov in drugih subatomskih delcev. Toda proces se s tem ne konča. Nevtroni se še naprej "zdrobijo", zaradi česar se sprosti veliko energije, torej tisto, za kar so zgrajene jedrske elektrarne.

Glavna naloga osebja je vzdrževati verižno reakcijo s pomočjo krmilnih palic na konstantni, nastavljivi ravni. To je njegova glavna razlika od atomske bombe, kjer je proces jedrskega razpada neobvladljiv in poteka hitro, v obliki močne eksplozije.

Kaj se je zgodilo v jedrski elektrarni v Černobilu

Eden glavnih vzrokov za katastrofo v jedrski elektrarni Černobil aprila 1986 je bila huda kršitev operativnih varnostnih pravil pri rednem vzdrževanju 4. elektrarne. Nato so iz sredice hkrati odstranili 203 grafitne palice namesto 15 dovoljenih s predpisi. Posledično se je nenadzorovana verižna reakcija, ki se je začela, končala s toplotno eksplozijo in popolnim uničenjem pogonske enote.

Reaktorji nove generacije

V zadnjem desetletju je Rusija postala ena izmed vodilnih svetovnih jedrskih elektrarn. Trenutno državna korporacija Rosatom gradi jedrske elektrarne v 12 državah, kjer se gradi 34 elektrarn. Tako veliko povpraševanje je dokaz visoke ravni sodobne ruske jedrske tehnologije. Naslednji na vrsti so novi reaktorji 4. generacije.

"Brest"

Eden izmed njih je Brest, ki se razvija v okviru projekta Preboj. Trenutni sistemi odprtega cikla delujejo na nizko obogatenem uranu, za seboj pa puščajo veliko količino izrabljenega goriva, ki ga je treba odstraniti z ogromnimi stroški. "Brest" - reaktor s hitrimi nevtroni je edinstven v zaprtem ciklu.

V njem izrabljeno gorivo po ustrezni obdelavi v reaktorju s hitrimi nevtroni spet postane polnopravno gorivo, ki ga je mogoče naložiti nazaj v isti objekt.

Brest odlikuje visoka stopnja varnosti. Nikoli ne bo "eksplodiral" niti v najhujši nesreči, je zelo ekonomičen in okolju prijazen, saj ponovno uporablja svoj "obnovljen" uran. Prav tako ga ni mogoče uporabiti za proizvodnjo orožnega plutonija, kar odpira najširše možnosti za njegov izvoz.

VVER-1200

VVER-1200 je inovativen reaktor generacije 3+ z zmogljivostjo 1150 MW. Zaradi svojih edinstvenih tehničnih zmogljivosti ima skoraj absolutno varnost delovanja. Reaktor je v izobilju opremljen s pasivnimi varnostnimi sistemi, ki bodo delovali tudi v odsotnosti napajanja v avtomatskem načinu.

Eden od njih je pasivni sistem odvajanja toplote, ki se samodejno aktivira, ko je reaktor popolnoma izklopljen. V tem primeru so predvideni zasilni hidravlični rezervoarji. Z nenormalnim padcem tlaka v primarnem krogu se v reaktor dovaja velika količina vode, ki vsebuje bor, ki ugasne jedrsko reakcijo in absorbira nevtrone.

Drugo znanje in izkušnje se nahajajo v spodnjem delu zadrževalnika - "pasti" taline. Če kljub temu zaradi nesreče jedro "pušča", "pasti" ne bo dovolila, da bi se zadrževalni prostor zrušil in preprečil vdor radioaktivnih produktov v tla.

Nuklearna elektrarna in njena naprava:

jedrska elektrarna (NPP) je jedrska naprava, katere namen je pridobivanje električne energije.

- stroj za ponovno polnjenje gorivo(nakladalni stroj).

Delovanje te opreme nadzoruje osebje - operaterji, ki v ta namen uporabljajo blok nadzorno ploščo.

