Branduolinis kuras atominėse elektrinėse. Atominės elektrinės

Branduolinio kuro naudojimas reaktoriuose šiluminės energijos gamybai turi keletą svarbių savybių fizines savybes ir vykstančių procesų branduolinis pobūdis. Šios savybės lemia branduolinės energetikos specifiką, jos technologijos pobūdį, ypatingas eksploatavimo sąlygas, ekonominiai rodikliai ir poveikį aplinką. Jie taip pat nustato pagrindines mokslines, technines ir inžinerines problemas, kurias būtina išspręsti plačiai plėtojant patikimą, ekonomišką ir saugią branduolinę technologiją.

Svarbiausios branduolinio kuro savybės, pasireiškiančios naudojant energiją:

1. aukštas kaloringumas, t.y. šilumos išsiskyrimas atskirtų nuklidų masės vienetui;

2. neįmanoma visiško visų skiliųjų nuklidų „sudegimo“ (skilimo) vienkartinio kuro buvimo reaktoriuje metu, nes reaktoriaus aktyvioje zonoje visada būtina turėti kritinę kuro masę ir „sudeginti“ galima tik tą jo dalį, kuri viršija kritinę masę;

3. galimybė turėti dalinį, tam tikromis sąlygomis pilną ir net išplėstą daliųjų nuklidų dauginimąsi (konversiją), t.y. antrinio branduolinio kuro gavimas iš atkuriamų branduolinių medžiagų (238 U ir 232 Th);

4. Branduoliniam kurui „deginti“ reaktoriuje nereikia oksidatoriaus ir į aplinką nenutrūkstamai išleidžiami „degimo“ produktai;

5. dalijimosi procesą kartu kaupiasi radioaktyvūs trumpaamžiai ir ilgaamžiai skilimo produktai, taip pat skilimo produktai, ilgas laikas konservuojant aukštas lygis radioaktyvumas. Taigi reaktoriuje apšvitintas ir jame naudojamas kuras pasižymi itin dideliu radioaktyvumu ir dėl to susidaro liekamoji šiluma, o tai sukuria ypatingų sunkumų tvarkant apšvitintą branduolinį kurą;

6. Branduolinio kuro dalijimosi grandininę reakciją lydi didžiulių neutronų srautų išsiskyrimas. Veikiant didelės energijos neutronams (E>0,1 MeV) apšvitintose reaktoriaus konstrukcinėse medžiagose (kuro apvalkale, kuro mazgų dalyse, reaktoriaus įtaisuose, korpuse), taip pat aušinimo skystyje ir biologinėse apsaugos medžiagose, dujinė atmosfera, užpildanti erdvę tarp reaktoriaus ir jo biologinės apsaugos, daugelis chemiškai stabilių (neradioaktyvių) elementų paverčiami radioaktyviais. Atsiranda vadinamasis sukeltas aktyvumas.

Didelė branduolinio kuro šilumos atpalaidavimo galia yra dėl didelės intrabranduolinės energijos, išsiskiriančios per kiekvieną sunkausjo urano ar plutonio atomo dalijimosi įvykį. Deginant organinį kurą, vyksta cheminiai oksidacijos procesai, lydimi santykinai mažo energijos išsiskyrimo.

Anglies atomo degimo (oksidacijos) metu pagal reakciją C+O 2 →CO 2 kiekvienam sąveikos įvykiui išsiskiria apie 4 eV energijos, o dalijantis urano atomo branduoliui 235 U+n. →X 1 +X 2 kiekvienam dalijimosi įvykiui išleidžiama apie 200 eV MeV energijos. Toks labai koncentruotas energijos išsiskyrimas masės vienetui sukelia didžiulį šiluminį įtampą. Temperatūros skirtumas kuro strypo spinduliu siekia kelis šimtus laipsnių.

Be to, pagrindinės medžiagos patiria didžiules dinamines ir radiacines apkrovas, kurias sukelia aušinimo skysčio srautas ir didelio tankio jonizuojančiosios spinduliuotės srautų galingas radiacijos poveikis kurui ir konstrukcinėms medžiagoms. Visų pirma, greitųjų neutronų spinduliuotės poveikis sukelia didelę radiacinę žalą (trupėjimą, patinimą, padidėjusį šliaužimą) reaktoriaus konstrukcinėse medžiagose. Todėl reaktoriuose naudojamos medžiagos yra taikomos Specialūs reikalavimai. Vienas iš jų – didžiausias grynumo laipsnis nuo priemaišų (vadinamųjų branduolinio grynumo medžiagų). Dėl šios priežasties neutronų sąveika ir absorbcijos skerspjūvis (kuris yra svarbus palaikant skilimo grandininę reakciją) yra minimalus.

Reaktorių statyboje naudojamų medžiagų sudėčiai ir savybėms keliamų reikalavimų lygis pasirodė toks aukštas, kad dėl to buvo pradėta kurti daugybė naujų ir pažangių specialių medžiagų ir pusgaminių gamybos technologijų, taip pat specialių jų kokybės kontrolės metodai ir priemonės. Šiuo metu sukurta ir įsisavinta technologija, skirta pramoninei medžiagų, tokių kaip berilis, branduolinis grafitas, sunkusis vanduo, cirkonio ir niobio lydiniai, kalcio metalas, boras ir karščiui atsparus nerūdijantis plienas, boras, praturtintas 10 V izotopu, gamybai. ir retųjų žemių elementai.

Didelis kaloringumas smarkiai sumažina branduolinio kuro masę ir fizinį tūrį, reikalingą tam tikram energijos kiekiui pagaminti. Taigi žaliavos (cheminio gamtinio urano koncentrato) ir gatavo kuro saugojimas ir transportavimas reikalauja palyginti mažų sąnaudų. To pasekmė – atominių elektrinių vietos nepriklausomybė nuo branduolinio kuro gavybos ir gamybos zonos, o tai daro didelę įtaką ekonomiškai naudingos gamybinių jėgų geografinės padėties pasirinkimui. Šia prasme galime kalbėti apie universalų branduolinio kuro prigimtį. Jo branduolinės fizinės savybės visur vienodos, o naudojimo ekonomiškumas praktiškai nepriklauso nuo atstumo iki vartotojo. Galimybė atominių elektrinių vietos nesusieti su branduolinio kuro gavybos ir gamybos vieta leidžia ekonomiškai optimaliai išdėstyti jas visoje šalyje, priartinant jas kuo arčiau elektros ir šiluminės energijos vartotojų. Palyginti su iškastinio kuro elektrinėmis, atominės elektrinės nepatiria kuro tiekimo ir tiekimo sunkumų, susijusių su sezoninėmis klimato sąlygomis. Branduolinės medžiagos, išgaunamos iš podirvio ir apdorojamos, gali būti saugomos bet kokį metų skaičių labai mažomis sąnaudomis, nereikalaujant didelių ir brangių saugyklų.

Pakartotinės branduolinio kuro cirkuliacijos kuro cikle poreikis ir visiško jo sudegimo neįmanomas vienkartinio buvimo reaktoriuje metu atsiranda dėl poreikio palaikyti dalijimosi grandininę reakciją. Savaime išsilaikanti grandininė reakcija šerdyje yra įmanoma tik tuo atveju, jei joje yra kritinė skiliosios medžiagos masė tam tikra konfigūracija ir esant tam tikroms neutronų susilpnėjimo ir absorbcijos sąlygoms. Todėl norint gauti šiluminę energiją reaktoriuje, tam tikrą laiką dirbant projektine galia, būtina, kad aktyvioje zonoje būtų tam tikras skiliųjų nuklidų perteklius virš kritinės masės. Šis perteklius sukuria reaktoriaus aktyvumo rezervą, kuris yra būtinas nurodytam arba apskaičiuotam kuro sudegimui. Branduolinio kuro perdegimas reaktoriaus šerdyje yra pirminių ir antrinių skiliųjų nuklidų suvartojimo procesas, atsirandantis dėl dalijimosi jų sąveikos su neutronais metu. Sudegimas dažniausiai nustatomas pagal išsiskiriančios šiluminės energijos kiekį arba atskirtų nuklidų kiekį (masę), tenkantį į reaktorių pakrauto kuro masės vienetui. Vadinasi, norint sudeginti tam tikrą urano kiekį reaktoriuje, reikia į jį įpilti kuro, kurio masė žymiai didesnė už kritinę masę. Tokiu atveju, pasiekus nurodytą degimą, išnaudojus reaktyvumo rezervą, panaudotą kurą būtina pakeisti nauju kuru, kad būtų išlaikyta dalijimosi grandininė reakcija. Reikalavimas reaktoriaus aktyviojoje zonoje nuolat laikyti didelę branduolinio kuro masę, skirtą ilgam eksploatavimo laikotarpiui tam, kad būtų užtikrinta tam tikra energijos išeiga, sukelia didelių vienkartinių išlaidų apmokėti pirmą kuro įkrovą ir vėlesnes perkrovimui paruoštas partijas. Tai vienas reikšmingų ir esminių branduolinio kuro naudojimo sąlygų elektrinėse skirtumų, palyginti su organiniu kuru.

