Nükleer santral nasıl çalışır. Nükleer santral nasıl çalışır? Serbest bırakılan enerji türüne göre

Modern insan, elektrik olmadan hayatı hayal edemez. Güç kaynağı birkaç saatliğine bile dursa metropolün hayatı felç olur. Voronej bölgesindeki elektriğin %90'ından fazlası Novovoronej Nükleer Santrali tarafından üretiliyor. DEA "Voronezh" muhabirleri NV NPP'yi ziyaret etti ve nükleer enerjinin elektriğe nasıl dönüştürüldüğünü öğrendi.

İlk nükleer santral ne zaman ortaya çıktı?

1898'de ünlü bilim adamları Maria Skłodowska-Curie ve Pierre Curie, bir uranyum minerali olan pitchblend'in radyoaktif olduğunu keşfettiler ve 1933'te Amerikalı fizikçi Leo Szilard, ilk olarak bir nükleer zincir reaksiyonu fikrini ortaya koydu, bir ilke, pratikte uygulanmasının ardından nükleer silahların yaratılmasının önünü açtı. Başlangıçta, atomun enerjisi askeri amaçlar için kullanıldı. Atom ilk kez SSCB'de barışçıl amaçlarla kullanıldı. Dünyanın sadece 5 MW kapasiteli ilk deneysel nükleer santrali 1954 yılında Kaluga Bölgesi, Obninsk şehrinde başlatıldı. İlk deneysel nükleer santralin çalışması, vaadini ve güvenliğini göstermiştir. İşletmesi sırasında çevreye zararlı emisyonlar yoktur, termik santrallerin aksine büyük miktarda organik yakıt gerekli değildir. Günümüzde nükleer santraller en çevre dostu enerji kaynaklarından biridir.

Novovoronej Nükleer Santrali ne zaman inşa edildi?

NV NPP'nin ilk endüstriyel bloğunun inşaatı

İlk kez, Sovyetler Birliği'nde atom enerjisinin endüstriyel kullanımı Novovoronej NPP'de başladı. Eylül 1964'te, NVNPP'nin basınçlı su reaktörüne (VVER) sahip ilk güç ünitesi piyasaya sürüldü, kapasitesi 210 MW idi - ilk deneysel nükleer santralinkinden neredeyse 40 kat daha fazla. Bu reaktör modeli, teknik olarak dünyanın en gelişmiş ve güvenli modellerinden biri olarak kabul ediliyor. Denizaltı reaktörleri, nükleer santraller için VVER için prototip görevi gördü. Novovoronej NGS'nin ilk güç ünitesinin inşası sırasında, reaktörleri çalıştırabilen eğitim uzmanları için eğitim merkezleri yoktu. İlk nükleer bilim adamları eski denizaltılardan alındı.

Novovoronej NGS'de beş güç ünitesi inşa edildi ve işletmeye alındı, bunlardan üçü şu anda işletmede, iki yeni santralin daha lansmanı için inşaat ve hazırlıklar devam ediyor. VVER reaktörlü NVNPP'deki tüm güç üniteleri.

Bir nükleer santral ne kadar enerji üretir?

Güç ünitesinin kapasitesi birkaç birimden birkaç bin MW'a kadar değişebilir. Endüstriyel nükleer santraller çok güçlüdür. Novovoronezh NPP, Voronezh bölgesinin elektrik enerjisi ihtiyacının yaklaşık %90'ını ve Novovoronezh'in ısı ihtiyacının yaklaşık %90'ını karşılamaktadır. Novoronezh NGS'nin güç ünitelerinin toplam kapasitesi 1800 MW'dır. Nükleer santrallerde üretilen yıllık elektrik miktarı, Voronezh uçak fabrikasına 191 yıl kesintisiz çalışma sağlamak veya 650 standart dokuz katlı binayı aydınlatmak için yeterlidir. Altıncı ve yedinci güç ünitelerinin piyasaya sürülmesinden sonra, Novovoronej NGS'nin toplam kapasitesi 2,23 kat artacak. O zaman nükleer santral tarafından üretilen yıllık enerji hacmi, Rus demiryollarının 8 aydan fazla çalışmasını sağlamak için yeterli olacaktır.

Nükleer santral nasıl organize edilir?

Güç ünitesi No. 5 NV NPP

Bir nükleer santralde enerji bir reaktörde üretilir. Bunun için yakıt, birkaç milimetre çapında pelet şeklinde yapay olarak zenginleştirilmiş uranyumdur. Uranyum peletleri yakıt elemanlarına (TVEL'ler) yerleştirilir - bunlar ısıya dayanıklı zirkonyumdan yapılmış sızdırmaz içi boş tüplerdir. Yakıt grupları (FA), yakıt çubuklarından monte edilir. Uranyum fisyon işlemlerinin gerçekleştiği VVER çekirdeğinde birkaç yüz yakıt grubu vardır. Birincil soğutucuyu ısıtarak enerjiyi aktaran yakıt gruplarıdır. Reaktördeki nötronların yoğunluğu, reaktörün gücüdür ve çekirdeğe verilen nötron emici-bor içeren elementlerin miktarı ile düzenlenir (bir arabadaki fren gibi). NGS güç ünitelerinde ve termik ünitelerde elektrik üretimi için üretilen ısının yarısından azı kullanılır (fizik kanunu), türbinde atılan buharın kalan ısısı çevreye atılır. Novoronezh NPP'nin ilk birimlerinde, ısıyı gidermek için Don Nehri'nden gelen su kullanıldı. Üçüncü ve dördüncü güç ünitelerini soğutmak için soğutma kuleleri kullanılır - ısıtılan sirkülasyon suyunun bir hava akımı ile soğutulduğu yaklaşık 91 metre yüksekliğinde ve 920 tonluk bir kütleye sahip demir ve alüminyumdan yapılmış yapılar. Beşinci güç ünitesini soğutmak için dolaşan suyla dolu bir soğutma havuzu inşa edildi ve yüzeyi ısıyı çevreye aktarmak için kullanıldı. Bu su birincil su ile temas etmez ve tamamen güvenlidir. Soğutma havuzu o kadar temiz ki, 2010 yılında tüm Rusya balıkçılık yarışmaları düzenlendi. Ünite 6 ve 7'nin sirkülasyon suyunu soğutmak için 173 m yüksekliğindeki Rusya'nın en yüksek soğutma kuleleri inşa edildi.Soğutma kulesinin en tepesinden Voronezh şehrinin etekleri açıkça görülüyor.