Ključni element reaktorja je cona, ki se nahaja v betonskem jašku. Zagotavlja tudi sistem, ki zagotavlja nadzorne in zaščitne funkcije; z njeno pomočjo lahko izberete način, v katerem naj poteka nadzorovana cepitvena verižna reakcija. Sistem zagotavlja tudi zaščito v sili, ki vam omogoča hitro zaustavitev reakcije v nujnih primerih.

V drugi stavbi jedrska elektrarna tam je turbinska hala, v kateri so turbina in parni generatorji. Poleg tega obstaja stavba, v kateri se jedrsko gorivo pretovarja in izrabljeno jedrsko gorivo skladišči v posebej zasnovanih bazenih.

Na ozemlju Nuklearna elektrarna se nahajajo kondenzatorji, kot tudi hladilni stolpi, hladilni ribnik in škropilni ribnik, ki so sestavni deli obtočnega hladilnega sistema. Hladilni stolpi so stolpi iz betona in oblikovani kot prisekani stožec; naravni ali umetni rezervoar lahko služi kot ribnik. jedrska elektrarna opremljen z visokonapetostnimi daljnovodi, ki segajo čez meje njenega ozemlja.

Gradnja prvega na svetu Nuklearna elektrarna se je začelo leta 1950 v Rusiji in končalo štiri leta pozneje. Za izvedbo projekta je bilo izbrano območje v bližini vasi. Obninsky (regija Kaluga).

Vendar je bila električna energija prvič proizvedena v Združenih državah Amerike leta 1951; prvi uspešen primer njegovega prejema je bil zabeležen v zvezni državi Idaho.

Na področju proizvodnje elektrika Združene države so vodilne z več kot 788 milijard kWh proizvedene električne energije letno. Na seznamu vodilnih po proizvodnji so tudi Francija, Japonska, Nemčija in Rusija.

Načelo delovanja jedrske elektrarne:

Energija se proizvaja z uporabo reaktor kjer poteka jedrska cepitev. V tem primeru se težko jedro razpade na dva fragmenta, ki v zelo vzbujenem stanju oddajata nevtrone (in druge delce). Nevtroni pa povzročajo nove cepitvene procese, zaradi katerih se oddaja še več nevtronov. Ta neprekinjen proces razpadanja se imenuje jedrska verižna reakcija, katere značilnost je sproščanje velike količine energije. Proizvodnja te energije je cilj dela. Nuklearna elektrarna(JEDRSKA ELEKTRARNA).

Proizvodni proces vključuje naslednje korake:

1. 1. pretvorba jedrske energije v toplotno;
2. 2. pretvorba toplotne energije v mehansko;
3. 3. pretvorba mehanske energije v električno energijo.

Na prvi stopnji v reaktor jedrska se nalaga gorivo(uran-235) za začetek nadzorovane verižne reakcije. Gorivo sprošča toplotne ali počasne nevtrone, kar vodi do sproščanja znatne količine toplote. Za odvajanje toplote iz jedra reaktorja se uporablja hladilno sredstvo, ki se pretaka skozi celotno prostornino sredice. Lahko je v tekoči ali plinasti obliki. Nastala toplotna energija služi v prihodnosti za ustvarjanje pare v generatorju pare (toplotni izmenjevalnik).

Na drugi stopnji se para dovaja v turbogenerator. Tu se toplotna energija pare pretvori v mehansko energijo - energijo vrtenja turbine.

Na tretji stopnji se s pomočjo generatorja mehanska energija vrtenja turbine pretvori v električno energijo, ki se nato pošlje porabnikom.

Razvrstitev jedrskih elektrarn:

Jedrske elektrarne razvrščeni glede na vrsto reaktorjev, ki delujejo v njih. Obstajata dve glavni vrsti jedrskih elektrarn:

- z reaktorji, ki uporabljajo toplotne nevtrone (tlačno-vodni jedrski reaktor, reaktor z vrelo vodo, težkovodni jedrski reaktor, grafitno-plinski reaktor jedrski reaktor, grafitno-vodni jedrski reaktor itd. termični nevtronski reaktorji);

– z reaktorji, ki uporabljajo hitre nevtrone (reaktorji s hitrimi nevtroni).

