Для чего нужна атомная энергетика

Как работает АЭС? Опасны ли атомные станции?

Многие люди в самом начале разговора об атомных станциях сразу начинают говорить о том, что это очень опасно и от них надо отказываться. Отчасти они правы, но их страхи сильно преувеличены. Для того, чтобы избавиться от такого стереотипа, надо просто понять, как работает станция и убедиться в том, что попадание радиоактивных элементов в окружающую среду просто невозможно. Конечно, если станция функционирует в штатном режиме. Вопрос только в том, как именно она функционирует и где границы этого штатного режима. Сегодня поговорим о конструкции атомной электростанции, их типах и о том, как они добывают электричество за счет деления атомов урана. Рассказывать специально буду простым языком.

Даже картинка немного пугает, но не все так страшно.

Когда появилась первая атомная станция

В СССР первые ядерные испытания на полигоне произошли только спустя 4 года — 29 августа 1949 года. С тех пор у двух крупнейших держав были технологии, которые позволили не только запугивать друг друга своей силой, но и работать на благо мирного атома и применения этой разрушительной силы для того, чтобы нести свет и тепло в каждый дом.

Первая атомная электростанция была запущена в 1954 году в районе города Обнинск Московской области. Идейным вдохновителем и руководителем проекта был знаменитый советский физик, академик АН СССР и по совместительству “отец” советской атомной бомбы Игорь Курчатов.

Игорь Курчатов за работой.

Сколько энергии вырабатывает АЭС

Конечно, ту первую атомную станцию сложно сравнивать с современными, но именно она положила начало новому способу получения энергии, как первый iPhone запустил процесс смартфоностроения, а Ford T массовое производство автомобилей.

С тех пор количество атомных станций в мире сильно увеличилось и достигло 192 штук (суммарно 438 энергоблоков) в 31 стране мира. 10 атомных станций находится в России (суммарно 33 энергоблока). По этому показателю наша страна занимает восьмое место в мире, а по мощности — четвертое.

Суммарная мощность реакторов составляет примерно 392 ГВт. В числе лидеров находятся США (103 ГВт), Франция (66 ГВт), Япония (46 ГВт), Россия (25 ГВт) и Южная Корея (21 ГВт). По статистике именно атомные станции обеспечивают 16 процентов потребляемой электроэнергии в мире.

Высокий интерес к атомным электростанциям и их широкое применение вызвано тем, что их КПД составляет 40-45 процентов и более, а риски существенно меньше, даже несмотря на все страшные аварии, которые происходили. С одной стороны, кажется, что если взорвется, то мало не покажется, но с другой стороны, жертв на 1 полученный киловатт по статистике у АЭС в 43 раза меньше, чем у тепловых электростанций.

Тепловая электростанция тоже то еще сооружение.

Опасны ли атомные станции

В итоге мы получаем ситуацию, при которой атомная энергетика напоминает ситуацию с самолетами. Их многие боятся, но в реальности риск просто умереть на улице в сотни раз выше, чем разбиться на самолете. Просто аварии вызывают большой резонанс и разово погибает больше людей, но такие аварии случаются редко.

Кроме систем самой атомной станции, о которых мы поговорим ниже, они сопровождаются серьезными мерами предосторожности. Признаюсь честно, когда я находился рядом с Воронежской АЭС мне было немного не по себе, но когда я собрал побольше информации, я понял, что переоценивал ситуацию.

Вокруг любой атомной станции есть как минимум 30-километровая зона, в которой постоянно производится мониторинг ситуации и экологической обстановки. Это не зона отчуждения, так как в ней можно жить людям и даже заниматься земледелием. Ограничения касаются только трехкилометровой зоны в непосредственной близости от станции. Но это опять же сделано только с целью обеспечения дополнительной безопасности, а не из-за того, что там опасно находиться.

Так выглядит зона безопасности вокруг Балаковской АЭС.

Наверное, самым опасным периодом работы станции является момент загрузки топлива. Именно в этот момент реактор открывается и есть небольшой риск попадания радиоактивных отходов в воздух. Правда, делается это не часто (в среднем один раз в год) и выброс будет очень незначительным.