Nükleer enerji nasıl elektriğe dönüşür?

Uranyum çekirdeklerinin fisyon süreçleri VVER çekirdeğinde gerçekleşir. Bu durumda, birincil devrenin suyunu (soğutma sıvısını) yaklaşık 300 °C sıcaklığa kadar ısıtan büyük miktarda enerji açığa çıkar. Su yüksek basınç altında olduğu için aynı anda kaynamaz (düdüklü tencere prensibi). Birincil devrenin soğutucusu radyoaktiftir, bu nedenle devreyi terk etmez. Daha sonra, ikincil devrenin suyunun ısıtıldığı ve buhara dönüştüğü buhar jeneratörlerine beslenir ve zaten türbinde enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür.

Dairelerimize elektrik nasıl gelir?

Elektrik akımı, bir elektrik alanının etkisi altında elektrik yüklü serbest parçacıkların-elektronların düzenli bir telafi edilmemiş hareketidir. 220 veya 500 bin volt voltajlı muazzam miktarda güç, nükleer santrali teller aracılığıyla terk eder. Uzun mesafelerde iletim sırasında kayıpları azaltmak için böyle yüksek bir voltaj gereklidir. Ancak tüketicinin böyle bir gerilime ihtiyacı yoktur ve çok tehlikelidir. Elektrik akımı evlere girmeden önce, voltaj transformatörler aracılığıyla normal 220 volta düşürülür. Elektrikli bir cihazın fişini prize takarak onu elektrik şebekesine bağlarsınız.

Nükleer enerji ne kadar güvenli?

Soğutma havuzu NV NPP

Düzgün çalıştırıldığında, bir nükleer santral tamamen güvenlidir. Novoronezh Nükleer Santrali çevresindeki 30 km'lik bölgedeki radyasyon arka planı, 20 otomatik direk tarafından kontrol ediliyor. Sürekli ölçüm modunda çalışırlar. İstasyonun tüm geçmişi boyunca radyasyon arka planı, doğal arka plan değerlerini asla aşmadı. Ancak nükleer enerjinin potansiyel bir tehlikesi var. Bu nedenle nükleer santrallerdeki güvenlik sistemleri her geçen yıl daha mükemmel hale gelmektedir. İlk nesil NPP'ler için (1,2 güç ünitesi) ana güvenlik sistemleri aktifse, yani bir kişi veya otomasyon tarafından başlatılmaları gerekiyordu, o zaman nesil 3+ üniteleri (6. ve 7. güç üniteleri Novovoronej) tasarlarken NPP), ana pay pasif güvenlik sistemlerine yerleştirilir. Potansiyel olarak tehlikeli bir durumda, bir kişiye veya otomasyona değil, fizik yasalarına uyarak kendi kendilerine çalışacaklardır. Örneğin bir nükleer santralde elektrik kesintisi olması durumunda, yerçekimi etkisindeki koruyucu elemanlar kendiliğinden çekirdeğe düşecek ve reaktörü kapatacaktır.

Nükleer santral personeli, çeşitli acil durumlarla başa çıkmak için düzenli olarak eğitim almaktadır. Acil durumlar, blok kontrol panellerinden harici olarak ayırt edilemeyen bilgisayarlı cihazlar olan özel tam ölçekli simülatörlerde simüle edilir. Reaktörü yöneten operasyonel personel, her 5 yılda bir, teknolojik süreci yürütme hakkı (NPP ünitesinin kontrolü) için Rostekhnadzor'dan bir lisans alır. Prosedür, ehliyet almaya benzer. Uzman teorik sınavlara girer ve simülatörde pratik beceriler gösterir. Sadece nükleer santrallerde lisans sahibi olan ve sınavları geçen personelin reaktörü çalıştırmasına izin verilmektedir.

Bir hata mı fark ettiniz? Fare ile seçin ve Ctrl+Enter tuşlarına basın

Bir nükleer reaktörün çalışma prensibini ve tasarımını anlamak için geçmişe kısa bir gezinti yapmanız gerekir. Bir nükleer reaktör, tamamen olmasa da, insanlığın tükenmez bir enerji kaynağı hakkındaki hayalini oluşturan asırlık bir somutlaşmıştır. Eski "atası", bir zamanlar uzak atalarımızın soğuktan kurtuluş bulduğu mağaranın tonozlarını aydınlatan ve ısıtan kuru dallardan yapılmış bir ateştir. Daha sonra insanlar hidrokarbonlarda ustalaştı - kömür, şeyl, petrol ve doğal gaz.

Çalkantılı ama kısa ömürlü bir buhar çağı başladı ve bunun yerini daha da fantastik bir elektrik çağı aldı. Şehirler ışıkla, atölyeler elektrik motorlarıyla çalıştırılan o zamana kadar bilinmeyen makinelerin uğultularıyla doluydu. Sonra ilerleme doruğa ulaşmış gibi görünüyordu.

19. yüzyılın sonunda, Fransız kimyager Antoine Henri Becquerel yanlışlıkla uranyum tuzlarının radyoaktif olduğunu keşfettiğinde her şey değişti. 2 yıl sonra yurttaşları Pierre Curie ve eşi Maria Sklodowska-Curie onlardan radyum ve polonyum elde ettiler ve radyoaktivite seviyeleri toryum ve uranyumdan milyonlarca kat daha yüksekti.

Baston, radyoaktif ışınların doğasını ayrıntılı olarak inceleyen Ernest Rutherford tarafından alındı. Böylece sevgili çocuğunu - nükleer reaktörü doğuran atom çağı başladı.

İlk nükleer reaktör

"İlk doğan" ABD'den. Aralık 1942'de reaktör, yüzyılın en büyük fizikçilerinden biri olan yaratıcısı E. Fermi'nin adını alan ilk akımı verdi. Üç yıl sonra, ZEEP nükleer santrali Kanada'da hayat buldu. "Bronz", 1946'nın sonunda başlatılan ilk Sovyet reaktörü F-1'e gitti. I. V. Kurchatov, yerli nükleer projenin başı oldu. Bugün dünyada 400'den fazla nükleer güç ünitesi başarıyla çalışıyor.