Glede na vrsto proizvedene energije obstajata dve vrsti jedrski elektrarne :

– jedrska elektrarna za proizvodnjo električne energije;

- ATES - jedrske kombinirane toplotne in elektrarne, katerih namen je proizvajati ne le električno, ampak tudi toplotno energijo.

Reaktorji z eno, dvema in tremi zankami jedrske elektrarne:

Reaktor Nuklearna elektrarna lahko je eno-, dvo- ali tri vezje, kar se odraža v shemi delovanja hladilne tekočine - lahko ima eno, dva ali tri vezja. Pri nas so najpogostejše postaje, opremljene z dvokrožnimi vodno hlajenimi močnostnimi reaktorji (VVER). Po podatkih Rosstata so trenutno 4 jedrska elektrarna z reaktorji z 1 zanko, 5 z reaktorji z 2 zanko in eden s 3-zančnimi reaktorji.

Jedrske elektrarne z reaktorjem z eno zanko:

Jedrske elektrarne te vrste - z reaktorjem z eno zanko so opremljeni z reaktorji tipa RBMK-1000. V enoti so reaktor, dve kondenzacijski turbini in dva generatorja. Visoke delovne temperature reaktorja omogočajo, da hkrati opravlja funkcijo generatorja pare, kar omogoča uporabo sheme z eno zanko. Prednost slednjega je razmeroma preprosto načelo delovanja, vendar je zaradi njegovih lastnosti precej težko zagotoviti zaščito pred sevanje. To je posledica dejstva, da so pri uporabi te sheme vsi elementi bloka izpostavljeni radioaktivnemu sevanju.

Jedrske elektrarne z obvodnim reaktorjem:

Uporablja se dvokrožna shema jedrska elektrarna z reaktorji tipa VVER. Načelo delovanja teh postaj je naslednje: hladilno sredstvo, ki je voda, se dovaja v sredico reaktorja pod pritiskom. Segreje se, nato pa vstopi v toplotni izmenjevalnik (generator pare), kjer segreje vodo sekundarnega kroga do vrenja. Sevanje oddaja samo prvi krog, drugi nima radioaktivnih lastnosti. Blok naprava vključuje generator, pa tudi eno ali dve kondenzacijski turbini (v prvem primeru moč turbine je 1000 megavatov, v drugem - 2 x 500 megavatov).

Napredni razvoj na področju obvodnih reaktorjev je model VVER-1200, ki ga je predlagal koncern Rosenergoatom. Razvit je bil na podlagi modifikacij reaktorja VVER-1000, ki so bile izdelane po naročilu iz tujine v devetdesetih letih prejšnjega stoletja. in v prvih letih sedanjega tisočletja. Novi model izboljšuje vse parametre predhodnika in predvideva dodatne varnostne sisteme za zmanjšanje nevarnosti uhajanja radioaktivnega sevanja iz tlačnega prostora reaktorja. Novi razvoj ima številne prednosti - njegova moč je 20% večja v primerjavi s prejšnjim modelom, faktor zmogljivosti doseže 90%, lahko deluje leto in pol brez preobremenitve gorivo(običajni roki so 1 leto), njegova obratovalna doba je 60 let.

Jedrske elektrarne s tremi zančnimi reaktorji:

Uporablja se trikrožna shema jedrske elektrarne z reaktorji tipa BN ("hitri natrij"). Delovanje takšnih reaktorjev temelji na hitrih nevtronih, kot hladilno sredstvo se uporablja radioaktivni tekoči natrij. Da bi izključili njegov stik z vodo, zasnova reaktorja predvideva dodatno vezje, ki uporablja natrij brez radioaktivnih lastnosti; to zagotavlja tip vezja s tremi vezji.

Sodobni 3-zančni reaktor BN-800, razvit v 80-ih-90-ih letih prejšnjega stoletja, je Rusiji zagotovil vodilni položaj v proizvodnji hitrih reaktorjev. Njegova ključna lastnost je zaščita pred vplivi, ki izvirajo iz notranjosti ali zunaj. Ta model zmanjšuje tveganje nesreče, pri kateri se jedro stopi in se med predelavo obsevanega jedrskega goriva sprosti plutonij.

