Как работает ядерный реактор: Ядерный реактор — принцип работы, устройство, схема

Содержание

Ядерный реактор — принцип работы, устройство, схема

Принцип работы ядерного реактора

Принцип действия реактора можно описать в паре предложений:

Уран-235 распадается, вследствие чего выделяется большое количество тепловой энергии. Эта энергия кипятит воду, а возникший пар крутит турбину под давлением. Турбина, в свою очередь, вращает электрогенератор, который вырабатывает электричество.

Все, расходимся… Ладно, давайте разберемся более детально.

Уран-235 — это один из изотопов урана. Изотоп — это разновидность атома какого-либо вещества, которая отличается от обычного атома массой. Конкретно уран-235 отличается от простого урана тем, что в ядре такого изотопа на три нейтрона меньше.

Из-за недостатка нейтронов ядро становится менее стабильным и распадается на две части, если разогнать и врезать в него нейтрон. При этой реакции вылетает еще парочка нейтронов. Эти нейтроны могут попасть в другое ядро урана-235 и расщепить его, после чего оттуда вылетит еще нейтрон, и так далее по цепочке. Такой процесс называется ядерной реакцией.

Деление урана

Деление ядер урана под воздействием нейтронов открыли немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман в 1938 году. Для эксперимента выбрали именно нейтроны потому, что они электрически нейтральны, то есть у них нет заряда. А раз нет заряда, то между протонами и нейтронами нет кулоновского отталкивания, и нейтроны легко проникают в ядро.

Когда нейтрон попадает в ядро урана-235, оно деформируется и становится вытянутым. Ядерные силы действуют на очень маленьких расстояниях, но не работают на больших. А вот электростатическое взаимодействие может происходить и на больших расстояниях. Поэтому ядерное взаимодействие не может противодействовать электростатическому отталкиванию противоположных частей вытянутого ядра, и последнее разрывается на части. При этом излучается та самая парочка нейтронов, о которых мы уже упоминали выше, а близкие по массе осколки разлетаются с большой скоростью.

Результаты деления ядра урана-235:

1. Распад на барий и криптон с выделением трех нейтронов:

2. Распад на ксенон и стронций с выделением двух нейтронов:

Управляемая ядерная реакция

Естественная ядерная реакция происходит очень быстро — меньше, чем за секунду. Такая быстрая ядерная реакция провоцирует ядерный взрыв.

Хорошая новость заключается в том, что ядерной реакцией можно управлять. Задача проста — следи себе за реакцией, контролируй и не давай урану распадаться слишком быстро. Легко сказать!

Для выполнения этой задачи придумали замедлитель. Замедлитель — не устройство, а вещество, которое уменьшает кинетическую энергию нейтронов за счет многократного столкновения с молекулами замедлителя. В качестве замедлителя часто используют графитовые стержни и воду — обычную (H2O) или тяжелую (D2O).

Оказывается…

На Земле есть природный ядерный реактор. Он находится в урановом месторождении Окло. Это в Габоне, в Центральной Африке. В природном ядерном реакторе процесс распада урана происходит без человеческого участия. Но есть один нюанс: этот реактор остыл больше миллиарда лет назад.

Техническая реализация

Если вы хоть раз смотрели «Симпсонов» (или в вашем городе есть реактор), то знаете, как выглядят большие трубы, стоящие на территории атомной электростанции (АЭС). Эти трубы называются градирни и служат для быстрого охлаждения пара.

В момент распада ядро урана раскалывается на две части. Эти части разлетаются в разные стороны с огромной скоростью, но, несмотря на скорость, не улетают далеко. Они ударяются об атомы, которые находятся рядом, и кинетическая энергия переходит в тепловую. Количество теплоты от этих соударений нагревает воду, превращая ее в пар. Пар крутит турбину, а турбина крутит генератор, который вырабатывает электричество — точно так же, как в угольной тепловой электростанции.

Вот и получается, что мы живем в стимпанке — все работает на пару.

АЭС

Если коротко, то атомная электростанция — это установка, которая производит электричество за счет ядерного реактора.

А если подробнее, то АЭС — это большой комплекс, во главе которого стоит ядерный реактор. Помимо реактора на АЭС есть турбина, генератор, трансформаторы для преобразования напряжения. В общем, это большая система.

В бытовом употреблении АЭС часто приравнивают к ядерному реактору, и это нельзя назвать неправильным. Просто ядерный реактор — босс в этой движухе, поэтому он и определяет все остальное. 😉

Кстати, когда будете играть в крокодила, загадайте атомную электростанцию. Будет забавно, проверено.

Чернобыльская АЭС

Когда речь заходит о ядерной энергетике, многие невольно вспоминают катастрофу на Чернобыльской АЭС и поэтому ошибочно считают, что ядерный реактор — зло.

Но по большому счету, реактор — это очень дорогой чайник. Дым, который валит из труб АЭС и пугает прохожих, на самом деле не дым, а пар.

В результате работы ядерного реактора действительно образуются радиоактивные отходы, и они могут быть опасны, если с ними неправильно обращаться. Часть этих отходов перерабатывают для дальнейшего использования, а часть приходится держать в хранилищах, чтобы они не причинили вред человеку и окружающей среде.

Шок-контент 😱

Ядерная энергия — самый экологически чистый вид энергии на сегодняшний день.

Атомные электростанции выбрасывают в атмосферу только пар, им необходимо небольшое количество топлива, а еще они занимают малую площадь и при правильном использовании безопасны. Тем не менее, после аварии на Чернобыльской АЭС многие страны приостановили развитие атомной энергетики.

Первая авария на Чернобыльской АЭС произошла в 1982 году. Во время пробного пуска разрушился один из технологических каналов реактора, была деформирована графитовая кладка активной зоны. Пострадавших не было, но последствия ликвидировали около трех месяцев.

В 1986 году произошло ЧП в известном всему миру четвертом энергоблоке. В этом самом энергоблоке проводились испытания турбогенератора. Система аварийного охлаждения была планово отключена, поэтому, когда реактор не смогли остановить, эта система не спасла АЭС от взрыва и пожара.

Взрыв и его последствия не говорят о том, что ядерная энергетика вредна. На самом деле даже бананы радиоактивны, потому что в них содержатся радиоактивные изотопы. Но для того, чтобы банановая радиация навредила человеку, ему придется съесть не меньше тонны бананов. То же и с ядерными реакциями — они приносят вред только в том случае, если их не контролировать.

Виды современных реакторов

Сегодня существует несколько видов ядерных реакторов, но используют в основном два — гомогенные и гетерогенные:

  • в гомогенных реакторах ядерное горючее и замедлитель перемешаны;
  • в гетерогенных реакторах ядерное горючее и замедлитель находятся отдельно друг от друга.

Еще бывают реакторы, в которых для получения энергии используют уран-238, а не уран-235. Но в таких реакторах сложно отводить тепло, поэтому они довольно редки.

Использование атомной энергии

Атомная энергия используется не только в ядерных реакторах. Например, существуют корабли и подводные лодки, которые работают на атомной энергии.

В начале XXI века из-за высоких цен на нефть были очень актуальны поиски способов использования ядерной энергии. Тогда появились разработки по компактным атомным электростанциям, которые могут работать десятилетиями без обслуживания и к тому же безопасны.

Кроме того, ученые работают над ядерными методами для диагностики и лечения онкологических заболеваний — радиоактивные изотопы могут уничтожать раковые клетки.

Станции и проекты

Интенсивное развитие ядерной энергетики можно считать одним из средств борьбы с глобальным потеплением. К примеру, по подсчетам экспертов, атомные станции в Европе ежегодно позволяют избежать эмиссии около 700 миллионов тонн СО2.  Действующие АЭС России ежегодно предотвращают выброс в атмосферу около 210 млн тонн углекислого газа. Таким образом, ядерная энергетика, являясь мощным базовым источником электрогенерации, вносит свой вклад в декарбонизацию.

