Utilizarea combustibilului nuclear în reactoare pentru producerea de energie termică are o serie de caracteristici importante datorită proprietăților fizice și naturii nucleare a proceselor. Aceste caracteristici determină specificul energiei nucleare, natura tehnologiei acesteia, condițiile speciale de funcționare, indicatori economiciși impact asupra mediu inconjurator. Ele determină, de asemenea, principalele probleme științifice, tehnice și de inginerie care trebuie rezolvate odată cu dezvoltarea pe scară largă a tehnologiei nucleare fiabile, economice și sigure.

Cele mai importante caracteristici ale combustibilului nuclear, manifestate în utilizarea energiei sale:

1. înalt valoare calorica, adică degajare de căldură per unitate de masă a nuclizilor separați;

2. imposibilitatea „arderii” (fisiunii) complete a tuturor nuclizilor fisionali pentru o ședere unică a combustibilului în reactor, deoarece în miezul reactorului, este întotdeauna necesar să existe o masă critică de combustibil și este posibil să „arde” doar acea parte a acesteia care depășește masa critică;

3. capacitatea de a avea reproducere (conversie) parțială, în anumite condiții, completă și chiar extinsă a nuclizilor fisionali, i.e. obţinerea de combustibil nuclear secundar din reproducerea materialelor nucleare (238 U şi 232 Th);

4. „arderea” combustibilului nuclear într-un reactor nu necesită un agent oxidant și nu este însoțită de descărcarea continuă a produselor de „combustie” în mediu;

5. Procesul de fisiune este însoțit simultan de acumularea de produse radioactive de fisiune de scurtă și lungă durată, precum și de produse de descompunere care păstrează un nivel ridicat de radioactivitate pentru o perioadă lungă de timp. Astfel, combustibilul iradiat în reactor și petrecut în acesta are o radioactivitate extrem de mare și, ca urmare, căldură de descompunere, ceea ce creează dificultăți deosebite în manipularea combustibilului nuclear iradiat;

6. reacția în lanț de fisiune a combustibilului nuclear este însoțită de eliberarea de fluxuri uriașe de neutroni. Sub influența neutronilor de înaltă energie (E>0,1 MeV) în iradiere materiale structurale a reactorului (invelișul combustibilului, părțile ansamblului combustibilului, dispozitivele în interiorul reactorului, vas), precum și în lichidul de răcire și materialele de protecție biologică, în atmosfera gazoasă care umple spațiul dintre reactor și ecranul său biologic, multe stabile chimic ( neradioactive) elementele se transformă în radioactive. Există o așa-numită activitate indusă.

Capacitatea mare de generare de căldură a combustibilului nuclear se datorează energiei intranucleare semnificative eliberate în timpul fiecărui act de fisiune a unui atom greu de uraniu sau plutoniu. În timpul arderii combustibililor fosili au loc procese chimice oxidative, însoțite de o eliberare de energie relativ scăzută.

În timpul arderii (oxidării) unui atom de carbon, în conformitate cu reacția C + O 2 → CO 2, se eliberează aproximativ 4 eV de energie pentru fiecare act de interacțiune, în timp ce în timpul fisiunii nucleului atomului de uraniu 235 U + n → X 1 + X 2, aproximativ 200 MeV de energie per eveniment de fisiune. O astfel de eliberare foarte concentrată de energie pe unitatea de masă duce la solicitări termice uriașe. Diferența de temperatură de-a lungul razei elementului de combustibil ajunge la câteva sute de grade.

În plus, materialele de bază suferă sarcini dinamice și de radiații enorme datorită fluxului de lichid de răcire și efectului puternic de radiație asupra combustibilului și materialelor structurale ale fluxurilor de radiații ionizante de înaltă densitate. În special, acțiunea radiației neutronilor rapizi provoacă daune semnificative ale radiațiilor în materialele structurale ale reactorului (fragilare, umflare, fluaj crescut). Prin urmare, se impun cerințe speciale materialelor utilizate în reactoare. Unul dintre ele este cel mai înalt grad de puritate față de impurități (așa-numitele materiale de calitate nucleară). Datorită acestui fapt, secțiunea transversală a interacțiunii și absorbției (care este importantă pentru menținerea unei reacții în lanț de fisiune) a neutronilor de către materiale este minimă.

Nivelul cerințelor pentru compoziția și proprietățile materialelor utilizate în construcția reactorului s-a dovedit a fi atât de ridicat încât a inițiat dezvoltarea unui număr de tehnologii noi și avansate pentru producerea de materiale speciale și semifabricate, precum și de produse speciale. metode şi mijloace de control al calităţii acestora. În prezent, a fost dezvoltată și stăpânită o tehnologie pentru producția industrială a unor materiale precum beriliu, grafit de puritate nucleară, apă grea, aliaje de zirconiu și niobiu, calciu metal, bor și oțeluri inoxidabile termorezistente, bor îmbogățit cu 10 V. izotop și elemente de pământuri rare.

Conținutul caloric ridicat determină o reducere bruscă atât a masei, cât și a volumelor fizice de combustibil nuclear necesar pentru a produce o anumită cantitate de energie. Astfel, depozitarea și transportul materiei prime (concentrat chimic de uraniu natural) și combustibilului finit necesită costuri relativ mici. Consecința acestui lucru este independența locației centralelor nucleare față de zona de producție și fabricare a combustibilului nuclear, ceea ce afectează în mod semnificativ alegerea unei locații geografice avantajoase din punct de vedere economic a forțelor productive. În acest sens, se poate vorbi de natura universală a combustibilului nuclear. Proprietățile sale nuclear-fizice sunt aceleași peste tot, iar economia de utilizare practic nu depinde de distanța până la consumator. Posibilitatea de a nu lega amplasamentul centralelor nucleare cu locul de producere și fabricare a combustibilului nuclear face posibilă amplasarea optimă economică a acestora în toată țara, aducându-le cât mai aproape de consumatorii de energie electrică și termică. În comparație cu centralele pe combustibili fosili, centralele nucleare nu întâmpină dificultăți asociate condițiilor climatice sezoniere pentru livrarea și furnizarea combustibilului. Materialele nucleare extrase din subsol și aflate în proces de prelucrare pot fi depozitate pentru orice număr de ani la costuri foarte mici, fără a necesita instalații mari și costisitoare de depozitare.

Nevoia de circulație repetată a combustibilului nuclear în ciclul combustibilului și imposibilitatea arderii sale complete în timpul unei șederi unice în reactor se datorează necesității de a menține o reacție în lanț de fisiune. O reacție în lanț auto-susținută în miez este posibilă numai dacă există o masă critică de material fisionabil într-o configurație dată și în anumite condiții pentru încetinirea și absorbția neutronilor. Prin urmare, pentru a obține energie termică în reactor, atunci când funcționează la puterea de proiectare pentru un timp dat, este necesar să existe un oarecare exces de nuclizi fisionali în miez peste masa critică. Acest exces creează o marjă de reactivitate a miezului reactorului, care este necesară pentru a obține consumul de combustibil specificat sau calculat. Arderea combustibilului nuclearîn miezul reactorului se numește procesul de cheltuire a nuclizilor fisionali, primari și secundari, ca urmare a fisiunii în timpul interacțiunii lor cu neutronii. Arderea este de obicei determinată de cantitatea de energie termică eliberată sau de cantitatea (masa) de nuclizi separați pe unitatea de masă de combustibil încărcat în reactor. Prin urmare, pentru a arde o anumită cantitate de uraniu într-un reactor, este necesară încărcarea acestuia cu combustibil având o masă semnificativ mai mare decât cea critică. În acest caz, după atingerea adâncimii de ardere specificată, când marja de reactivitate este epuizată, este necesară înlocuirea combustibilului uzat cu combustibil proaspăt pentru a menține reacția în lanț de fisiune. Cerința de a păstra în mod constant în miezul reactorului o masă mare de combustibil nuclear, concepută pentru o perioadă lungă de funcționare pentru a asigura o putere dată de producție, provoacă costuri unice semnificative pentru plata primei încărcături de combustibil și a loturilor ulterioare pregătite pentru realimentare. Aceasta este una dintre diferențele esențiale și fundamentale dintre condițiile de utilizare a combustibilului nuclear în centralele electrice în comparație cu combustibilul organic.

Cu toate acestea, combustibilul uzat îndepărtat din miez va conține cantități semnificative de materiale fisile și nuclizi fertili de valoare semnificativă. Acest combustibil, după purificarea chimică a produselor de fisiune, poate fi returnat în ciclul combustibilului pentru reutilizare. Cantitatea de nuclizi fisionali din combustibilul uzat, care rămâne neutilizat în timpul șederii sale unice în reactor, depinde de tipul de reactor și de tipul de combustibil și poate fi până la 50% din cei încărcați inițial. Desigur, trebuie folosite astfel de „deșeuri” valoroase. În acest scop, special mijloace tehniceși instalații pentru depozitarea, transportul și recuperarea chimică a combustibilului uzat (SFA). Materialele fisionabile extrase din SFA pot fi returnate și circulate în mod repetat prin reactoare și fabrici de combustibil industria nucleară: instalații radiochimice care asigură regenerarea (purificarea produselor de fisiune și a impurităților) a combustibilului descărcat din reactor și revenirea acestuia în ciclul combustibilului după îmbogățirea suplimentară necesară cu nuclizi fisionali; uzine metalurgice pentru producerea de noi elemente de combustibil, în care combustibilul regenerat este adăugat la combustibil proaspăt, neiradiat în reactoare. Prin urmare, trăsătură caracteristică aprovizionarea cu combustibil în industria nucleară este posibilitatea tehnică și necesitatea reîntoarcerii în ciclu (reciclarea) a izotopilor fisionali și fertili ai uraniului și plutoniului care nu au fost utilizați în condițiile unei singure șederi în reactor. Pentru a asigura alimentarea neîntreruptă cu combustibil, se creează capacitățile necesare ale întreprinderilor din ciclul combustibilului. Ele pot fi considerate ca fiind întreprinderi care satisfac „nevoile proprii” ale energiei nucleare ca industrie. Conceptul de dezvoltare a ingineriei nucleare bazate pe reactoare generatoare de combustibil nuclear se bazează pe posibilitatea reciclării uraniului și plutoniului. În plus, reciclarea uraniului și a plutoniului reduce semnificativ nevoia de uraniu natural și de capacitatea de îmbogățire a uraniului pentru reactoarele cu neutroni termici, care domină în prezent industria nucleară în curs de dezvoltare. Atâta timp cât nu există reprocesare a combustibilului uzat, nu există reciclare a uraniului și plutoniului. Aceasta înseamnă că reactoarele termice pot fi alimentate numai cu combustibil proaspăt derivat din uraniu extras și prelucrat, în timp ce combustibilul uzat va fi stocat.