На чем работает атомная станция

Основным элементом, на котором работают атомные станции, является уран-235, который загружается в реактор в специальных картриджах, которые называются тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ). В одном реакторе их может быть несколько десятков и даже сотен.

ТВЭЛ доставляют к реактору на специальных платформах, а загружают их в него краном. Этот же кран участвовал в строительстве станции и погружал в специальную капсулу сам реактор.

Кстати, название ТВЭЛ получила компания, которая занимается производством ядерного топлива.

В год средний реактор использует около десяти килограмм топлива. Именно такой небольшой объем выделяет то количество энергии, которое и производит станция. Если говорить о производительности ядерного топлива, можно сказать, что один грамм урана-235 позволяет получить столько же энергии, сколько от сжигания топлива произведенного из двух тонн нефти. В итоге, всего десять килограмм топлива являются эквивалентом примерно семисот цистерн нефти.

Это только 15 цистерн, а аналогом 10 кг ядерного топлива является почти 700 цистерн.

Какими бывают атомные станции

Многие думают, что именно радиоактивное топливо вырабатывает электрическую энергию, но это не совсем так. Точнее, это совсем не так.

Работу атомной электростанции можно разделить на три основных этапа. На первом этапе энергия деления атома переводится в тепловую энергию. На следующем этапе тепловая энергия переводится в механическую. После этого превращение механической энергии в электричество становится делом техники.

Еще больше всего интересного вы можете узнать из нашего новостного канала в Telegram. Это бесплатно!

Реакторы делятся на три основных типа: одноконтурные, двухконтурные, трехконтурные. В начале разберемся, как работает двухконтурная схема, а чуть позже на ее примере посмотрим, как работают остальные типы.

Как работает атомная станция

Начальным этапом выделения энергии является, как я уже говорил выше, реактор. Он помещен в специальный закрытый контур, который называется первым. Им является, по сути, большая кастрюля, а точнее скороварка, так как жидкости внутри нее находятся под большим давлением. Так получается увеличить температуру кипения и повысить температуру работы всего первого контура.

Капсула, в которой находится реактор, называется гермообъем и имеет толстые стенки (не менее 15 сантиметров). Это позволяет удержать внутри большое давление и не дает радиации выйти наружу.

Упрощенно схема АЭС выглядит так.

Чтобы этого не происходило, внутри ректора есть специальные стержни с бором, которые очень хорошо поглощают нейтроны и тормозят реакцию. Стержни имеют длину в несколько метров и постоянно то входят в реактор, то выходят из него, регулируя тем самым коэффициент деления нейтронов и, как следствие, скорость реакции. Если этот коэффициент меньше единицы, реакция тормозится, если больше — ускоряется, а если равен единице, то система сама поддерживает свою работу. Этой единицы и надо добиваться для стабильной работы реактора.

После того, как реактор нагрел воду внутри первого контура до температуры около 450 градусов, она проходит через трубку теплообменника и моментально нагревает воду второго контура. Та в свою очередь попадает в испаритель и уже водяной пар с температурой около 350-400 градусов раскручивает огромную турбину до 3000 оборотов в минуту. Именно эта турбина и вырабатывает электричество, которое по проводам уходит в электросеть.

Полная изоляция первого контура от второго позволяет добиться защиты рабочей жидкости и сточных вод от радиоактивного загрязнения. Это позволяет легко охлаждать жидкость для дальнейшей ее работы, ведь раскрутка турбины на является последним этапом работы второго контура.

После того, как водяной пар раскрутит лопатки турбины, он попадает в специальные конденсаторы, которые представляют из себя большие камеры. В них пар остывает и превращается в воду.

Так выглядит турбина АЭС производства Mitsubishi.