Tačiau iš šerdies pašalintame panaudotame kure bus nemažai daliųjų medžiagų ir derlingų nuklidų, kurie turi didelę vertę. Šis kuras po cheminio valymo iš skilimo produktų gali būti grąžintas į kuro ciklą pakartotiniam naudojimui. Skiliųjų nuklidų kiekis panaudotame kure, kuris lieka nepanaudotas jo vienkartinio buvimo reaktoriuje metu, priklauso nuo reaktoriaus tipo ir kuro rūšies ir gali sudaryti iki 50% iš pradžių pakrauto. Natūralu, kad tokios vertingos „atliekos“ turi būti naudojamos. Tam tikslui specialus techninėmis priemonėmis ir panaudoto branduolinio kuro saugojimo, transportavimo ir cheminio regeneravimo įrenginiai. Iš panaudoto kuro rinklių pašalintos skiliosios medžiagos gali būti grąžinamos ir pakartotinai cirkuliuojamos per reaktorius ir kuro gamyklas branduolinė pramonė: radiocheminiai įrenginiai, užtikrinantys iš reaktoriaus iškrauto kuro regeneraciją (išvalymą nuo dalijimosi produktų ir priemaišų) ir jo grąžinimą į kuro ciklą po būtino papildomo sodrinimo skiliaisiais nuklidais; metalurgijos gamyklos, skirtos naujų kuro elementų gamybai, kuriose regeneruotas kuras dedamas į šviežią kurą, kuris nebuvo apšvitintas reaktoriuose. Taigi, būdingas bruožas kuro padavimas atominė energija yra techninė galimybė ir būtinybė grąžinti į ciklą (perdirbti) skiliuosius ir derlinguosius urano ir plutonio izotopus, kurie nebuvo panaudoti vieno buvimo reaktoriuje metu. Siekiant užtikrinti nenutrūkstamą kuro tiekimą, sukuriami būtini kuro ciklo įmonių pajėgumai. Jas galima laikyti įmonėmis, tenkinančiomis branduolinės energijos kaip pramonės „savo poreikius“. Branduolinės energijos plėtros naudojant branduolinio kuro reaktorius yra pagrįsta galimybe perdirbti uraną ir plutonį. Be to, perdirbant uraną ir plutonį, šiuo metu besivystančioje branduolinės energetikos pramonėje dominuojančių terminių neutroninių reaktorių natūralaus urano ir urano sodrinimo pajėgumų reikalavimai gerokai sumažėja. Nors panaudotas kuras neperdirbamas, uranas ir plutonis neperdirbami. Tai reiškia, kad šiluminiai neutroniniai reaktoriai gali būti maitinami tik šviežiu kuru, pagamintu iš kasamo ir perdirbto urano, o panaudotas kuras bus saugomas.

Branduolinio kuro dauginimas vyksta beveik bet kuriame energijai gaminti skirtame reaktoriuje, kuriame kartu su skiliosiomis medžiagomis yra žaliavų (238 U ir 232 Th). Jei nenagrinėsime hipotetinio supersodrinto (~ 90%) urano kuro panaudojimo kai kuriems specialiems reaktoriams atvejo, tai visuose energetikos sektoriuje naudojamuose branduoliniuose reaktoriuose vyks dalinis, o tam tikromis sąlygomis pilnas ir net išplėstinis atkūrimas. branduolinio kuro – plutonio izotopų, kurių šilumingumas toks pat kaip 235 U. Plutonis gali būti išskirtas iš panaudoto kuro cheminio perdirbimo gamyklose grynu pavidalu ir naudojamas mišraus urano-plutonio kuro gamybai. Galimybė gaminti plutonį bet kuriame šiluminiame neutroniniame reaktoriuje leidžia bet kurią atominę elektrinę laikyti dvejopos paskirties įmone: gaminančia ne tik šiluminę ir elektros energiją, bet ir gaminančią naują branduolinis kuras– plutonis. Tačiau plutonio vaidmuo pasireiškia ne tik jo kaupimu panaudotame kure. Nemaža dalis susidariusių skiliųjų plutonio izotopų dalijasi reaktoriuje, pagerinant kuro balansą ir prisidedant prie į aktyvią zoną pakrauto kuro sudegimo padidėjimo. Tinkamiausias, remiantis šiandieninėmis idėjomis, yra plutonio naudojimas greitųjų neutronų reaktoriuose, kur galima padidinti kritinę masę, taigi ir apkrovą, palyginti su 235 U, 20-30% ir gauti labai aukšti koeficientai, viršijantys vienetinį reprodukciją. Plutonio panaudojimas šiluminių neutroninių reaktorių kuro apkrovoje, nors ir nesuteikia didelio kritinės masės prieaugio ir tokių aukštų reprodukcijos rodiklių kaip greitųjų neutronų reaktoriuose, tačiau sukuria didelį efektą, didinantį branduolinio kuro išteklius.

Branduolinėje energetikoje, be urano, yra galimybių plėtoti torio kuro ciklus. Šiuo atveju natūralus izotopas 232 Th naudojamas gaminant 233 U, o tai savo branduolinėmis savybėmis panašus į 235 U. Tačiau šiuo metu sunku tikėtis reikšmingo urano-torio ciklo panaudojimo branduolinėje energetikoje. Tai paaiškinama tuo, kad 232 Th, kaip ir 238 U, yra tik derlinga, bet ne skili medžiaga, o torio apdorojimo technologija turi nemažai specifinės savybės ir dar nebuvo sukurtas pramoniniu mastu. Tuo pačiu natūralaus urano dar netrūksta. Be to, sandėliuose nuolat kaupiasi urano atliekos, paruoštos naudoti kaip veislinė medžiaga reaktyviniuose reaktoriuose.

Tai, kad energijai gaminti nereikia oksidatoriaus, yra vienas iš pagrindinių branduolinės energijos naudojimo aplinkosaugos pranašumų, palyginti su angliavandenilių energija. Iš atominių elektrinių išmetamas dujas daugiausia lemia elektrinės vėdinimo sistemų poreikiai. Skirtingai nuo atominių elektrinių, kiekvienais metais į orą išleidžiama milijonai kubinių metrų degimo dujų. Tai visų pirma apima anglies, azoto ir sieros oksidus, kurie ardo planetos ozono sluoksnį ir sukuria didelę apkrovą gretimų teritorijų biosferai.

Deja, be privalumų, branduolinė energija turi ir trūkumų. Tai visų pirma apima skilimo ir aktyvacijos produktų susidarymą branduolinio reaktoriaus veikimo metu. Tokios medžiagos trukdo pačiam reaktoriui veikti ir yra radioaktyvios. Tačiau susidarančių radioaktyviųjų atliekų kiekis yra ribotas (daug kartų mažesnis nei šiluminių elektrinių atliekų). Be to, yra patikrintos jų valymo, ekstrahavimo, kondicionavimo, saugaus laikymo ir šalinimo technologijos. Nemažai radioaktyviųjų izotopų, išgaunamų iš panaudoto kuro, aktyviai naudojami pramonės ir kitose technologijose. At tolimesnis vystymas panaudoto kuro rinklių perdirbimo technologijas, taip pat yra perspektyvų iš jo išgauti dalijimosi produktus – retųjų žemių elementus, kurie turi didelę vertę.

Pasirinkimas iš knygos: "Branduolinė energetika. Ar klausėte? Atsakome!"

Akatovas A. A., Koryakovsky Yu, 2012 m

„Kam Rusijai reikia branduolinės pramonės?

Istoriškai pagrindinė branduolinės pramonės atsiradimo mūsų šalyje priežastis buvo branduolinių ginklų kūrimas. Ar tam buvo didelis poreikis? 1945 m., numesdamos branduolines galvutes ant Hirosimos ir Nagasakio, JAV aiškiai parodė, kas yra „vadovas“ pasaulinėje arenoje. SSRS miestai galėjo pasidalyti japonų likimu, nors dabar tai gali atrodyti kaip perdėta. IN kuo greičiau Mūsų mokslininkai sugebėjo sukurti savo branduolinį ginklą ir atkurti jėgų pusiausvyrą, tačiau beveik lygiagrečiai su branduolinės gynybos sektoriumi pradėjo vystytis branduolinė energetika, pradėtos statyti atominės elektrinės, skirtos elektros energijai gaminti per dalijimosi grandinę. reakcija. Palaipsniui „taikus“ atomas pakeitė „karinį“ ir į šiuo metu Mūsų šaliai nereikia kurti branduolinių galvučių ginklams. Taigi dabar svarbiausia užduotis pramonė turi aprūpinti Rusijos vartotojus elektra didėjančio energijos trūkumo sąlygomis.

Kada pirmoji atominė elektrinė žmonijos istorijoje gamino pramoninę srovę?

Taikaus atominės energijos naudojimo srityje pralenkėme amerikiečius: pirmoji atominė elektrinė pagamino pramoninę srovę 1954 m. birželio 27 d. Šis įvykis vyko netoli Maskvos - Obninsko mieste, pavadinto Fizikos ir energetikos instituto teritorijoje. A.I. Leypunskis. Pirmoji atominė elektrinė, „senoji ponia“, kaip ji buvo pradėta vadinti pastaraisiais metais eksploatacija, saugiai dirbo 48 metus ir buvo sustabdyta palyginti neseniai – 2002 m. Fizikos ir energetikos institutas gyvuoja iki šiol, yra vienas didžiausių mokslo centrai mūsų šalis.

Ar branduolinis kuras yra tik uranas?

Žinoma ne. Beveik visame pasaulyje branduolinis kuras naudojamas urano, prisodrinto vadinamuoju skiliuoju izotopu – uranu-235, pagrindu. Urano-235 kiekis urane, iš kurio gaminamas kuras, yra 3-5%, o likę 95-97% yra neskilusis uranas-238. Bet urano metalas nekraunamas į reaktorius, jis paverčiamas dioksidu (UO2), iš kurio spaudžiamos tabletės. Granulės dedamos į metalinius vamzdžius, vadinamus kuro elementais arba kuro strypais. Kuro strypai sujungiami į kuro rinkles (FA). Kuro rinkiniai – tai moduliai, kurie pakraunami į reaktorių arba iškraunami iš jo keičiant kurą.

Kas yra „branduolinio kuro ciklas“?

Tokiu atveju mes kalbame apie ne apie matematinę ar fizikinę ciklo sampratą. Pramonėje ciklas paprastai vadinamas įmonių grupe, glaudžiai susijusia viena su kita. Pavyzdžiui, taip: vienos iš įmonių pagamintas produktas yra žaliava kitai. Branduolinėje pramonėje susiformavo pramonės šakų grupė, sprendžianti su branduolinio kuro gamyba ir naudojimu susijusias problemas. Branduolinio kuro ciklo įmonių darbas organizuojamas taip. Pirmiausia iš gelmių išgaunama urano rūda, uranas išvalomas nuo nereikalingų priemaišų, prisodrinamas reikiamu izotopu (uranas-235) ir paverčiamas į formą, tinkamą „deginti“ branduoliniame reaktoriuje – į branduolinę formą. kuro. Kuras „dirba“ reaktoriuje keletą metų, todėl atominė jėgainė gaminama elektra, branduoliniai ledlaužiai o povandeniniai laivai plaukioja jūromis ir vandenynais, o mokslininkai daro naujų atradimų. Patekęs į reaktorių, kuras (dabar vadinamas panaudotu branduoliniu kuru) yra labai radioaktyvus ir jame yra vertingų komponentų, susidarančių branduolinės reakcijos metu. Ji turi būti saugiai apdorojama, vertingos medžiagos atskirtos, o susidariusios radioaktyvios atliekos paverčiamos nepavojinga forma ir užkasamos. Šiuos uždavinius sprendžia ir įmonės, įtrauktos į branduolinio kuro ciklą.B Rusijos Federacija atitinkamos gamybinės patalpos yra sujungtos į Atomenergo holdingą.