Producerea combustibilului nuclear are loc în aproape orice reactor conceput pentru producerea de energie, care, alături de materialele fisionabile, conține materii prime fertile (238 U și 232 Th). Dacă nu luăm în considerare cazul ipotetic al utilizării combustibilului cu uraniu super-îmbogățit (~ 90%) pentru unele reactoare speciale, atunci în toate reactoarele nucleare utilizate în industria energetică va exista o parțială, iar când se vor crea anumite condiții, completă. și chiar reproducerea extinsă a combustibilului nuclear - izotopi de plutoniu, având aceeași putere calorică ridicată ca 235 U. Plutoniul poate fi separat de combustibilul uzat în fabricile de procesare chimică în forma sa pură și folosit pentru a face combustibil mixt uraniu-plutoniu. Posibilitatea de a produce plutoniu în orice reactor cu neutroni termici face posibilă calificarea oricărei centrale nucleare drept o întreprindere cu dublu scop: generarea nu numai de energie termică și electrică, ci și producerea unui nou combustibil nuclear - plutoniu. Cu toate acestea, rolul plutoniului se manifestă nu numai prin acumularea lui în combustibilul uzat. O parte semnificativă a izotopilor fisionali de plutoniu rezultați suferă fisiune în reactor, îmbunătățind echilibrul combustibilului și contribuind la o creștere a arderii combustibilului încărcat în miez. Cea mai convenabilă, conform ideilor de astăzi, este utilizarea plutoniului în reactoare cu neutroni rapizi, unde face posibilă asigurarea unui câștig în masă critică și, în consecință, în încărcare față de 235 U cu 20-30% și obținerea coeficienţi foarte mari depăşind unitatea.reproducere. Utilizarea plutoniului în încărcătura de combustibil a reactoarelor cu neutroni termici, deși nu face posibilă obținerea unui câștig semnificativ în masă critică și rate de reproducere atât de mari ca în reactoarele cu neutroni rapidi, creează totuși un efect mare prin creșterea resurselor de combustibil nuclear. .

În energia nucleară, pe lângă uraniu, există oportunități pentru dezvoltarea ciclurilor combustibilului cu toriu. În același timp, izotopul natural 232 Th este folosit pentru a obține 233 U, care este similar în proprietățile sale nucleare cu 235 U. Cu toate acestea, în prezent este greu de așteptat la o utilizare semnificativă a ciclului uraniu-toriu în ingineria nucleară. . Acest lucru se explică prin faptul că 232 Th, ca și 238 U, este doar un material fertil, dar nu fisionabil, iar tehnologia de prelucrare a toriului are o serie de caracteristici specifice și nu a fost încă stăpânită la scară industrială. În același timp, încă nu lipsește uraniul natural. Mai mult, există o acumulare continuă în depozite de deșeuri de uraniu gata de utilizare ca material fertil în reactoarele de reproducere.

Absența necesității unui oxidant pentru a genera energie este unul dintre beneficiile cheie de mediu ale utilizării energiei nucleare în comparație cu hidrocarburile. Emisiile de gaze de la centralele nucleare se datorează în principal nevoilor sistemelor de ventilație ale stației. Spre deosebire de centralele nucleare, milioane de metri cubi de gaze de ardere sunt eliberate în aer în fiecare an. Acestea includ, în primul rând, oxizii de carbon, azot și sulf, care distrug strat de ozon planete și creează o mare povară asupra biosferei teritoriilor adiacente.

Din păcate, pe lângă avantajele energiei nucleare, există și dezavantaje. Acestea includ, în special, educația la locul de muncă. reactor nuclear produse de fisiune și activare. Astfel de substanțe interferează cu funcționarea reactorului în sine și sunt radioactive. Cu toate acestea, volumul deșeurilor radioactive generate este limitat (cu multe ordine de mărime mai puțin decât deșeurile de la centralele termice). În plus, există tehnologii dovedite pentru purificarea, extracția, condiționarea, depozitarea și eliminarea în siguranță a acestora. O serie de izotopi radioactivi extrași din combustibilul uzat sunt utilizați activ în tehnologiile industriale și de altă natură. Odată cu dezvoltarea în continuare a tehnologiilor de prelucrare a SFA, există și perspective pentru extracția produselor de fisiune din acesta - elemente de pământ rare de mare valoare.

Energia nucleară este utilizată în ingineria energiei termice, atunci când energia este obținută din combustibilul nuclear în reactoare sub formă de căldură. Este folosit pentru a genera energie electrică în centrale nucleare (CNP), pentru centralele electrice ale vaselor maritime mari, pentru desalinizarea apei de mare.

Energia nucleară își datorează apariția, în primul rând, naturii neutronului descoperit în 1932. Neutronii fac parte din toate nucleele atomice, cu excepția nucleului de hidrogen. Neutronii legați în nucleu există la nesfârșit. În forma lor liberă, sunt de scurtă durată, deoarece fie se descompun cu un timp de înjumătățire de 11,7 minute, transformându-se într-un proton și emițând un electron și un neutrin, fie sunt capturați rapid de nucleele atomilor.

Energia nucleară modernă se bazează pe utilizarea energiei eliberate în timpul fisiunii unui izotop natural uraniu-235. La centralele nucleare se desfășoară o reacție controlată de fisiune nucleară în reactor nuclear. Conform energiei neutronilor care produc fisiunea nucleară, distinge între reactoarele termice și cele cu neutroni rapizi.

Unitatea principala centrală nucleară- un reactor nuclear, a cărui schemă este prezentată în fig. 1. Energia se obține din combustibil nuclear, iar apoi este transferată într-un alt fluid de lucru (apă, lichid metalic sau organic, gaz) sub formă de căldură; apoi se transformă în electricitate în același mod ca în cele convenționale.

Ei controlează procesul, mențin reacția, stabilizează puterea, pornesc și opresc reactorul folosind un mobil special tije de control 6 și 7 din materiale care absorb intens neutronii termici. Ele sunt conduse de un sistem de control 5 . Acțiuni tije de control se manifestă printr-o modificare a puterii fluxului de neutroni din miez. Pe canale 10 apa circula, racind betonul de protectie biologica

Tijele de control sunt fabricate din bor sau cadmiu, care sunt rezistente termic, la radiații și la coroziune, puternice din punct de vedere mecanic și au proprietăți bune de transfer de căldură.

În interiorul unei carcase masive de oțel 3 există un coș 8 cu elemente de combustibil 9 . Lichidul de răcire intră prin conductă 2 , trece prin miez, spală toate elementele de combustibil, se încălzește și prin conductă 4 intră în generatorul de abur.

Orez. 1. Reactorul nuclear

Reactorul este plasat în interiorul unui dispozitiv de reținere biologică din beton gros. 1 , care protejează spațiul înconjurător de fluxul de neutroni, radiații alfa, beta, gamma.

Elemente de combustibil (tije de combustibil) este partea principală a reactorului. O reacție nucleară are loc direct în ele și căldură este eliberată, toate celelalte părți servesc la izolarea, controlul și îndepărtarea căldurii. Din punct de vedere structural, elementele de combustibil pot fi realizate din tijă, placă, tubulară, sferică etc. Cel mai adesea sunt tijă, de până la 1 metru lungime, 10 mm în diametru. Ele sunt de obicei asamblate din pelete de uraniu sau din tuburi scurte și plăci. În exterior, tijele de combustibil sunt acoperite cu o teacă metalică subțire, rezistentă la coroziune. Zirconiu, aluminiu, aliaje de magneziu, precum și oțel inoxidabil aliat sunt folosite pentru carcasă.

Transferul căldurii eliberate în timpul unei reacții nucleare în miezul reactorului către fluidul de lucru al motorului (turbinei) centralelor electrice se realizează conform schemelor cu o singură buclă, cu două bucle și cu trei bucle (Fig. 2).

Orez. 2. Centrală nucleară
a - conform unei scheme cu un singur circuit; b - conform schemei cu două circuite; c - conform schemei cu trei circuite
1 - reactor; 2, 3 - protectie biologica; 4 - regulator de presiune; 5 - turbină; 6 - generator electric; 7 - condensator; 8 - pompa; 9 - capacitate de rezervă; 10 – încălzitor regenerativ; 11 – generator de abur; 12 - pompa; 13 - schimbător de căldură intermediar

Fiecare circuit este un sistem închis. Reactor 1 (în toate circuitele termice) plasate în interiorul primarului 2 si secundare 3 apărări biologice. Dacă centrala nucleară este construită conform unei scheme termice cu un singur circuit, aburul din reactor prin regulatorul de presiune 4 intră în turbină 5 . Arborele turbinei este conectat la arborele generatorului 6 în care se generează curent electric. Aburul evacuat intră în condensator, unde este răcit și complet condensat. Pompa 8 direcționează condensul către un încălzitor regenerativ 10 , și apoi intră în reactor.

Cu o schemă cu două circuite, lichidul de răcire încălzit în reactor intră în generatorul de abur 11 , unde căldura este transferată prin încălzirea suprafeței către lichidul de răcire al fluidului de lucru (apa de alimentare a circuitului secundar). În reactoarele cu apă sub presiune, lichidul de răcire din generatorul de abur este răcit cu aproximativ 15 ... 40 ° C și apoi de o pompă de circulație 12 înapoi la reactor.

Cu o schemă cu trei bucle, lichidul de răcire (de obicei sodiu lichid) din reactor este trimis la un schimbător de căldură intermediar 13 iar de acolo prin pompa de circulatie 12 se întoarce în reactor. Lichidul de răcire din circuitul secundar este și sodiu lichid. Acest circuit nu este iradiat și, prin urmare, nu este radioactiv. Sodiul celui de-al doilea circuit intră în generatorul de abur 11 , degajă căldură fluidului de lucru, iar apoi pompa de circulație este trimisă înapoi la schimbătorul de căldură intermediar.

Numărul de circuite de circulație determină tipul de reactor, lichidul de răcire utilizat, proprietățile fizico-nucleo-nucleare ale acestuia și gradul de radioactivitate. Schema cu o singură buclă poate fi utilizată în reactoare cu apă fierbinte și în reactoare răcite cu gaz. Cel mai răspândit dublu circuit atunci când este folosit ca purtător de căldură pentru apă, gaz și lichide organice. Schema cu trei bucle este utilizată la centralele nucleare cu reactoare cu neutroni rapidi care utilizează lichide de răcire metalice (aliaje de sodiu, potasiu, sodiu-potasiu).