Nükleer reaktör türleri

Ana amaçları, elektrik üreten kontrollü bir nükleer reaksiyonu desteklemektir. Bazı reaktörler izotop üretir. Kısacası, derinliklerinde, bazı maddelerin büyük miktarda termal enerji salınımı ile diğerlerine dönüştürüldüğü cihazlardır. Bu, geleneksel yakıtlar yerine uranyum izotoplarının - U-235, U-238 ve plütonyumun (Pu) "yakıldığı" bir tür "fırın" dır.

Örneğin, çeşitli benzin türleri için tasarlanmış bir arabanın aksine, her tür radyoaktif yakıtın kendi reaktör tipi vardır. İkisi var - yavaş (U-235 ile) ve hızlı (U-238 ve Pu ile) nötronlarda. Çoğu nükleer santral, yavaş nötron reaktörleriyle donatılmıştır. Nükleer santrallere ek olarak, tesisler araştırma merkezlerinde, nükleer denizaltılarda ve.

reaktör nasıl

Tüm reaktörler yaklaşık olarak aynı şemaya sahiptir. Onun "kalbi" aktif bölgedir. Geleneksel bir sobanın fırınıyla kabaca karşılaştırılabilir. Sadece yakacak odun yerine, moderatör - TVEL'ler ile yakıt elemanları şeklinde nükleer yakıt vardır. Aktif bölge, bir tür kapsülün içinde bulunur - bir nötron reflektörü. Yakıt çubukları, soğutucu - su ile "yıkanır". "Kalp" çok yüksek düzeyde radyoaktiviteye sahip olduğundan, güvenilir radyasyon koruması ile çevrilidir.

Operatörler, zincirleme reaksiyon kontrolü ve uzaktan kontrol sistemi olmak üzere iki kritik sistem yardımıyla tesisin çalışmasını kontrol eder. Acil bir durum ortaya çıkarsa, acil durum koruması anında tetiklenir.

reaktör nasıl çalışır

Atomik "alev" görünmezdir, çünkü süreçler nükleer fisyon düzeyinde gerçekleşir. Bir zincirleme reaksiyon sırasında, ağır çekirdekler, uyarılmış bir durumda olan nötronların ve diğer atom altı parçacıkların kaynağı haline gelen daha küçük parçalara ayrılır. Ancak süreç burada bitmiyor. Nötronlar, çok fazla enerjinin serbest bırakılmasının bir sonucu olarak, yani hangi nükleer santrallerin inşa edildiği için “ezilmeye” devam ediyor.

Personelin asıl görevi, kontrol çubukları yardımıyla sabit, ayarlanabilir bir seviyede bir zincirleme reaksiyonu sürdürmektir. Bu, nükleer bozulma sürecinin kontrol edilemez olduğu ve güçlü bir patlama şeklinde hızla ilerlediği atom bombasından temel farkıdır.

Çernobil nükleer santralinde ne oldu?

Nisan 1986'da Çernobil nükleer santralindeki felaketin ana nedenlerinden biri, 4. güç ünitesindeki rutin bakım sürecinde operasyonel güvenlik kurallarının ağır ihlaliydi. Daha sonra yönetmeliklerin izin verdiği 15 grafit çubuk yerine aynı anda 203 grafit çubuk çekirdekten çıkarıldı. Sonuç olarak, başlayan kontrolsüz zincirleme reaksiyon, termal bir patlama ve güç ünitesinin tamamen yok edilmesiyle sonuçlandı.

Yeni nesil reaktörler

Son on yılda, Rusya dünyanın nükleer güç liderlerinden biri haline geldi. Şu anda, devlet şirketi Rosatom, 12 ülkede 34 güç ünitesinin inşa edildiği nükleer santraller inşa ediyor. Böyle yüksek bir talep, modern Rus nükleer teknolojisinin yüksek seviyesinin kanıtıdır. Sırada yeni 4. nesil reaktörler var.

"Brest"

Bunlardan biri, Breakthrough projesinin bir parçası olarak geliştirilmekte olan Brest. Mevcut açık çevrim sistemleri, düşük oranda zenginleştirilmiş uranyumla çalışır ve geride çok büyük bir maliyetle bertaraf edilecek büyük miktarda kullanılmış yakıt bırakır. "Brest" - hızlı bir nötron reaktörü, kapalı bir döngüde benzersizdir.

İçinde, kullanılmış yakıt, hızlı bir nötron reaktöründe uygun şekilde işlendikten sonra, tekrar aynı tesise yüklenebilen tam teşekküllü bir yakıt haline gelir.

Brest, yüksek düzeyde güvenlik ile ayırt edilir. En ciddi kazada bile asla "patlamaz", "yenilenmiş" uranyumunu yeniden kullandığından çok ekonomik ve çevre dostudur. Ayrıca, ihracatı için en geniş umutları açan silah sınıfı plütonyum üretmek için kullanılamaz.

VVER-1200

VVER-1200, 1150 MW kapasiteli yenilikçi nesil 3+ reaktördür. Eşsiz teknik yetenekleri sayesinde neredeyse mutlak operasyonel güvenliğe sahiptir. Reaktör, otomatik modda güç kaynağı olmadığında bile çalışacak, bol miktarda pasif güvenlik sistemleri ile donatılmıştır.

Bunlardan biri, reaktörün enerjisi tamamen kesildiğinde otomatik olarak devreye giren pasif bir ısı giderme sistemidir. Bu durumda acil durum hidrolik tankları sağlanır. Birincil devrede anormal bir basınç düşüşü ile reaktöre, nükleer reaksiyonu söndüren ve nötronları emen büyük miktarda bor içeren su verilir.

Başka bir teknik bilgi, muhafazanın alt kısmında bulunur - eriyiğin "tuzağı". Bununla birlikte, bir kaza sonucu çekirdek "sızarsa", "tuzak" muhafazanın çökmesine izin vermez ve radyoaktif ürünlerin toprağa girmesini önler.

Nükleer santral ve cihazı:

Nükleer santral (NPP) amacı elektrik enerjisi üretmek olan bir nükleer tesistir.

- yeniden yükleme makinesi yakıt(yükleme makinesi).