Mes žinome, kodėl žmonės tampa turtingi. Kodėl uranas yra sodrinamas?

Branduoliniame reaktoriuje vyksta savaime išsilaikanti branduolio dalijimosi grandininė reakcija. Būna taip: neutronas atsitrenkia į urano-235 branduolį, jis pasiskirsto į dvi dalis ir išskiria 2-3 neutronus, kurie patenka į gretimus urano-235 branduolius, jie taip pat dalijasi – ir reakcija išsilaiko pati. Bet jei šalia tokių branduolių yra nedaug, tai neutronai gali jų nepasiekti – ir reakcija nevyks. Taigi branduolinio reaktoriaus našumą lemia urano-235 branduolių koncentracija šerdyje. Gamtiniame urane yra 99,3% neskilusio urano-238 ir tik 0,7% skiliojo urano-235. O jei į reaktorių krausite kurą iš natūralaus urano, branduolinė reakcija neįvyks. Todėl natūralus uranas sodrinamas, urano-235 kiekis padidinamas iki 3–5%. (Paties urano, žinoma, sodrinti negalima, reikia specialistų pagalbos, kad būtų teisinga, reikia pasakyti, kad yra reaktorių, kuriuose yra natūralaus urano-235 kiekio). Bet jie naudoja sunkųjį vandenį, kurio gamybai taip pat reikia tam tikrų išlaidų.

Kiek branduolinių blokų yra Rusijoje ir pasaulyje?

Mūsų šalyje yra 10 atominių elektrinių, veikia 33 atominiai blokai. Rusijos atominėse elektrinėse pagaminamos elektros energijos dalis sudaro apie 17% visos ir beveik sutampa su pasaulio vidurkiu – 15%. Visos mūsų atominės elektrinės, išskyrus Bilibino, yra europinėje šalies dalyje. Ankstyviausių atominių elektrinių reaktoriai periodiškai atnaujinami, kad jie atitiktų nuolat griežtėjančius saugos reikalavimus 2012 m. liepos mėn. visame pasaulyje veikė 433 atominiai blokai.

Tie patys reaktoriai įrengti Rusijos atominėse elektrinėse, ar ne?

Branduolinę energiją mūsų šalyje daugiausia atstovauja trijų tipų reaktoriai:

RBMK (didelės galios kanalo reaktorius)

VVER (slėginio vandens reaktorius)

BN (greitųjų neutronų reaktorius) RBMK tipo reaktoriai montuojami vienos grandinės atominėse elektrinėse su vandens aušinimo skysčiu. Jie naudoja grafitą kaip neutronų moderatorių, todėl šie reaktoriai taip pat vadinami urano-grafito reaktoriais. Jie dirba Bilibino atominėje elektrinėje jaunesni broliai RBMK - panašaus veikimo principo EGP reaktoriai VVER tipo reaktoriai veikia dvigrandėse atominėse elektrinėse. Vanduo cirkuliuoja tiek pirmoje, tiek antroje grandinėje. Šie reaktoriai vadinami vandeniu aušinamais reaktoriais, nes vanduo yra ir aušinimo skystis, ir neutronų moderatorius. Naujai pastatytuose blokuose bus sumontuoti naujos kartos VVER reaktoriai, kurie yra galingesni ir saugesni Šiuo metu turime tik vieną BN reaktorių, nors artimiausiais metais bus paleistas ir antras didelis greitųjų neutronų reaktorius. Tačiau tokio tipo reaktoriai yra ateitis, nes leidžia visapusiškiau panaudoti urano atsargas.

Kiek laiko „dirba“ branduolinis kuras reaktoriuje?

Į reaktorių pilamas urano kuras išsilaiko 3-4 metus. Kasmetiniam didelio branduolinio bloko darbui tereikia kelių dešimčių tonų mažai prisodrinto urano. Palyginimui, anglimi kūrenama stotis, gaminanti lygiavertį kiekį elektros energijos, sunaudoja penkis traukinio krovinius anglies, bet ne per metus, o... per dieną.

Kodėl atominių elektrinių nepakeitus vėjo turbinomis?

Vėjo energija per daug išsklaidyta ir ją sunku surinkti. Tikslinga įrengti „vėjo turbinas“ tuose regionuose, kur pučia stiprūs, stabilūs vėjai. Tai dykumos, jūrų pakrantės, o mūsų šalyje jos užima vos 10% šalies ploto. Ir mes, kaip taisyklė, kalbame apie atokias vietoves, kur artimiausias elektros vartotojas yra labai toli. Žinoma, ši energijos rūšis nėra „uždrausta“. Rusijos žemėlapyje yra vietovių, kuriose tikrai patartina įrengti vėjo jėgaines. Bet jie kol kas negali išspręsti energijos tiekimo problemos visoje šalyje, o ypač didžiųjų miestų mastu.

Sustabdykime visas atomines elektrines!

Po Černobylio avarijos ir neseniai įvykusios avarijos Fukušimos I atominėje elektrinėje Japonijoje visuomenėje pasklido nuomonė, kad jei būtų uždaryti visų atominių elektrinių reaktoriai, tai gerokai sumažintų rizikas. Tačiau taip manantys žmonės pamiršta svarbus vaidmuo Atominės elektrinės tiekiant energiją dideliems regionams. Pavyzdžiui, Leningrado atominė elektrinė pagamina trečdalį Šiaurės Vakarų federalinėje apygardoje suvartojamos elektros. Kuo jį pakeisti? Ar turėtume toliau didinti dujų, mazuto ir anglies deginimą? Tai pareikalaus papildomų aplinkosaugos, ekonominių ir transporto rizika. Ir dar vienas dalykas: uždarydami visas atomines elektrines ne sumažinsime, o, priešingai, padidinsime radiacinę riziką. Panaudoto branduolinio kuro ir susikaupusių radioaktyviųjų atliekų problema neišnyks, o tik augs, nes sustabdomas atominis blokas negali būti paliktas likimo valiai. Reikės vienu metu pradėti kelias sudėtingas ir brangiai kainuojančias programas branduolinių blokų eksploatavimo nutraukimui, įskaitant įrenginių valymo nuo radioaktyviosios taršos ir įrangos, kuri yra galingas radiacijos šaltinis, išmontavimą. O susidariusių radioaktyviųjų atliekų į sąvartyną mesti negalima – sprendimo reikės ir klausimo, kur jas dėti.

Kiek specialistų vadovauja jėgos agregato darbui?

Jei palygintume branduolinį bloką ir žmogų, tai reaktorių galima vadinti širdimi, o valdymo kambarį (kontrolės kambarį) – smegenimis. Iš čia operatoriai – aukštos klasės profesionalai – kontroliuoja reaktoriuje vykstančius procesus, garo turbinos ir viso jėgos agregato darbą. Jų yra trys, ir kiekvienas sėdi prie savo pulto. Be to, valdymo patalpoje yra padalinio pamainos viršininkas ar jo pavaduotojas, tačiau jie tiesiogiai valdyme nedalyvauja, o atlieka stebėtojų funkciją, turinčią teisę įsikišti, pavyzdžiui, jei operatoriaus veiksmuose nustatoma klaida. . Tik 4-5 žmonės. Panašu, kad tokiai atsakingai užduočiai to neužtenka? Tačiau Vakarų atominėse elektrinėse panašias funkcijas atlieka tik du darbuotojai, o nemažai užduočių perkeliama į automatizavimą.

Kaip greitai galite uždaryti branduolinį reaktorių?

Žodžiu, per dvi sekundes. Bet kurio reaktoriaus konstrukcijoje yra vadinamųjų avarinių strypų. Įprasto veikimo metu jie išimami iš reaktoriaus aktyviosios zonos ir pakabinami virš jos. Kai ateina avarinis signalas, strypai tiesiogine prasme nukrenta nuo savo svorio, akimirksniu sustabdydami grandininę reakciją branduoliniame kure. Beje, Černobylio avarijos metu sistema veikė lėčiau. 1986 metais reaktoriui išjungti prireikė 14 sekundžių – tai buvo viena iš priežasčių, kodėl avarijai nepavyko išvengti. Iš išmoktos pamokos buvo padarytos išvados, atliktas didelis darbas gerinant avarinę apsaugą, kad panaši situacija nepasikartotų ateityje.

Ar tiesa, kad branduolinis kuras po veikimo reaktoriuje šviečia?

Taip, šį įspūdingą reginį galima stebėti, jei panaudotas kuras yra vandenyje. Išoriškai tai atrodo kaip mėlyna aureolė, supanti kuro rinkles, vertikaliai įrengtas po tamsaus vandens sluoksniu kelių metrų gylyje. Atrodo, kad degalus apšviečia prožektoriai, tačiau iš tikrųjų taip nėra. Branduolinio kuro skleidžiami greitieji elektronai vandenyje juda greičiu, viršijančiu šviesos greitį, ir skleidžia spinduliuotę mėlynojoje spektro srityje. Šis reiškinys vadinamas Čerenkovo-Vavilovo spinduliuote ir jis pasireiškia net kietoje skaidrioje terpėje. Branduolinis kuras nešviečia ore.

Kiek atliekų susidaro atominėse elektrinėse?