КАК РАБОТАЕТ АЭС

Атомная электростанция – это комплекс необходимых зданий, систем, устройств, оборудования и сооружений, предназначенных для производства электроэнергии. В качестве топлива станция использует уран-235. Наличие ядерного реактора отличает АЭС от других электростанций.

На АЭС происходит три взаимных преобразования форм энергии:

  • ядерная энергия переходит в тепловую,
  • тепловая энергия переходит в механическую,
  • механическая энергия преобразуется в электрическую.

Основой атомной станции является реактор, который располагается в реакторном зале, в основном корпусе. Это конструктивно выделенный объем, куда загружается ядерное топливо и где протекает управляемая цепная реакция. Уран-235 делится медленными (тепловыми) нейтронами. В результате выделяется огромное количество тепла. 

Основным элементом реактора является активная зона. Она размещена в бетонной шахте. Обязательными компонентами любого реактора являются система управления и защиты, позволяющая осуществлять выбранный режим протекания управляемой цепной реакции деления, а также система аварийной защиты – для быстрого прекращения реакции при возникновении аварийной ситуации. Все это смонтировано в главном корпусе.

Тепло отводится из активной зоны реактора теплоносителем – жидким или газообразным веществом, проходящим через ее объем. Эта тепловая энергия используется для получения водяного пара в парогенераторе. Механическая энергия пара направляется к турбогенератору, где она превращается в электрическую и дальше по проводам поступает к потребителям.

Парогенератор и сама турбина располагаются в турбинном зале. 

На территории площадки также обычно находятся корпус для перегрузки и хранения в специальных бассейнах отработавшего ядерного топлива. Кроме того, станции комплектуются элементами оборотной системы охлаждения – градирнями, прудом-охладителем (естественный водоем, либо искусственно созданный) и брызгальными бассейнами.

Также в технологической цепочке есть конденсаторы и высоковольтные линии электропередач (ЛЭП), уходящие за пределы площадки станции.

КАКИЕ АЭС БЫВАЮТ

В зависимости от типа реактора на атомной станции могут быть 1, 2 или 3 контура теплоносителя. В России наибольшее распространение получили двухконтурные АЭС с реакторами типа ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор).

Одноконтурная схема применяется на атомных станциях с реакторами типа РБМК-1000. Реактор работает в блоке с двумя конденсационными турбинами и двумя генераторами. При этом кипящий реактор сам является парогенератором, что и обеспечивает возможность применения одноконтурной схемы. Одноконтурная схема относительно проста, но радиоактивность в этом случае распространяется на все элементы блока, что усложняет биологическую защиту.

Двухконтурную схему применяют на атомных станциях с в водо-водяными реакторами типа ВВЭР. В активную зону реактора подается под давлением вода, которая нагревается. Энергия теплоносителя используется в парогенераторе для образования насыщенного пара. Второй контур нерадиоактивен. Блок состоит из одной конденсационной турбины мощностью 1000 МВт или двух турбин мощностью по 500 МВт с соответствующими генераторами.

Трехконтурную схему применяют на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем типа БН. Чтобы исключить контакт радиоактивного натрия с водой, сооружают второй контур с нерадиоактивным натрием. Таким образом схема получается трехконтурной.

Подробнее со схемой работы АЭС можно ознакомиться здесь.

Как работает ядерный реактор?

Активная зона ядерного реактора

Активная зона ядерного реактора — сосредоточение наиболее концентрированного вида энергии из всех, что используются в настоящее время, — расположена в стальной оболочке с 15-сантиметровыми стенками. Активная зона содержит уран-235 в виде таблеток, загруженных в сотни трубок из нержавеющей стали, каждая из которых имеет длину около трех метров.

Атомы урана-235 подвергаются цепной реакции ядерного деления, во время которой они расщепляются на части с выделением огромного количества энергии. Деление 1 грамма (0,35 унции) урана-235 высвобождает столько же энергии, сколько ее выделяется при сгорании около 2000 литров нефти Вода, проходящая через активную зону реактора, нагревает питательную воду вторичного контура, превращая ее в пар, подаваемый на лопатки турбины.

Помимо выделения энергии, расщепляющиеся атомы урана-235 высвобождают нейтроны — один из двух основных видов частиц в атомном ядре. Эти нейтроны сталкиваются с другими атомами урана-235, расщепляя их и высвобождая дополнительное количество нейтронов, необходимое для поддержания цепной реакции и создания тем самым долговременного источника энергии. Управление цепной реакцией осуществляется путем введения в активную зону стержней из бора или кадмия — материалов, хорошо поглощающих нейтроны.

Цепная реакция в уране-235

При столкновении с нейтроном атом урана-235 становится нестабильным и расщепляется на два более мелких атома. Этот процесс называется ядерным делением. Когда уран-235 расщепляется, он высвобождает два или три нейтрона, которые могут столкнуться с другими атомами урана-235 и запустить самоподдерживающуюся цепную реакцию.

Ядерная энергия

Ядерное деление высвобождает огромное количество энергии внутри активной зоны реактора. Вода, проходящая через горячую активную зону, нагревает питательную воду вторичного контура и превращает ее в пар, который затем подается в турбину.

Атомная электростанция в Японском институте исследования атомной энергии.

Принцип работы атомной электростанции. Справка

Сpеди них пеpвый и наиболее pаспpостpаненный тип – это pеактоp на обогащенном уpане, в котоpом и теплоносителем, и замедлителем является обычная, или «легкая», вода (легководный реактор). Существуют две основные pазновидности легководного реактора: pеактоp, в котоpом паp, вpащающий туpбины, обpазуется непосpедственно в активной зоне (кипящий реактор, в России – РБМК — реактор большой мощности, канальный), и pеактоp, в котоpом паp обpазуется во внешнем, или втоpом, контуpе, связанном с пеpвым контуpом теплообменниками и паpогенеpатоpами (водо водяной энергетический реактор – ВВЭР).

Втоpой тип pеактоpа – газоохлаждаемый pеактоp (с гpафитовым замедлителем).

Тpетий тип pеактоpа, – это реактоp, в котоpом и теплоносителем, и замедлителем является тяжелая вода, а топливом природный уран.

Существует также реактор на быстрых нейтронах (БН).

Реактор смонтирован в стальном корпусе, рассчитанном на высокое давление – до 1,6 х 107 Па, или 160 атмосфер.
Основными частями ВВЭР-1000 являются:

1. Активная зона, где находится ядерное топливо, протекает цепная реакция деления ядер и выделяется энергия.
2. Отражатель нейтронов, окружающий активную зону.
3. Теплоноситель.
4. Система управления защиты (СУЗ).
5. Радиационная защита.

Теплота в реакторе выделяется за счет цепной реакции деления ядерного топлива  под действием тепловых нейтронов. При этом образуются продукты деления ядер, среди которых есть и твердые вещества, и газы – ксенон, криптон. Продукты деления обладают очень высокой радиоактивностью, поэтому топливо (таблетки двуокиси урана) помещают в герметичные циркониевые трубки – ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы). Эти трубки объединяются по несколько штук рядом в единую тепловыделяющую сборку. Для управления и защиты ядерного реактора используются регулирующие стержни, которые можно перемещать по всей высоте активной зоны. Стержни изготавливаются из веществ, сильно поглощающих нейтроны – например, из бора или кадмия. При глубоком введении стержней цепная реакция становится невозможной, поскольку нейтроны сильно поглощаются и выводятся из зоны реакции. Перемещение стержней производится дистанционно с пульта управления. При небольшом перемещении стержней цепной процесс будет либо развиваться, либо затухать. Таким способом регулируется мощность реактора.