Пока температура воды все равно очень высокая и ее надо еще охладить. Для этого она или напрямую или через специальный канал поступает в градирню. Это такая труба, которую можно увидеть и на территории тепловых электростанций. Она имеет высоту около 70 метров, большой диаметр и сужается к верху. Обычно из нее валят клубы белого пара. Многие думают, что это дым, но это именно пар. Вода с температурой, близкой к температуре кипения, распыляется в основании этой трубы и, смешиваясь с поступающим с улицы воздухом, парит и охлаждается. Средняя градирня может охладить до 20 000 кубометров воды в час или около 450 000 кубометров в сутки

После охлаждения, вода специальными насосами подается обратно в систему для нагрева и испарения. Так как воды требуется очень много, атомные станции сопровождаются достаточно большими водоемами и иногда разветвленной системой каналов. Это позволяет станции работать без перебоев.

Теперь можно вернуться к одноконтурным и трехконтурным АЭС. Первые имеют более простую конструкцию, так как у них нет второго контура и турбина раскручивается непосредственно нагретой реактором водой. Трудность заключается в том, что воду надо как-то очищать и такие станции менее экологичны.

Трехконтурную схему применяют на атомных станциях, оснащенных реакторами на быстрых нейтронах. Они считаются более перспективными, но должны комплектоваться дополнительным контуром, чтобы исключить контакт радиоактивного натрия с водой. В дополнительном контуре находится нерадиоктивный натрий.

Конечно, приведенная схема является примерной и упрощенной. Кроме этого, на станции есть различные технические строения, командный пульт, большое количество защитных систем, которые многократно дублируются, и другие вспомогательные системы. Кроме этого, на одной станции находится несколько энергоблоков, что тоже усложняет процесс ее контроля.

На территории атомной станции очень много разных строений. Балаковская АЭС.

На самом деле современная станция может не просто работать в автоматическом режиме, но и делать это вообще без человека. По крайней мере, это касается процесса управления энергоблоком. Человек нужен для контроля и внесения корректировок в работу в случае внештатной ситуации. Риск ее возникновения очень низкий, но на всякий случай за пультом дежурят специалисты.

Аварии с радиоактивными выбросами

Если уж мы заговорили об авариях на атомных станциях, давайте обсудим, как они классифицируются и какие их них были самыми крупными.

Для классификации аварий по их серьезности и силе воздействия на человека и природу они делятся на 7 степеней по Международной шкале ядерных событий, получая определенный уровень INES. На основании этого уровня можно судить был ли причинен вред людям и насколько было повреждено оборудование самой станции. Далеко не все уровни считаются опасными.

Раз уж заговорили об авариях, стоит упомянуть и первую аварию с радиоактивным загрязнением. Оно произошло в Чок-Ривер лаборатории 12 декабря 1952 года.

Произошло оно вследствие ряда ошибок оператора и сбоев в системе аварийной остановки. Реактор в лаборатории вышел в надкритический режим работы. Цепная реакция сама себя поддерживала и выделение энергии в несколько раз превысило норму. В итоге активная зона была повреждена и радиоактивные продукты деления с большим периодом полураспада вместе с массой охлаждающей воды вылились в подвальное помещение. За год работы реактор был полностью восстановлен.

Как видим, аварии случаются и иногда их масштабы устрашают, но все равно по статистике работа АЭС гораздо безопаснее и несет меньше вреда, чем сжигание топлива. Разница экологичности уже достигает трех-четырехкратного уровня. На подходе термоядерные реакторы, которые должны сделать процесс еще более экологичным. Пока, по большому счету, проблема только в отработанном топливе. Его надо как-то деактивировать и захоранивать. Ученые работают над этим. Будем надеяться, что они решат эту проблему.

Источник

Почему нужна атомная энергетика?

Сравнительная статистика видов генерации электроэнергии

* При условии использования новых технологий – реакторов на быстрых нейтронах и переработки облученного топлива
** По данным Forbes, 2012
*** Эти показатели зависят от множества условий, поэтому приведены для ориентировки. Не учтены также выбросы, относящиеся к добыче/транспортировке топлива и производству оборудования. Если приплюсовать их, то минимальное выделение углекислого газа – у ГЭС и АЭС.
**** По данным МАГАТЭ (Nuclear power & Sustainable Development, 2016)

Развитие человеческого потенциала

Покорение и развитие ядерных технологий – сложный и насыщенный вызовами путь, который полностью включает в себя самые передовые научные, инженерные, организационные, культурные и экологические достижения, позволяющие нашей цивилизации успешно продвигаться вперед, включая возможность освоения и колонизации других планет и звезд.