Nelabai daug: per metus eksploatuojant stambaus agregato gauname 100-200 kubinių metrų kietųjų radioaktyviųjų atliekų (SAK) ir maždaug tiek pat skystųjų radioaktyviųjų atliekų (AKĮ). Šaltiniai kietosios atliekos- užterštos dalys ir medžiagos, panaudota reaktoriaus grandinės įranga, užteršti drabužiai, įrankiai, šluostės, naudojamos šluostymui ir kt. Skystųjų atliekų šaltinis yra nedideli radioaktyvaus vandens, naudojamo kaip aušinimo skystis, nuotėkiai, taip pat vandeniniai tirpalai, naudojami radioaktyviai užterštoms įrenginiams plauti. , nuotekų specialios skalbyklos ir pan. Be to, pirminis skystųjų atliekų kiekis yra gana didelis – apie 10 000 kubinių metrų per metus. Todėl jie išgarinami, ko pasekoje pradinis kiekis sumažėja dešimtis ir net šimtus kartų.

Kokia situacija su atliekomis kitose branduolinio kuro ciklo įmonėse?

Didžiausias radioaktyviųjų atliekų kiekis susidaro urano kasybos procese. Tai uolienų sąvartynai ir radiometrinio rūšiavimo atliekos. Juose urano beveik nėra. Ir nors tokių atliekų kiekis didelis – daugiau nei penkiasdešimt tūkstančių kubinių metrų, su sąlyga metinis darbas vienas tūkstančio megavatų galios reaktorius – nereikia pamiršti, kad šios atliekos yra mažo aktyvumo atliekos, tai yra praktiškai saugios. Jei jų sandėliavimas organizuojamas teisingai, tai tokie atliekų sąvartynai pavojaus gyventojams ir aplinkai nekelia. Be to, mūsų šalyje jų yra tik Krasnokamenske (Trans-Baikalo teritorijoje).

Kuriame branduolinio kuro ciklo etape susidaro pavojingiausios atliekos?

Panaudoto branduolinio kuro perdirbimo etape. Pažymėtina, kad šviežias kuras nekelia radiacinės grėsmės: urano kuro tabletes galima laikyti rankose. Tačiau kai uranas dalijasi reaktoriuje, susidaro skilimo produktai, ir daugelis jų kelia rimtą radiacijos pavojų. Tačiau jų keliamas pavojus laikui bėgant gerokai sumažėja. Taigi, praėjus 40 metų po pašalinimo iš reaktoriaus, radioaktyvių produktų kiekis sumažėja tūkstantį kartų, lyginant su originalu. Be to, perdirbant panaudotą kurą susidarančių didelio aktyvumo atliekų kiekis sudaro labai nedidelę dalį (mažiau nei 1 %) viso radioaktyviųjų atliekų kiekio, susidarančio visuose branduolinio kuro ciklo etapuose. Jei atsižvelgsime į atliekų sąvartynus, didelio radioaktyvumo atliekų dalis neviršys 0,01 proc. Didelio aktyvumo atliekos yra stiklinamos, o jų tūris per visą panaudoto branduolinio kuro perdirbimo Rusijoje istoriją vienam mūsų šalies gyventojui prilygsta golfo kamuoliuko tūriui.

Kaip tvarkomos atominių elektrinių atliekos?

Pirmasis etapas – griežtas jų įrašymas ir rinkimas. Apskaita būtina siekiant užtikrinti saugumą, atsižvelgiant į radioaktyviųjų medžiagų neleistinumą patekti į aplinką ir net į teroristų rankas. Todėl radioaktyviųjų medžiagų ir radioaktyviųjų atliekų apskaitos ir kontrolės sistema Rusijoje perkelta į nacionalinį lygmenį. Antrasis etapas – sutankinimas, maksimalus atliekų kiekio sumažinimas. Skystos atliekos išgarinamos, kietos atliekos presuojamos ir deginamos. Tai leidžia sumažinti jų saugojimo ir galutinio izoliavimo išlaidas. Trečiasis etapas yra kondicionavimas, kurio metu atliekos paverčiamos chemiškai atsparia, aplinkai nekenksminga būsena. Mažo radioaktyvumo atliekos gali būti laikomos statinėse ir konteineriuose daugiau kenksmingos medžiagos Pateikiamos patikimesnės matricos: cemento, bitumo ar stiklo blokeliai. Paskutinis etapas – radioaktyviųjų atliekų siuntimas į specializuotas saugyklas, o vėliau – į galutinę izoliavimo patalpą.

Ar turėtume bijoti radioaktyviųjų atliekų įvežimo į mūsų šalį iš kitų šalių?

Pagal galiojančius įstatymus radioaktyviųjų atliekų įvežimas į mūsų šalies teritoriją yra draudžiamas. Į Rusiją leidžiama įvežti tik mūsų šalyje pagamintus ir pagal tarpvyriausybinę sutartį grąžintus panaudotus jonizuojančiosios spinduliuotės šaltinius ir panaudotą branduolinį kurą. Tačiau panaudoto kuro atliekomis vadinti neteisinga dėl vienos paprastos priežasties: atliekos yra tos medžiagos, kurios visiškai išnaudojo savo naudingus išteklius, kuriose nėra nieko vertingo. Į panaudotą kurą, kuriame yra nesudegusio urano, plutonio ir aibės kitų izotopų, kurie gali būti naudojami geologijoje, medicinoje, Žemdirbystė, tarpas ir pan., tai netaikoma. Tai vertingų produktų šaltinis ir gali būti panaudotas pakartotinai.

Kuo pavojingos radioaktyviosios medžiagos?

Radionuklidai (radioaktyvūs branduoliai), tiek natūralūs, tiek dirbtiniai, skiriasi nuo stabilių branduolių tuo, kad gali savaime transformuotis į kitų elementų branduolius. Šiuo atveju branduolys skleidžia spinduliuotę, arba, kaip ekspertai vadina, jonizuojančiąją spinduliuotę. Radiacija daro tam tikrą žalą ląstelėms, sukeldama jų veikimo nukrypimus. Tiesa, ląstelės sėkmingai kovoja su šiuo poveikiu, jei apšvitos dozės nedidelės. Be to, nesant normalios foninės spinduliuotės, organizmas yra prislėgtas ir sumažėja imunitetas. Bet jei radiacijos srautas yra galingas, ląstelės miršta, o tai sutrikdo organų ir audinių funkcijas. Reikėtų pažymėti, kad mūsų įprastame gyvenime tikimybė, kad mus veikia tokia stipri spinduliuotė, kuri paveiks mūsų sveikatą, yra labai maža. Įprastame gyvenime vidutinis rusas iš visų šaltinių gauna radiacijos dozę, kuri yra 25–50 kartų mažesnė už minimalią dozę, kuriai stebimas bent nedidelis žalingas poveikis.

Papasakokite apie darbo sąlygas urano kasyklose. Ar tai pavojinga?

Pirma, pateikime istorinį pavyzdį, datuojamą laiku iki radioaktyvumo reiškinio atradimo. Viduramžių kalnakasiai iš Pietų Saksonijos dažnai sirgdavo ir anksti mirdavo nuo plaučių patologijų, bet rečiau sirgdavo sąnarių ligomis, nes gėrė kasyklų vandenį, kuriame buvo urano. Žinoma, niekas apie tai nežinojo. Todėl nenuostabu, kad darbas urano kasyklose anksčiau buvo pavojingas darbas, o sergamumas urano kasyklose buvo gana didelis. Pradėjome aiškintis, kas vyksta, ir padarėme išvadą: priežastis buvo didelė gamtinių radioaktyviųjų dujų – radono, kuris yra nepakeičiamas urano telkinių palydovas, koncentracija. Supratę problemą, jie surašė „receptą“ - užtikrinti gerą kasyklų vėdinimą. Tai turėjo teigiamą poveikį, ir dabar, remiantis statistiniais duomenimis, darbuotojų mirtingumas kasant uraną nėra didesnis nei m. kasybos įmonės kitose pramonės šakose.

Ar veikiami tik branduolinės energijos darbuotojai? Arba ne?

Ir kitose pramonės šakose darbuotojai gali gauti padidintas radiacijos dozes. Čia labiausiai „išsiskyrė“ naftos ir dujų kompleksas. Problemos esmė ta, kad kartu su nafta ir dujomis iš žemės išgaunamos natūralios radioaktyvios medžiagos, pavyzdžiui, radis. Šie izotopai nusėda ant vamzdynų, siurblių ir talpyklų vidinių paviršių ir žymiai padidina foninę spinduliuotę. Rimtai ėmusis į šią problemą, buvo nustatyta, kad naftos gavybos įmonių darbuotojų gaunamos dozės kai kur viršijo maksimalias atominės elektrinės personalo dozes, todėl pagal šalies standartus reikėtų atsižvelgti į milijonus tonų naftos dumblo. radioaktyviųjų atliekų.

Kiek AE prisideda prie mano metinės dozės?

Ekspertai atidžiai ištyrė šią problemą ir buvo nustebinti. Visų branduolinės pramonės įmonių, radiacinių avarijų ir branduolinio ginklo bandymų padarinių indėlis į vidutinio ruso dozę yra apie 0,3%. Be to, šis skaičius galioja regionams, kuriuose yra atominės elektrinės. Likusi dalis yra iš natūralių šaltinių ir medicininių tyrimų. Išimtis yra teritorijos, užterštos dėl radiacijos avarijų, tačiau net ir ten „atominis“ indėlis yra mažesnis nei medicinos komponento.

Atominės elektrinės avarijos tikimybė nedidelė, bet vis tiek ne nulis. Kaip aš galiu jį nustatyti iš naujo?

Avarijos tikimybė bet kuriame dideliame pramonės objekte niekada nebus lygi nuliui – tai žino visi, kurie yra susipažinę su matematinės statistikos tema. Remiantis šios disciplinos kanonais, bet koks įvykis gali įvykti su vienokia ar kitokia tikimybe: yra net tikimybė (nors ir labai maža) mirti nuo meteorito. Kitaip tariant, mes negalime „anuliuoti“ avarijos galimybės, tačiau galime ją padaryti nereikšmingą. Statomose atominėse elektrinėse didelės radiacinės avarijos tikimybė yra 10–7 vienam reaktoriui per metus. Tai galima palyginti su tikimybe, kad ant mūsų namo nukris lėktuvas, galbūt ne meteoritas. Ar nebijote gyventi savo AE? modernūs projektai Jie taip pat saugūs, nes įgyvendina inovatyvius techninius sprendimus, neleidžiančius radioaktyviosioms medžiagoms patekti už stoties ribų net ir įvykus rimtai avarijai.

Kaip elgtis radiacinės avarijos atveju?