Схема станции – двухконтурная. Первый, радиоактивный, контур состоит из одного реактора ВВЭР 1000 и четырех циркуляционных петель охлаждения. Второй контур, нерадиоактивный, включает в себя парогенераторную и водопитательную установки и один турбоагрегат мощностью 1030 МВт. Теплоносителем первого контура является некипящая вода высокой чистоты под давлением в 16 МПа с добавлением раствора борной кислоты – сильного поглотителя нейтронов, что используется для регулирования мощности реактора.

Основные процессы, происходящие во время работы АЭС:

1. Главными циркуляционными насосами вода прокачивается через активную зону реактора, где она нагревается до температуры 320 градусов за счет тепла, выделяемого при ядерной реакции.
2. Нагретый теплоноситель отдает свою теплоту воде второго контура (рабочему телу), испаряя ее в парогенераторе.
3. Охлажденный теплоноситель вновь поступает в реактор.
4. Парогенератор выдает насыщенный пар под давлением 6,4 МПа, который подается к паровой турбине.
5. Турбина приводит в движение ротор электрогенератора.
6. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе и вновь подается в парогенератор конденсатным насосом. Для поддержания постоянного давления в контуре установлен паровой компенсатор объема.
7. Теплота конденсации пара отводится из конденсатора циркуляционной водой, которая подается питательным насосом из пруда охладителя.
8. И первый, и второй контур реактора герметичны. Это обеспечивает безопасность работы реактора для персонала и населения.

В случае невозможности использования большого количества воды для конденсации пара, вместо использования водохранилища, вода может охлаждаться в специальных охладительных башнях (градирнях).

Безопасность и экологичность работы реактора обеспечиваются жестким выполнением регламента (правил эксплуатации) и большим количеством контрольного оборудования. Все оно предназначено для продуманного и эффективного управления реактором.
Аварийная защита ядерного реактора – совокупность устройств, предназначенная для быстрого прекращения цепной ядерной реакции в активной зоне реактора.

Активная аварийная защита автоматически срабатывает при достижении одним из параметров ядерного реактора значения, которое может привести к аварии. В качестве таких параметров могут выступать: температура, давление и расход теплоносителя, уровень и скорость увеличения мощности.

Исполнительными элементами аварийной защиты являются, в большинстве случаев, стержни с веществом, хорошо поглощающим нейтроны (бором или кадмием). Иногда для остановки реактора жидкий поглотитель впрыскивают в контур теплоносителя.

Дополнительно к активной защите, многие современные проекты включают также элементы пассивной защиты. Например, современные варианты реакторов ВВЭР включают «Систему аварийного охлаждения активной зоны» (САОЗ) – специальные баки с борной кислотой, находящиеся над реактором. В случае максимальной проектной аварии (разрыва первого контура охлаждения реактора), содержимое этих баков самотеком оказываются внутри активной зоны реактора и цепная ядерная реакция гасится большим количеством борсодержащего вещества, хорошо поглощающего нейтроны.

Согласно «Правилам ядерной безопасности реакторных установок атомных станций», по крайней мере одна из предусмотренных систем остановки реактора должна выполнять функцию аварийной защиты (АЗ). Аварийная защита должна иметь не менее двух независимых групп рабочих органов. По сигналу АЗ рабочие органы АЗ должны приводиться в действие из любых рабочих или промежуточных положений.
Аппаратура АЗ должна состоять минимум  из двух независимых комплектов. 

Каждый комплект аппаратуры АЗ должен быть спроектирован таким образом, чтобы в диапазоне изменения плотности нейтронного потока от 7% до 120% номинального обеспечивалась защита:
1. По плотности нейтронного потока – не менее чем тремя независимыми каналами;
2. По скорости нарастания плотности нейтронного потока – не  менее чем тремя независимыми каналами.

Каждый комплект аппаратуры АЗ должен быть спроектирован таким образом, чтобы во всем диапазоне изменения технологических параметров, установленном в проекте реакторной установки (РУ), обеспечивалась аварийная защита не менее чем тремя независимыми каналами по каждому технологическому параметру, по которому  необходимо осуществлять защиту.

Управляющие команды каждого комплекта для исполнительных механизмов АЗ должны передаваться минимум по двум каналам. При выводе из работы одного канала в одном из комплектов аппаратуры АЗ без вывода данного комплекта из работы для этого канала должен автоматически формироваться аварийный сигнал.

Срабатывание аварийной защиты должно происходить как минимум в следующих случаях:
1. При  достижении уставки АЗ по плотности нейтронного потока.
2. При достижении уставки АЗ по скорости нарастания плотности нейтронного потока.
3. При исчезновении напряжения в  любом не выведенном из работы комплекте аппаратуры АЗ и шинах электропитания СУЗ.
4. При отказе  любых двух из трех каналов защиты по плотности нейтронного потока или по скорости нарастания нейтронного потока в любом не выведенном из работы комплекте аппаратуры АЗ.
5. При достижении уставок АЗ технологическими параметрами, по которым необходимо осуществлять защиту.
6. При инициировании срабатывания АЗ от ключа с блочного пункта управления (БПУ) или резервного пункта управления (РПУ).

Материал подготовлен интернет-редакцией www.rian.ru на основе информации РИА Новости и открытых источников

Малые модульные реакторы | МАГАТЭ

Малые модульные реакторы: гибкое и доступное производство электроэнергии

Во всем мире растет интерес к реакторам малой и средней мощности или модульным реакторам ввиду их способности удовлетворять потребность в гибком производстве электроэнергии для самых различных пользователей и применений и заменить стареющие электростанции, работающие на органическом топливе. Они также обладают улучшенными показателями безопасности благодаря наличию внутренне присущих и пассивных средств безопасности, характеризуются более низкими начальными капитальными затратами и пригодны для когенерации и применений, не связанных с производством электроэнергии. Кроме того, они являются вариантами, пригодными для отдаленных регионов с менее развитой инфраструктурой и открывают возможности создания синергетических гибридных энергетических систем, сочетающих ядерные и альтернативные источники энергии, включая возобновляемые источники.

Многие государства сосредоточивают усилия на разработке малых модульных реакторов, которые определяются как усовершенствованные реакторы для производства электроэнергии с мощностью модуля до 300 МВт(эл.). Эти реакторы оборудованы усовершенствованными инженерно-техническими средствами, могут использоваться в составе одномодульных или многомодульных станций и проектируются для поставок в полной заводской готовности энергокомпаниям для последующего монтажа по мере надобности.

Во всем мире насчитывается примерно 50 проектов и концепций ММР. Большая их часть находится на различных стадиях разработки, и сообщается, что некоторые проекты будут реализованы в ближайшее время. В настоящее время четыре ММР находятся на продвинутых этапах строительства в Аргентине, Китае и России, а еще несколько стран, имеющих атомные электростанции, и стран, приступающих к развитию ядерной энергетики, проводят НИОКР по ММР.

МАГАТЭ координирует усилия своих государств-членов, направленные на разработку различных типов ММР, осуществляя системный подход к определению и разработке перспективных технологий с целью обеспечения конкурентоспособности и надежного функционирования таких реакторов. Агентство также помогает им в решении общих вопросов инфраструктуры с целью содействия внедрению ММР.

Часто задаваемые вопросы AKKUYU NÜKLEER A.Ş.

Часто задаваемые вопросы

Сколько энергии выделяет ядерное топливо?