V obravnavanem reaktorju se lahko uporabljajo različne vrste goriva - konvencionalno z uranovim oksidom ali MOX gorivo na osnovi urana in

Načelo delovanja jedrske elektrarne in elektrarn, ki kurijo konvencionalno gorivo (premog, plin, kurilno olje, šota), je enako: zaradi sproščene toplote se voda pretvori v paro, ki se pod tlakom dovaja v turbino. in ga zavrti. Turbina pa prenaša vrtenje na generator električnega toka, ki pretvarja mehansko energijo vrtenja v električno energijo, torej ustvarja tok. Pri termoelektrarnah do pretvorbe vode v paro pride zaradi energije zgorevanja premoga, plina ipd., pri jedrskih elektrarnah zaradi energije cepitve jedra urana-235.

Za pretvorbo energije jedrske cepitve v energijo vodne pare se uporabljajo različne vrste inštalacij, ki se imenujejo jedrski energetski reaktorji (naprave). Uran se običajno uporablja v obliki dioksida - U0 2 .

Uranov oksid kot del posebnih struktur je nameščen v moderatorju - snovi, pri interakciji s katero nevtroni hitro izgubijo energijo (upočasnijo). Za te namene se uporablja voda ali grafit - v skladu s tem se reaktorji imenujejo vodni ali grafitni.

Za prenos energije (z drugimi besedami, toplote) iz jedra v turbino se uporablja hladilna tekočina - voda, tekoča kovina(npr. natrij) oz plin(na primer zrak ali helij). Hladilna tekočina opere segrete hermetične strukture od zunaj, znotraj katerih poteka reakcija cepitve. Zaradi tega se hladilna tekočina segreje in, premikajoč se po posebnih ceveh, prenaša energijo (v obliki lastne toplote). Ogrevano hladilno sredstvo se uporablja za ustvarjanje pare, ki se pod visokim tlakom dovaja v turbino.

sl.G.1. Shematski diagram NEK: 1 - jedrski reaktor, 2 - obtočna črpalka, 3 - toplotni izmenjevalec, 4 - turbina, 5 - generator električnega toka

V primeru plinskega hladilnega sredstva ta stopnja ni in se ogreti plin dovaja neposredno v turbino.

V ruski (sovjetski) jedrski energetski industriji sta postali razširjeni dve vrsti reaktorjev: tako imenovani kanalski reaktor velike moči (RBMK) in reaktor s tlačno vodo (VVER). Na primeru RBKM bomo nekoliko podrobneje obravnavali princip delovanja jedrske elektrarne.

RBMK

RBMK je vir električne energije z močjo 1000 MW, kar odraža vstop RBMK-1000. Reaktor je nameščen v armiranobetonskem jašku na posebni nosilni konstrukciji. Okoli njega, zgoraj in spodaj se nahaja biološka zaščita(zaščita pred ionizirajočim sevanjem). Napolni jedro reaktorja grafitne zidane(torej na določen način zloženi grafitni bloki velikosti 25x25x50 cm) valjaste oblike. Navpične luknje so narejene po celotni višini (slika G.2.). V njih so nameščene kovinske cevi, imenovane kanalov(od tod tudi ime "kanal"). V kanale so nameščene bodisi strukture z gorivom (TVEL - gorivni element) bodisi palice za krmiljenje reaktorja. Prvi se imenujejo kanali za gorivo, drugi - kanali nadzora in zaščite. Vsak kanal je samostojna zatesnjena konstrukcija, krmiljenje reaktorja poteka tako, da se v kanal potopijo palice, ki absorbirajo nevtrone (za ta namen se uporabljajo materiali, kot so kadmij, bor in evropij). Globlje ko taka palica vstopi v jedro, več nevtronov se absorbira, zato se zmanjša število cepljivih jeder in zmanjša se sproščanje energije. Nabor ustreznih mehanizmov se imenuje sistem nadzora in zaščite (CPS).

sl.G.2. Shema RBMK.