Pirma, būtų malonu įsitikinti, kad avarija dėl radiacijos išsiskyrimo iš tikrųjų įvyko, o informacija apie tai nėra „kanardas“, nes tokios provokacijos buvo ne kartą. Jų skaičius smarkiai sumažėjo atidarius interneto svetainę russianatom.ru, kuri internete rodo informaciją iš „Rosatom“ įmonių radiacijos stebėjimo sistemos jutiklių. Įvykus nelaimingam atsitikimui, reikia atsargiai uždaryti langus ir duris, kaupti vandens atsargas, užsidėti respiratorių ar marlės tvarsčius, apsaugančius nuo radioaktyvių aerozolių, klausytis radijo, vartoti jodo turinčius vaistus pagal nurodymus ir palaukti, kol suskambo pavojaus signalas. išvalytas arba, situacijai susiklosčius nepalankiai, evakuacija .

Kodėl reikalinga „jodo profilaktika“?

Vienas iš pavojingų radioaktyviųjų izotopų, susidarančių veikiant branduoliniam reaktoriui, yra jodas-131. Jis geba selektyviai kauptis skydliaukėje – organe, atsakingame už dviejų svarbių hormonų gamybą, o skydliaukės veiklos sutrikimas veikia viso organizmo veiklą Jodo profilaktika yra tokia: užkluptų žmonių srityje radioaktyviosios taršos atveju vartojamas įprastas jodas: stabilus vaiste esantis izotopas išstumia radioaktyvųjį jodą iš skydliaukės, o jo apšvitinimas žymiai sumažėja. Galite išgerti farmacinį alkoholio jodo tirpalą, atskiesdami kelis lašus vandenyje ar piene, bet geriau naudoti jodo turinčius preparatus. Pavyzdžiui, tablečių pavidalo kalio jodidas, laimei, jodo-131 grėsmė nėra ilgalaikė. Šio izotopo pusinės eliminacijos laikas yra apie 8 dienas, o tai reiškia, kad po kelių dešimčių dienų jo koncentracija sumažėja iki saugių verčių. Jei provokuojate, nevartokite jodo! Užfiksuoti atvejai, kai dėl nepagrįstų gandų apie atominės elektrinės avariją žmonės išgėrė tiek alkoholio jodo tirpalo, kad prireikė medikų pagalbos.

Teko girdėti, kad alkoholis šalina iš organizmo radioaktyviąsias medžiagas. Ar taip yra?

Šią populiarią nuomonę jau seniai buvo galima išnaikinti, bet, deja, jai aktyviai pritaria ir patys branduolinės energetikos mokslininkai. Tačiau tai slepia tik patogų pasiteisinimą „galvoti už tris“. Lygiai taip pat kai kurie žmonės viltingai žiūri į kalendorių, ar šiandien nėra šventė? Pasakojimas apie alkoholio naudą paremtas tikrais faktais: alkoholis iš tiesų sąveikauja su laisvaisiais radikalais – pavojingais junginiais, kurie susidaro ląstelėse veikiant spinduliuotei ir į organizmą patekusioms radioaktyviosioms medžiagoms. Bėda ta, kad norint pasiekti daugiau ar mažiau reikšmingo efekto juos neutralizuojant, reikia išgerti tiek alkoholio, kad tai sukeltų sunkų organizmo apsinuodijimą. Negalima pamiršti, kad alkoholis yra nuodas. Radiacijos poveikiui sumažinti ir radioaktyvioms medžiagoms pašalinti iš organizmo buvo sukurti specialūs preparatai – radioprotektoriai. Nors ir nesuteikia tokio malonumo kaip alkoholinių gėrimų gėrimas, tačiau jie turi daug stipresnį poveikį.

Papasakokite apie „raudonąjį mišką“. Ar jis vis dar raudonas?

Įvykus avarijai Černobylio atominė elektrinė radioaktyviųjų medžiagų debesis uždengė netoliese esantį mišką. Ypač nukentėjo spygliuočiai. Lapuočiai kasmet meta lapus ir taip išvalomi nuo radionuklidų, tačiau eglėms ir pušims ši „parinktis“ nepasiekiama. Dėl to medžiai žuvo, o spygliai paraudo. „Raudonojo miško“ nuotraukos aktyviai naudojamos kaip argumentas, nurodantis branduolinės energijos pavojų. Tačiau palyginkime faktus: dėl rimčiausios radiacinės avarijos žmonijos istorijoje žuvo 560 hektarų miško, o „normalus“ Norilsko gamyklos darbas privedė prie medžių sunaikinimo tūkstantį kartų didesniame plote – 600 000 hektarų. ! Beje, dabar vietoje „raudonojo miško“ žaliuoja giraitė, čiulba paukščiai, nors foninė radiacija ten gerokai padidėjusi“.

Branduolinis kuras yra medžiaga, naudojama branduoliniuose reaktoriuose kontroliuojamai grandininei reakcijai vykdyti. Jis yra itin daug energijos suvartojantis ir nesaugus žmonėms, todėl jo naudojimui yra nustatyta nemažai apribojimų. Šiandien sužinosime, kas yra branduolinių reaktorių kuras, kaip jis klasifikuojamas ir gaminamas bei kur naudojamas.

Grandininės reakcijos eiga

Vykstant branduolinei grandininei reakcijai, branduolys skyla į dvi dalis, kurios vadinamos dalijimosi fragmentais. Tuo pačiu metu išsiskiria keli (2–3) neutronai, kurie vėliau sukelia vėlesnių branduolių dalijimąsi. Procesas vyksta, kai neutronas patenka į pradinės medžiagos branduolį. Skilimo fragmentai turi didelę kinetinę energiją. Jų slopinimą materijoje lydi didžiulis šilumos kiekis.

Skilimo fragmentai kartu su jų skilimo produktais vadinami dalijimosi produktais. Branduoliai, kurie dalijasi bet kokios energijos neutronais, vadinami branduoliniu kuru. Paprastai tai yra medžiagos, turinčios nelyginį atomų skaičių. Kai kuriuos branduolius dalijasi vien neutronai, kurių energija viršija tam tikrą slenkstinę vertę. Tai daugiausia elementai, turintys lyginį atomų skaičių. Tokie branduoliai vadinami žaliava, nes tuo metu, kai neutroną užfiksuoja slenkstinis branduolys, susidaro kuro branduoliai. Degiosios medžiagos ir žaliavos derinys vadinamas branduoliniu kuru.

klasifikacija

Branduolinis kuras skirstomas į dvi klases:

Gamtinis uranas. Jame yra skiliųjų urano-235 branduolių ir urano-238 žaliavos, galinčios sudaryti plutonį-239, kai gaudo neutronus.
Antrinis kuras, kurio nėra gamtoje. Tai, be kita ko, apima plutonį-239, kuris gaunamas iš pirmojo tipo kuro, taip pat uraną-233, kuris susidaro, kai torio-232 branduoliai užfiksuoja neutronus.

Iš požiūrio taško cheminė sudėtis, yra šių rūšių branduolinis kuras:

Metalas (įskaitant lydinius);
Oksidas (pavyzdžiui, UO 2);
Karbidas (pavyzdžiui, PuC 1-x);
Mišrus;
Nitridas.

TVEL ir TVS

Kuras branduoliniams reaktoriams naudojamas mažų granulių pavidalu. Jie dedami į hermetiškai uždarytus kuro elementus (kuro elementus), kurie savo ruožtu sujungiami į kelis šimtus kuro rinklių (FA). Branduoliniam kurui keliami aukšti suderinamumo su kuro strypų apvalkalais reikalavimai. Jis turi turėti pakankamą lydymosi ir garavimo temperatūrą, gerą šilumos laidumą, o apšvitinus neutronais jo tūris neturi labai padidėti. Taip pat atsižvelgiama į produkcijos pagaminamumą.

Taikymas

Į atomines elektrines ir kt branduoliniai įrenginiai kuras tiekiamas kuro rinklių pavidalu. Jie gali būti kraunami į reaktorių tiek jo veikimo metu (vietoj perdegusių kuro rinklių), tiek remonto akcijos metu. Pastaruoju atveju kuro rinklės keičiamos didelėmis grupėmis. Tokiu atveju visiškai pakeičiama tik trečdalis kuro. Labiausiai perdegę mazgai iškraunami iš centrinės reaktoriaus dalies, o į jų vietą dedami iš dalies perdegę mazgai, kurie anksčiau buvo mažiau aktyviose vietose. Vadinasi, vietoje pastarųjų įrengiamos naujos kuro rinklės. Ši paprasta pertvarkymo schema laikoma tradicine ir turi nemažai privalumų, iš kurių pagrindinis yra vienodo energijos išsiskyrimo užtikrinimas. Žinoma, tai yra sąlyginė schema, kuri tik duoda bendros idėjos apie procesą.

Ištrauka

Iš reaktoriaus aktyviosios zonos pašalinus panaudotą branduolinį kurą, jis siunčiamas į aušinimo baseiną, kuris dažniausiai yra šalia. Faktas yra tas, kad panaudoto kuro rinklėse yra puiki suma urano dalijimosi fragmentai. Iškrovus iš reaktoriaus, kiekviename kuro strypelyje yra apie 300 tūkstančių Kiuri radioaktyviųjų medžiagų, išskiriančių 100 kW/val energijos. Dėl to kuras savaime įkaista ir tampa labai radioaktyvus.

Naujai iškrauto kuro temperatūra gali siekti 300°C. Todėl 3-4 metus laikomas po vandens sluoksniu, kurio temperatūra palaikoma nustatytose ribose. Kadangi jis laikomas po vandeniu, mažėja kuro radioaktyvumas ir jo likutinių emisijų galia. Maždaug po trejų metų kuro rinkinio savaiminis įkaitimas pasiekia 50-60°C. Tada kuras išimamas iš baseinų ir siunčiamas perdirbti arba šalinti.

Urano metalas

Metalas uranas palyginti retai naudojamas kaip kuras branduoliniams reaktoriams. Kai medžiaga pasiekia 660°C temperatūrą, įvyksta fazinis perėjimas, lydimas jos struktūros pasikeitimo. Paprasčiau tariant, padidėja urano tūris, dėl ko gali sunaikinti kuro strypai. Ilgai švitinant 200–500°C temperatūroje, medžiaga auga spinduliuote. Šio reiškinio esmė – apšvitinto urano strypo pailgėjimas 2-3 kartus.