Combustibilul nuclear poate fi uraniu-235, uraniu-233 și plutoniu-232. Materii prime pentru obținerea combustibilului nuclear - uraniu și toriu natural. În timpul reacției nucleare a unui gram de material fisionabil (uraniu-235), se eliberează energie echivalentă cu 22×10 3 kWh (19×10 6 cal). Pentru a obține această cantitate de energie, este necesar să ardeți 1900 kg de ulei.

Uraniul-235 este ușor disponibil, rezervele sale de energie sunt aproximativ aceleași cu combustibilii fosili. Cu toate acestea, folosind combustibil nuclear cu o eficiență atât de scăzută ca acum, sursele disponibile de uraniu se vor epuiza în 50-100 de ani. În același timp, există „depozite” practic inepuizabile de combustibil nuclear - acesta este uraniu dizolvat în apa de mare. Este de sute de ori mai abundent în ocean decât pe uscat. Costul obținerii unui kilogram de dioxid de uraniu din apa de mare este de aproximativ 60-80 USD, iar în viitor va scădea la 30 USD, iar costul dioxidului de uraniu produs în cele mai bogate zăcăminte de pe uscat este de 10-20 USD. Prin urmare, după ceva timp, costurile pe uscat și „pe apă de mare” vor deveni de aceeași ordine.

Costul combustibilului nuclear este de aproximativ jumătate din cel al cărbunilor fosili. La centralele pe cărbune, 50-70% din costul energiei electrice cade în ponderea combustibilului, iar la centralele nucleare - 15-30%. O centrală termică modernă cu o capacitate de 2,3 milioane kW (de exemplu, Samara GRES) consumă zilnic aproximativ 18 tone de cărbune (6 trenuri) sau 12 mii de tone de păcură (4 trenuri). Cel nuclear, de aceeași putere, consumă doar 11 kg de combustibil nuclear în timpul zilei, și 4 tone în timpul anului. Cu toate acestea, o centrală nucleară este mai scumpă decât una termică din punct de vedere al construcției, exploatării și reparațiilor. De exemplu, construcția unei centrale nucleare cu o capacitate de 2–4 milioane kW costă cu aproximativ 50–100% mai mult decât una termică.

Este posibil să se reducă costurile de capital pentru construcția CNE prin:

1. standardizarea și unificarea echipamentelor;
2. dezvoltarea de proiecte de reactoare compacte;
3. îmbunătățirea sistemelor de management și reglementare;
4. reducerea duratei de oprire a reactorului pentru realimentare.

O caracteristică importantă a centralelor nucleare (reactor nuclear) este eficiența ciclului combustibilului. Pentru a îmbunătăți economia ciclului de combustibil, ar trebui să:

• pentru a crește adâncimea arderii combustibilului nuclear;
• crește rata de reproducere a plutoniului.

Cu fiecare fisiune a nucleului de uraniu-235 sunt eliberați 2-3 neutroni. Dintre aceștia, doar unul este folosit pentru reacția ulterioară, restul sunt pierdute. Cu toate acestea, este posibil să le utilizeze pentru reproducerea combustibilului nuclear prin crearea de reactoare rapide cu neutroni. Când reactorul funcționează pe neutroni rapizi, este posibil să se obțină simultan aproximativ 1,7 kg de plutoniu-239 pentru 1 kg de uraniu-235 ars. În acest fel, eficiența termică scăzută a centralelor nucleare poate fi acoperită.

Reactoarele cu neutroni rapidi sunt de zece ori mai eficiente (în ceea ce privește utilizarea combustibilului nuclear) decât reactoarele cu neutroni cu combustibil. Nu au moderator și folosesc combustibil nuclear foarte îmbogățit. Neutronii emiși din miez sunt absorbiți nu de materialele structurale, ci de uraniul-238 sau toriu-232 aflat în jur.

Pe viitor, principalele materiale fisionabile pentru centralele nucleare vor fi plutoniul-239 și uraniul-233, obținute respectiv din uraniu-238 și, respectiv, toriu-232 în reactoare cu neutroni rapizi. Conversia uraniului-238 în plutoniu-239 în reactoare va crește resursele de combustibil nuclear de aproximativ 100 de ori, iar toriu-232 în uraniu-233 de 200 de ori.

Pe fig. Figura 3 prezintă o diagramă a unei centrale nucleare cu neutroni rapidi.

Caracteristicile distinctive ale unei centrale nucleare pe neutroni rapizi sunt:

1. modificarea criticității unui reactor nuclear se realizează prin reflectarea unei părți a neutronilor de fisiune ai combustibilului nuclear de la periferie înapoi la miez folosind reflectoare. 3 ;
2. reflectoare 3 se poate roti, modificând scurgerea neutronilor și, în consecință, intensitatea reacțiilor de fisiune;
3. combustibilul nuclear este reprodus;
4. îndepărtarea excesului de energie termică din reactor se realizează folosind un radiator-răcitor 6 .

Orez. 3. Schema unei centrale nucleare pe neutroni rapizi:
1 - elemente de combustibil; 2 – combustibil nuclear regenerabil; 3 – reflectoare de neutroni rapizi; 4 - reactor nuclear; 5 - consumator de energie electrică; 6 - frigider-emițător; 7 - convertor de energie termică în energie electrică; 8 - protecția împotriva radiațiilor.

Convertoare de energie termică în energie electrică

Conform principiului utilizării energiei termice generate de o centrală nucleară, convertoarele pot fi împărțite în 2 clase:

1. mașină (dinamică);
2. fără mașină (convertoare directe).

În convertoarele de mașini, o instalație cu turbină cu gaz este de obicei conectată la reactor, în care fluidul de lucru poate fi hidrogen, heliu, amestec de heliu-xenon. Eficiența conversiei căldurii furnizate direct turbogeneratorului în energie electrică este destul de mare - eficiența convertorului η = 0,7-0,75.

În fig. 4.

Un alt tip de convertor de mașini este un generator magnetogasdinamic sau magnetohidrodinamic (MGDG). O diagramă a unui astfel de generator este prezentată în fig. 5. Generatorul este un canal cu secțiune transversală dreptunghiulară, dintre care doi pereți sunt realizați dintr-un dielectric și doi dintre care sunt realizați dintr-un material conductiv electric. Un fluid de lucru conductiv electric se deplasează prin canale - lichid sau gazos, care este pătruns de un câmp magnetic. După cum știți, atunci când un conductor se mișcă într-un câmp magnetic, apare un EMF, care de-a lungul electrozilor 2 transferate consumatorului de energie electrică 3 . Sursa de energie a fluxului de căldură de lucru este căldura degajată în reactorul nuclear. Acest energie termală este cheltuită pentru mișcarea sarcinilor într-un câmp magnetic, adică este transformată în energia cinetică a jetului purtător de curent, iar energia cinetică este transformată în energie electrică.

Orez. 4. Schema unei centrale nucleare cu convertor cu turbină cu gaz:
1 - reactor; 2 – circuit cu lichid de răcire metalic lichid; 3 – schimbător de căldură pentru alimentarea cu căldură la gaz; 4 - turbină; 5 - generator electric; 6 - compresor; 7 - calorifer-radiator; 8 – circuit de îndepărtare a căldurii; 9 - pompa de circulatie; 10 - schimbător de căldură pentru îndepărtarea căldurii; 11 - schimbător de căldură-regenerator; 12 - circuit cu fluidul de lucru al convertorului turbinei cu gaz.

Convertizoarele directe (fără mașină) de energie termică în energie electrică sunt împărțite în:

1. termoelectric;
2. termoionică;
3. electrochimic.

Generatoarele termoelectrice (TEG) se bazează pe principiul Seebeck, care constă în faptul că într-un circuit închis format din materiale diferite, apare o putere termoelectrică dacă se menține o diferență de temperatură în punctele de contact ale acestor materiale (Fig. 6) . Pentru generarea de energie electrică este indicat să folosiți TEG-uri cu semiconductori, care au o eficiență mai mare, în timp ce temperatura joncțiunii fierbinți trebuie adusă până la 1400 K și mai mare.

Convertizoarele termoionice (TEC) fac posibilă obținerea de energie electrică ca urmare a emisiei de electroni de la un catod încălzit la temperaturi ridicate (Fig. 7).

Orez. 5. Generator magnetogasdinamic:
1 – câmp magnetic; 2 - electrozi; 3 - consumator de energie electrică; 4 - dielectric; 5 - conductor; 6 - fluid de lucru (gaz).

Orez. 6. Schema de funcționare a generatorului termoelectric

Orez. 7. Schema de funcționare a convertorului termoionic

Pentru a menține curentul de emisie, se furnizează căldură catodului Q unu . Electronii emiși de catod, depășind spațiul de vid, ajung la anod și sunt absorbiți de acesta. În timpul „condensării” electronilor la anod, se eliberează energie egală cu funcția de lucru a electronilor cu semnul opus. Dacă asigurăm o furnizare continuă de căldură a catodului și îndepărtarea acestuia din anod, atunci prin sarcină R va curge curent continuu. Emisia electronica se desfășoară eficient la temperaturi catodului peste 2200 K.

Siguranța și fiabilitatea funcționării CNE

Una dintre principalele probleme în dezvoltarea energiei nucleare este asigurarea fiabilității și siguranței centralelor nucleare.

Securitatea radiațiilor este asigurată de:

1. crearea de structuri și dispozitive fiabile pentru protecția biologică a personalului împotriva expunerii la radiații;
2. purificarea aerului și apei care părăsesc incinta CNE dincolo de limitele acesteia;
3. extragerea și localizarea fiabilă a contaminării radioactive;
4. controlul dozimetric zilnic al incintelor CNE și controlul dozimetric individual al personalului.

Spațiile CNE, în funcție de modul de funcționare și de echipamentele instalate în acestea, sunt împărțite în 3 categorii:

1. zona de regim strict;
2. zona restricționată;
3. zona de mod normal.

Personalul se află în permanență în camerele de a treia categorie, aceste încăperi de la stație sunt sigure pentru radiații.

Centralele nucleare generează deșeuri radioactive solide, lichide și gazoase. Acestea trebuie eliminate astfel încât să nu se producă poluare a mediului.

Gazele îndepărtate din încăpere în timpul ventilației pot conține substanțe radioactive sub formă de aerosoli, praf radioactiv și gaze radioactive. Ventilația stației este construită în așa fel încât fluxurile de aer să treacă de la cel mai „curat” la „poluat”, iar fluxurile transversale în sens opus sunt excluse. În toate încăperile stației, se efectuează o înlocuire completă a aerului în cel mult o oră.