Bu ekipmanın çalışması personel tarafından kontrol edilir - bu amaçla bir blok kontrol paneli kullanan operatörler.

Reaktörün kilit unsuru, beton bir şaftta bulunan bir bölgedir. Ayrıca kontrol ve koruma fonksiyonları sağlayan bir sistem sağlar; yardımı ile kontrollü fisyon zincir reaksiyonunun gerçekleşeceği modu seçebilirsiniz. Sistem ayrıca acil bir durumda reaksiyonu hızlı bir şekilde durdurmanızı sağlayan acil durum koruması sağlar.

ikinci binada nükleer güç istasyonu türbin ve buhar jeneratörlerinin bulunduğu bir türbin salonu bulunmaktadır. Ayrıca nükleer yakıtın yeniden yüklendiği ve kullanılmış nükleer yakıtın özel olarak tasarlanmış havuzlarda depolandığı bir bina bulunmaktadır.

sınırları içinde nükleer enerji santrali bulunan kapasitörler sirkülasyonlu bir soğutma sisteminin bileşenleri olan soğutma kuleleri, soğutma havuzu ve püskürtme havuzunun yanı sıra. Soğutma kuleleri, betondan yapılmış ve kesik koni şeklinde şekillendirilmiş kuleler olarak adlandırılır; doğal veya yapay bir rezervuar gölet görevi görebilir. nükleer güç istasyonu topraklarının sınırlarını aşan yüksek voltajlı elektrik hatları ile donatılmıştır.

Dünyanın ilkini inşa etmek nükleer enerji santrali 1950 yılında Rusya'da başlanmış ve dört yıl sonra tamamlanmıştır. Projenin uygulanması için köyün yakınında bir alan seçilmiştir. Obninsky (Kaluga bölgesi).

Ancak, elektrik ilk kez 1951'de Amerika Birleşik Devletleri'nde üretildi; alındığının ilk başarılı vakası Idaho eyaletinde kaydedildi.

Üretim alanında elektrik Amerika Birleşik Devletleri yılda 788 milyar kWh'den fazla elektrik üretimiyle başı çekiyor. Çıktı açısından liderler listesi ayrıca Fransa, Japonya, Almanya ve Rusya'yı da içeriyor.

Bir nükleer santralin çalışma prensibi:

Enerji kullanılarak üretilir reaktör nükleer fisyonun gerçekleştiği yer. Bu durumda, ağır çekirdek, çok heyecanlı bir durumda olan nötronları (ve diğer parçacıkları) yayan iki parçaya bozunur. Nötronlar da yeni fisyon süreçlerine neden olur ve bunun sonucunda daha da fazla nötron yayılır. Bu sürekli bozulma sürecine, karakteristik özelliği büyük miktarda enerjinin salınması olan nükleer zincir reaksiyonu denir. Bu enerjinin üretimi çalışmanın amacıdır. nükleer enerji santrali(NÜKLEER GÜÇ İSTASYONU).

Üretim süreci aşağıdaki adımları içerir:

1. 1. nükleer enerjinin termal enerjiye dönüştürülmesi;
2. 2. termal enerjinin mekanik enerjiye dönüştürülmesi;
3. 3. mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi.

İlk aşamada reaktör nükleer yükleniyor yakıt(uranyum-235) kontrollü bir zincir reaksiyonu başlatmak için. Yakıt, önemli miktarda ısının salınmasına yol açan termal veya yavaş nötronları serbest bırakır. Reaktör çekirdeğinden ısıyı çıkarmak için, çekirdeğin tüm hacminden geçen bir soğutucu kullanılır. Sıvı veya gaz halinde olabilir. Ortaya çıkan termal enerji, gelecekte buhar jeneratöründe (ısı eşanjörü) buhar üretmeye hizmet eder.

İkinci aşamada, turbojeneratöre buhar verilir. Burada buharın termal enerjisi mekanik enerjiye - türbinin dönme enerjisine - dönüştürülür.

Üçüncü aşamada, bir jeneratör yardımıyla türbin dönüşünün mekanik enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülür ve daha sonra tüketicilere gönderilir.

Nükleer santrallerin sınıflandırılması:

Nükleer enerji santralleriİçlerinde çalışan reaktörlerin tipine göre sınıflandırılır. İki ana tip nükleer santral vardır:

- termal nötron kullanan reaktörler (basınçlı su nükleer reaktörü, kaynar su reaktörü, ağır su nükleer reaktörü, grafit-gaz) nükleer reaktör, grafit-su nükleer reaktörü, vb. termal nötron reaktörleri);

– hızlı nötron kullanan reaktörlerle (hızlı nötron reaktörleri).

Üretilen enerjinin türüne göre iki türü vardır. nükleer enerji santralleri :

– nükleer güç istasyonu elektrik üretimi için;

- ATES - amacı sadece elektrik değil, aynı zamanda termal enerji de üretmek olan nükleer kombine ısı ve enerji santralleri.

Bir nükleer santralin bir, iki ve üç döngülü reaktörleri:

Reaktör nükleer enerji santrali soğutucunun çalışma şemasına yansıyan bir, iki veya üç devre olabilir - sırasıyla bir, iki veya üç devreye sahip olabilir. Ülkemizde en yaygın olanı, çift devreli su soğutmalı güç reaktörleri (VVER) ile donatılmış istasyonlardır. Rosstat'a göre, şu anda 4 nükleer güç istasyonu 1 döngülü reaktörlü, 5'i 2 döngülü reaktörlü ve biri 3 döngülü reaktörlü.

Tek döngülü reaktörlü nükleer santraller:

Nükleer enerji santralleri bu tip - tek döngülü bir reaktör ile RBMK-1000 tipi reaktörlerle donatılmıştır. Ünite bir reaktör, iki yoğuşmalı türbin ve iki jeneratör içerir. Reaktörün yüksek çalışma sıcaklıkları, aynı anda bir buhar jeneratörü işlevini yerine getirmesine izin verir, bu da tek döngülü bir şemanın kullanılmasını mümkün kılar. İkincisinin avantajı, nispeten basit bir çalışma prensibidir, ancak özellikleri nedeniyle, bunlara karşı koruma sağlamak oldukça zordur. radyasyon. Bunun nedeni, bu şemayı uygularken bloğun tüm elemanlarının radyoaktif radyasyona maruz kalmasıdır.