V vsak kanal za gorivo se od spodaj dovaja voda, ki jo v reaktor dovaja posebna močna črpalka - imenuje se glavna obtočna črpalka (MCP). Pri pranju gorivnih sklopov voda zavre in na izhodu iz kanala nastane mešanica pare in vode. Ona vstopi ločevalni boben (BS)- aparat, ki omogoča ločevanje (ločitev) suhe pare od vode. Ločena voda se z glavno obtočno črpalko pošlje nazaj v reaktor, s čimer se zapre krog "reaktor - boben-separator - SSC - reaktor". Se imenuje vezje večkratnega prisilnega kroženja (KMPTS). V RBMK sta dve takšni vezji.

Količina uranovega oksida, potrebna za delovanje RBMK, je približno 200 ton (z njihovo uporabo se sprosti enaka energija kot pri sežiganju približno 5 milijonov ton premoga). Gorivo v reaktorju "deluje" 3-5 let.

Hladilna tekočina je notri zaprta zanka, izolirano od zunanjega okolja, brez kakršne koli pomembne kontaminacije s sevanjem. To potrjujejo študije sevalne situacije v okolici jedrske elektrarne, tako s strani služb samih postaj kot s strani regulativnih organov, okoljevarstvenikov in mednarodnih organizacij.

Hladilna voda prihaja iz rezervoarja v bližini postaje. Hkrati ima prevzeta voda naravno temperaturo, voda, ki se vrača v rezervoar, pa je približno 10 °C višja. Obstajajo strogi predpisi glede temperature ogrevanja, ki so še zaostreni, da bi upoštevali lokalne ekosisteme, vendar je tako imenovano "toplotno onesnaževanje" akumulacije verjetno največja okoljska škoda zaradi jedrskih elektrarn. Ta pomanjkljivost ni temeljna in nepremostljiva. Da bi se temu izognili, skupaj s hladilnimi ribniki (ali namesto njih), hladilni stolpi. So ogromne strukture v obliki stožčastih cevi velikega premera. Hladilna voda se po segrevanju v kondenzatorju dovaja v številne cevi, ki se nahajajo znotraj hladilnega stolpa. Te cevi imajo majhne luknje, skozi katere izteka voda, ki tvori "velikansko prho" znotraj hladilnega stolpa. Padajoča voda se hladi z atmosferskim zrakom in se zbira pod hladilnim stolpom v bazenu, od koder se odvaja za hlajenje kondenzatorja. Nad hladilnim stolpom zaradi izhlapevanja vode nastane bel oblak.

Radioaktivne emisije iz jedrskih elektrarn 1-2 naročila nižje od najvišjih dovoljenih (torej sprejemljivo varnih) vrednosti in koncentracije radionuklidov na območjih NEK milijone krat manj od MPC in deset tisočkrat manj od naravne ravni radioaktivnosti.

Radionuklidi, ki vstopajo v okolje med delovanjem NEK, so predvsem produkti cepitve. Največ jih predstavljajo inertni radioaktivni plini (IRG), ki imajo kratka obdobja polovično življenje in zato nimajo oprijemljivega vpliva na okolje (propadajo, preden imajo čas za ukrepanje). Poleg produktov cepitve so nekatere emisije aktivacijski produkti (radionuklidi, ki nastanejo iz stabilnih atomov pod delovanjem nevtronov). Pomembni v smislu izpostavljenosti sevanju so dolgoživi radionuklidi(JN, glavni radionuklidi, ki tvorijo dozo, so cezij-137, stroncij-90, krom-51, mangan-54, kobalt-60) in radioizotopi joda(predvsem jod-131). Hkrati je njihov delež v emisijah NEK izjemno nepomemben in znaša tisočinke odstotka.

Po rezultatih leta 1999 izpusti radionuklidov iz jedrskih elektrarn v smislu inertnih radioaktivnih plinov niso presegli 2,8% dovoljenih vrednosti za uran-grafitne reaktorje in 0,3% za VVER in BN. Pri dolgoživih radionuklidih emisije niso presegle 1,5 % dovoljenih emisij za uran-grafitne reaktorje in 0,3 % za VVER in BN, za jod-131 1,6 % oziroma 0,4 %.