În timpul funcționării centralelor nucleare se pune problema eliminării și eliminării deșeurilor radioactive. Barele de combustibil petrecute în reactoare rezistă un anumit timp în bazinele de apă direct la centralele nucleare până când are loc stabilizarea izotopilor cu un timp de înjumătățire scurt, după care barele de combustibil sunt trimise la instalații radiochimice speciale pentru regenerare. Acolo, combustibilul nuclear este extras din barele de combustibil, iar deșeurile radioactive sunt supuse înmormântării.

Energia nucleară este o modalitate modernă și în dezvoltare rapidă de a genera energie electrică. Știți cum sunt amenajate centralele nucleare? Care este principiul de funcționare al unei centrale nucleare? Ce tipuri de reactoare nucleare există astăzi? Vom încerca să luăm în considerare în detaliu schema de funcționare a unei centrale nucleare, să ne adâncim în structura unui reactor nuclear și să aflăm cât de sigură este metoda atomică de generare a energiei electrice.

Cum este organizată o centrală nucleară?

Orice statie este o zona inchisa departe de zona rezidentiala. Pe teritoriul său există mai multe clădiri. Cea mai importantă clădire este clădirea reactorului, alături este sala turbinelor din care se controlează reactorul, și clădirea de siguranță.

Schema este imposibilă fără un reactor nuclear. Un reactor atomic (nuclear) este un dispozitiv al unei centrale nucleare, care este conceput pentru a organiza o reacție în lanț de fisiune a neutronilor cu eliberarea obligatorie de energie în acest proces. Dar care este principiul de funcționare al unei centrale nucleare?

Întreaga centrală a reactorului este amplasată în clădirea reactorului, un turn mare de beton care ascunde reactorul și, în caz de accident, va conține toți produsele unei reacții nucleare. Acest turn mare se numește reținere, înveliș ermetic sau reținere.

Zona de izolare din noile reactoare are 2 pereți groși de beton - învelișuri.
O carcasă exterioară de 80 cm grosime protejează zona de izolare de influențele externe.

Carcasa interioară cu o grosime de 1 metru 20 cm are cabluri speciale de oțel în dispozitivul său, care măresc rezistența betonului de aproape trei ori și nu vor permite structurii să se prăbușească. La interior, este căptușită cu o foaie subțire de oțel special, care este proiectată să servească drept protecție suplimentară pentru izolarea și, în caz de accident, să împiedice eliberarea conținutului reactorului în afara zonei de izolare.

Un astfel de dispozitiv al unei centrale nucleare poate rezista la căderea unei aeronave cu o greutate de până la 200 de tone, un cutremur de 8 grade, tornade și tsunami.

Prima carcasă sub presiune a fost construită la centrala nucleară americană Connecticut Yankee în 1968.

Înălțimea totală a zonei de izolare este de 50-60 de metri.

Din ce este făcut un reactor nuclear?

Pentru a înțelege principiul de funcționare a unui reactor nuclear și, prin urmare, principiul de funcționare a unei centrale nucleare, trebuie să înțelegeți componentele reactorului.

• zona activă. Aceasta este zona în care sunt amplasate combustibilul nuclear (degajatorul de căldură) și moderatorul. Atomii de combustibil (cel mai adesea uraniul este combustibilul) efectuează o reacție în lanț de fisiune. Moderatorul este conceput pentru a controla procesul de fisiune și vă permite să efectuați reacția necesară în ceea ce privește viteza și puterea.
• Reflector de neutroni. Reflectorul înconjoară zona activă. Constă din același material ca și moderatorul. De fapt, aceasta este o cutie, al cărei scop principal este de a împiedica neutronii să părăsească nucleul și să intre în mediu.
• Lichidul de răcire. Lichidul de răcire trebuie să absoarbă căldura care a fost eliberată în timpul fisiunii atomilor de combustibil și să o transfere altor substanțe. Lichidul de răcire determină în mare măsură modul în care este proiectată o centrală nucleară. Cel mai popular lichid de răcire astăzi este apa.
  Sistem de control al reactorului. Senzori și mecanisme care pun în acțiune reactorul centralei nucleare.

Combustibil pentru centrale nucleare

Ce face o centrală nucleară? Combustibilul pentru centralele nucleare este elemente chimice cu proprietăți radioactive. La toate centralele nucleare, uraniul este un astfel de element.

Proiectarea stațiilor implică faptul că centralele nucleare funcționează cu combustibil compozit complex, și nu pe un element chimic pur. Și pentru a extrage combustibil de uraniu din uraniul natural, care este încărcat într-un reactor nuclear, trebuie să efectuați o mulțime de manipulări.

Uraniu îmbogățit

Uraniul este format din doi izotopi, adică conține nuclee cu mase diferite. Au fost denumiți după numărul de protoni și neutroni izotopul -235 și izotopul-238. Cercetătorii secolului al XX-lea au început să extragă uraniu 235 din minereu, deoarece. era mai ușor să se descompună și să se transforme. S-a dovedit că există doar 0,7% din un astfel de uraniu în natură (procentele rămase au mers la izotopul 238).

Ce să faci în acest caz? Au decis să îmbogățească uraniul. Îmbogățirea uraniului este un proces în care există mulți izotopi 235x necesari și puțini izotopi 238x inutili. Sarcina îmbogățitorilor de uraniu este de a face aproape 100% uraniu-235 din 0,7%.

Uraniul poate fi îmbogățit folosind două tehnologii - difuzie de gaz sau centrifugare cu gaz. Pentru utilizarea lor, uraniul extras din minereu este transformat în stare gazoasă. Sub formă de gaz, este îmbogățit.

pulbere de uraniu

Gazul de uraniu îmbogățit este transformat într-o stare solidă - dioxid de uraniu. Acest uraniu solid pur 235 arată ca niște cristale mari albe care sunt zdrobite ulterior în pulbere de uraniu.

Tablete de uraniu

Peleții de uraniu sunt șaibe metalice solide, lungi de câțiva centimetri. Pentru a modela astfel de tablete din pulbere de uraniu, se amestecă cu o substanță - un plastifiant, îmbunătățește calitatea presării tabletelor.

Mașinile de spălat presate sunt coapte la o temperatură de 1200 de grade Celsius mai mult de o zi pentru a conferi tabletelor o rezistență deosebită și rezistență la temperaturi ridicate. Modul în care funcționează o centrală nucleară depinde direct de cât de bine este comprimat și copt combustibilul cu uraniu.

Tabletele sunt coapte în cutii de molibden, deoarece. doar acest metal este capabil să nu se topească la temperaturi „infernale” de peste o mie și jumătate de grade. După aceea, combustibilul cu uraniu pentru centralele nucleare este considerat gata.

Ce este TVEL și TVS?

Miezul reactorului arată ca un disc uriaș sau o țeavă cu găuri în pereți (în funcție de tipul de reactor), de 5 ori mai mare decât un corp uman. Aceste găuri conțin combustibil uraniu, ai cărui atomi efectuează reacția dorită.

Este imposibil să aruncați pur și simplu combustibil într-un reactor, ei bine, dacă nu doriți să obțineți o explozie a întregii stații și un accident cu consecințe pentru câteva state din apropiere. Prin urmare, combustibilul cu uraniu este plasat în bare de combustibil și apoi colectat în ansambluri de combustibil. Ce înseamnă aceste abrevieri?

• TVEL - element de combustibil (a nu se confunda cu același nume firma ruseasca care le produce). De fapt, acesta este un tub de zirconiu subțire și lung din aliaje de zirconiu, în care sunt plasate peleți de uraniu. În barele de combustibil, atomii de uraniu încep să interacționeze între ei, eliberând căldură în timpul reacției.

Zirconiul a fost ales ca material pentru producerea barelor de combustibil datorită proprietăților sale refractare și anticorozive.

Tipul elementelor combustibile depinde de tipul și structura reactorului. De regulă, structura și scopul tijelor de combustibil nu se modifică; lungimea și lățimea tubului pot fi diferite.

Mașina încarcă mai mult de 200 de pelete de uraniu într-un tub de zirconiu. În total, aproximativ 10 milioane de pelete de uraniu lucrează simultan în reactor.
FA - ansamblu combustibil. Lucrătorii CNE numesc pachete de combustibil.

De fapt, acestea sunt mai multe TVEL-uri legate între ele. Ansamblurile de combustibil sunt combustibil nuclear gata preparat, cu ce funcționează o centrală nucleară. Sunt ansambluri de combustibil care sunt încărcate într-un reactor nuclear. Într-un reactor sunt plasate aproximativ 150 - 400 de ansambluri de combustibil.
În funcție de reactorul în care va funcționa ansamblul combustibil, acestea sunt forme diferite. Uneori pachetele sunt pliate într-o formă cubică, alteori într-o formă cilindrice, alteori într-o formă hexagonală.

Un ansamblu de combustibil pentru 4 ani de funcționare generează aceeași cantitate de energie ca la arderea a 670 de vagoane de cărbune, 730 de rezervoare cu gaz natural sau 900 de rezervoare încărcate cu ulei.
Astăzi, ansamblurile de combustibil sunt produse în principal în fabrici din Rusia, Franța, SUA și Japonia.

Pentru a livra combustibil pentru centralele nucleare în alte țări, ansamblurile de combustibil sunt sigilate în țevi metalice lungi și late, aerul este pompat din țevi și livrat la bordul aeronavelor de marfă cu mașini speciale.

Combustibilul nuclear pentru centralele nucleare cântărește prohibitiv de mult. uraniul este unul dintre cele mai multe metale grele pe planeta. A lui gravitație specifică De 2,5 ori mai mult decât oțelul.

Centrală nucleară: principiu de funcționare

Care este principiul de funcționare al unei centrale nucleare? Principiul de funcționare al centralelor nucleare se bazează pe o reacție în lanț de fisiune a atomilor unei substanțe radioactive - uraniu. Această reacție are loc în miezul unui reactor nuclear.

Dacă nu intrați în complexitățile fizicii nucleare, principiul de funcționare al unei centrale nucleare arată astfel:
După pornirea reactorului nuclear, barele absorbante sunt îndepărtate din barele de combustibil, care împiedică reacția uraniului.

De îndată ce tijele sunt îndepărtate, neutronii de uraniu încep să interacționeze între ei.

Când neutronii se ciocnesc, are loc o mini-explozie la nivel atomic, se eliberează energie și se nasc noi neutroni, începe să aibă loc o reacție în lanț. Acest proces eliberează căldură.

Căldura este transferată la lichidul de răcire. În funcție de tipul de lichid de răcire, acesta se transformă în abur sau gaz, care rotește turbina.