Bypass reaktörlü nükleer santraller:

İki devreli şema üzerinde kullanılır nükleer güç istasyonu VVER tipi reaktörlerle. Bu istasyonların çalışma prensibi şu şekildedir: reaktör çekirdeğine basınç altında su olan bir soğutucu verilir. Isıtılır, ardından ısı eşanjörüne (buhar jeneratörü) girer ve burada ikincil devre suyunu kaynayana kadar ısıtır. Radyasyon sadece ilk devre tarafından yayılır, ikincisinin radyoaktif özelliği yoktur. Blok cihazı, bir jeneratörün yanı sıra bir veya iki yoğuşmalı türbin içerir (ilk durumda, güç türbinler 1000 megawatt, ikinci - 2 x 500 megawatt).

Bypass reaktörleri alanındaki gelişmiş gelişme, Rosenergoatom endişesi tarafından önerilen VVER-1200 modelidir. 1990'larda yurt dışından sipariş üzerine üretilen VVER-1000 reaktörünün modifikasyonları temelinde geliştirildi. ve mevcut binyılın ilk yıllarında. Yeni model, önceki modelin tüm parametrelerini iyileştiriyor ve reaktörün basınçlı bölmesinden kaçan radyoaktif radyasyon riskini azaltmak için ek güvenlik sistemleri sağlıyor. Yeni geliştirmenin bir takım avantajları var - gücü önceki modele göre %20 daha yüksek, kapasite faktörü %90'a ulaşıyor, aşırı yük olmadan bir buçuk yıl çalışabiliyor yakıt(olağan süreler 1 yıldır), işletme süresi 60 yıldır.

Üç döngülü reaktörlü nükleer santraller:

Üç devreli şema üzerinde kullanılır nükleer enerji santralleri BN tipi reaktörlerle ("hızlı sodyum"). Bu tür reaktörlerin çalışması hızlı nötronlara dayanır, soğutucu olarak radyoaktif sıvı sodyum kullanılır. Su ile temasını önlemek için, reaktörün tasarımı, radyoaktif özellikleri olmayan sodyum kullanan ek bir devre sağlar; bu, üç devreli bir devre türü sağlar.

Geçen yüzyılın 80'li ve 90'lı yıllarında geliştirilen modern 3 döngülü reaktör BN-800, Rusya'ya hızlı reaktörlerin üretiminde lider bir konum sağladı. Anahtar özelliği, içeriden veya dışarıdan gelebilecek etkilere karşı koruma sağlamasıdır. Bu model, ışınlanmış nükleer yakıtın yeniden işlenmesi sırasında çekirdeğin eridiği ve plütonyumun salındığı bir kaza riskini en aza indirir.

Söz konusu reaktörde, çeşitli yakıt türleri kullanılabilir - uranyum oksit veya uranyum bazlı MOX yakıtı ile geleneksel ve

Bir nükleer santralin ve konvansiyonel yakıt (kömür, gaz, akaryakıt, turba) yakan enerji santrallerinin çalışma prensibi aynıdır: açığa çıkan ısı nedeniyle su, basınç altında bir türbine sağlanan buhara dönüştürülür. ve onu döndürür. Türbin, dönüşün mekanik enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren, yani akım üreten elektrik akımı jeneratörüne dönüşü iletir. Termik santraller durumunda, suyun buhara dönüştürülmesi, nükleer santraller durumunda, uranyum-235 çekirdeğinin fisyon enerjisi nedeniyle, kömür, gaz vb.

Nükleer fisyon enerjisini su buharının enerjisine dönüştürmek için çeşitli kurulum türleri kullanılır. nükleer güç reaktörleri (tesisler). Uranyum genellikle dioksit - U0 2 formunda kullanılır.

Özel yapıların bir parçası olarak uranyum oksit, nötronların hızla enerji kaybettiği (yavaşla) etkileşim üzerine bir moderatöre yerleştirilir. Bu amaçlar için kullanılır su veya grafit - buna göre reaktörlere su veya grafit denir.

Çekirdekten türbine enerji (başka bir deyişle ısı) aktarmak için bir soğutucu kullanılır - su, sıvı metal(örn. sodyum) veya gaz(örneğin, hava veya helyum). Soğutucu, içinde fisyon reaksiyonunun gerçekleştiği ısıtılmış hermetik yapıları dışarıdan yıkar. Bunun bir sonucu olarak, soğutucu ısınır ve özel borulardan geçerek enerjiyi (kendi ısısı şeklinde) aktarır. Isıtılmış soğutucu, türbine yüksek basınç altında verilen buharı oluşturmak için kullanılır.

Şekil G.1. NPP şematik diyagramı: 1 - nükleer reaktör, 2 - sirkülasyon pompası, 3 - ısı eşanjörü, 4 - türbin, 5 - elektrik akımı jeneratörü

Gazlı soğutucu durumunda bu aşama yoktur ve ısıtılan gaz doğrudan türbine beslenir.

Rus (Sovyet) nükleer enerji endüstrisinde, iki tip reaktör yaygınlaştı: Yüksek Güçlü Kanal Reaktörü (RBMK) ve Basınçlı Su Güç Reaktörü (VVER). RBKM'yi örnek olarak kullanarak, bir nükleer santralin çalışma prensibini biraz daha ayrıntılı olarak ele alacağız.

RBMK

RBMK, girişini yansıtan 1000 MW kapasiteli bir elektrik kaynağıdır. RBMK-1000. Reaktör, özel bir destek yapısı üzerinde betonarme bir şafta yerleştirilmiştir. Etrafında, yukarıda ve aşağıda bulunur biyolojik koruma(iyonlaştırıcı radyasyona karşı koruma). Reaktör çekirdeğini doldurur grafit duvarcılık(yani belirli bir şekilde katlanmış 25x25x50 cm boyutlarında grafit bloklar) silindir şeklindedir. Tüm yükseklik boyunca dikey delikler yapılır (Şekil G.2.). İçlerine metal borular yerleştirilir. kanallar(dolayısıyla "kanal" adı). Ya yakıtlı yapılar (TVEL - yakıt elemanı) ya da reaktörü kontrol etmek için çubuklar kanallara monte edilir. ilk denir yakıt kanalları, ikinci - kontrol ve koruma kanalları. Her kanal bağımsız sızdırmaz bir yapıdır.Reaktör, kanala nötron emici çubukların daldırılmasıyla kontrol edilir (bu amaçla kadmiyum, bor ve öropyum gibi malzemeler kullanılır). Böyle bir çubuk çekirdeğe ne kadar derine girerse, o kadar fazla nötron emilir, bu nedenle bölünebilir çekirdeklerin sayısı azalır ve enerji salınımı azalır. İlgili mekanizmalar kümesi denir kontrol ve koruma sistemi (CPS).