Pomemben argument v prid jedrski energiji je kompaktnost goriva. Zaokrožene ocene so naslednje: 1 kg drv lahko proizvede 1 kWh električne energije, 1 kg premoga - 3 kWh, 1 kg nafte - 4 kWh, 1 kg jedrskega goriva (nizko obogatenega urana) -300.000 kW- h.

AMPAK dolgočasen pogonski agregat moč 1 GW porabi približno 30 ton nizko obogatenega urana na leto (tj. en avto na leto). Za zagotovitev enega leta delovanja iste moči elektrarna na premog potrebnih je približno 3 milijone ton premoga (to je približno pet vlakov na dan).

Izpusti dolgoživih radionuklidov elektrarne na premog ali olje v povprečju 20-50 (po nekaterih ocenah tudi 100) krat višje od jedrskih elektrarn enake zmogljivosti.

Premog in druga fosilna goriva vsebujejo kalij-40, uran-238, torij-232, pri čemer se specifična aktivnost vsakega od njih giblje od nekaj enot do nekaj sto Bq / kg (in s tem tudi člani njihove radioaktivne serije, kot je radij-226 , radij -228, svinec-210, polonij-210, radon-222 in drugi radionuklidi). Izolirani od biosfere v debelini zemeljske kamnine, se pri zgorevanju premoga, nafte in plina sprostijo in spustijo v ozračje. Poleg tega so to predvsem najbolj nevarni alfa-aktivni nuklidi z vidika notranje izpostavljenosti. In čeprav je naravna radioaktivnost premoga običajno relativno nizka, znesek porabljeno gorivo na enoto proizvedene energije je ogromno.

Zaradi doze izpostavljenosti prebivalstvu, ki živi v bližini elektrarne na premog (s stopnjo čiščenja emisij dima na ravni 98-99%) več kot doze izpostavljenosti prebivalstva v bližini jedrske elektrarne 3-5 krat.

Poleg emisij v ozračje je treba upoštevati, da na mestih, kjer so zgoščeni odpadki iz premogovnih elektrarn, opazimo znatno povečanje sevalnega ozadja, kar lahko povzroči, da doze presegajo največje dovoljene. Del naravne aktivnosti premoga je skoncentriran v pepelu, ki se v elektrarnah kopiči v ogromnih količinah. Hkrati so v vzorcih pepela iz nahajališča Kansko-Achinsk zabeležene vrednosti več kot 400 Bq/kg. Radioaktivnost letečega pepela iz donbaškega premoga presega 1000 Bq/kg. In ti odpadki niso izolirani od okolja. Proizvodnja električne energije na GW-leto iz zgorevanja premoga sprosti na stotine GBq aktivnosti (večinoma alfa) v okolje.

Koncepti, kot je "kakovost sevanja nafte in plina", so začeli vzbujati resno pozornost relativno nedavno, medtem ko lahko vsebnost naravnih radionuklidov v njih (radij, torij in drugi) doseže znatne vrednosti. Na primer, volumetrična aktivnost radona-222 v zemeljskem plinu je v povprečju od 300 do 20.000 Bq / m 3 z največjimi vrednostmi ​​​​ do 30.000-50.000. In Rusija proizvede skoraj 600 milijard takšnih kubičnih metrov na leto.

Kljub temu je treba opozoriti, da radioaktivne emisije tako iz jedrskih elektrarn kot iz termoelektrarn ne povzročajo opaznih posledic za javno zdravje. Tudi za elektrarne na premog je to tretjerazredni okoljski dejavnik, ki je bistveno nižji od ostalih: kemične in aerosolne emisije, odpadki itd.

PRILOGA H

Sredi dvajsetega stoletja so najboljši umi človeštva trdo delali na dveh nalogah hkrati: na ustvarjanju atomske bombe in tudi na tem, kako bi lahko energijo atoma uporabili v miroljubne namene. Tako se je pojavila prva na svetu.Kakšen je princip delovanja jedrskih elektrarn? In kje na svetu se nahajajo največje od teh elektrarn?