Turbina antrenează un generator electric. El este cel care, de fapt, generează electricitate.

Dacă nu urmați procesul, neutronii de uraniu se pot ciocni între ei până când reactorul este aruncat în aer și întreaga centrală nucleară este aruncată în bucăți. Senzorii computerului controlează procesul. Acestea detectează o creștere a temperaturii sau o schimbare a presiunii în reactor și pot opri automat reacțiile.

Care este diferența dintre principiul de funcționare al centralelor nucleare și al centralelor termice (centrale termice)?

Diferențele în muncă sunt doar în primele etape. În centralele nucleare, lichidul de răcire primește căldură din fisiunea atomilor de combustibil de uraniu, în termocentrale, lichidul de răcire primește căldură din arderea combustibilului organic (cărbune, gaz sau petrol). După ce fie atomii de uraniu, fie gazul cu cărbune au eliberat căldură, schemele de funcționare a centralelor nucleare și a centralelor termice sunt aceleași.

Tipuri de reactoare nucleare

Modul în care funcționează o centrală nucleară depinde de modul în care funcționează reactorul său nuclear. Astăzi există două tipuri principale de reactoare, care sunt clasificate în funcție de spectrul neuronilor:
Un reactor cu neutroni lent, numit și reactor termic.

Pentru funcționarea sa se folosește 235 de uraniu, care trece prin etapele de îmbogățire, de creare a tabletelor de uraniu etc. Astăzi, reactoarele cu neutroni lenți sunt în marea majoritate.
Reactor rapid cu neutroni.

Aceste reactoare sunt viitorul, pentru că ele lucrează pe uraniu-238, care este un ban pe duzină în natură și nu este necesar să se îmbogățească acest element. Dezavantajul unor astfel de reactoare este doar în costurile foarte mari pentru proiectare, construcție și lansare. Astăzi, reactoarele cu neutroni rapidi funcționează numai în Rusia.

Lichidul de răcire din reactoarele cu neutroni rapidi este mercur, gaz, sodiu sau plumb.

Reactoarele cu neutroni lenți, care sunt folosite astăzi de toate centralele nucleare din lume, vin și ele în mai multe tipuri.

Organizația AIEA (Agenția Internațională pentru Energie Atomică) și-a creat propria clasificare, care este folosită cel mai des în industria nucleară mondială. Deoarece principiul de funcționare al unei centrale nucleare depinde în mare măsură de alegerea lichidului de răcire și a moderatorului, AIEA și-a bazat clasificarea pe aceste diferențe.

Din punct de vedere chimic, oxidul de deuteriu este un moderator și lichid de răcire ideal, deoarece atomii săi interacționează cel mai eficient cu neutronii uraniului în comparație cu alte substanțe. Mai simplu spus, apa grea își îndeplinește sarcina cu pierderi minime și rezultate maxime. Cu toate acestea, producția sa costă bani, în timp ce este mult mai ușor să folosim apa obișnuită „ușoară” și familiară pentru noi.

Câteva fapte despre reactoarele nucleare...

Este interesant că un reactor de centrală nucleară este construit pentru cel puțin 3 ani!
Pentru a construi un reactor, aveți nevoie de echipamente care funcționează curent electric 210 kilo amperi, care este de un milion de ori curentul care poate ucide o persoană.

O carcasă (element structural) al unui reactor nuclear cântărește 150 de tone. Există 6 astfel de elemente într-un reactor.

Reactor cu apă sub presiune

Am aflat deja cum funcționează centrala nucleară în general, pentru a „aranja” să vedem cum funcționează cel mai popular reactor nuclear sub presiune.
În întreaga lume, astăzi, sunt utilizate reactoare cu apă sub presiune de generația 3+. Sunt considerate cele mai fiabile și sigure.

Toate reactoarele cu apă sub presiune din lume, de-a lungul tuturor anilor de funcționare în total, au reușit deja să câștige peste 1000 de ani de funcționare fără probleme și nu au dat niciodată abateri serioase.

Structura centralelor nucleare bazate pe reactoare cu apă sub presiune presupune că apa distilată circulă între barele de combustibil, încălzită la 320 de grade. Pentru a preveni intrarea în stare de vapori, se menține la o presiune de 160 de atmosfere. Schema CNE o numește apă primară.

Apa încălzită intră în generatorul de abur și își cedează căldura apei din circuitul secundar, după care se „întoarce” din nou în reactor. În exterior, se pare că conductele circuitului primar de apă sunt în contact cu alte conducte - apa celui de-al doilea circuit, transferă căldură între ele, dar apele nu intră în contact. Tuburile sunt în contact.

Astfel, este exclusă posibilitatea ca radiația să pătrundă în apa circuitului secundar, care va participa în continuare la procesul de generare a energiei electrice.

Siguranța centralei nucleare

După ce am învățat principiul funcționării centralelor nucleare, trebuie să înțelegem cum este aranjată siguranța. Proiectarea centralelor nucleare de astăzi necesită o atenție sporită acordată regulilor de siguranță.
Costul siguranței centralei nucleare este de aproximativ 40% din costul total al centralei în sine.

Schema NPP include 4 bariere fizice care împiedică eliberarea de substanțe radioactive. Ce ar trebui să facă aceste bariere? La momentul potrivit, puteți opri reacția nucleară, asigurați îndepărtarea constantă a căldurii din miez și din reactor în sine și preveniți eliberarea de radionuclizi din reținere (zona de reținere).

• Prima barieră este rezistența peletelor de uraniu. Este important ca acestea să nu se prăbușească sub influența temperaturilor ridicate dintr-un reactor nuclear. În multe privințe, modul în care funcționează o centrală nucleară depinde de modul în care peletele de uraniu au fost „coapte” în stadiul inițial de producție. Dacă peletele de combustibil de uraniu sunt coapte incorect, reacțiile atomilor de uraniu din reactor vor fi imprevizibile.
• A doua barieră este etanșeitatea tijelor de combustibil. Tuburile de zirconiu trebuie sigilate etanș, dacă etanșeitatea este spartă, atunci în cel mai bun caz reactorul va fi deteriorat și lucrul oprit, în cel mai rău caz totul va zbura în aer.
• A treia barieră este un vas puternic din oțel al reactorului a, (același turn mare - o zonă de izolare) care „deține” toate procesele radioactive în sine. Coca este deteriorată - radiațiile vor fi eliberate în atmosferă.
• A patra barieră sunt tijele de protecție în caz de urgență. Deasupra zonei active, tijele cu moderatori sunt suspendate pe magneți, care pot absorbi toți neutronii în 2 secunde și pot opri reacția în lanț.

Dacă, în ciuda construcției unei centrale nucleare cu multe grade de protecție, nu este posibilă răcirea miezului reactorului la momentul potrivit, iar temperatura combustibilului crește la 2600 de grade, atunci intră în joc ultima speranță a sistemului de siguranță. - așa-numita capcană de topire.

Faptul este că la o astfel de temperatură fundul vasului reactorului se va topi și toate rămășițele de combustibil nuclear și structurile topite vor curge într-o „sticlă” specială suspendată deasupra miezului reactorului.

Sifonul de topire este refrigerat și refractar. Este umplut cu așa-numitul „material de sacrificiu”, care oprește treptat reacția în lanț de fisiune.

Astfel, schema CNE presupune mai multe grade de protecție, care exclud aproape complet orice posibilitate de accident.

Selecție din carte: "Energie nucleară. Ai întrebat? Noi răspundem!"

Akatov A. A., Koryakovsky Yu. S. 2012

De ce are nevoie Rusia de o industrie nucleară?

Din punct de vedere istoric, principalul motiv pentru apariția industriei nucleare în țara noastră a fost crearea de arme nucleare. A existat o nevoie semnificativă pentru asta? În 1945, aruncând focoase nucleare pe Hiroshima și Nagasaki, Statele Unite au arătat clar cine era „conducător” pe scena mondială. Orașele URSS ar fi putut foarte bine să împartă soarta japonezilor, deși acum acest lucru poate părea o exagerare. LA cât mai repede posibil oamenii noștri de știință au putut să-și creeze propriile arme nucleare și să restabilească echilibrul de putere, dar practic în paralel cu sfera apărării nucleare, energia nucleară a început să se dezvolte, au început să fie construite centrale nucleare, concepute pentru a genera electricitate printr-o reacție în lanț de fisiune. . Treptat, atomul „pașnic” a înlocuit atomul „militar”, iar în prezent țara noastră nu are nevoie să dezvolte încărcături nucleare pentru arme. Prin urmare, acum cea mai importantă sarcină a industriei este să furnizeze consumatorii ruși electricitate în contextul unui deficit energetic în creștere.

Când a dat curent industrial prima centrală nucleară din istoria omenirii?

În domeniul utilizării pașnice a energiei atomice, am fost înaintea americanilor: prima centrală nucleară a dat curent industrial la 27 iunie 1954. Acest eveniment a avut loc nu departe de Moscova - în orașul Obninsk, pe teritoriul Institutului Fizico-Energie. A.I. Leipunsky. Prima centrală nucleară, „bătrâna”, așa cum a fost numită în ultimii ani de funcționare, a funcționat cu succes timp de 48 de ani și a fost oprită relativ recent, în 2002. Institutul de Fizică și Inginerie Energetică există până în prezent, fiind unul dintre cele mai mari centre științifice tara noastra.

Combustibilul nuclear este doar uraniu?

Desigur că nu. Aproape peste tot în lume, combustibilul nuclear este folosit pe bază de uraniu îmbogățit în așa-numitul izotop fisionabil - uraniu-235. Conținutul de uraniu-235 în uraniu, din care se face combustibilul, este de 3-5%, iar restul de 95-97% este uraniu-238 nefisil. Dar uraniul metalic nu este încărcat în reactoare, el este transformat în formă de dioxid (UO2), din care sunt ștanțate peletele. Tabletele sunt plasate în tuburi metalice, care se numesc elemente de combustibil sau tije de combustibil. Elementele combustibile sunt combinate în ansambluri combustibile (FA). Ansamblurile de combustibil sunt modulele care sunt încărcate sau descărcate din reactor atunci când combustibilul este schimbat.

Ce este „ciclul combustibilului nuclear”?