Из одного килограмма ядерного топлива, используемого на атомной электростанции, можно получить столько же энергии, сколько выделяется при сжигании двух железнодорожных вагонов угля (100 000 кг) или двух железнодорожных цистерн нефти (600 000 кг), поэтому генерация электроэнергии на основе ядерного топлива дешевле и эффективнее.

 


 

Как получают ядерное топливо?

Самый первый шаг в получении атомной энергии – это добыча урановой руды. В руде содержится менее 1% чистого урана. Поэтому руду перерабатывают и переходят к следующему шагу – обогащению урана для увеличения концентрации делящихся ядер урана-235 от 1% до 4%. Из обогащенного урана производятся урановые таблетки. Готовые таблетки помещают в металлическую трубку, которая называется тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ). И в виде нескольких десятков ТВЭЛов, соединенных вместе в тепловыделяющие сборки (ТВС) топливо попадет в ядерный реактор.

 


 

Что происходит в атомном реакторе?

Атомный реактор работает благодаря процессу, который называется делением ядра. После загрузки топлива в реакторе начинается процесс деления, в результате которого образуются продукты деления – нейтроны. Свободные нейтроны сталкиваются с ядрами других атомов урана и продолжают реакцию до тех пор, пока не закончится все топливо. Поэтому реакция деления ядра атомов урана называется цепная реакция.

 


 

Что такое радиация?

Радиация – излучение энергии в виде частиц или электромагнитных волн. Это природное явление, которое существует миллиарды лет. Все живые организмы постоянно испытывают на себе действие природного излучения. Разные виды излучения попадают на поверхность Земли из космоса и от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Находящийся в земной коре калий также содержит природный радиоактивный изотоп. Даже в тканях человеческого тела постоянно присутствуют радиоактивные элементы, и избавиться от них просто физически невозможно.

 


 

Оказывает ли АЭС радиационное воздействие на население?

Атомные станции не загрязняют природу. Радиационное воздействие АЭС на окружающую среду и население гораздо меньше по сравнению с электростанциями на нефти, угле и мазуте, которые выбрасывают вредные продукты сгорания в атмосферу. Атомная электростанция – предприятие замкнутого технологического цикла. Это означает, что все сгорающее топливо остается внутри АЭС, а потом увозится в особо прочных контейнерах. От атомной стаций в атмосферу поступает только чистая вода.

 


 

Как работает АЭС?

Принцип вырабатывания электроэнергии на АЭС похож на обычную тепловую электростанцию. Ядерный реактор при помощи энергии, полученной при делении урана, нагревает воду 1 контура, которая поступает в парогенератор, где происходит ее теплообмен с водой 2 контура. Пар 2 контура из парогенератора поступает в турбину, которая приводит в движение генератор. Электрогенератор вырабатывает электроэнергию, которая по линиям электропередач поступает к потребителям.

 


 

В чем преимущества атомной энергетики?

1. Огромная энергоемкость используемого топлива (см. Сколько энергии выделяет ядерное топливо?)
2. Возможность повторного использования топлива (после регенерации).
3. Ядерная энергетика не способствует созданию «парникового эффекта». Ежегодно атомные станции в Европе позволяют избежать эмиссии 700 миллионов тонн СО2, а в Японии — 270 миллионов тонн СO2.
4. Стоимость электричества, произведенного на АЭС, ниже, чем на большинстве электростанций иных типов.

 


 

Где еще применяется атомная энергия?

Атомная энергия успешно используется в космической технике, авиастроении, глубоководных аппаратах, на ледоколах. В мире используется около 160 различных изотопов – атомов одного и того же химического элемента, близкого по своим физико-химическим свойствам, но имеющим разную атомную массу. С помощью изотопов выполнено огромное число исследований в самых разнообразных направлениях биологии и биохимии. Одно из направлений включает работы по изучению динамики и путей перемещения популяций в биосфере и отдельных особей внутри данной популяции. Радиоактивные изотопы широко применяются в промышленности для автоматизации производственных процессов и контроля за ними, в аналитической химии, производстве строительных материалов, для повышения чувствительности химического анализа, контроля утечек нефтепродуктов, в медицине для диагностики и лечения ряда заболеваний,

Наибольшее применение изотопы нашли в химии для изучения механизма химических реакций, процессов горения, катализа, синтеза химических соединений, в спектрометрии. В медицине с помощью изотопов были раскрыты механизмы развития (патогенез) ряда заболеваний. Изотопы также используются в медицинских установках для облучения, рентгеновских установках, гамма-дефектоскопах.

В сельском хозяйстве изотопы широко используются для определения физических свойств почвы и запасов в ней элементов пищи растений, для изучения взаимодействия почвы и удобрений, процессов усвоения растениями питательных элементов из минеральных туков, поступления в растения минеральной пищи через листья и других вопросов почвоведения и агрохимии.

 


 

Достаточно ли АЭС безопасна?

Современные АЭС оснащены надежной многослойной системой безопасности. Она похожа по структуре на матрешку. Первая – сама топливная таблетка, внутри которой находится уран. Таблетки находятся в металлических ТВЭЛах. Следующий защитный барьер – корпус реактора. И, наконец, снаружи находится бетонная герметичная оболочка (контайнмент). Конструкция контейнмента позволяет выдерживать все виды внешних воздействий: землетрясения, смерчи, ураганы, пыльные бури, воздушные ударные волны и даже падение самолета.
Есть также система управления и защиты, которая способна управлять ядерной реакцией вплоть до ее полного прекращения. Кроме того, все станции оснащены несколькими поясами ограждений, контрольно-пропускными пунктами и прочими элементами физической защиты.

 


 

Почему Германия отказывается от атомной энергетики?

Германия приняла решение о постепенном отказе от атомной программы в 2001 году. Канцлер ФРГ Ангела Меркель, будучи лидером Христианско-демократического союза, перед своим избранием в 2005 году заняла позицию в поддержку Закона об отказе от атомной энергетики. На сегодняшний день, после закрытия 7 самых старых АЭС Германия начала импортировать электроэнергию из Франции и Чехии (78% энергии во Франции и 34% в Чехии вырабатываются на атомных станциях).

 


 

Может ли случиться повторение Фукусимы?

На атомных станциях, которые в настоящее время строит Россия, в том числе за рубежом, исключена возможность повторения аварии, произошедшей на АЭС «Фукусима». На АЭС, спроектированных российскими специалистами, предусмотрена многоуровневая система защиты и инновационные элементы – так называемая ловушка расплава и система пассивного отвода тепла, позволяющая охладить реактор при обесточивании АЭС. Она присутствует на всех проектируемых Россией АЭС, в том числе на АЭС «Аккую». На АЭС «Фкукусима» эти уровни защиты отсутствовали.

 


 

Повлияет ли строительство АЭС на экологическую обстановку в регионе?

Атомная станция безопасна и экологически чиста со всех точек зрения. АЭС не будет угрожать сельхозяйственным культурам и водной среде. Никаких выбросов химических или других загрязняющих веществ от АЭС в окружающую среду и воду не происходит. Например, в России ежегодно проводят соревнования по рыбалке вблизи АЭС, после чего улов проверяют с помощью дозиметра, и результаты позволяют убедиться, что и рыба и вода ничем не отличаются от обычных водоемов (см. Экологическая безопасность)

 


 

Какая самая большая (мощная) АЭС на Земле?

Cамая крупная в Европе АЭС находится в Украине, это Запорожская АЭС. Она имеет 6 реакторов ВВЭР-1000 суммарной мощностью 6000 МВт.

 


 

Могу ли я работать на АЭС?

Ядерная энергетика считается в мире одной из самых передовых отраслей по уровню используемых технологий, производственной культуре, качеству подготовки и квалификации персонала. Например, Россия в настоящее время обладает наиболее совершенными обогатительными технологиями в мире. Чтобы получить работу в атомной отрасли, необходимо закончить один из профильных ВУЗов. В России таким считается Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, который открыл свои двери для 50 турецких студентов в 2011-2012 учебном году.