Zgodovina in značilnosti jedrske energije

»Energija je vsem glava« – tako je mogoče parafrazirati znani pregovor glede na objektivne realnosti 21. stoletja. Z vsakim novim krogom tehnološkega napredka ga človeštvo potrebuje vedno več. Danes se energija "miroljubnega atoma" aktivno uporablja v gospodarstvu in proizvodnji, in ne le v energetskem sektorju.

Električna energija, proizvedena v tako imenovanih jedrskih elektrarnah (načelo delovanja katerih je po naravi zelo preprosto), se široko uporablja v industriji, raziskovanju vesolja, medicini in kmetijstvu.

Jedrska energija je veja težke industrije, ki pridobiva toploto in električno energijo iz kinetične energije atoma.

Kdaj so se pojavile prve jedrske elektrarne? Sovjetski znanstveniki so preučevali načelo delovanja takšnih elektrarn že v 40. letih. Mimogrede, vzporedno so izumili tudi prvo atomsko bombo. Tako je bil atom "miren" in smrtonosen hkrati.

Leta 1948 je I. V. Kurchatov predlagal, naj sovjetska vlada začne izvajati neposredno delo pri pridobivanju atomske energije. Dve leti pozneje se v Sovjetski zvezi (v mestu Obninsk v regiji Kaluga) začne gradnja prve jedrske elektrarne na planetu.

Načelo delovanja vseh je podobno in ga sploh ni težko razumeti. O tem se bo še razpravljalo.

NPP: princip delovanja (fotografija in opis)

V središču vsakega dela je močna reakcija, ki se pojavi, ko se jedro atoma razdeli. V ta proces so najpogosteje vključeni atomi urana-235 ali plutonija. Jedro atomov deli nevtron, ki vstopa v njih od zunaj. V tem primeru nastanejo novi nevtroni, pa tudi fisijski fragmenti, ki imajo ogromno kinetično energijo. Prav ta energija je glavni in ključni produkt delovanja katere koli jedrske elektrarne.

Tako lahko opišete princip delovanja reaktorja jedrske elektrarne. Na naslednji fotografiji si lahko ogledate, kako izgleda od znotraj.

Obstajajo tri glavne vrste jedrskih reaktorjev:

• kanalski reaktor velike moči (skrajšano RBMK);
• reaktor z vodo pod pritiskom (VVER);
• reaktor s hitrimi nevtroni (FN).

Ločeno je vredno opisati načelo delovanja jedrskih elektrarn kot celote. Kako deluje, bomo razpravljali v naslednjem članku.

Načelo delovanja jedrskih elektrarn (diagram)

Deluje v določenih pogojih in v strogo določenih načinih. Poleg (ene ali več) struktura jedrske elektrarne vključuje tudi druge sisteme, posebne objekte in visoko usposobljeno osebje. Kakšen je princip delovanja jedrskih elektrarn? Na kratko ga lahko opišemo takole.

Glavni element vsake jedrske elektrarne je jedrski reaktor, v katerem potekajo vsi glavni procesi. O tem, kaj se dogaja v reaktorju, smo pisali v prejšnjem razdelku. (praviloma je to najpogosteje uran) v obliki majhnih črnih tablet se dovaja v ta ogromen kotel.

Energija, ki se sprosti med reakcijami, ki potekajo v jedrskem reaktorju, se pretvori v toploto in prenese na hladilno sredstvo (običajno vodo). Treba je opozoriti, da hladilna tekočina v tem procesu prejme določen odmerek sevanja.

Nadalje se toplota iz hladilne tekočine prenese na običajno vodo (preko posebnih naprav - toplotnih izmenjevalnikov), ki posledično zavre. Nastala vodna para poganja turbino. Na slednjo je priključen generator, ki proizvaja električno energijo.

Tako je po principu delovanja jedrske elektrarne to ista termoelektrarna. Edina razlika je, kako nastane para.

Geografija jedrske energije

Prvih pet držav po proizvodnji jedrske energije je naslednjih:

1. Francija.
2. Japonska.
3. Rusija.
4. Južna Koreja.

Hkrati Združene države Amerike, ki proizvedejo približno 864 milijard kWh na leto, proizvedejo do 20% celotne električne energije na planetu.