În acest caz, nu vorbim despre conceptul matematic sau fizic al unui ciclu. În industrie, un ciclu este denumit în mod obișnuit un grup de întreprinderi care sunt strâns legate între ele. De exemplu, astfel: un produs produs de una dintre întreprinderi este materie primă pentru alta. În industria nucleară s-a format un grup de industrii care rezolvă problemele legate de fabricarea și utilizarea combustibilului nuclear. Activitatea întreprinderilor din ciclul combustibilului nuclear este organizată după cum urmează. În primul rând, minereul de uraniu este extras din intestine, uraniul este curățat de impuritățile inutile, îmbogățit în izotopul dorit (uraniu-235) și transformat într-o formă potrivită pentru „ardere” într-un reactor nuclear - în formă de combustibil nuclear. De câțiva ani, combustibilul „funcționează” în reactor, datorită căruia se generează electricitate la o centrală nucleară, spărgătoare de gheață nucleareși submarine plimbă mările și oceanele, iar oamenii de știință fac noi descoperiri. După ce se află în reactor, combustibilul (numit acum combustibil nuclear uzat) este foarte radioactiv și conține componente valoroase care s-au format în timpul reacției nucleare. Trebuie prelucrat în siguranță, izolate materiale valoroase și deșeurile radioactive rezultate transformate într-o formă sigură și îngropate. Aceste sarcini sunt rezolvate și de întreprinderile care fac parte din ciclul combustibilului nuclear. Federația Rusă unitățile de producție corespunzătoare sunt comasate în holdingul Atomenergo.

De ce oamenii se îmbogățesc, știm. De ce este îmbogățit uraniul?

Într-un reactor nuclear are loc o reacție în lanț de fisiune nucleară auto-susținută. Se întâmplă așa: un neutron intră în nucleul de uraniu-235, este împărțit în două părți și emite 2-3 neutroni care cad în nucleele de uraniu-235 vecine, se împart și ele - iar reacția se susține singură. Dar dacă există puține astfel de nuclee în apropiere, atunci neutronii s-ar putea să nu intre în ele - și reacția nu va merge. Astfel, performanța unui reactor nuclear este determinată de concentrația de nuclee de uraniu-235 din miez. Uraniul natural conține 99,3% uraniu-238 nefisil și doar 0,7% uraniu-235 fisionabil. Și dacă combustibilul din uraniu natural este încărcat în reactor, atunci reacția nucleară nu va continua. Prin urmare, uraniul natural este îmbogățit, conținutul de uraniu-235 este ajustat la 3-5%. (Uraniul în sine, desigur, nu poate fi îmbogățit, este nevoie de ajutorul specialiștilor) Pentru dreptate, trebuie spus că există reactoare care funcționează pe combustibil cu conținut natural de uraniu-235. Dar folosesc apă grea, a cărei producere necesită și anumite costuri.

Câte unități nucleare există în Rusia și în lume?

Țara noastră are 10 centrale nucleare cu 33 de unități nucleare. Ponderea energiei electrice generate de centralele nucleare rusești este de aproximativ 17% din total și aproape coincide cu media mondială - 15%. Toate centralele noastre nucleare, cu excepția Bilibino, sunt situate în partea europeană a țării. Reactoarele primelor centrale nucleare sunt modernizate periodic pentru a le aduce în conformitate cu cerințele de siguranță din ce în ce mai stricte.În iulie 2012, 433 de unități nucleare erau în funcțiune în întreaga lume.

Sunt aceleași reactoare instalate la centralele nucleare rusești sau nu?

Industria nucleară a țării noastre este reprezentată în principal de trei tipuri de reactoare:

RBMK (reactor cu canal de mare putere)

VVER (reactor de putere răcit cu presiune)

Reactoarele de tip BN (Fast Neutron Reactor) de tip RBMK sunt instalate la centralele nucleare cu o singură buclă cu lichid de răcire cu apă. Ei folosesc grafitul ca moderator de neutroni, motiv pentru care aceste reactoare sunt numite și reactoare uraniu-grafit. La CNE Bilibino funcționează frații mai mici ai RBMK - reactoare EGP cu un principiu similar de funcționare Reactoarele de tip VVER funcționează la centrale nucleare cu dublu circuit; apa circulă atât în ​​primul cât și în al doilea circuit. Aceste reactoare sunt numite reactoare răcite cu apă, deoarece apa este atât un lichid de răcire, cât și un moderator de neutroni în același timp. Reactoarele VVER de generație următoare, mai puternice și mai sigure, vor fi instalate la unitățile nou construite Și mai avem un singur reactor BN, deși un al doilea mare reactor cu neutroni rapidi va fi lansat în următorii ani. Dar aceste tipuri de reactoare sunt viitorul, deoarece permit utilizarea mai completă a rezervelor de uraniu.

Cât timp „funcționează” combustibilul nuclear într-un reactor?

Combustibilul de uraniu încărcat în reactor funcționează timp de 3-4 ani. Pentru funcționarea anuală a unei mari unități nucleare, sunt necesare doar câteva zeci de tone de uraniu slab îmbogățit. Spre comparație, o stație pe cărbune care generează o cantitate echivalentă de energie electrică consumă cinci trenuri de cărbune, dar nu pe an, ci... pe zi.

De ce să nu înlocuim centralele nucleare cu „mori de vânt”?

Energia eoliană este prea împrăștiată și greu de colectat. Este logic să instalați „mori de vânt” în acele regiuni în care bate vânturi puternice. Acestea sunt deșerturi, litoraluri maritime, iar la noi ocupă doar 10% din suprafața țării. Și vorbim, de regulă, despre teritorii îndepărtate, de unde este foarte departe de cel mai apropiat consumator de energie electrică. Desigur, acest tip de energie nu este „interzis”. Pe harta Rusiei există zone în care este chiar recomandabil să instalați ferme de vant. Însă nu sunt încă în măsură să rezolve problema aprovizionării cu energie în toată țara, și mai ales la scara marilor zone metropolitane.

Să oprim toate centralele nucleare!

După accidentul de la Cernobîl și recentul accident de la centrala nucleară Fukushima-I din Japonia, în societate a circulat opinia că dacă reactoarele de la toate centralele nucleare ar fi închise, acest lucru ar reduce semnificativ riscurile. Cu toate acestea, oamenii care cred așa uită de rolul important al centralelor nucleare în aprovizionarea cu energie a regiunilor mari. De exemplu, CNE Leningrad produce o treime din energia electrică consumată în Districtul Federal de Nord-Vest. Cu ce ​​sa-l inlocuiesti? Încă mai creșteți arderea gazului, păcurului, cărbunelui? Acest lucru va implica riscuri suplimentare de mediu, economice și de transport. Și încă ceva: prin închiderea tuturor centralelor nucleare, nu vom reduce, ci, dimpotrivă, vom crește riscurile de radiații. Problema combustibilului nuclear uzat și a deșeurilor radioactive acumulate nu va dispărea nicăieri, ci va crește, deoarece o unitate nucleară oprită nu poate fi lăsată la soarta. Va fi necesară lansarea simultană a mai multor programe complexe și costisitoare pentru dezafectarea unităților nucleare, inclusiv curățarea obiectelor de contaminarea radioactivă și dezmembrarea echipamentelor care reprezintă o sursă puternică de radiații. Și deșeurile radioactive rezultate nu pot fi aruncate într-o groapă de gunoi - întrebarea unde să le plaseze va necesita și o soluție.

Câți specialiști gestionează funcționarea unității de alimentare?

Dacă comparăm o unitate nucleară și o persoană, atunci reactorul poate fi numit inimă, iar panoul de control al unității (BCR) poate fi numit creier. De aici, operatorii - profesioniști de înaltă clasă - controlează procesele care au loc în reactor, funcționarea turbinei cu abur și a unității de putere în ansamblu. Sunt trei dintre ele și fiecare stă la propria telecomandă. În plus, există un supraveghetor de tură de bloc sau adjunctul acestuia în camera de control, dar nu participă direct la conducere, ci mai degrabă îndeplinesc funcția de observatori cu drept de intervenție, de exemplu, dacă este o eroare. detectate în acţiunile operatorului. Doar 4-5 persoane. Se pare că acest lucru nu este suficient pentru o sarcină atât de responsabilă? Dar la centralele nucleare occidentale, doar doi angajați îndeplinesc funcții similare, în timp ce o serie de sarcini sunt transferate către automatizare.

Cât de repede poate fi oprit un reactor nuclear?

Literal în două secunde. În proiectarea oricărui reactor, există așa-numitele tije de urgență. În timpul funcționării normale, acestea sunt îndepărtate din miezul reactorului și suspendate deasupra acestuia. Când vine un semnal de urgență, tijele cad literalmente sub propria greutate, oprind instantaneu reacția în lanț a combustibilului nuclear. Apropo, la momentul accidentului de la Cernobîl, sistemul funcționa cu un ordin de mărime mai lent. A fost nevoie de 14 secunde pentru a opri reactorul în 1986, acesta fiind unul dintre motivele pentru care accidentul nu a putut fi prevenit. Din lectia invatata s-au tras concluzii si s-a lucrat impresionant pentru imbunatatirea protectiei in caz de urgenta pentru a evita reaparitia unei situatii similare pe viitor.

Este adevărat că combustibilul nuclear strălucește după ce este folosit într-un reactor?

Da, această priveliște fascinantă poate fi observată dacă combustibilul uzat este în apă. În exterior, arată ca un halou albastru care înconjoară ansamblurile de combustibil, instalat vertical sub un strat de apă întunecată la o adâncime de câțiva metri. Se pare că combustibilul este iluminat de proiectoare, dar de fapt nu este. Electronii rapizi emiși de combustibilul nuclear se mișcă cu o viteză care depășește viteza luminii în apă și radiază în regiunea albastră a spectrului. Acest fenomen se numește radiație Cherenkov-Vavilov și apare chiar și în medii solide transparente. Combustibilul nuclear nu strălucește în aer.

Câte deșeuri sunt generate la centralele nucleare?

Nu foarte mult: pentru un an de funcționare a unei unități mari de putere, primim 100-200 de metri cubi de deșeuri radioactive solide (SRW) și aproximativ aceeași cantitate de deșeuri radioactive lichide (LRW). Surse de deșeuri solide - piese și materiale contaminate, echipamente uzate ale circuitului reactorului, îmbrăcăminte contaminată, unelte, cârpe folosite pentru ștergere etc. Sursă de deșeuri lichide - mici scurgeri de apă radioactivă folosită ca lichid de răcire, precum și soluții apoase utilizate pentru spălarea echipamentelor contaminate radioactiv, ape uzate spălătorie specială și așa mai departe. Mai mult, volumul primar de deșeuri lichide este destul de mare - aproximativ 10.000 de metri cubi pe an. Prin urmare, acestea sunt evaporate, în urma căreia cantitatea inițială este redusă de zeci și chiar de sute de ori.