Şekil G.2. RBMK şeması.

Her bir yakıt kanalına, reaktöre özel bir güçlü pompa tarafından sağlanan aşağıdan su verilir - buna denir ana sirkülasyon pompası (MCP). Yakıt tertibatları yıkandığında su kaynar ve kanal çıkışında buhar-su karışımı oluşur. O girer ayırıcı tambur (BS)- kuru buharı sudan ayırmanızı (ayırmanızı) sağlayan bir aparat. Ayrılan su, ana sirkülasyon pompası tarafından reaktöre geri gönderilir, böylece "reaktör - tambur-separatör - SSC devresi kapatılır. - reaktör". denir çoklu zorunlu sirkülasyon devresi (KMPTS). RBMK'de böyle iki devre vardır.

RBMK'nın çalışması için gereken uranyum oksit miktarı yaklaşık 200 tondur (bunları kullanmak, yaklaşık 5 milyon ton kömür yakmakla aynı enerjiyi açığa çıkarır). Yakıt, reaktörde 3-5 yıl boyunca "çalışır".

Soğutucu içeride kapalı döngü,önemli radyasyon kontaminasyonu hariç olmak üzere dış ortamdan izole edilmiştir. Bu, hem istasyonların kendi hizmetleri hem de düzenleyici otoriteler, çevreciler ve uluslararası kuruluşlar tarafından nükleer santral çevresindeki radyasyon durumuna ilişkin çalışmalarla doğrulanmaktadır.

Soğutma suyu istasyonun yakınındaki bir rezervuardan geliyor. Aynı zamanda alınan su doğal bir sıcaklığa sahiptir ve rezervuara geri gelen su yaklaşık 10 °C daha yüksektir. Isıtma sıcaklığı konusunda yerel ekosistemleri hesaba katmak için daha da sıkılaştırılan katı düzenlemeler var, ancak rezervuarın sözde "termal kirliliği" muhtemelen nükleer santrallerden kaynaklanan en önemli çevresel hasardır. Bu dezavantaj temel ve aşılmaz değildir. Bunu önlemek için, soğutma havuzları ile birlikte (veya onların yerine), soğutma kuleleri. Büyük çaplı konik borular şeklinde devasa yapılardır. Soğutma suyu, kondenserde ısıtıldıktan sonra soğutma kulesinin içinde bulunan çok sayıda boruya beslenir. Bu tüplerin, içinden suyun aktığı ve soğutma kulesinin içinde "dev bir duş" oluşturan küçük delikleri vardır. Düşen su, atmosferik hava ile soğutulur ve havuzdaki soğutma kulesinin altında toplanır, buradan kondenserin soğutulması için alınır. Soğutma kulesinin üzerinde suyun buharlaşması sonucu beyaz bir bulut oluşur.

Nükleer santrallerden radyoaktif emisyonlar 1-2 sipariş izin verilen maksimum (yani, kabul edilebilir güvenli) değerlerin ve nükleer santral alanlarındaki radyonüklid konsantrasyonunun altında MPC'den milyonlarca kat daha az ve doğal radyoaktivite seviyesinden on binlerce kat daha az.

Nükleer santrallerin çalışması sırasında çevreye giren radyonüklidler esas olarak fisyon ürünleridir. Bunların büyük kısmı, kısa periyotlara sahip inert radyoaktif gazlardır (IRG). yarım hayat ve bu nedenle çevre üzerinde somut bir etkisi yoktur (hareket etmeye zamanları olmadan önce çürürler). Fisyon ürünlerine ek olarak, emisyonların bir kısmı aktivasyon ürünleridir (nötronların etkisi altında kararlı atomlardan oluşan radyonüklidler). Radyasyona maruz kalma açısından önemli uzun ömürlü radyonüklidler(JN, ana doz oluşturan radyonüklidler sezyum-137, stronsiyum-90, krom-51, manganez-54, kobalt-60'tır) ve iyodin radyoizotopları(esas olarak iyot-131). Aynı zamanda, nükleer santral emisyonlarındaki payları son derece önemsizdir ve yüzde binde birine tekabül etmektedir.

1999 sonuçlarına göre, nükleer santrallerden inert radyoaktif gazlar açısından radyonüklid salınımı, uranyum-grafit reaktörleri için izin verilen değerlerin %2.8'ini ve VVER ve BN için %0.3'ünü geçmedi. Uzun ömürlü radyonüklidler için emisyonlar, uranyum-grafit reaktörleri için izin verilen emisyonların %1,5'ini ve VVER ve BN için %0,3'ü, iyot-131 için sırasıyla %1,6 ve %0,4'ünü aşmadı.

Nükleer enerji lehine önemli bir argüman, yakıtın kompaktlığıdır. Yuvarlak tahminler şu şekildedir: 1 kg yakacak odundan 1 kWh, 1 kg kömürden 3 kWh, 1 kg petrolden 4 kWh ve 1 kg nükleer yakıttan (düşük zenginleştirilmiş uranyum) 300.000 kWh elektrik üretilebilir. .h.

ANCAK durgun güç ünitesi 1 GW gücünde yılda yaklaşık 30 ton düşük zenginleştirilmiş uranyum tüketir (yani yaklaşık olarak yılda bir araba). Aynı gücün bir yıl çalışmasını sağlamak için kömür santrali yaklaşık 3 milyon ton kömüre ihtiyaç vardır (yani yaklaşık günde beş tren).

Uzun ömürlü radyonüklidlerin salınımı kömürle çalışan veya petrolle çalışan enerji santralleri aynı kapasitedeki nükleer santrallerden ortalama olarak 20-50 (ve bazı tahminlere göre 100) kat daha fazladır.