Чистый воздух и атмосфера

Атомная энергетика не загрязняет атмосферу и не производит парниковых газов, из-за которых стремительно ухудшается климат на нашей планете, загрязняется почва и повышается кислотность океанов.

Угольные и газовые электростанции, в свою очередь, используют атмосферу для неконтролируемого и бесплатного сброса своих отходов, которыми мы все дышим.

Минимальное воздействие на экологическую среду

АЭС являются самым экологически чистым способом производства электроэнергии в промышленных масштабах.

В настоящее время атомная отрасль обладает всеми необходимыми технологиями для безопасного и эффективного обращения с радиоактивными отходами, такими как:

Развитие науки, экономики и рост других отраслей

Строительство АЭС обеспечивает экономический рост и появление новых рабочих мест – 1 рабочее место при сооружении АЭС создает более 10 рабочих мест в смежных отраслях.

Развитие атомной энергетики также способствует росту научных исследований и объемов экспорта высокотехнологичной продукции, развивает множество других отраслей и сфер деятельности человека.

Базовая генерация для стабильной энергосети

Атомные станции надежно производят электроэнергию 24 часа в сутки, вне зависимости от погодных условий.

Огромная энергоемкость и сохранение биоразнообразия

Производство электроэнергии, тепла и других продуктов на АЭС занимает небольшую площадь, позволяя сохранить многие территории и экосистемы от их дальнейшего изменения человеком.

1 килограмм урана с обогащением до 4%, используемого в ядерном топливе, при полном выгорании выделяет энергию, эквивалентную сжиганию примерно 100 тонн высококачественного каменного угля или 60 тонн нефти.

Повторное использование топлива

Расщепляющийся материал (уран-235) выгорает в ядерном топливе не полностью и может быть использован снова после регенерации, в отличие от золы и шлаков органического топлива.

В перспективе возможен полный переход на замкнутый топливный цикл, что означает практически полное отсутствие отходов.

Источник

10 примеров использования ядерной энергии

ядерная энергия может использоваться по-разному: производить тепло, электроэнергию, сохранять пищу, находить новые ресурсы или использоваться в качестве медицинского лечения.

Эта энергия получается из реакции, которая происходит в ядре атомов, минимальные единицы вещества химических элементов вселенной.

Эти атомы могут иметь разные формы, называемые изотопами. Они стабильны и нестабильны, в зависимости от изменений, которые они испытывают в ядре.

Именно нестабильность содержания нейтронов или атомной массы делает их радиоактивными. Именно радиоизотопы или нестабильные атомы производят ядерную энергию.

Радиоактивность, которую они испускают, может быть использована, например, в области медицины с радиотерапией. Один из методов, используемых в лечении рака, среди других применений.

Далее я принесу вам 10 видов использования ядерной энергии. Также можно увидеть 14 преимуществ и недостатков использования атомной энергии..

Список 10 примеров ядерной энергии

1- Производство электроэнергии

Ядерная энергия используется для производства электроэнергии более экономично и устойчиво, при условии, что она используется с пользой.

Электричество является фундаментальным ресурсом для современного общества, поэтому снижение затрат, которое происходит с ядерной энергией, может способствовать доступу большего количества людей к электрическим носителям..

Согласно данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) за 2015 год, в Северной Америке и Южной Азии лидирует мировое производство электроэнергии с помощью ядерной энергии. Оба превышают 2000 тераватт в час (ТВтч).

2- Улучшение урожая и увеличение мировых ресурсов

Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО) в своем отчете за 2015 год заявляет, что в мире «795 миллионов недоедающих людей».

Хорошее использование ядерной энергии может способствовать решению этой проблемы, генерируя больше ресурсов. Фактически, ФАО разрабатывает совместные программы с МАГАТЭ для этой цели..

По данным Всемирной ядерной ассоциации, атомная энергия способствует увеличению продовольственных ресурсов за счет удобрений и генетических изменений в пищевых продуктах..