Și care este situația cu deșeurile la alte întreprinderi ale ciclului combustibilului nuclear?

Cea mai mare cantitate de deșeuri radioactive este generată în procesul de extracție a uraniului. Sunt haldele de roci sterile și deșeurile de sortare radiometrică. Aproape că nu există uraniu în ele. Și, deși cantitatea de astfel de deșeuri este mare - mai mult de cincizeci de mii de metri cubi, cu funcționarea anuală a unui reactor cu o capacitate de o mie de megawați - nu trebuie să uităm că aceste deșeuri sunt de nivel scăzut, adică sunt practic. sigur. Dacă depozitarea lor este organizată corect, atunci astfel de steril nu reprezintă o amenințare pentru populație și mediu. În plus, în țara noastră se află doar în Krasnokamensk (teritoriul Trans-Baikal).

Ce etapă a ciclului combustibilului nuclear generează cele mai periculoase deșeuri?

În etapa de reprocesare a combustibilului nuclear uzat. Trebuie remarcat faptul că combustibilul proaspăt nu reprezintă o amenințare de radiații: tabletele de combustibil de uraniu pot fi ținute în mâini. Dar atunci când uraniul este fisionat într-un reactor, se produc produse de fisiune, iar multe dintre ele reprezintă o amenințare gravă cu radiațiile. Cu toate acestea, pericolul care emană de ele este redus semnificativ în timp. Deci, la 40 de ani după ce au fost scoase din reactor, cantitatea de produse radioactive scade de o mie de ori față de originalul. În plus, volumul de deșeuri de mare activitate generat în timpul reprocesării combustibilului uzat reprezintă o fracțiune foarte mică (mai puțin de 1%) din cantitatea totală de deșeuri radioactive generate în toate etapele ciclului combustibilului nuclear. Dacă se iau în considerare și sterilul, atunci ponderea deșeurilor de activitate înaltă nu va depăși 0,01%. Deșeurile de mare activitate sunt vitrificate, iar volumul lor în întreaga istorie a reprocesării combustibilului nuclear uzat în Rusia per locuitor al țării noastre este comparabil cu volumul unei mingi de golf.

Cum sunt gestionate deșeurile de la centralele nucleare?

Prima etapă este contabilizarea și colectarea strictă a acestora. Contabilitatea este necesară pentru a asigura siguranța, având în vedere inadmisibilitatea substanțelor radioactive care pătrund în mediul înconjurător, și chiar în mâinile teroriștilor. Prin urmare, sistemul de contabilitate și control al substanțelor radioactive și al deșeurilor radioactive din Rusia a fost adus la nivel național.A doua etapă este compactarea, reducerea maximă a volumului deșeurilor. Deșeurile lichide sunt evaporate, deșeurile solide sunt comprimate și incinerate. Acest lucru reduce costul depozitării și izolării finale a acestora.A treia etapă este condiționarea, în care deșeurile sunt transferate într-o stare stabilă chimic, sigură pentru mediu. Deșeurile cu radioactivitate scăzută pot fi depozitate în butoaie și containere, pentru materialele mai periculoase sunt prevăzute matrici mai fiabile: blocuri de ciment, bitum sau sticlă. Etapa finală este transportul deșeurilor radioactive către depozite specializate, iar apoi către instalația de izolare finală.

Să ne fie frică de importul în țara noastră de deșeuri radioactive din alte state?

În conformitate cu legile în vigoare, importul de deșeuri radioactive pe teritoriul țării noastre este interzis. Este permis să importe în Rusia doar surse uzate de radiații ionizante și combustibil nuclear uzat produs în țara noastră și returnat în baza unui acord interguvernamental. Dar este greșit să numim deșeuri de combustibil uzat dintr-un motiv simplu: deșeurile sunt acele materiale care și-au epuizat complet resursa utilă, în care nu există nimic valoros. Pentru a combustibilului uzat, care conține uraniu nearse, plutoniu, un set de alți izotopi care pot fi utilizați în geologie, medicină, agricultură, spațiu etc., acest lucru nu se aplică. Este o sursă de produse valoroase și poate fi refolosită.

De ce sunt substanțele radioactive periculoase?

Radionuclizii (nucleii radioactivi), atât naturali, cât și tehnogeni, diferă de nucleii stabili prin faptul că se pot transforma spontan în nucleele altor elemente. În acest caz, nucleul emite radiații sau, așa cum o numesc experții, radiații ionizante. Radiațiile provoacă unele daune celulelor, provocând abateri în activitatea lor. Adevărat, celulele luptă cu succes cu acest efect dacă dozele de radiații sunt mici. Mai mult, în absența fondului obișnuit de radiații, corpul este oprimat, imunitatea este redusă. Dar dacă fluxul de radiații este puternic, celulele mor, ceea ce duce la perturbarea funcțiilor organelor și țesuturilor. Trebuie remarcat faptul că, în viața noastră obișnuită, probabilitatea de a cădea sub un efect de radiații atât de puternic încât să afecteze sănătatea este extrem de mică. În viața obișnuită, rusul obișnuit primește din toate sursele o doză de radiații de 25-50 de ori mai mică decât doza minimă pentru care se notează cel puțin efecte dăunătoare minore.

Povestește-ne despre condițiile de muncă din minele de uraniu. Asta e periculos?

Să dăm mai întâi un exemplu istoric referitor la epoca de dinaintea descoperirii fenomenului radioactivității. Minerii medievali din sudul Saxiei s-au îmbolnăvit adesea și au murit devreme din cauza patologiei pulmonare, dar au suferit mai rar de boli ale articulațiilor, deoarece au băut apă de mină care conținea uraniu. Desigur, nimeni nu știa despre asta. Prin urmare, nu este de mirare că munca anterioaraîn minele de uraniu era o afacere periculoasă, iar incidența bolilor în minele de uraniu era destul de mare. Au început să-și dea seama care era problema și au ajuns la concluzia: motivul este concentrația mare de gaz natural radioactiv - radon, care este un partener indispensabil al zăcămintelor de uraniu. După ce au înțeles problema, au scris o „rețetă” - pentru a asigura o bună ventilație a minelor. Acest lucru a avut un efect pozitiv, iar acum, conform statisticilor, rata mortalității lucrătorilor din mineritul de uraniu nu este mai mare decât în ​​întreprinderile miniere din alte industrii.

Sunt iradiați doar lucrătorii nucleari? Sau nu?

Și în alte industrii, lucrătorii pot primi o doză crescută de radiații. Complexul de petrol și gaze s-a „distins” aici în cea mai mare măsură. Esența problemei este că, împreună cu petrolul și gazele, substanțele radioactive naturale, precum radiul, sunt extrase din pământ. Acești izotopi se depun pe suprafețele interioare ale conductelor, pompelor, rezervoarelor și conduc la o creștere semnificativă a fondului de radiație. Când această problemă a fost tratată îndeaproape, s-a constatat că dozele primite de angajații întreprinderilor producătoare de petrol în unele locuri depășesc dozele maxime pentru personalul CNE și ar trebui luate în considerare milioane de tone de nămol de petrol, în conformitate cu standardele interne. ca deșeuri radioactive.

Cât de mult contribuie centrala nucleară la doza mea anuală?

Experții au studiat cu atenție această problemă și au fost surprinși. Contribuția tuturor întreprinderilor din industria nucleară, consecințele accidentelor cu radiații și testele de arme nucleare la doza rusului mediu este de aproximativ 0,3%. Mai mult, această cifră rămâne corectă pentru regiunile în care sunt situate centrale nucleare. Restul sunt surse naturale și cercetare medicală. Excepție fac zonele contaminate ca urmare a accidentelor cu radiații, dar și acolo aportul „atomic” este mai mic decât componenta medicală.

Probabilitatea unui accident la o centrală nucleară este mică, dar încă nu este zero. Cum să-l „nulezi”?

Probabilitatea unui accident la orice instalație industrială mare nu va fi niciodată egală cu zero - toți cei care sunt familiarizați cu subiectul statisticii matematice știu acest lucru. În conformitate cu canoanele acestei discipline, orice eveniment poate avea loc cu o probabilitate sau alta: există chiar și o probabilitate (deși foarte mică) de moarte din cauza unui meteorit. Cu alte cuvinte, nu stă în puterea noastră să „anulăm” posibilitatea unui accident, dar o putem face neglijabilă. La centralele nucleare aflate în construcție, probabilitatea unui accident major de radiații este de 10-7 per reactor pe an. Aceasta este comparabilă cu probabilitatea ca un avion să cadă peste casa noastră, dacă nu un meteorit. Nu vă este frică să locuiți în propria casă? CNE ale proiectelor moderne sunt, de asemenea, sigure, deoarece inovatoare solutii tehnice pentru a preveni eliberarea de substanţe radioactive în afara staţiei chiar şi în cazul unui accident grav.

Cum să te comporți în cazul unui accident de radiații?

În primul rând, ar fi bine să vă asigurați că accidentul cu eliberarea de radiații s-a întâmplat cu adevărat, iar informațiile despre acesta nu sunt o „răță”, deoarece astfel de provocări au avut loc de mai multe ori. Numărul acestora a scăzut brusc după deschiderea site-ului web russianatom.ru, care afișează online informații de la senzorii sistemului de monitorizare a radiațiilor al întreprinderilor Rosatom. Dacă apare un accident, este necesar să închideți cu atenție ferestrele și ușile, să faceți o aprovizionare cu apă, să purtați aparate respiratorii sau bandaje de tifon pentru a vă proteja împotriva aerosolilor radioactivi, să ascultați radioul, să luați medicamente care conțin iod în conformitate cu instrucțiunile și să așteptați pentru terminarea alarmei sau, în cazul în care situația se dezvoltă nefavorabil, evacuare .

De ce avem nevoie de „profilaxia cu iod”?

Unul dintre izotopii radioactivi periculoși produși în timpul funcționării unui reactor nuclear este iodul-131. Este capabil să se acumuleze selectiv în glanda tiroidă - organul responsabil pentru producerea a doi hormoni importanți, iar perturbarea glandei tiroide afectează funcționarea întregului organism.Profilaxia cu iod este după cum urmează: persoanele care au căzut în zona de contaminare radioactivă ia iod obișnuit: un grajd conținut în medicament, înlocuiește iodul radioactiv din glanda tiroidă, iar expunerea acestuia este redusă semnificativ. Puteți lua o soluție alcoolică de iod de farmacie diluând câteva picături în apă sau lapte, dar este mai bine să folosiți preparate care conțin iod. De exemplu, tabletele de iodură de potasiu.Din fericire, amenințarea cu iod-131 nu este pe termen lung. Timpul de înjumătățire al acestui izotop este de aproximativ 8 zile, ceea ce înseamnă că la câteva zeci de zile de la eliberare, concentrația sa scade la valori sigure.În sfârșit, sfat. În caz de provocare, nu beți iod! Au fost înregistrate cazuri când, ca urmare a zvonurilor nefondate despre un accident la o centrală nucleară, oamenii au băut atât de multă soluție alcoolică de iod încât a fost nevoie de îngrijiri medicale.