В Китае построят первый в мире экологически чистый ядерный реактор

Китайские инженеры построят экспериментальный ядерный реактор, базирующийся вместо урана на составе из соли и тория, который не потребует водяного охлаждения

Что происходит

  • Китайские ученые обнародовали планы построить уникальный экспериментальный ядерный реактор на составе из соли и тория, сообщает издание LiveScience. Для его охлаждения не понадобится вода.
  • Предполагается, что расплавленно-солевой ядерный реактор будет более безопасным, чем традиционные реакторы, работающие на уране, поскольку расплавленная соль быстро охлаждается и затвердевает при контакте с воздухом, тем самым изолируя торий. Таким образом, при потенциальной утечке уровень излучения в окружающую среду будет минимальным.
  • Кроме того, период полураспада нового «чистого» ядерного реактора составляет всего 500 лет, в то время как урановые отходы остаются высокорадиоактивными до 10 тыс. лет.
  • Поскольку такой реактор не нуждается в водяном охлаждении, правительство намерено использовать их в пустынных регионах страны.
  • Ожидается, что прототип реактора будет завершен в августе, а первые испытания начнутся уже в сентябре 2021 года. Строительство промышленного реактора запланировано на 2030 год, — его планируют установить в городе Увэй.
  • Китай также планирует наладить экспорт ядерных реакторов нового типа в другие государства, в первую очередь в страны, участвующие в китайской инициативе «Один пояс — один путь».
  • Концепция расплавленно-солевого реактора не нова, — она была разработана еще в 1946 году, однако его создатели не смогли справиться с коррозией и слабой радиоактивностью тория. Очевидно, что китайские ученые нашли решение данной проблемы, однако на данный момент оно остается неизвестным.

Что это значит

Ядерная энергетика, наряду с возобновляемыми источниками энергии, представляет собой «зеленую» альтернативу традиционным ископаемым видам топлива. Она считается «чистой», поскольку позволяет снизить выбросы углекислого газа, которые оказывают значительный урон экологии нашей планеты. Тем не менее, из-за ядерных катастроф, таких как аварии на Чернобыльской АЭС и «Фукусиме-1», многие люди до сих пор с опаской относятся к атомным электростанциям.

На защиту ядерной энергетики встал Илон Маск, основатель и гендиректор Tesla и SpaceX:

«Я считаю, что современные атомные электростанции безопасны, вопреки тому, что думают люди», — сказал он на конференции по криптовалютам The B-Word conference.

Вполне вероятно, что китайский «чистый» ядерный реактор поможет изменить общественное мнение относительно атомной энергетики, ведь при их использовании вероятность ядерной катастрофы ничтожна, а последствия минимальны.

Кроме того, китайское правительство делает ставку на атомную энергию для достижения нулевых выбросов к 2060 году. По последним данным, в 2019 году доля Китая в общемировых выбросах углерода составила 27% — это больше, чем у любой другой страны, а также у всего развитого мира вместе.

Вот как на самом деле работает ядерный реактор

Чистая энергия — горячая тема.

Заголовки о международных климатических ударах и Новом зеленом курсе заставляют задуматься о выбросах углерода. Когда мы выясняем, как защитить климат, мы знаем, что любое жизнеспособное решение потребует ядерной энергии, потому что она производит более 55 процентов безуглеродной электроэнергии в стране. И все больше защитников климата и кандидатов в президенты выступают за использование всех безуглеродных технологий, в том числе ядерных, для борьбы с изменением климата.

Но как именно работают ядерные реакторы?

В нашем крупнейшем источнике чистой энергии используется невидимый процесс: деление. На атомных электростанциях по всей стране высококвалифицированные рабочие контролируют продолжающуюся цепную реакцию, в результате которой выделяется тепло и пар, которые затем преобразуются в электричество с помощью турбины.

Вот три шага, которые используют реакторы для получения чистой электроэнергии.

Шаг первый: разделение атомов для получения тепла

Атомные станции используют невероятную мощь ядерного деления для выработки тепла и энергии, которые в конечном итоге превращаются в электричество.Деление происходит, когда нейтрон попадает в более крупный атом и разделяет атом на два меньших атома.

Когда реактор запускается, атомы урана в активной зоне реактора расщепляются, высвобождая нейтроны и тепло, и запускают продолжающуюся цепную реакцию, которая генерирует больше нейтронов и тепла.

В то время как другие электростанции сжигают топливо для создания пара и вращения турбины, атомные электростанции уникальны. Для выработки электроэнергии не сжигается топливо — это означает, что при этом не выделяется углекислый газ или парниковые газы.

Единственными побочными продуктами являются энергия и тепло. Никаких дополнительных частиц не выделяется. Напротив, угольные и газовые установки выделяют загрязняющие вещества, включая диоксид серы, оксиды азота и диоксид углерода, во время горения, поскольку они производят электричество.

Шаг второй: использование тепла для получения пара

Как мы перейдем от деления к электричеству? Вода — это во многом ответ.

Активная зона реактора (где атомы урана расщепляются) погружена в воду.Когда происходит цепная реакция, выделяемое тепло используется для создания пара.

В Соединенных Штатах есть два типа ядерных реакторов — оба используют пар для питания генератора, но разница в том, как они его создают.

Из 96 реакторов в стране 32 являются реакторами с кипящей водой, а 64 — реакторами с водой под давлением. Реакторы с кипящей водой нагревают воду, окружающую ядерное топливо, непосредственно до пара в корпусе реактора, в то время как реакторы с водой под давлением нагревают воду, окружающую ядерное топливо, но удерживают воду под давлением, чтобы предотвратить ее кипение.

В реакторе с водой под давлением насосы перемещают горячую воду из корпуса реактора в парогенератор. Там вода, откачиваемая из реактора, нагревает вторую, отдельную подачу воды, которая кипит, образуя пар.

Шаг третий: используйте пар для вращения турбины

В обоих типах реакторов пар вращает турбину, которая приводит в действие генератор, вырабатывающий электричество. Этот механизм такой же, как турбина, используемая для выработки энергии ветра; Единственная разница в том, что турбина ядерного реактора вращается паром, а не ветром.

После использования пар конденсируется в воду, поэтому его можно использовать повторно.

Вы когда-нибудь задумывались о больших башнях, которые вы видели, проезжая мимо атомной электростанции? Хотя может показаться, что они излучают дым, на самом деле это всего лишь водяной пар. Градирни являются частью системы водяного охлаждения, используемой для конденсации пара из турбины обратно в воду. Не на всех атомных станциях используются градирни, в некоторых случаях они используют большой водоем или реку для конденсации пара обратно в воду.Градирни не уникальны для атомных электростанций; другие генерирующие объекты, такие как угольные электростанции и другие промышленные объекты, также могут использовать градирни.

Вот как вы получаете электроэнергию без выбросов углерода из атомных станций

Как вы все это резюмируете? Ядерные реакторы расщепляют атомы, превращая воду в пар, который превращает турбину, вырабатывающую электричество. Никакого сжигания ископаемого топлива, никаких побочных продуктов сгорания. Вот что делает его чистым и надежным источником энергии, который нам нужен.

Обновлено 11 октября 2019 г.

Как работает атомная энергия


Атомная энергия обеспечивает эффективную и надежную электроэнергию по всему миру. Сегодня более 400 коммерческих реакторов работают более чем в 30 странах мира.

Общее определение ядерной энергии — это энергия, выделяемая цепной реакцией, особенно при делении или синтезе. Фактически, ядерная энергия использует топливо, изготовленное из добытого и переработанного урана, для производства пара и электроэнергии.