Использование ядерной энергии позволяет более эффективно использовать удобрения, довольно дорогое вещество. С некоторыми изотопами, такими как азот-15 или фосфор-32, растения могут использовать максимально возможное количество удобрений, не теряя их в окружающей среде..

С другой стороны, трансгенные продукты позволяют увеличить производство продуктов питания за счет изменения или обмена генетической информацией. Один из способов получить эти мутации через ионное излучение.

Однако есть много организаций, которые выступают против этого вида практики за их вред для здоровья и окружающей среды. Это случай Гринпис, который выступает за органическое сельское хозяйство.

3- Борьба с вредителями

Ядерная энергия позволяет разработать технику стерилизации насекомых, которая служит для предотвращения вредителей в посевах..

Это техника стерильных насекомых (SIT). Согласно отчету ФАО за 1998 год, это был первый метод борьбы с вредителями, в котором использовалась генетика..

Этот метод заключается в разведении насекомых определенного вида, которые обычно вредны для сельскохозяйственных культур, в контролируемом пространстве.

Самцов стерилизуют небольшим молекулярным излучением и оставляют в пораженной области для спаривания с самками. Чем больше бесплодных самцов насекомых разводят в неволе, тем меньше будет диких и плодовитых насекомых..

Таким образом, избежать экономических потерь в области сельского хозяйства. Эти программы стерилизации использовались в разных странах. Например, Мексика, где, по данным Всемирной ядерной ассоциации, имела успех.

4- Сохранение продуктов питания

Борьба с вредителями от радиации с помощью ядерной энергии, позволяет лучше сохранить пищу.

Методы облучения позволяют избежать массовых потерь пищи, особенно в тех странах, где жаркий и влажный климат.

Кроме того, атомная энергия используется для стерилизации бактерий, присутствующих в таких продуктах, как молоко, мясо или овощи. Это также способ продлить жизнь скоропортящихся продуктов, таких как клубника или рыба.

По мнению защитников ядерной энергии, эта практика не влияет на питательные вещества продуктов и не оказывает вредного воздействия на здоровье.

Они не думают так же, как большинство экологических организаций, которые продолжают защищать традиционный метод сбора урожая..

5- Увеличение ресурсов питьевой воды

Ядерные реакторы производят тепло, которое можно использовать для опреснения воды. Этот аспект особенно полезен для тех засушливых стран, где не хватает ресурсов питьевой воды..

Этот метод облучения позволяет превратить соленую морскую воду в чистую воду, пригодную для питья..

Кроме того, по данным Всемирной ядерной ассоциации, гидрологические методы с использованием изотопов позволяют более точно отслеживать природные водные ресурсы..

МАГАТЭ разработало совместные программы с такими странами, как Афганистан, для поиска новых водных ресурсов в этой стране..

6- Использование ядерной энергии в медицине

Эта отрасль медицины позволяет профессионалам быстрее и точнее ставить диагнозы своим пациентам, а также лечить их..

По данным Всемирной ядерной ассоциации, десять миллионов пациентов в мире ежегодно получают ядерную медицину, и более 10 000 больниц используют радиоактивные изотопы при лечении..

Атомная энергия в медицине может быть найдена в рентгеновских лучах или в лечении, столь же важном как радиотерапия, широко используемая в раке.

Это лечение имеет недостаток; Это может вызвать побочные эффекты в здоровых клетках организма, повредить их или вызвать изменения, которые обычно восстанавливаются после излечения..

7- Промышленное применение

Радиоизотопы, присутствующие в ядерной энергии, позволяют лучше контролировать выбросы в окружающую среду..

С другой стороны, атомная энергия довольно эффективна, не оставляет отходов и намного дешевле, чем другие виды промышленного производства..

Инструменты, используемые на атомных станциях, приносят гораздо большую выгоду, чем они стоят. Через несколько месяцев они экономят деньги, которые стоят в начальный момент, до того, как они амортизируются..

С другой стороны, меры, используемые для калибровки количества радиации, также обычно содержат радиоактивные вещества, обычно гамма-лучи. Эти приборы избегают прямого контакта с измеряемым источником.

Этот метод особенно полезен при работе с веществами, которые могут быть чрезвычайно едкими для человека.