Am auzit că alcoolul elimină substanțele radioactive din organism. E chiar asa?

Această opinie populară ar fi putut fi eradicată cu mult timp în urmă, dar, din păcate, este susținută activ de oamenii de știință nucleari înșiși. Cu toate acestea, în spatele acestui lucru nu se află nimic mai mult decât o scuză convenabilă pentru a „gândi pentru trei”. În același mod, unii oameni se uită cu speranță la calendar pentru a vedea dacă este vreo sărbătoare astăzi? Povestea despre beneficiile alcoolului se bazează pe fapte reale: alcoolul interacționează cu adevărat cu radicalii liberi - compuși periculoși care se formează în celule atunci când sunt expuși la radiații și când substanțele radioactive intră în organism. Problema este că, pentru a obține un efect mai mult sau mai puțin semnificativ asupra neutralizării lor, este necesar să beți atât de mult alcool încât acest lucru va duce la otrăvirea severă a organismului. Nu trebuie să uităm că alcoolul este o otravă. Pentru a reduce efectele iradierii și pentru a elimina substanțele radioactive din organism, au fost dezvoltate medicamente speciale - radioprotectoare. Nu oferă o asemenea plăcere precum consumul de băuturi alcoolice, dar au totuși un efect mult mai puternic.

Spune-mi despre pădurea roșie. Mai este rosu?

În cazul unui accident pe Centrala nucleara de la Cernobîl un nor de substanţe radioactive acoperea pădurea din apropiere. Arborii de conifere au fost afectați în special. Speciile de foioase își vărsează frunzele în fiecare an și astfel sunt curățate de radionuclizi, în timp ce această „opțiune” nu este disponibilă pentru molizi și pini. Drept urmare, copacii au murit, iar acele s-au înroșit. Fotografiile „pădurii roșii” sunt folosite în mod activ ca argument care mărturisește pericolele energiei nucleare. Dar să comparăm faptele: din cauza celui mai grav accident de radiații din istoria omenirii, 560 de hectare de pădure au murit, în timp ce munca „normală” a uzinei Norilsk a dus la distrugerea copacilor pe o suprafață de o mie de ori mai mare - 600.000 hectare! Apropo, acum o pădure devine verde în locul „pădurii roșii”, iar păsările cântă, deși fondul de radiație acolo este semnificativ crescut.

Centrală nucleară (CNP) - un complex de structuri tehnice concepute pentru a genera energie electrică prin utilizarea energiei eliberate în timpul unei reacții nucleare controlate.

Uraniul este folosit ca combustibil comun pentru centralele nucleare. Reacția de fisiune se desfășoară în unitatea principală a unei centrale nucleare - un reactor nuclear.

Reactorul este montat într-o carcasă de oțel proiectată pentru presiune înaltă - până la 1,6 x 107 Pa, sau 160 atmosfere.
Principalele părți ale VVER-1000 sunt:

1. Miezul, unde se află combustibilul nuclear, are loc o reacție în lanț de fisiune nucleară și se eliberează energie.
2. Reflector de neutroni care înconjoară miezul.
3. Lichidul de răcire.
4. Sistem de control al protecției (CPS).
5. Protecție împotriva radiațiilor.

Căldura din reactor este eliberată datorită reacției în lanț de fisiune a combustibilului nuclear sub acțiunea neutronilor termici. În acest caz, se formează produse de fisiune nucleară, printre care există atât solide, cât și gaze - xenon, cripton. Produsele de fisiune au o radioactivitate foarte mare, astfel încât combustibilul (tablete de dioxid de uraniu) este plasat în tuburi de zirconiu sigilate - TVEL-uri (elemente combustibile). Aceste tuburi sunt combinate mai multe piese una lângă alta într-un singur ansamblu de combustibil. Pentru a controla și proteja un reactor nuclear, se folosesc tije de control care pot fi deplasate de-a lungul întregii înălțimi a miezului. Tijele sunt fabricate din substanțe care absorb puternic neutronii, precum borul sau cadmiul. Odată cu introducerea profundă a tijelor, reacția în lanț devine imposibilă, deoarece neutronii sunt puternic absorbiți și îndepărtați din zona de reacție. Tijele sunt deplasate de la distanță de la panoul de control. Cu o mișcare mică a tijelor, procesul de lanț fie se va dezvolta, fie se va degrada. În acest fel, puterea reactorului este reglată.

Schema stației este cu două circuite. Primul circuit, radioactiv, constă dintr-un reactor VVER 1000 și patru bucle de răcire cu circulație. Al doilea circuit, neradioactiv, include generatoare de abur și unități de alimentare cu apă și o unitate de turbină cu o capacitate de 1030 MW. Lichidul de răcire primar este apă nefiertă de înaltă puritate, la o presiune de 16 MPa, cu adăugarea unei soluții de acid boric, un absorbant puternic de neutroni, care este utilizat pentru a controla puterea reactorului.

1. Pompele principale de circulație pompează apă prin miezul reactorului, unde este încălzită la o temperatură de 320 de grade datorită căldurii degajate în timpul unei reacții nucleare.
2. Lichidul de răcire încălzit își degajă căldura apei din circuitul secundar (fluidul de lucru), evaporându-l în generatorul de abur.
3. Lichidul de răcire răcit intră din nou în reactor.
4. Generatorul de abur produce abur saturat la o presiune de 6,4 MPa, care este furnizat către turbină cu abur.
5. Turbina antrenează rotorul generatorului electric.
6. Aburul evacuat este condensat în condensator și alimentat înapoi la generatorul de abur de către pompa de condens. Pentru a menține o presiune constantă în circuit, este instalat un compensator de volum de abur.
7. Căldura de condensare a aburului este îndepărtată din condensator prin circulația apei, care este furnizată de o pompă de alimentare din iazul de răcire.
8. Atât primul cât și cel de-al doilea circuit al reactorului sunt sigilate. Acest lucru asigură siguranța reactorului pentru personal și public.

Dacă este imposibil să folosiți o cantitate mare de apă pentru condensarea aburului, în loc să folosiți un rezervor, apa poate fi răcită în turnuri speciale de răcire (turnuri de răcire).

Siguranța și protecția mediului în funcționarea reactorului sunt asigurate prin respectarea strictă a reglementărilor (reguli de exploatare) și cantitate mare echipamente de control. Toate acestea sunt concepute pentru gândire și management eficient reactor.
Protecția de urgență a unui reactor nuclear - un set de dispozitive concepute pentru a opri rapid o reacție nucleară în lanț în miezul reactorului.

Protecția activă de urgență este declanșată automat atunci când unul dintre parametrii unui reactor nuclear atinge o valoare care poate duce la un accident. Astfel de parametri pot fi: temperatura, presiunea și debitul lichidului de răcire, nivelul și viteza de creștere a puterii.

Elementele executive ale protecției în caz de urgență sunt, în majoritatea cazurilor, tije cu o substanță care absoarbe bine neutronii (bor sau cadmiu). Uneori, un captator de lichid este injectat în bucla de lichid de răcire pentru a opri reactorul.

Pe lângă protecția activă, multe proiecte moderne includ și elemente de protecție pasivă. De exemplu, versiunile moderne ale reactoarelor VVER includ „Emergency Core Cooling System” (ECCS) - rezervoare speciale cu acid boric situat deasupra reactorului. În cazul unui accident de bază de proiectare maximă (ruperea circuitului primar de răcire al reactorului), conținutul acestor rezervoare se află prin gravitație în interiorul miezului reactorului, iar reacția nucleară în lanț este stinsă de o cantitate mare de substanță care conține bor. care absoarbe bine neutronii.

Conform „Regulilor de siguranță nucleară pentru instalațiile de reactoare ale centralelor nucleare”, cel puțin unul dintre sistemele de oprire a reactorului prevăzute trebuie să îndeplinească funcția de protecție în caz de urgență (EP). Protecția în caz de urgență trebuie să aibă cel puțin două grupuri independente de organisme de lucru. La semnalul AZ, corpurile de lucru ale AZ trebuie acționate din orice poziții de lucru sau intermediare.
Echipamentul AZ trebuie să fie format din cel puțin două seturi independente.

Fiecare set de echipamente AZ trebuie proiectat astfel încât să fie asigurată protecție în intervalul densității fluxului de neutroni de la 7% la 120% din valoarea nominală:
1. După densitatea fluxului de neutroni - cel puțin trei canale independente;
2. În funcție de rata de creștere a densității fluxului de neutroni - cu cel puțin trei canale independente.

Fiecare set de echipamente AZ trebuie proiectat astfel încât, în întreaga gamă de modificare a parametrilor de proces stabilite în proiectarea centralei reactorului (RP), protecția în caz de urgență să fie asigurată de cel puțin trei canale independente pentru fiecare parametru de proces pentru care este protejată. necesar.

Comenzile de control ale fiecărui set pentru actuatoarele AZ trebuie transmise pe cel puțin două canale. Când un canal este scos din funcțiune într-unul dintre seturile de echipamente AZ fără ca acest set să fie scos din funcțiune, un semnal de alarmă ar trebui să fie generat automat pentru acest canal.

Declanșarea protecției de urgență ar trebui să aibă loc cel puțin în următoarele cazuri:
1. La atingerea punctului de referință AZ în termeni de densitate de flux de neutroni.
2. La atingerea punctului de referință AZ în ceea ce privește viteza de creștere a densității fluxului de neutroni.
3. În cazul unei căderi de curent în orice set de echipamente AZ și magistralele de alimentare cu energie CPS care nu au fost scoase din funcțiune.
4. În caz de defecțiune a oricăror două dintre cele trei canale de protecție din punct de vedere al densității fluxului de neutroni sau al ratei de creștere a fluxului de neutroni în orice set de echipamente AZ care nu a fost dezafectat.
5. Când setările AZ sunt atinse de parametrii tehnologici, conform cărora este necesar să se efectueze protecția.
6. La inițierea funcționării AZ-ului de la cheie din punctul de control al blocului (BCR) sau punctul de control al rezervă (RCR).

Materialul a fost pregătit de editorii online www.rian.ru pe baza informațiilor de la RIA Novosti și a surselor deschise