Na svetu je 31 držav, ki upravljajo jedrske elektrarne. Od vseh celin planeta sta le dve (Antarktika in Avstralija) popolnoma brez jedrske energije.

Danes na svetu deluje 388 jedrskih reaktorjev. Res je, 45 jih ni proizvedlo električne energije že leto in pol. Večina jedrskih reaktorjev se nahaja na Japonskem in v ZDA. Njihova celotna geografija je predstavljena na naslednjem zemljevidu. Z zeleno so označene države z delujočimi jedrskimi reaktorji, navedeno je tudi njihovo skupno število v posamezni državi.

Razvoj jedrske energije v različnih državah

Na splošno je od leta 2014 opaziti splošen upad razvoja jedrske energije. Vodilne pri gradnji novih jedrskih reaktorjev so tri države: Rusija, Indija in Kitajska. Poleg tega številne države, ki nimajo jedrskih elektrarn, jih nameravajo zgraditi v bližnji prihodnosti. Sem spadajo Kazahstan, Mongolija, Indonezija, Savdska Arabija in številne severnoafriške države.

Po drugi strani pa so se številne države odločile za postopno zmanjševanje števila jedrskih elektrarn. Med njimi so Nemčija, Belgija in Švica. In v nekaterih državah (Italija, Avstrija, Danska, Urugvaj) je jedrska energija prepovedana na zakonodajni ravni.

Glavni problemi jedrske energije

En pomemben okoljski problem je povezan z razvojem jedrske energije. To je tako imenovano okolje. Torej po mnenju mnogih strokovnjakov jedrske elektrarne oddajajo več toplote kot termoelektrarne enake zmogljivosti. Še posebej nevarno je toplotno onesnaževanje voda, ki moti življenje bioloških organizmov in vodi v smrt številnih vrst rib.

Drug akutni problem, povezan z jedrsko energijo, se nanaša na jedrsko varnost na splošno. Prvič je človeštvo resno razmišljalo o tem problemu po katastrofi v Černobilu leta 1986. Načelo delovanja jedrske elektrarne Černobil se ni veliko razlikovalo od delovanja drugih jedrskih elektrarn. Vendar je to ni rešilo velike in resne nesreče, ki je imela za seboj zelo hude posledice za celotno vzhodno Evropo.

Poleg tega nevarnost jedrske energije ni omejena na morebitne nesreče, ki jih povzroči človek. Pri odlaganju jedrskih odpadkov se torej pojavijo velike težave.

Prednosti jedrske energije

Kljub temu zagovorniki razvoja jedrske energije imenujejo tudi očitne prednosti delovanja jedrskih elektrarn. Tako je zlasti Svetovno jedrsko združenje nedavno objavilo svoje poročilo z zelo zanimivimi podatki. Po njegovih besedah ​​je število človeških žrtev, ki spremljajo proizvodnjo enega gigavata električne energije v jedrskih elektrarnah, kar 43-krat manjše kot v tradicionalnih termoelektrarnah.

Obstajajo tudi druge enako pomembne prednosti. in sicer:

• nizki stroški proizvodnje električne energije;
• okoljska čistost jedrske energije (z izjemo le toplotnega onesnaževanja vode);
• odsotnost strogega geografskega sklicevanja jedrskih elektrarn na velike vire goriva.

Namesto sklepa

Leta 1950 je bila zgrajena prva jedrska elektrarna na svetu. Načelo delovanja jedrskih elektrarn je cepitev atoma s pomočjo nevtrona. Kot rezultat tega procesa se sprosti ogromna količina energije.

Zdi se, da je jedrska energija izjemna dobrina za človeštvo. Vendar je zgodovina dokazala nasprotno. Zlasti dve veliki tragediji - nesreča v sovjetski jedrski elektrarni Černobil leta 1986 in nesreča v japonski elektrarni Fukušima-1 leta 2011 - sta pokazali nevarnost, ki jo predstavlja "miroljubni" atom. In številne države sveta so danes začele razmišljati o delni ali celo popolni zavrnitvi jedrske energije.