8- Это меньше загрязняет окружающую среду, чем другие виды энергии

Атомные электростанции производят чистую энергию. По данным Национального географического общества, их можно строить в сельских или городских районах, не оказывая серьезного воздействия на окружающую среду..

Хотя, как мы видели, в недавних событиях, таких как Фукусима, отсутствие контроля или авария могут иметь катастрофические последствия для больших гектаров территории и для населения поколений лет и лет.

Если сравнивать его с энергией, производимой углем, то верно, что он выбрасывает меньше газов в атмосферу, избегая парникового эффекта.

9- Космические миссии

Ядерная энергия также использовалась для экспедиций в космосе.

Системы ядерного деления или радиоактивного распада используются для выработки тепла или электричества с помощью радиоизотопных термоэлектрических генераторов, которые обычно используются для космических зондов.

Последним пространственным экспериментом, который был проведен с помощью этого метода, был запуск корабля Curiosity в рамках исследований, проводимых вокруг планеты Марс..

По данным Всемирной ядерной ассоциации, последняя намного больше предыдущих и способна производить больше электроэнергии, чем солнечные панели..

Военная индустрия всегда была одной из первых, которая обновлялась в области новых технологий и технологий. В случае ядерной энергии, это не будет меньше.

Последние могут быть изготовлены из разных материалов, таких как уран, плутоний, водород или нейтроны.

С тех пор эта страна как великая мировая держава установила мирную политику в использовании ядерной энергии.

Программа сотрудничества с другими государствами, которая началась с выступления президента Эйзенхауэра в 1950-х годах перед Организацией Объединенных Наций и Международным агентством по атомной энергии.

Негативные эффекты ядерной энергии

Некоторые из опасностей использования атомной энергии следующие:

1- Разрушительные последствия ядерных аварий

Как уже было продемонстрировано в Чернобыле или на Фукусиме, эти катастрофы оказывают разрушительное воздействие на жизнь с высоким уровнем загрязнения радиоактивными веществами в растениях, животных и в воздухе..

Чрезмерное воздействие радиации может привести к таким заболеваниям, как рак, а также к порокам развития и непоправимому ущербу в будущих поколениях.

2- Вредные эффекты трансгенных продуктов

Экологические организации, такие как «Гринпис», критикуют сельскохозяйственный метод, защищаемый сторонниками ядерной энергии..

Среди других классификаторов они утверждают, что этот метод является очень разрушительным из-за большого количества воды и масла, которые потребляют.

Это также имеет экономические последствия, такие как тот факт, что эти методы могут заплатить только за них и получить доступ к нескольким, разрушая мелких фермеров.

3- Ограничение производства урана

Как нефть и другие источники энергии, используемые людьми, уран, один из наиболее распространенных ядерных элементов, конечно. То есть он может быть исчерпан в любое время.

Вот почему многие защищают использование возобновляемых источников энергии вместо ядерной энергии.

4- Требуются большие установки

Производство с использованием ядерной энергии может быть дешевле, чем другие виды энергии, но стоимость строительства заводов и реакторов высока.

Кроме того, мы должны быть очень осторожны с этим типом конструкции и с персоналом, который будет работать на них, потому что он должен быть высококвалифицированным, чтобы избежать любой возможной аварии.

Крупнейшие ядерные аварии в истории

Атомная бомба

Чернобыльская авария

Он произошел на АЭС в городе Припять, Украина, 26 апреля 1986 года. Он считается одной из самых серьезных экологических катастроф рядом с аварией на Фукусиме..

Помимо произошедших смертей, почти все работники завода, были тысячи людей, которые должны были быть эвакуированы и которые никогда не могли вернуться в свои дома.

Сегодня город Припять по-прежнему является городом-призраком, который подвергался разграблению и который стал туристической достопримечательностью для самых любопытных.

Авария на Фукусиме

Это произошло в результате цунами в восточной Японии, которое взорвало здания, где находились ядерные реакторы, выпустив большое количество радиации наружу.

Тысячи людей пришлось эвакуировать, а город понес серьезные экономические потери.

Примечание: эта статья была опубликована 27 февраля 2017 г..

Источник