Kömür ve diğer fosil yakıtlar, her birinin spesifik aktivitesi birkaç üniteden birkaç yüz Bq / kg'a kadar değişen potasyum-40, uranyum-238, toryum-232 içerir (ve buna bağlı olarak, radyoaktif serilerinin radyum-226 gibi üyeleri , radyum -228, kurşun-210, polonyum-210, radon-222 ve diğer radyonüklidler). Kömür, petrol ve gaz yakıldığında, yeryüzü kayasının kalınlığında biyosferden izole edilirler ve atmosfere salınırlar. Ayrıca, bunlar esas olarak dahili maruziyet açısından en tehlikeli alfa-aktif nüklidlerdir. Ve kömürün doğal radyoaktivitesi genellikle nispeten düşük olsa da, tutarÜretilen enerji birimi başına yakılan yakıt muazzamdır.

Kömürle çalışan bir elektrik santralinin yakınında yaşayan nüfusa maruz kalma dozunun bir sonucu olarak (% 98-99 seviyesinde duman emisyonlarının saflaştırma derecesi ile) daha fazla nükleer santral yakınındaki nüfusun maruz kalma dozlarından daha fazla 3-5 kez.

Atmosfere salınan emisyonlara ek olarak, kömür santrallerinden kaynaklanan atıkların yoğunlaştığı yerlerde, radyasyon arka planında, izin verilen maksimum dozu aşan dozlara yol açabilecek önemli bir artış gözlendiği dikkate alınmalıdır. Kömürün doğal faaliyetinin bir kısmı, elektrik santrallerinde büyük miktarlarda biriken külde yoğunlaşmıştır. Aynı zamanda, Kansko-Achinsk yatağından alınan kül örneklerinde 400 Bq/kg'dan fazla seviyeler kaydedilmiştir. Donbas kömüründen gelen uçucu külün radyoaktivitesi 1000 Bq/kg'ı aşıyor. Ve bu atıklar çevreden izole değildir. Kömür yanmasından elde edilen GW yıllık elektrik üretimi, çevreye yüzlerce GBq aktivite (çoğunlukla alfa) salıyor.

"Petrol ve gazın radyasyon kalitesi" gibi kavramlar nispeten yakın zamanda ciddi dikkat çekmeye başlarken, içlerindeki doğal radyonüklidlerin (radyum, toryum ve diğerleri) içeriği önemli değerlere ulaşabilir. Örneğin, doğal gazdaki radon-222'nin hacimsel aktivitesi, ortalama olarak 300 ila 20.000 Bq / m3 arasındadır ve maksimum değerler 30.000-50.000'e kadardır ve Rusya yılda yaklaşık 600 milyar bu tür metreküp üretir.

Yine de hem nükleer santrallerden hem de termik santrallerden kaynaklanan radyoaktif emisyonların halk sağlığı için gözle görülür sonuçlara yol açmadığını belirtmek gerekir. Kömürle çalışan elektrik santralleri için bile, bu, diğerlerinden önemli ölçüde daha düşük olan üçüncü sınıf bir çevresel faktördür: kimyasal ve aerosol emisyonları, atık vb.

EK H

Yirminci yüzyılın ortalarında, insanlığın en iyi zihinleri aynı anda iki görev üzerinde çok çalıştı: bir atom bombasının yaratılması ve ayrıca atomun enerjisinin barışçıl amaçlar için nasıl kullanılabileceği üzerine. Böylece dünyada ilk ortaya çıktı, nükleer santrallerin çalışma prensibi nedir? Ve bu santrallerin en büyüğü dünyanın neresinde bulunuyor?

Nükleer enerjinin tarihi ve özellikleri

"Enerji her şeyin başıdır" - 21. yüzyılın nesnel gerçekleri göz önüne alındığında, iyi bilinen atasözü bu şekilde yorumlanabilir. Her yeni teknolojik ilerleme turuyla, insanlığın artan bir miktarına ihtiyacı var. Günümüzde "barışçıl atom"un enerjisi sadece enerji sektöründe değil, ekonomide ve üretimde de aktif olarak kullanılmaktadır.

Sözde nükleer santrallerde (çalışma prensibi doğada çok basit olan) üretilen elektrik sanayi, uzay araştırmaları, tıp ve tarımda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Nükleer enerji, atomun kinetik enerjisinden ısı ve elektrik elde eden ağır sanayinin bir dalıdır.

İlk nükleer santraller ne zaman ortaya çıktı? Sovyet bilim adamları, 40'lı yıllarda bu tür santrallerin çalışma prensibini incelediler. Bu arada, paralel olarak ilk atom bombasını da icat ettiler. Böylece atom aynı zamanda hem "barışçıl" hem de öldürücüydü.

1948'de I. V. Kurchatov, Sovyet hükümetinin atom enerjisinin çıkarılması konusunda doğrudan çalışmaya başlamasını önerdi. İki yıl sonra, Sovyetler Birliği'nde (Obninsk şehrinde, Kaluga bölgesinde), gezegendeki ilk nükleer santralin inşaatı başladı.

Hepsinin çalışma prensibi benzerdir ve bunu anlamak hiç de zor değildir. Bu daha fazla tartışılacaktır.

NPP: çalışma prensibi (fotoğraf ve açıklama)

Herhangi bir işin merkezinde, bir atomun çekirdeği bölündüğünde meydana gelen güçlü bir reaksiyon vardır. Uranyum-235 veya plütonyum atomları en çok bu sürece dahil olur. Atomların çekirdeği, kendilerine dışarıdan giren nötronu böler. Bu durumda, büyük bir kinetik enerjiye sahip fisyon parçalarının yanı sıra yeni nötronlar üretilir. Herhangi bir nükleer santralin faaliyetinin ana ve kilit ürünü bu enerjidir.

Bir nükleer santral reaktörünün çalışma prensibini bu şekilde tanımlayabilirsiniz. Bir sonraki fotoğrafta içeriden nasıl göründüğünü görebilirsiniz.

Üç ana tip nükleer reaktör vardır:

• yüksek güçlü kanal reaktörü (RBMK olarak kısaltılır);
• basınçlı su reaktörü (VVER);
• hızlı nötron reaktörü (FN).

Ayrı olarak, nükleer santrallerin bir bütün olarak çalışma prensibini açıklamaya değer. Nasıl çalıştığı bir sonraki makalede tartışılacaktır.