Urano metalo naudojimas aukštesnėje nei 500°C temperatūroje yra sudėtingas dėl jo brinkimo. Po branduolio dalijimosi susidaro du fragmentai, kurių bendras tūris viršija to paties branduolio tūrį. Kai kuriuos dalijimosi fragmentus vaizduoja dujų atomai (ksenonas, kriptonas ir kt.). Dujos kaupiasi urano porose ir sudaro vidinį slėgį, kuris didėja kylant temperatūrai. Padidėjus atomų tūriui ir padidėjus dujų slėgiui, branduolinis kuras pradeda brinkti. Taigi, tai reiškia santykinį tūrio pokytį, susijusį su branduolio dalijimusi.

Brinkimo stiprumas priklauso nuo kuro strypų temperatūros ir perdegimo. Didėjant degimui, dalijimosi fragmentų skaičius didėja, o didėjant temperatūrai ir degant, didėja vidinis dujų slėgis. Jei kuras turi aukštesnes mechanines savybes, jis yra mažiau jautrus brinkimui. Metalas uranas nėra viena iš šių medžiagų. Todėl jo naudojimas kaip branduolinių reaktorių kuras riboja degimą, kuris yra viena iš pagrindinių tokio kuro savybių.

Medžiagą legiruojant pagerinamos urano mechaninės savybės ir atsparumas spinduliuotei. Šis procesas apima aliuminio, molibdeno ir kitų metalų pridėjimą. Dėl dopingo priedų sumažėja dalijimosi neutronų, reikalingų vienam gaudymui, skaičius. Todėl šiems tikslams naudojamos medžiagos, kurios silpnai sugeria neutronus.

Ugniai atsparūs junginiai

Kai kurie ugniai atsparūs urano junginiai laikomi geru branduoliniu kuru: karbidai, oksidai ir intermetaliniai junginiai. Dažniausias iš jų yra urano dioksidas (keramika). Jo lydymosi temperatūra yra 2800°C, o tankis – 10,2 g/cm 3 .

Kadangi ši medžiaga nevyksta fazinių virsmų, ji yra mažiau jautri brinkimui nei urano lydiniai. Dėl šios savybės perdegimo temperatūrą galima padidinti keliais procentais. Įjungta aukšta temperatūra ah keramika nesąveikauja su niobiu, cirkoniu, nerūdijančiu plienu ir kitomis medžiagomis. Pagrindinis jo trūkumas yra mažas šilumos laidumas – 4,5 kJ (m*K), kuris riboja specifinę reaktoriaus galią. Be to, karšta keramika yra linkusi įtrūkti.

Plutonis

Plutonis laikomas mažai tirpstančiu metalu. Jis lydosi 640°C temperatūroje. Dėl prastų plastikinių savybių jo praktiškai neįmanoma apdirbti. Medžiagos toksiškumas apsunkina kuro strypų gamybos technologiją. Branduolinė pramonė ne kartą bandė panaudoti plutonį ir jo junginius, tačiau jiems nepavyko. Atominėms elektrinėms, kuriose yra plutonio, nepatartina naudoti kuro dėl maždaug 2 kartų sutrumpėjusio pagreičio laikotarpio, kuriam standartinės reaktorių valdymo sistemos nėra skirtos.

Branduolinio kuro gamybai paprastai naudojamas plutonio dioksidas, plutonio lydiniai su mineralais, plutonio karbidų ir urano karbidų mišinys. Aukštas mechaninės savybės o šilumos laidumą turi dispersinis kuras, kuriame urano ir plutonio junginių dalelės dedamos į metalinę molibdeno, aliuminio, nerūdijančio plieno ir kitų metalų matricą. Dispersinio kuro atsparumas spinduliuotei ir šilumos laidumas priklauso nuo matricos medžiagos. Pavyzdžiui, pirmojoje atominėje elektrinėje išsklaidytas kuras buvo sudarytas iš urano lydinio su 9% molibdeno dalelėmis, kurios buvo užpildytos molibdenu.

Kalbant apie torio kurą, jis šiandien nenaudojamas dėl kuro strypų gamybos ir perdirbimo sunkumų.

Gamyba

Nemažai pagrindinės branduolinio kuro žaliavos – urano – sutelkti keliose šalyse: Rusijoje, JAV, Prancūzijoje, Kanadoje ir Pietų Afrikoje. Jo telkiniai dažniausiai yra šalia aukso ir vario, todėl visos šios medžiagos kasamos vienu metu.

Kasybos srityje dirbančių žmonių sveikatai gresia didelis pavojus. Faktas yra tai, kad uranas yra toksiška medžiaga, o jo kasybos metu išsiskiriančios dujos gali sukelti vėžį. Ir tai nepaisant to, kad rūdoje šios medžiagos yra ne daugiau kaip 1%.

Kvitas

Branduolinio kuro gamyba iš urano rūdos apima šiuos etapus:

Hidrometalurginis apdorojimas. Apima išplovimą, smulkinimą ir ekstrahavimą arba sorbcijos regeneravimą. Hidrometalurginio apdorojimo rezultatas – išgryninta oksiurano oksido, natrio diuranato arba amonio diuranato suspensija.
Medžiagos pavertimas iš oksido į tetrafluoridą arba heksafluoridą, naudojamą uranui-235 sodrinti.
Medžiagos sodrinimas centrifugavimo arba dujų terminės difuzijos būdu.
Sodrintos medžiagos pavertimas dioksidu, iš kurio gaminamos kuro strypų „granulės“.

Regeneracija

Branduolinio reaktoriaus veikimo metu kuras negali būti visiškai sudegintas, todėl dauginasi laisvieji izotopai. Atsižvelgiant į tai, panaudoto kuro strypai turi būti regeneruojami, kad būtų galima juos naudoti pakartotinai.

Šiandien ši problema išspręsta naudojant Purex procesą, kurį sudaro šie etapai:

Kuro strypų pjaustymas į dvi dalis ir ištirpinimas azoto rūgštyje;
Tirpalo valymas nuo skilimo produktų ir apvalkalo dalių;
Grynų urano ir plutonio junginių išskyrimas.

Po to susidaręs plutonio dioksidas naudojamas naujų šerdžių gamybai, o uranas – sodrinant arba taip pat šerdims gaminti. Branduolinio kuro perdirbimas yra sudėtingas ir brangus procesas. Jo kaina turi didelę įtaką ekonominis pagrįstumas atominių elektrinių naudojimas. Tą patį galima pasakyti ir apie regeneracijai netinkamų branduolinio kuro atliekų laidojimą.

Branduolinės energijos gamyba yra modernus ir sparčiai besivystantis elektros gamybos būdas. Ar žinote, kaip veikia atominės elektrinės? Koks yra atominės elektrinės veikimo principas? Kokių tipų branduoliniai reaktoriai egzistuoja šiandien? Pabandysime išsamiai apsvarstyti atominės elektrinės veikimo schemą, įsigilinti į branduolinio reaktoriaus sandarą ir išsiaiškinti, kiek saugus yra branduolinis elektros gamybos būdas.

Kaip veikia atominė elektrinė?

Bet kuri stotis yra uždara zona, nutolusi nuo gyvenamojo rajono. Jo teritorijoje yra keli pastatai. Svarbiausia konstrukcija – reaktoriaus pastatas, šalia jo – turbinos patalpa, iš kurios valdomas reaktorius, ir saugos pastatas.

Schema neįmanoma be branduolinio reaktoriaus. Atominis (branduolinis) reaktorius yra atominės elektrinės įrenginys, skirtas organizuoti grandininę neutronų dalijimosi reakciją su privalomu energijos išsiskyrimu šio proceso metu. Tačiau koks yra atominės elektrinės veikimo principas?

Visa reaktoriaus instaliacija įrengta reaktoriaus pastate – dideliame betoniniame bokšte, kuris slepia reaktorių ir avarijos atveju jame bus visi branduolinės reakcijos produktai. Šis didelis bokštas vadinamas izoliacija, hermetišku apvalkalu arba izoliavimo zona.

Hermetinė zona naujuose reaktoriuose turi 2 storas betonines sienas – korpusus.
Išorinis 80 cm storio apvalkalas apsaugo izoliavimo zoną nuo išorinių poveikių.

Vidinis 1 metro 20 cm storio apvalkalas turi specialius plieninius trosus, kurie betono stiprumą padidina beveik tris kartus ir neleis konstrukcijai byrėti. Viduje jis išklotas plonu specialaus plieno lakštu, kuris yra skirtas papildomai apsaugoti izoliaciją, o avarijos atveju neišleisti reaktoriaus turinio už izoliavimo zonos ribų.

Tokia atominės elektrinės konstrukcija leidžia jai atlaikyti iki 200 tonų sveriančią lėktuvo katastrofą, 8 balų žemės drebėjimą, viesulą ir cunamį.

Pirmasis sandarus korpusas buvo pastatytas Amerikos Konektikuto Jankių atominėje elektrinėje 1968 m.

Bendras izoliavimo zonos aukštis yra 50-60 metrų.

Iš ko susideda branduolinis reaktorius?

Norint suprasti branduolinio reaktoriaus veikimo principą, taigi ir atominės elektrinės veikimo principą, reikia suprasti reaktoriaus komponentus.

Aktyvi zona. Tai vieta, kurioje yra branduolinis kuras (kuro generatorius) ir moderatorius. Kuro atomuose (dažniausiai uranas yra kuras) vyksta grandininio dalijimosi reakcija. Moderatorius yra skirtas valdyti dalijimosi procesą ir leidžia reaguoti reikiamą greitį ir stiprumą.
Neutronų reflektorius. Šerdį supa atšvaitas. Ją sudaro ta pati medžiaga kaip ir moderatorius. Iš esmės tai yra dėžė, kurios pagrindinis tikslas – neleisti neutronams išeiti iš šerdies ir patekti į aplinką.
Aušinimo skystis. Aušinimo skystis turi sugerti kuro atomų dalijimosi metu išsiskiriančią šilumą ir perduoti ją kitoms medžiagoms. Aušinimo skystis daugiausia lemia, kaip suprojektuota atominė elektrinė. Populiariausias aušinimo skystis šiandien yra vanduo.
Reaktoriaus valdymo sistema. Jutikliai ir mechanizmai, maitinantys atominės elektrinės reaktorių.

