Як працює АЕС? Чи небезпечні атомні станції?

Feb 11 21:00 2020 Друк цієї статті

Частково вони мають рацію, але їх страхи перебільшені. Для того, щоб позбавитися від такого стереотипу, треба просто зрозуміти, як працює станція і переконатися в тому, що потрапляння радіоактивних елементів в навколишнє середовище просто неможливо. Звичайно, якщо станція функціонує в штатному режимі. Питання тільки в тому, як саме вона функціонує і де межі цього штатного режиму. Сьогодні поговоримо про конструкції атомної електростанції, їх типи і про те, як вони видобувають електрику за рахунок розподілу атомів урану. Розповідати спеціально буду простою мовою.Навіть картинка трохи лякає, але не все так страшно.Зміст

  • 1 Коли з'явилася перша атомна станція
  • 2 Скільки енергії виробляє АЕС
  • 3 чи Небезпечні атомні станції
  • 4 На чому працює атомна станція
  • 5 Якими бувають атомні станції
  • 6 Як працює атомна станція
  • 7 Аварії з радіоактивними викидами

Коли з'явилася перша атомна станція

Першим серйозним кроком у бік використання властивостей ділення атома, в тому числі атомної зброї і мирного атома, стало випробування першої атомної бомби, в 1945 році. Сталося це 16 липня на полігоні в штаті Нью-Мексико. Під час тих випробувань багато зрозуміли, що жахи Другої світової війни трохи потьмяніли на тлі того, щоб могло статися, якби таку зброю трохи раніше.

В СРСР перші ядерні випробування на полігоні відбулися лише через 4 роки - 29 серпня 1949 року. З тих пір у двох найбільших держав були технології, які дозволили не тільки залякувати один одного своєю силою, але і працювати на благо мирного атома і застосування цієї руйнівної сили для того, щоб нести світло і тепло в кожен дім.

Перша атомна електростанція була запущена в 1954 році в районі міста Обнінськ Московської області. Ідейним натхненником і керівником проекту був відомий радянський фізик, академік АН СРСР і за сумісництвом "батько" радянської атомної бомби Ігор Курчатов.Ігор Курчатов за роботою.

Скільки енергії виробляє АЕС

Звичайно, ту першу атомну станцію складно порівнювати з сучасними, але саме вона поклала початок новому способу отримання енергії, як перший iPhone запустив процес смартфонобудівництва, а Ford T масове виробництво автомобілів.

З тих пір кількість атомних станцій у світі сильно збільшилося і досягло 192 штук (сумарно 438 енергоблоків) в 31 країні світу. 10 атомних станцій знаходиться в Україні (сумарно 33 енергоблоку). За цим показником наша країна посідає восьме місце у світі, а по виробленню енергії - четверте.

Сумарне вироблення енергії становить приблизно 392 МВт. У числі лідерів-США (103 МВт), Франція (66 МВт), Японія (46 МВт), Україна (25 МВт) і Південна Корея (21 МВт). Це досить багато, і за статистикою саме атомні станції забезпечують 16 відсотків споживаної електроенергії в світі.

Поговоримо трохи про забруднення: Саме радіоактивне місце на Землі. І це не Чорнобиль

Високий інтерес до атомних електростанцій та їх широке застосування викликано тим, що їх ККД становить 40-45 відсотків та більше, а ризики істотно менше, навіть незважаючи на всі страшні аварії, які відбувалися. З одного боку, здається, що якщо вибухне, то мало не здасться, але з іншого боку, жертв на 1 отриманий кіловат за статистикою біля АЕС в 43 рази менше, ніж у теплових електростанцій.Теплова електростанція теж ще споруду.

Небезпечні атомні станції

В результаті ми отримуємо ситуацію, при якій атомна енергетика нагадує ситуацію з літаками. Їх багато бояться, але в реальності ризик просто померти на вулиці в сотні разів вище, ніж розбитися на літаку. Просто аварії викликають великий резонанс і разово гине більше людей, але такі аварії трапляються рідко.

Крім систем самої атомної станції, про які ми поговоримо нижче, вони супроводжуються серйозними заходами обережності. Зізнаюся чесно, коли я знаходився поруч з Воронезької АЕС мені було трохи не по собі, але коли я зібрав побільше інформації, я зрозумів, що переоцінював ситуацію.

Навколо будь-якої атомної станції є як мінімум 30-кілометрова зона, в якій постійно проводиться моніторинг ситуації й екологічної обстановки. Це не зона відчуження, так як в ній можна жити людям і навіть займатися землеробством. Обмеження стосуються тільки трикілометрової зони в безпосередній близькості від станції. Але це знову ж таки лише з метою забезпечення додаткової безпеки, а не з-за того, що там небезпечно перебувати.Так виглядає зона безпеки навколо Балаковської АЕС.