Nükleer santrallerin çalışma prensibi (şema)

Belirli koşullarda ve kesinlikle belirtilen modlarda çalışır. (Bir veya daha fazlasına) ek olarak, bir nükleer santralin yapısı diğer sistemleri, özel tesisleri ve yüksek nitelikli personeli içerir. Nükleer santrallerin çalışma prensibi nedir? Kısaca şöyle tarif edilebilir.

Herhangi bir nükleer santralin ana unsuru, tüm ana süreçlerin gerçekleştiği bir nükleer reaktördür. Reaktörde neler olduğunu bir önceki bölümde yazmıştık. (kural olarak, çoğu zaman uranyumdur) bu büyük kazana küçük siyah tabletler şeklinde beslenir.

Bir nükleer reaktörde meydana gelen reaksiyonlar sırasında açığa çıkan enerji, ısıya dönüştürülür ve soğutucuya (genellikle suya) aktarılır. Bu süreçteki soğutucunun belirli bir radyasyon dozu aldığına dikkat edilmelidir.

Ayrıca, soğutucudan gelen ısı, sonuç olarak kaynayan normal suya (özel cihazlar - ısı eşanjörleri aracılığıyla) aktarılır. Ortaya çıkan su buharı türbini çalıştırır. İkincisine, elektrik enerjisi üreten bir jeneratör bağlanır.

Böylece, bir nükleer santralin çalışma prensibine göre, bu aynı termik santraldir. Tek fark, buharın nasıl üretildiğidir.

Nükleer enerjinin coğrafyası

Nükleer enerji üretiminde ilk beş ülke şu şekildedir:

1. Fransa.
2. Japonya.
3. Rusya.
4. Güney Kore.

Aynı zamanda, yılda yaklaşık 864 milyar kWh üreten Amerika Birleşik Devletleri, gezegenin tüm elektriğinin %20'sini üretiyor.

Dünyada nükleer santral işleten 31 ülke var. Gezegenin tüm kıtalarından sadece ikisi (Antarktika ve Avustralya) nükleer enerjiden tamamen arınmış durumda.

Bugün dünyada çalışan 388 nükleer reaktör var. Doğru, 45 tanesi bir buçuk yıldır elektrik üretmiyor. Nükleer reaktörlerin çoğu Japonya ve Amerika Birleşik Devletleri'nde bulunmaktadır. Tam coğrafyaları aşağıdaki haritada sunulmaktadır. Nükleer reaktör işleten ülkeler yeşil renkle işaretlenmiştir, belirli bir eyaletteki toplam sayıları da belirtilmiştir.

Farklı ülkelerde nükleer enerjinin gelişimi

Genel olarak, 2014 itibariyle nükleer enerjinin gelişiminde genel bir düşüş var. Yeni nükleer reaktörlerin yapımında liderler üç ülke: Rusya, Hindistan ve Çin. Ayrıca nükleer santrali olmayan bazı devletler de yakın gelecekte bunları inşa etmeyi planlıyor. Bunlara Kazakistan, Moğolistan, Endonezya, Suudi Arabistan ve bir dizi Kuzey Afrika ülkesi dahildir.

Öte yandan, bazı devletler nükleer santrallerin sayısını kademeli olarak azaltmaya yönelik bir seyir izlemiştir. Bunlar Almanya, Belçika ve İsviçre'dir. Ve bazı ülkelerde (İtalya, Avusturya, Danimarka, Uruguay) nükleer enerji yasama düzeyinde yasaklanmıştır.

Nükleer enerjinin temel sorunları

Önemli bir çevresel sorun, nükleer enerjinin gelişimi ile ilişkilidir. Bu sözde ortam. Dolayısıyla birçok uzmana göre nükleer santraller aynı kapasitedeki termik santrallerden daha fazla ısı yayar. Özellikle tehlikeli olan, biyolojik organizmaların yaşamını bozan ve birçok balık türünün ölümüne yol açan suların termal kirliliğidir.

Nükleer enerjiyle ilgili bir diğer akut sorun, genel olarak nükleer güvenlikle ilgilidir. 1986'daki Çernobil felaketinden sonra insanlık ilk kez bu sorunu ciddi olarak düşündü. Çernobil nükleer santralinin çalışma prensibi diğer nükleer santrallerden çok farklı değildi. Ancak bu, onu tüm Doğu Avrupa için çok ciddi sonuçlara yol açan büyük ve ciddi bir kazadan kurtarmadı.

Üstelik nükleer enerjinin tehlikesi, olası insan yapımı kazalarla sınırlı değildir. Dolayısıyla nükleer atıkların bertarafı ile ilgili büyük sorunlar ortaya çıkmaktadır.

Nükleer enerjinin avantajları

Bununla birlikte, nükleer enerjinin gelişiminin destekçileri, nükleer santrallerin işletilmesinin bariz avantajlarını da adlandırıyor. Bu nedenle, özellikle Dünya Nükleer Birliği, geçtiğimiz günlerde oldukça ilginç veriler içeren raporunu yayınladı. Ona göre, nükleer santrallerde bir gigawatt elektrik üretimine eşlik eden insan kayıplarının sayısı, geleneksel termik santrallerden 43 kat daha az.

Aynı derecede önemli başka faydalar da vardır. Yani:

• düşük elektrik üretim maliyeti;
• nükleer enerjinin çevre temizliği (sadece suyun termal kirliliği hariç);
• nükleer santrallerin büyük yakıt kaynaklarına katı bir coğrafi referansının olmaması.

Sonuç yerine

1950'de dünyanın ilk nükleer santrali inşa edildi. Nükleer santrallerin çalışma prensibi, bir atomun bir nötron yardımıyla parçalanmasıdır. Bu sürecin bir sonucu olarak, muazzam miktarda enerji açığa çıkar.

Görünüşe göre nükleer enerji insanlık için olağanüstü bir nimet. Ancak tarih aksini kanıtlamıştır. Özellikle, iki büyük trajedi - 1986'da Sovyet Çernobil nükleer santralindeki kaza ve 2011'de Japon santrali Fukushima-1'deki kaza - "barışçıl" atomun yarattığı tehlikeyi gösterdi. Ve bugün dünyanın birçok ülkesi nükleer enerjinin kısmen veya tamamen reddedildiğini düşünmeye başladı.