Kuras atominėms elektrinėms

Kuo veikia atominė elektrinė? Kuras atominėms elektrinėms yra radioaktyviųjų savybių turintys cheminiai elementai. Visiems atominės elektrinėsŠis elementas yra uranas.

Stočių konstrukcija reiškia, kad atominės elektrinės naudoja sudėtingą sudėtinį kurą, o ne gryną cheminį elementą. O norint išgauti urano kurą iš natūralaus urano, kuris kraunamas į branduolinį reaktorių, reikia atlikti daugybę manipuliacijų.

Prisodrintas uranas

Uranas susideda iš dviejų izotopų, tai yra, jame yra skirtingos masės branduoliai. Jie buvo pavadinti pagal protonų ir neutronų skaičių izotopais -235 ir izotopais-238. XX amžiaus tyrinėtojai uraną 235 pradėjo išgauti iš rūdos, nes... buvo lengviau suskaidyti ir transformuoti. Paaiškėjo, kad tokio urano gamtoje yra tik 0,7% (likęs procentas atitenka 238-ajam izotopui).

Ką tokiu atveju daryti? Jie nusprendė sodrinti uraną. Urano sodrinimas yra procesas, kurio metu jame lieka daug reikalingų 235x izotopų ir mažai nereikalingų 238x izotopų. Urano sodrinimo įrenginių užduotis – 0,7 % paversti beveik 100 % uranu-235.

Uraną galima sodrinti naudojant dvi technologijas: dujų difuziją arba dujų centrifugą. Norint juos panaudoti, iš rūdos išgaunamas uranas paverčiamas dujine būsena. Jis yra praturtintas dujų pavidalu.

Urano milteliai

Prisodrintos urano dujos paverčiamos kietu pavidalu – urano dioksidu. Šis grynas kietas uranas 235 atrodo kaip dideli balti kristalai, kurie vėliau susmulkinami į urano miltelius.

Urano tabletės

Urano tabletės yra tvirti metaliniai, poros centimetrų ilgio diskai. Norint suformuoti tokias tabletes iš urano miltelių, jis sumaišomas su medžiaga – plastifikatoriumi, kuris pagerina tablečių presavimo kokybę.

Presuoti rituliai kepami 1200 laipsnių Celsijaus temperatūroje ilgiau nei parą, kad tabletės būtų ypatingo tvirtumo ir atsparumo aukštai temperatūrai. Kaip veikia atominė elektrinė, tiesiogiai priklauso nuo to, kaip gerai suspaustas ir iškeptas urano kuras.

Tabletės kepamos molibdeno dėžutėse, nes tik šis metalas gali neištirpti „pragariškoje“ temperatūroje, viršijančioje pusantro tūkstančio laipsnių. Po to urano kuras atominėms elektrinėms laikomas paruoštu.

Kas yra TVEL ir FA?

Reaktoriaus šerdis atrodo kaip didžiulis diskas ar vamzdis su skylutėmis sienose (priklausomai nuo reaktoriaus tipo), 5 kartus didesnis už žmogaus kūną. Šiose skylėse yra urano kuro, kurio atomai vykdo norimą reakciją.

Neįmanoma tiesiog įmesti kuro į reaktorių, na, nebent norima sukelti visos stoties sprogimą ir avariją su pasekmėmis kelioms šalia esančioms valstybėms. Todėl urano kuras dedamas į kuro strypus ir surenkamas į kuro rinkles. Ką reiškia šie sutrumpinimai?

TVEL – kuro elementas (nepainioti su tuo pačiu pavadinimu Rusijos įmonė, kuri juos gamina). Iš esmės tai plonas ir ilgas cirkonio vamzdelis, pagamintas iš cirkonio lydinių, į kurį dedamos urano tabletės. Būtent kuro strypuose urano atomai pradeda sąveikauti tarpusavyje, reakcijos metu išskirdami šilumą.

Cirkonis buvo pasirinktas kaip medžiaga kuro strypų gamybai dėl savo ugniai atsparumo ir antikorozinių savybių.

Kuro strypų tipas priklauso nuo reaktoriaus tipo ir konstrukcijos. Paprastai kuro strypų struktūra ir paskirtis nesikeičia, vamzdžio ilgis ir plotis gali skirtis.

Mašina į vieną cirkonio vamzdį sukrauna daugiau nei 200 urano granulių. Iš viso reaktoriuje vienu metu dirba apie 10 milijonų urano granulių.
FA – kuro rinkinys. AE darbuotojai kuro rinkles vadina ryšuliais.

Iš esmės tai yra keli kuro strypai, sujungti kartu. TVS yra paruoštas branduolinis kuras, kuo veikia atominė elektrinė. Tai kuro rinklės, kurios kraunamos į branduolinį reaktorių. Viename reaktoriuje dedama apie 150 – 400 kuro rinklių.
Priklausomai nuo reaktoriaus, kuriame veiks kuro rinklės, jos būna įvairių formų. Kartais ryšuliai sulankstyti į kubinį, kartais į cilindrą, kartais į šešiakampį.

Viena kuro rinklė per 4 eksploatavimo metus pagamina tiek pat energijos, kiek deginant 670 vagonų anglies, 730 cisternų su gamtinių dujų arba 900 cisternų, prikrautų naftos.
Šiandien kuro rinklės daugiausia gaminamos Rusijos, Prancūzijos, JAV ir Japonijos gamyklose.

Kuro atominėms elektrinėms pristatyti į kitas šalis kuro rinklės sandariai uždaromos į ilgus ir plačius metalinius vamzdžius, iš vamzdžių išpumpuojamas oras ir specialiomis mašinomis tiekiamas į krovininius orlaivius.

Branduolinis kuras atominėms elektrinėms sveria nepaprastai daug, nes... uranas yra vienas iš labiausiai sunkieji metalai planetoje. Jo specifinė gravitacija 2,5 karto daugiau nei plieno.

Atominė elektrinė: veikimo principas

Koks yra atominės elektrinės veikimo principas? Atominių elektrinių veikimo principas pagrįstas grandinine radioaktyviosios medžiagos – urano – atomų dalijimosi reakcija. Ši reakcija vyksta branduolinio reaktoriaus šerdyje.

Nesileidžiant į smulkmenas branduolinė fizika, atominės elektrinės veikimo principas atrodo taip:
Paleidus branduolinį reaktorių, nuo kuro strypų pašalinami absorberiniai strypai, kurie neleidžia uranui reaguoti.

Kai strypai pašalinami, urano neutronai pradeda sąveikauti vienas su kitu.

Kai neutronai susiduria, atominiame lygmenyje įvyksta mini sprogimas, išsiskiria energija ir gimsta nauji neutronai, prasideda grandininė reakcija. Šis procesas gamina šilumą.

Šiluma perduodama aušinimo skysčiui. Priklausomai nuo aušinimo skysčio tipo, jis virsta garais arba dujomis, kurios suka turbiną.

Turbina varo elektros generatorių. Būtent jis iš tikrųjų sukuria elektros srovę.

Jei proceso nestebėsite, urano neutronai gali susidurti vienas su kitu, kol susprogdins reaktorių ir sudaužys visą atominę elektrinę. Procesą valdo kompiuteriniai jutikliai. Jie nustato temperatūros padidėjimą arba slėgio pasikeitimą reaktoriuje ir gali automatiškai sustabdyti reakcijas.

Kuo atominių elektrinių veikimo principas skiriasi nuo šiluminių elektrinių (šiluminių elektrinių)?

Darbo skirtumai yra tik pirmuosiuose etapuose. Atominėje elektrinėje aušinimo skystis gauna šilumą iš urano kuro atomų dalijimosi šiluminėje elektrinėje, aušinimo skystis gauna šilumą degant organiniam kurui (anglies, dujų ar naftos). Po to, kai urano atomai arba dujos ir anglis išskiria šilumą, atominių elektrinių ir šiluminių elektrinių veikimo schemos yra vienodos.

Branduolinių reaktorių tipai

Kaip veikia atominė elektrinė, priklauso nuo to, kaip tiksliai veikia jos branduolinis reaktorius. Šiandien yra du pagrindiniai reaktorių tipai, klasifikuojami pagal neuronų spektrą:
Lėtų neutronų reaktorius, dar vadinamas terminiu reaktoriumi.

Jo veikimui naudojamas uranas 235, kuris pereina sodrinimo, urano granulių kūrimo etapus ir kt. Šiandien didžioji dauguma reaktorių naudoja lėtuosius neutronus.
Greitųjų neutronų reaktorius.

Šie reaktoriai yra ateitis, nes... Jie dirba su uranu-238, kuris iš prigimties yra keliolika centų ir šio elemento sodrinti nereikia. Tokių reaktorių trūkumas yra tik labai didelės išlaidos projektavimui, statybai ir paleidimui. Šiandien greitųjų neutronų reaktoriai veikia tik Rusijoje.

Greitųjų neutroninių reaktorių aušinimo skystis yra gyvsidabris, dujos, natris arba švinas.

Lėtųjų neutronų reaktoriai, kuriuos šiandien naudoja visos pasaulio atominės elektrinės, taip pat būna kelių tipų.

TATENA organizacija (Tarptautinė atominės energijos agentūra) sukūrė savo klasifikaciją, kuri dažniausiai naudojama pasaulinėje branduolinės energetikos pramonėje. Kadangi atominės elektrinės veikimo principas labai priklauso nuo aušinimo skysčio ir moderatoriaus pasirinkimo, TATENA klasifikuodama šiuos skirtumus grindė.

Cheminiu požiūriu deuterio oksidas yra idealus moderatorius ir aušinimo skystis, nes jo atomai efektyviausiai sąveikauja su urano neutronais, palyginti su kitomis medžiagomis. Paprasčiau tariant, sunkusis vanduo atlieka savo užduotį su minimaliais nuostoliais ir maksimaliais rezultatais. Tačiau jo gamyba kainuoja, o įprastą „lengvą“ ir pažįstamą vandenį naudoti daug lengviau.