Атомная генерация — единственный источник электроэнергии, который может производить постоянную подачу электроэнергии — известную как мощность базовой нагрузки — надежно без выбросов парниковых газов.

Ядерная энергия оказывает одно из самых низких экологических воздействий на землю и природные ресурсы среди всех источников электроэнергии.

Атомная энергия в ОАЭ

В ОАЭ на атомной электростанции Барака, расположенной в районе Аль-Дафра эмирата Абу-Даби, установлено четыре реактора.Каждый реактор рассчитан на производство 1400 мегаватт (МВт) электроэнергии с почти нулевыми выбросами углерода.

Построенные для работы в течение 60 или более лет, эти реакторы будут обеспечивать нации эффективную и надежную электроэнергию с низким содержанием углерода для будущих поколений. После ввода в эксплуатацию завод предотвратит выбросы более 21 миллиона тонн парниковых газов в год. Это эквивалентно удалению с дорог ОАЭ 3,2 миллиона легковых автомобилей.

В 2016 году ENEC учредила Nawah Energy Company, которая отвечает за эксплуатацию и техническое обслуживание четырех реакторов в Бараке.По мере того, как команды ENEC и Nawah готовятся к переходу завода от строительного проекта к действующему, они работают над тем, чтобы обеспечить его соответствие высочайшим национальным и международным стандартам качества, и извлекают выгоду из мирового опыта эксплуатации.

Как это работает?

Ядерный реактор вырабатывает электричество почти так же, как и другие электростанции. Цепная реакция производит энергию, которая превращает воду в пар. Давление пара запускает генератор, вырабатывающий электричество.

Разница в том, как создается тепло. Электростанции, работающие на ископаемом топливе, сжигают уголь, нефть или природный газ для выработки тепла. На атомной электростанции тепло вырабатывается при расщеплении атомов — процесс, называемый ядерным делением.

  • Ядерный реактор вырабатывает тепло, которое используется для производства пара
  • Пар вращает турбину, соединенную с электромагнитом, называемую генератором.
  • Генератор вырабатывает электроэнергию

В реакторе с водой под давлением (PWR) — типа реактора, строящегося в ОАЭ — высокое давление предотвращает кипение воды в корпусе реактора.Перегретая вода подается в парогенератор, состоящий из множества небольших труб. Тепло в этих трубах используется для включения второго изолированного источника воды в пар, который, в свою очередь, используется для привода турбины. Вода из реактора перекачивается обратно в корпус реактора и снова нагревается. Пар из турбины охлаждается в конденсаторе, а образовавшаяся вода отправляется обратно в парогенератор.

Уран

Обогащенный уран — топливо для ядерных реакторов.Уран — это богатый природным радиоактивный элемент, который содержится в большинстве горных пород. Когда уран распадается или распадается, он выделяет тепло внутри земной коры. Подобный процесс генерирует тепло внутри ядерного реактора.

Деление ядер

Деление — это процесс разделения ядра на две части.

Внутри каждой урановой топливной таблетки находятся миллионы ядер урана. Когда эти ядра расщепляются, выделяется огромное количество энергии. Часть этой энергии исходит от излучения, но самым большим источником является кинетическая энергия.Это энергия, которая производит тепло внутри реактора, которое, в свою очередь, используется для выработки пара и, в конечном итоге, создает электричество.

Факты по всему миру

Более 60 лет ядерная энергия обеспечивает мир надежной электроэнергией. Сегодня более 400 реакторов работают более чем в 30 странах мира.

Эти станции вырабатывают около 10 процентов мировой электроэнергии без выбросов парниковых газов.

Все больше стран изучают возможности использования ядерной энергии, особенно в связи с ростом спроса на электроэнергию и ростом опасений по поводу изменения климата.

Для получения дополнительной информации посетите следующие интернет-ресурсы:

Международное агентство по атомной энергии

Всемирная ядерная ассоциация (WNA)

Всемирная ассоциация операторов ядерной энергетики

Институт ядерной энергии (NEI)

Канадская ядерная ассоциация

Ядерные реакторы вырабатывают тепло за счет расщепления атомов. Это тепло превращает воду в пар. Этот пар вращает турбину, которая вращает магнит, заставляющий электричество течь в сеть.

Как ядерный реактор производит электричество

Ядерные реакторы — это сложные машины, построенные в соответствии со строгими инженерными стандартами. Вот обзор того, как они производят электричество.

  1. Уран добывается и превращается в пучок твэлов. Операторы загружают эти пучки твэлов в ядерный реактор .
  2. Медленно движущиеся нейтроны расщепляют ядра урана, вызывая цепную ядерную реакцию. Эта реакция продолжается благодаря тщательной инженерии и может быть остановлена ​​в любой момент людьми, работающими на заводе.
  3. Нейтроны, высвобождающиеся при расщеплении ядра урана, движутся очень быстро, почти со скоростью света. Медленные нейтроны лучше всего подходят для расщепления атомов урана. Ядерный реактор имеет специальный материал, называемый замедлителем , который замедляет нейтроны. Хотя существует множество материалов, которые могут действовать как замедлитель, в канадских реакторах используется особая тяжелая вода, которая представляет собой H 2 O, где нормальный водород заменен более тяжелой формой водорода, называемой дейтерием. Специалисты-ядерщики, работающие на реакторе, управляют реакциями, перемещая управляющих стержней в активную зону реактора и из нее.Эти стержни сделаны из материалов, которые поглощают нейтроны, чтобы замедлить или остановить деление по мере необходимости.
  4. Чтобы превратить это тепло в полезную работу (а затем и в электричество), охлаждающая жидкость (тяжелая вода в Канаде) циркулирует через активную зону реактора, чтобы охладить ее.
  5. Эта реакция превращает воду в пар под высоким давлением. Давление толкает пар, чтобы повернуть турбины .
  6. Энергия вращающихся турбин превращается в электричество за счет перемещения магнитов внутри электрического генератора.

Технология CANDU

Канадские ядерные энергетические реакторы — это реакторы CANDU — тяжеловодные реакторы, разработанные канадскими учеными и инженерами. CANDU означает канадский дейтерий-уран, потому что в нем используется оксид дейтерия (тяжелая вода) в качестве замедлителя и хладагента, а в качестве топлива используется природный (необогащенный) уран.

Новаторские канадские разработки позволяют дозаправлять реакторы CANDU при работе на полной мощности! Большинство ядерных реакторов необходимо останавливать для перегрузки топлива.

Поскольку Канада имеет рекорд передовых технологий в области ядерных технологий, другие страны построили эти реакторы канадской конструкции. Почти половина реакторов CANDU построена в Аргентине, Китае, Индии, Пакистане, Румынии и Южной Корее. В мире насчитывается 34 реактора CANDU, 30 из которых находятся в рабочем состоянии.

Реакторы CANDU в Канаде

На четырех атомных электростанциях в Канаде имеется 19 действующих реакторов CANDU.

Атомная электростанция Брюс — крупнейшая действующая ядерная энергетическая установка в мире, состоящая из восьми реакторов, вырабатывающих 6 288 МВтэ.Он расположен на берегу озера Гурон, в 190 км от центра Торонто, Онтарио, и впервые подал электроэнергию в сеть в 1976 году. Он управляется Брюсом Пауэром, но принадлежит Ontario Power Generation (OPG)

.

Атомная электростанция Дарлингтон является вторым по величине ядерным объектом Канады по общему объему выработки энергии. Его реакторы CANDU принадлежат и эксплуатируются OPG. Станция Дарлингтон, способная производить до 31 миллиона МВтч в год, обеспечивает электроэнергией до 2,5 миллионов домохозяйств.Все четыре блока Darlington проходят реконструкцию среднего возраста, поэтому они могут вырабатывать чистую и надежную электроэнергию в ближайшие десятилетия.