Напевно, самим небезпечним періодом роботи станції є момент завантаження палива. Саме в цей момент реактор відкривається і є невеликий ризик потрапляння радіоактивних відходів у повітря. Правда, робиться це не часто (в середньому один раз в рік) і викид буде дуже незначним.

На чому працює атомна станція

Основним елементом, на якому працюють атомні станції, є уран-235, який завантажується в реактор в спеціальних картриджах, які називаються тепловиділяючими елементами (ТВЕЛ). В одному реакторі їх може бути кілька десятків і навіть сотень.

ТВЕЛ доставляють до реактора на спеціальних платформах, а завантажують їх у нього краном. Цей же кран брав участь у будівництві станції і занурював у спеціальну капсулу сам реактор.

До речі, назва "ТВЕЛ" отримала компанія, яка займається виробництвом ядерного палива.

У рік середній реактор використовує близько десяти кілограмів палива. Саме такий невеликий обсяг виділяє ту кількість енергії, яка і виробляє станція. Якщо говорити про продуктивність ядерного палива, можна сказати, що один грам урану-235 дозволяє отримати стільки ж енергії, скільки від спалювання палива, виробленого з двох тонн нафти. У підсумку, всього десять кілограм палива є еквівалентом приблизно сімсот цистерн нафти.Це тільки 15 цистерн, а аналогом 10 кг ядерного палива є майже 700 цистерн.

Якими бувають атомні станції

Багато хто думає, що саме радіоактивне паливо виробляє електричну енергію, але це не зовсім так. Точніше, це зовсім не так.

Роботу атомної електростанції можна розділити на три основних етапи. На першому етапі енергія ділення атома переводиться в теплову енергію. На наступному етапі теплова енергія перетворюється в механічну. Після цього перетворення механічної енергії в електрику стає справою техніки.

Ще більше цікавого ви можете дізнатися з нашого новинного каналу в Telegram. Це безкоштовно!

Реактори поділяються на три основних типи: одноконтурні, двоконтурні, трехконтурные. На початку розберемося, як працює двоконтурна схема, а трохи пізніше на її прикладі подивимося, як працюють інші типи.

Як працює атомна станція

Початковим етапом виділення енергії є, як я вже говорив вище, реактор. Він поміщений в спеціальний закритий контур, який називається першим. Їм є, по суті, велика каструля, а точніше скороварка, так як рідини всередині неї знаходяться під великим тиском. Так виходить збільшити температуру кипіння і підвищити температуру роботи всього першого контуру.

Капсула, в якій знаходиться реактор, називається гермообъем і має товсті стінки (не менше 15 сантиметрів). Це дозволяє утримати всередині великий тиск і не дає радіації вийти назовні.Спрощено схема АЕС виглядає так.

Основним завданням ректора є виділення тепла для нагрівання рідини всередині контуру. Відбувається це за рахунок ланцюгової реакції. В основі реакції лежить розподіл атомів нейтронами. При цьому, після поділу одного атома виділяється нові нейтрони, які і далі ділять атоми. Таким чином кількість нейтронів постійно зростає і атомів ділиться все більше. Виходить та сама ланцюгова реакція, яка підтримує сама себе, але якщо не зупинити цей процес, поділ вийде з під контролю, енергії виділиться занадто багато і станеться вибух. Власне, так і відбувається в атомній бомбі.

Щоб цього не відбувалося, всередині ректора є спеціальні стрижні з бором, які дуже добре поглинають нейтрони і гальмують реакцію. Стрижні мають довжину в кілька метрів і постійно входять в реактор, то виходять з нього, регулюючи тим самим коефіцієнт розподілу нейтронів і, як наслідок, швидкість реакції. Якщо цей коефіцієнт менше одиниці, реакція гальмується, якщо більше - прискорюється, а якщо дорівнює одиниці, то система сама підтримує свою роботу. Цієї одиниці і треба добиватися для стабільної роботи реактора.

Після того, як реактор нагрівав воду всередині першого контуру до температури близько 450 градусів, вона проходить через трубку теплообмінника і миттєво нагріває воду другого контуру. Та у свою чергу потрапляє у випарник і вже водяна пара з температурою близько 350-400 градусів розкручує величезну турбіну до 3000 оборотів в хвилину. Саме ця турбіну і виробляє електрику, яке по проводах йде в електромережу.

Повна ізоляція першого контуру від другого дозволяє домогтися захисту робочої рідини і стічних вод від радіоактивного забруднення. Це дозволяє легко охолоджувати рідина для подальшої її роботи, адже розкрутка турбіни на є останнім етапом роботи другого контуру.