Keletas faktų apie branduolinius reaktorius...

Įdomu tai, kad vienam atominės elektrinės reaktoriui pastatyti reikia mažiausiai 3 metų!
Norint pastatyti reaktorių, reikia įrangos, kuri veiktų 210 kiloamperų elektros srove, kuri yra milijoną kartų didesnė už srovę, galinčią nužudyti žmogų.

Vienas branduolinio reaktoriaus korpusas (struktūrinis elementas) sveria 150 tonų. Viename reaktoriuje yra 6 tokie elementai.

Slėginio vandens reaktorius

Mes jau išsiaiškinome, kaip apskritai veikia atominė elektrinė, kad viską pažvelgtume į perspektyvą, pažiūrėkime, kaip veikia populiariausias slėginio vandens atominis reaktorius.
Šiandien visame pasaulyje naudojami 3+ kartos suslėgto vandens reaktoriai. Jie laikomi patikimiausiais ir saugiausiais.

Visi pasaulio slėginio vandens reaktoriai per visus savo eksploatavimo metus jau yra sukaupę daugiau nei 1000 be rūpesčių veikimo metų ir niekada nedavė rimtų nukrypimų.

Atominių elektrinių, naudojančių suslėgto vandens reaktorius, struktūra reiškia, kad distiliuotas vanduo, pašildytas iki 320 laipsnių, cirkuliuoja tarp kuro strypų. Kad jis nepatektų į garų būseną, jis laikomas 160 atmosferų slėgyje. Atominės elektrinės diagramoje tai vadinama pirminės grandinės vandeniu.

Pašildytas vanduo patenka į garo generatorių ir atiduoda šilumą antrinio kontūro vandeniui, po kurio vėl „sugrįžta“ į reaktorių. Iš išorės atrodo, kad pirmosios grandinės vandens vamzdžiai liečiasi su kitais vamzdžiais - antrojo kontūro vandeniu, jie perduoda šilumą vienas kitam, tačiau vandenys nesiliečia. Vamzdžiai liečiasi.

Taigi spinduliuotės galimybė patekti į antrinės grandinės vandenį, kuri toliau dalyvaus elektros energijos gamybos procese, yra atmesta.

AE eksploatavimo sauga

Išmokę atominių elektrinių veikimo principą, turime suprasti, kaip veikia sauga. Atominių elektrinių statyba šiandien reikalauja didesnio dėmesio saugos taisyklėms.
AE saugos sąnaudos sudaro apie 40% visos elektrinės kainos.

Atominės elektrinės projekte yra 4 fiziniai barjerai, neleidžiantys išsiskirti radioaktyviosioms medžiagoms. Ką turėtų daryti šios kliūtys? Tinkamu momentu sugebėti sustabdyti branduolinę reakciją, užtikrinti nuolatinį šilumos pašalinimą iš aktyviosios zonos ir paties reaktoriaus bei užkirsti kelią radionuklidų išsiskyrimui už izoliacijos (hermetinės zonos).

Pirmasis barjeras yra urano granulių stiprumas. Svarbu, kad branduoliniame reaktoriuje jų nesunaikintų aukšta temperatūra. Didelė dalis atominės elektrinės veikimo priklauso nuo to, kaip urano granulės yra „kepamos“ pradiniame gamybos etape. Jei urano kuro granulės nebus tinkamai iškeptos, urano atomų reakcijos reaktoriuje bus nenuspėjami.
Antroji kliūtis – kuro strypų sandarumas. Cirkonio vamzdžiai turi būti sandariai uždaryti, tada geriausiu atveju bus pažeistas reaktorius ir blogiausiu atveju darbas sustos, viskas pakils į orą;
Trečioji kliūtis – patvarus plieninis reaktoriaus indas a, (tas pats didelis bokštas – hermetiška zona), kuriame „sudėta“ visi radioaktyvūs procesai. Jei korpusas bus pažeistas, radiacija pateks į atmosferą.
Ketvirtasis barjeras – avarinės apsaugos strypai. Strypai su moderatoriais virš šerdies pakabinami magnetais, kurie per 2 sekundes gali sugerti visus neutronus ir sustabdyti grandininę reakciją.

Jei, nepaisant daugelio apsaugos laipsnių atominės elektrinės konstrukcijos, reaktoriaus aktyviosios zonos neįmanoma laiku atvėsti, o kuro temperatūra pakyla iki 2600 laipsnių, tada atsiranda paskutinė saugos sistemos viltis. - vadinamoji lydalo gaudyklė.

Faktas yra tas, kad esant tokiai temperatūrai reaktoriaus indo dugnas išsilydys, o visos branduolinio kuro likučiai ir išlydytos konstrukcijos pateks į specialų „stiklą“, pakabintą virš reaktoriaus aktyviosios zonos.

Lydymosi gaudyklė yra šaldoma ir atspari ugniai. Jis pripildytas vadinamosios „aukos medžiagos“, kuri palaipsniui sustabdo dalijimosi grandininę reakciją.

Taigi atominės elektrinės projektas reiškia keletą apsaugos laipsnių, kurie beveik visiškai pašalina bet kokią avarijos galimybę.

Atominė elektrinė - gamybai skirtas būtinų sistemų, prietaisų, įrangos ir konstrukcijų kompleksas elektros energija. Stotyje kaip kuras naudojamas uranas-235. Branduolinio reaktoriaus buvimas išskiria atomines elektrines iš kitų elektrinių.

Atominėse elektrinėse vyksta trys abipusės energijos formų transformacijos

Atominė energija

pereina į šilumą

Šiluminė energija

pereina į mechaninę

Mechaninė energija

paversti elektriniu

1. Branduolinė energija virsta šilumine energija

Stoties pagrindas yra reaktorius – struktūriškai paskirstytas tūris, į kurį kraunamas branduolinis kuras ir kuriame vyksta kontroliuojama grandininė reakcija. Uranas-235 dalijasi dėl lėtų (terminių) neutronų. Dėl to išsiskiria didžiulis šilumos kiekis.

GARŲ GENERATORIAUS

2. Šiluminė energija virsta mechanine energija

Šiluma iš reaktoriaus aktyviosios zonos pašalinama aušinimo skysčiu – per jos tūrį praeinančia skysta arba dujine medžiaga. Tai šiluminė energija naudojamas vandens garams gaminti garo generatoriuje.

ELEKTROS GENERATORIAUS

3. Mechaninė energija paverčiama elektros energija

Mechaninė garo energija nukreipiama į turbogeneratorių, kur ji paverčiama elektros energija ir laidais perduodama vartotojams.

Iš ko susideda atominė elektrinė?

Atominė elektrinė yra pastatų kompleksas technologinė įranga. Pagrindinis pastatas yra pagrindinis pastatas, kuriame yra reaktoriaus salė. Jame yra pats reaktorius, branduolinio kuro laikymo baseinas, perkrovimo mašina (kuro perkrovimui), visa tai stebi operatoriai iš dispečerinės (valdymo patalpos).

Pagrindinis reaktoriaus elementas yra aktyvioji zona (1). Jis sumontuotas betoninėje šachtoje. Privalomi bet kurio reaktoriaus komponentai yra valdymo ir apsaugos sistema, leidžianti įvykti pasirinktam kontroliuojamos dalijimosi grandininės reakcijos režimui, taip pat avarinė apsaugos sistema, kuri greitai sustabdytų reakciją, jei avarinė situacija. Visa tai sumontuota pagrindiniame pastate.

Taip pat yra antras pastatas, kuriame yra turbinų salė (2): garo generatoriai, pati turbina. Toliau technologinėje grandinėje yra kondensatoriai ir aukštos įtampos elektros linijos, einančios už stoties vietos.

Teritorijoje yra panaudoto branduolinio kuro perkrovimo ir saugojimo specialiuose baseinuose pastatas. Be to, stotyse įrengti elementai atvirkštinė sistema vėsinimo - aušinimo bokštai (3) (betoninis bokštas smailėjantis viršuje), vėsinimo tvenkinys (natūralus rezervuaras arba dirbtinai sukurtas) ir purškimo baseinai.

Kokių tipų atominės elektrinės yra?

Priklausomai nuo reaktoriaus tipo, atominėje elektrinėje gali būti 1, 2 arba 3 aušinimo skysčio kontūrai. Rusijoje labiausiai paplitusios dvigubos grandinės atominės elektrinės su VVER tipo reaktoriais (vandeniu aušinamas jėgos reaktorius).

AE SU 1 GRANDĖS REAKTORIAIS

Vieno kontūro schema naudojama atominėse elektrinėse su RBMK-1000 tipo reaktoriais. Reaktorius veikia bloke su dviem kondensacinėmis turbinomis ir dviem generatoriais. Šiuo atveju pats virimo reaktorius yra garo generatorius, kuris leidžia naudoti vienos grandinės grandinę. Vienos grandinės grandinė yra gana paprasta, tačiau radioaktyvumas šiuo atveju plinta į visus įrenginio elementus, o tai apsunkina biologinę apsaugą.

Šiuo metu Rusijoje veikia 4 atominės elektrinės su vienos grandinės reaktoriais

AE SU 2 GRANDINIAIS REAKTORIAIS

Dvigubos grandinės schema naudojama atominėse elektrinėse su VVER tipo suslėgto vandens reaktoriais. Vanduo slėgiu tiekiamas į reaktoriaus aktyvią zoną ir šildomas. Aušinimo skysčio energija naudojama garų generatoriuje prisotintam garui generuoti. Antroji grandinė yra neradioaktyvi. Įrenginį sudaro viena 1000 MW galios kondensacinė turbina arba dvi 500 MW turbinos su atitinkamais generatoriais.

Šiuo metu Rusijoje veikia 5 atominės elektrinės su dvigrandžiais reaktoriais

AE SU 3 GRANDŲ REAKTORIAIS

Trijų grandinių schema naudojama atominėse elektrinėse su greitųjų neutronų reaktoriais su BN tipo natrio aušinimo skysčiu. Siekiant išvengti radioaktyvaus natrio kontakto su vandeniu, sukonstruota antra grandinė su neradioaktyviuoju natriu. Taigi grandinė pasirodo esanti trijų grandinių.