Атомная электростанция Пикеринг — это самый маленький коммерческий ядерный объект Онтарио. Четыре реактора CANDU принадлежат и эксплуатируются OPG. Несмотря на меньшие размеры, станция Пикеринга обслуживает до 2,5 миллионов семей.

Point Lepreau был первым реактором CANDU 6, получившим лицензию на эксплуатацию, первым реактором, достигшим критичности, и первым, кто начал промышленную эксплуатацию.Он принадлежит и управляется New Brunswick Power. Этот один ядерный реактор обеспечивает почти треть электроэнергии всей провинции!

реакторов CANDU в мире

Канада экспортировала реакторы CANDU в Аргентину, Китай, Индию, Пакистан, Румынию и Южную Корею. По всему миру действует 30 реакторов CANDU. Кроме того, Индия разработала конструкцию и построила 16 реакторов, основанных на конструкции CANDU.

Как работает атомная энергетика | HowStuffWorks

Для некоторых ядерная энергия предлагает альтернативу чистой энергии, которая освобождает нас от оков зависимости от ископаемого топлива.Для других это вызывает образы катастрофы: разрушенные землетрясением японские электростанции, извергающие радиоактивный пар, мертвая зона вокруг бетонного саркофага Чернобыля.

Но что происходит внутри атомной электростанции, чтобы возникло такое чудо и несчастье? Представьте, что через электрическую розетку проходит электрический ток, который проходит через километры линий электропередачи до ядерного реактора, который его произвел. Вы встретите генератор, который производит искру, и турбину, которая ее вращает.Затем вы найдете струю пара, которая вращает турбину, и, наконец, пучок радиоактивного урана, который превращает воду в пар. Добро пожаловать в активную зону ядерного реактора.

Вода в реакторе также служит теплоносителем для радиоактивного материала, предотвращая его перегрев и плавление. В марте 2011 года телезрители всего мира узнали, что происходит, когда система охлаждения терпит катастрофический отказ. Японские граждане десятками тысяч бежали из района, прилегающего к ядерному объекту «Фукусима-Дайити», после самого мощного землетрясения за всю историю наблюдений, и последовавшее за ним цунами нанесло серьезный ущерб станции и нескольким ее реакторным блокам.Среди прочего, из активной зоны реактора потекла вода, что, в свою очередь, сделало невозможным контроль температуры активной зоны. Это привело к перегреву и частичному расплавлению ядер [источник: NPR].

По данным Всемирной ядерной ассоциации, по состоянию на апрель 2018 года в 50 странах эксплуатируется около 450 ядерных энергетических реакторов, которые обеспечивают около 11 процентов мировой электроэнергии. Только в США 99 реакторов на 61 коммерчески эксплуатируемой атомной электростанции в пределах 30 U.С. заявляет, в том числе блок 2 Watts Bar в Теннесси, реактор мощностью 1150 мегаватт, который начал промышленную эксплуатацию в октябре 2016 года [источник: EIA].

Атомная энергия обеспечивает 20 процентов потребностей США в электроэнергии, менее 31,7 процента приходится на природный газ и 30,1 процента — на уголь, и лишь немногим больше 17,1 процента, обеспечиваемых возобновляемыми источниками энергии, такими как гидроэнергетика, ветер и солнце [источник: ОВОС]. Но некоторые страны больше зависят от атома. Франция, например, получает 72 процента электроэнергии от атомных станций, а Швеция получает от них около 40 процентов, согласно отчету от апреля 2018 года [источник: World-Nuclear.org].

В этой статье мы рассмотрим, как ядерный реактор функционирует внутри электростанции, а также атомную реакцию, которая выделяет все это критическое тепло.

Как работает ядерный реактор

У ядерных реакторов одна задача: расщеплять атомы в контролируемой реакции и использовать высвобождаемую энергию для выработки электроэнергии. На протяжении многих лет реакторы рассматривались как чудо и угроза.

Когда в Шиппорте, штат Пенсильвания, был запущен первый коммерческий реактор в США.В 1956 году эту технологию провозгласили источником энергии будущего, который, по мнению некоторых, в конечном итоге сделает электричество слишком дешевым для измерения. Страны по всему миру построили 442 ядерных реактора, и около четверти этих реакторов были построены в Соединенных Штатах [источник: Euronuclear.org]. 14% электроэнергии в мире зависит от ядерных реакторов [источник: Институт ядерной энергии]. Фактически, футуристы мечтали иметь автомобили с ядерными двигателями [источник: Ford].

Затем, 23 года спустя, когда на втором блоке электростанции Три-Майл-Айленд в Пенсильвании произошел сбой охлаждения и произошло частичное расплавление радиоактивного топлива, отношение к реакторам радикально изменилось. Несмотря на то, что защитная оболочка поврежденного реактора сохранилась и не было серьезного выброса радиации, многие люди начали рассматривать реакторы как чрезмерно сложные и уязвимые для отказов человека и оборудования с потенциально катастрофическими последствиями. Их также беспокоят радиоактивные отходы реакторов.Что еще хуже, многие задавались вопросом, согласны ли государственные регулирующие органы и атомная энергетика с общественностью. В результате в США остановилось строительство новых атомных станций. Когда в 1986 году на Чернобыльской атомной электростанции Советского Союза произошла более серьезная авария, ядерная энергетика казалась обреченной на устаревание [источник: Союз обеспокоенных ученых].

Но в начале 2000-х ядерные реакторы начали возвращаться из-за роста спроса на энергию, сокращения поставок ископаемого топлива и растущей озабоченности по поводу изменения климата из-за выбросов углекислого газа.В конце десятилетия Комиссия по ядерному регулированию США начала утверждать разрешения на строительство новых станций, и президент Барак Обама включил ядерную энергетику в качестве ключевой части своего энергетического плана.

Но затем, в марте 2011 года, еще один кризис, на этот раз на пострадавшей от землетрясения АЭС Фукусима-Дайити в Японии, снова вызвал беспокойство.

В этой статье мы объясним, как работают ядерные реакторы, что происходит, когда они выходят из строя, и какие риски они представляют для нашего здоровья и окружающей среды по сравнению с другими источниками энергии.Мы также рассмотрим, какие технологические достижения могут сделать ядерные реакторы будущего более безопасными.

Но сначала давайте посмотрим, как на самом деле работает ядерное деление, процесс, который фактически производит энергию.

Усовершенствованные ядерные реакторы 101

Усовершенствованные ядерные реакторы, описанные здесь, улучшают традиционные ядерные реакторы во многих отношениях, частично преодолевая многие препятствия, с которыми сталкивается ядерная энергетика. Как показано в таблице 2, разные типы реакторов имеют разные преимущества и сталкиваются с разными проблемами из-за их размера, материалов, используемых для теплоносителей и замедлителей, рабочей температуры и других факторов.Подробнее см. Отчеты Целевой группы по чистому воздуху, Исследовательской службы Конгресса и Third Way.

Преимущества усовершенствованных ядерных реакторов

Преимущества безопасности: Усовершенствованные реакторы могут работать со значительно большей безопасностью по сравнению с традиционными легководными ядерными реакторами. Усовершенствованные реакторы часто работают при более низком и безопасном давлении из-за использования в них специальных охлаждающих жидкостей. Во многих случаях они также могут воспользоваться преимуществами пассивных мер безопасности, таких как предохранительные клапаны, вместо того, чтобы полагаться на активные функции безопасности, для работы которых требуется резервный источник питания или вмешательство человека.Эти меры пассивной безопасности позволяют реакторам выдерживать более широкий набор аварийных условий, не вызывая повреждений.