Після того, як водяний пар розкрутить лопатки турбіни, він потрапляє в спеціальні конденсатори, які являють собою великі камери. У них пара охолоджується і перетворюється у воду.Так виглядає турбіна АЕС виробництва Mitsubishi.

Поки температура води все одно дуже висока і її треба охолодити. Для цього вона або безпосередньо або через спеціальний канал надходить в градирню. Це така труба, яку можна побачити і на території теплових електростанцій. Вона має висоту близько 70 метрів, великий діаметр і звужується до верху. Зазвичай з неї валять клуби білої пари. Багато хто думають, що це дим, але це саме пар. Вода з температурою, близькою до температури кипіння, розпорошується на підставі цієї труби і, змішуючись з поступає з вулиці повітрям, парить і охолоджується. Середня градирня може охолодити до 20 000 кубометрів води на годину або близько 450 000 кубометрів в добу

Після охолодження, вода спеціальними насосами подається назад в систему для нагрівання та випаровування. Так як води потрібно дуже багато, атомні станції супроводжуються досить великими водоймами і іноді розгалуженою системою каналів. Це дозволяє станції працювати без перебоїв.

Тепер можна повернутися до одноконтурним і трехконтурным АЕС. Перші мають більш просту конструкцію, так як у них немає другого контуру і турбіна розкручується безпосередньо нагрітої реактором водою. Складність полягає в тому, що воду треба очищати і такі станції менш екологічні.

Трехконтурную схему застосовують на атомних станціях, оснащених реакторами на швидких нейтронах. Вони вважаються більш перспективними, але повинні комплектуватися додатковим контуром, щоб виключити контакт радіоактивного натрію з водою. У додатковому контурі знаходиться нерадиоктивный натрій.

Звичайно, наведена схема є приблизною і спрощеною. Крім цього, на станції є різні технічні споруди, командний пульт, велику кількість захисних систем, які багаторазово дублюються, та інші допоміжні системи. Крім цього, на одній станції знаходиться кілька енергоблоків, що теж ускладнює процес її контролю.На території атомної станції дуже багато різних будівель. Балаковська АЕС.

Насправді сучасна станція може не просто працювати в автоматичному режимі, але і робити це взагалі без людини. Принаймні, це стосується процесу управління енергоблоком. Людина потрібен для контролю і внесення коректив у роботу у випадку позаштатної ситуації. Ризик її виникнення дуже низький, але на всяк випадок за пультом чергують фахівці.

Аварії з радіоактивними викидами

Якщо вже ми заговорили про аварії на атомних станціях, давайте обговоримо, як вони класифікуються і які з них були найбільшими.

Для класифікації аварій за їх серйозності і силою впливу на людину і природу, вони діляться на 7 ступенів за Міжнародною шкалою ядерних подій, отримуючи певний рівень INES. На підставі цього рівня можна судити був заподіяно шкоду людям і наскільки було пошкоджено обладнання самої станції. Далеко не всі рівні вважаються небезпечними.

Наприклад, інциденти на Чорнобильській АЕС (26 квітня 1986 року) і на АЕС Фукусіма-1 (11 березня 2011 року) відповідали максимального сьомого рівня, а деякі аварії, про яких навіть майже ніхто не дізнався, відповідали четвертим рівнем. Наприклад, вибух на Сибірському хімічному комбінаті (Україна, 1993 рік), аварія на ядерному об'єкті Токаймура (Японія, 1999 рік) і аварія в інституті радіоелементів у Флерюсе (Бельгія, 2006 рік).Це Чок-Рівер.

Раз вже заговорили про аварії, варто згадати і першу аварію з радіоактивним забрудненням. Воно відбулося в Чок-Рівер лабораторії 12 грудня 1952 року.

Сталася вона внаслідок ряду помилок оператора і збоїв у системі аварійної зупинки. Реактор в лабораторії вийшов у надкритический режим роботи. Ланцюгова реакція сама себе підтримувала і виділення енергії в кілька разів перевищило норму. У підсумку активна зона була пошкоджена і радіоактивні продукти ділення з великим періодом напіврозпаду разом з масою охолоджуючої води вилилися в підвальне приміщення. За рік роботи реактор був повністю відновлений.

Як бачимо, аварії трапляються і іноді їх масштаби лякають, але все одно за статистикою робота АЕС набагато безпечніше і несе менше шкоди, ніж спалювання палива. Різниця екологічності вже сягає трьох-чотириразового рівня. На підході термоядерні реактори, які повинні зробити процес ще більш екологічним. Поки що, за великим рахунком, проблема тільки у відпрацьованому паливі. Його треба якось деактивувати і захоронювати. Вчені працюють над цим. Будемо сподіватися, що вони вирішать цю проблему.