Снижение затрат: Продолжаются дискуссии о том, будут ли капитальные затраты на усовершенствованный ядерный реактор (первоначальные единовременные затраты на строительство реактора) ниже, чем у современного легководного реактора. . Недавние исследования указывают на несколько возможностей для снижения капитальных затрат, включая следующие:

  • улучшения конструкции, которые могут привести к снижению затрат на инфраструктуру безопасности;
  • возможность изготовления большого количества блочно-модульных блоков одного и того же типа за пределами площадки; и
  • улучшенная практика управления строительством.

Однако в этом исследовании тщательно отмечается, что эти возможности снижения затрат, вероятно, применимы ко всем типам атомных станций, а не только к усовершенствованным реакторам.

Промышленная декарбонизация: Некоторые современные ядерные реакторы вырабатывают высокие температуры, которые можно использовать в промышленных процессах. Многие промышленные процессы в настоящее время полагаются на ископаемое топливо для получения необходимого количества тепла, а современные реакторы могут заменить ископаемое топливо в процессах, которые было бы трудно электрифицировать.Таким образом, усовершенствованные реакторы могут помочь обезуглерожить отрасли, которые в настоящее время сильно зависят от ископаемого топлива.

Универсальность и гибкость: Благодаря заводской конструкции и различным размерам реакторов многие усовершенствованные реакторы могут быть гораздо более гибкими и универсальными, чем традиционные реакторы. Их можно устанавливать в местах, недоступных для традиционных реакторов, например, в подземных пещерах, где снижается радиационный риск и риски для национальной безопасности. Кроме того, некоторые усовершенствованные ядерные реакторы могут легче изменять количество вырабатываемой энергии, чем традиционные реакторы, что позволяет им играть большую роль в балансировании электрических нагрузок.Наконец, многие усовершенствованные реакторы могут работать намного дольше без дозаправки, требуя меньше инфраструктуры и позволяя им оставаться в сети в течение длительных периодов времени без перебоев в выработке мощности.

Повышенная эффективность: Некоторые усовершенствованные реакторы используют топливо намного эффективнее, чем традиционные реакторы, преобразуя до 95 процентов энергии топлива в полезную электроэнергию (традиционные реакторы преобразуют менее 5 процентов). Следовательно, у них есть потенциал для выработки энергии, используя гораздо меньше топлива.

Меньше опасности от отходов: Повышенная энергоэффективность многих современных реакторов также приводит к уменьшению количества ядерных отходов. Кроме того, образующиеся отходы могут быть менее токсичными и могут оставаться токсичными в течение более короткого периода времени.

Заводское производство: В то время как традиционные реакторы строятся на месте, многие небольшие усовершенствованные ядерные реакторы могут быть сконструированы в заводских условиях и транспортированы на площадку для быстрой установки. Для некоторых типов реакторов заводское строительство позволит изготавливать и запускать большое количество реакторов намного быстрее, чем традиционные реакторы, что может иметь важное значение для достижения целей по производству низкоуглеродных продуктов.

Снижение риска распространения: Влияние усовершенствований реакторов на риск распространения неоднозначно. Некоторые источники утверждают, что современные реакторы производят меньше отходов, чем то, что традиционно можно было использовать для изготовления ядерного оружия. Кроме того, усовершенствованные реакторы часто проектируются таким образом, чтобы сделать топливо и отходы менее доступными, чем в традиционных реакторах. Однако усовершенствованные реакторы также часто производят отходы плутония с концентрацией , которые могут представлять более высокий риск распространения, чем традиционные реакторы.Поскольку риски распространения обычно считаются низкими для традиционных реакторов, небольшие различия, обусловленные достижениями, могут не иметь существенных преимуществ или недостатков.

Барьеры и проблемы, с которыми сталкиваются усовершенствованные ядерные реакторы

Традиционные ядерные реакторы и электростанции в настоящее время сталкиваются с множеством проблем.

Некоторые возникающие проблемы носят экономический характер: в настоящее время вырабатываемая ими электроэнергия обычно дороже, чем электроэнергия, произведенная из возобновляемых источников энергии и природного газа, поэтому атомным станциям трудно конкурировать на рынках электроэнергии.В результате атомные генераторы часто полагаются на субсидии правительства, чтобы оставаться открытыми и прибыльными. Однако стоит отметить, что по мере того, как большая декарбонизация ведет к увеличению потребления электроэнергии, затраты на возобновляемые источники энергии могут возрасти из-за потребностей в хранении и других затрат, что может сделать электроэнергию, произведенную на атомных электростанциях, более конкурентоспособной с точки зрения затрат.

Другие препятствия, с которыми сталкивается ядерная энергетика, носят политический и социальный характер: многие люди против развития ядерной энергетики, а некоторые желают, чтобы все существующие атомные станции были остановлены.Эти опасения обычно основаны на опасности, связанной с ядерными отходами, и возможности ядерных аварий, таких как катастрофа 2011 года в Фукусиме, Япония, или чернобыльская катастрофа 1986 года.

Многие из передовых реакторных технологий, обсуждаемых в этом пояснении, могут преодолеть препятствия, с которыми сталкиваются традиционные реакторы. Тем не менее, препятствия для развертывания усовершенствованных реакторов все еще существуют. Как правило, самые большие ингибиторы — это значительные затраты, связанные с разработкой и строительством первых в своем роде реакторов.Эти затраты завышены надбавками за риск — неопределенность из-за отсутствия зрелого развертывания делает первые в своем роде генераторы финансово рискованными инвестициями. Хотя некоторые прогнозы предполагают, что капитальные затраты будут ниже для зрелых усовершенствованных реакторов, чем для традиционных, также возможно, что будут существенные капитальные затраты, связанные с длительными и сложными начальными этапами строительства, что создаст значительные препятствия для внедрения. Наконец, даже после того, как усовершенствованные реакторы будут построены снова, они все еще могут быть относительно дорогими в эксплуатации.

Что такое атомная энергия? | NRC.gov

Атомные электростанции очень сложны. На участке много разных построек и много разных систем. Некоторые системы работают напрямую, чтобы производить электричество. Некоторые из систем работают, чтобы установка работала правильно и безопасно. Все атомные электростанции имеют «защитную оболочку», удерживающую реактор. И на всех заводах есть глубокие бассейны, где ядерное топливо, когда оно больше не используется, можно охлаждать и хранить.

Все атомные электростанции вырабатывают электричество из пара, создаваемого теплом расщепляющихся атомов. Но есть два разных способа использования пара.

Реакторы с водой под давлением известны как «PWR». Они держат воду под давлением, так что она нагревается, но не кипит. Вода из реактора и вода, которая превращается в пар, находятся в отдельных трубах и никогда не смешиваются.

(Нажмите, чтобы увидеть большую версию)

Просмотр анимированного изображения реактора под давлением

Реакторы с кипящей водой известны как BWR.«В BWR вода, нагретая путем деления, фактически кипит и превращается в пар, чтобы включить генератор. В обоих типах установок пар снова превращается в воду и может быть снова использован в процессе.

Реактор кипящей воды (BWR)

(Нажмите, чтобы увеличить версию)

Просмотр анимированного изображения реактора с кипящей водой

На всех атомных электростанциях процесс производства электроэнергии вызывает радиоактивность. Радиоактивность возникает из-за расщепления атомов.С ним нужно обращаться осторожно, потому что при неправильном обращении он может быть опасен. Со временем он может повредить клетки человека или вызвать рак. Таким образом, все атомные электростанции имеют множество систем безопасности, которые защищают рабочих, население и окружающую среду.

Например, системы позволяют останавливать процесс деления и быстро останавливать реактор.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *