Содержание
Ядерный реактор — все самое интересное на ПостНауке
Визитная карточка советской ядерной энергетики — РБМК (реактор большой мощности канальный). Это канальный реактор с графитовым замедлителем и легкой водой в качестве теплоносителя, который работает на топливе из двуокиси урана. Мощность реактора РБМК-1000 составляет 1 ГВт, РБМК-1500 — 1,5 ГВт. Существовали проекты реакторов этого типа большей мощности, однако они не были реализованы.
РБМК был создан по подобию промышленных реакторов, нарабатывавших плутоний. Активная зона РБМК набрана из графитовых блоков размером 25 на 25 сантиметров. В каждом из блоков проделан канал, в котором размещается тепловыделяющий блок с твэлами. Каждый тепловыделяющий блок индивидуально охлаждается водой, которая нагревается до кипения и частично испаряется. Циркуляция теплоносителя осуществляется в контуре многократной принудительной циркуляции (КМПЦ). Пароводяная смесь отводится через верхние части каналов и пароводяную коммуникацию, подается в сепараторы, которые разделяют сухой пар 15 и воду.
Вода возвращается обратно в активную зону реактора, а пар подается на турбину электрогенератора, где превращается в конденсат, и возвращается обратно в КМПЦ. Так как в РБМК вода закипает, в нем не требуется поддерживать высокое давление: в его каналах давление всего 70 атмосфер.
Недостаток РБМК, заложенный в самой его конструкции, — дисбаланс между количеством графита (замедлителя) и воды (поглотителя нейтронов). Изначально графитовые блоки планировали сделать размером 20 на 20 сантиметров, но не хватало места, чтобы подвести в такой жесткой конструкции разводку для каждого блока. Тогда было решено сделать их чуть больше. В результате графита оказалось больше, а воды — меньше, что повысило вероятность возникновения аварийных ситуаций с вводом положительной реактивности при опустошении первого контура и ухода воды из каналов.
В процессе эксплуатации графитовая кладка постепенно деформируется и распухает под действием радиации. Один из возможных способов сделать РБМК более безопасными — модернизировать кладку, сделав ее не из цельных блоков, а, например, из маленьких шариков и убрав из нее избыток графита.
Вторая жизнь реакторов канального типа // Атомный эксперт
«>16
Сегодня РБМК постепенно выводят из эксплуатации. До 2030 года в России планируется остановить 18 энергоблоков, в основном с реакторами РБМК.«Росэнергоатом» создаст центр по выводу из эксплуатации энергоблоков с реакторами РБМК // Страна РОСАТОМ. 23 июля 2020
«>17
В современной ядерной энергетике важную роль играют корпусные водо-водяные реакторы. В России это ВВЭР (водо-водяные энергетические реакторы), в других странах похожие реакторы называют PWR. На них приходится 60% мощностей всех реакторов мира. ВВЭР были созданы во многом благодаря реакторным установкам для атомных подводных лодок, на которых в качестве теплоносителя и замедлителя тоже используется вода.
Реактор ВВЭР-1000, самый распространенный в своей серии, представляет собой вертикальный цилиндрический герметичный сосуд из стали с крышкой, внутри которого располагается активная зона и внутрикорпусные устройства.
Корпус реактора выдерживает очень жесткие условия: высокое давление, температуру и скорость движения теплоносителя, а также мощные потоки радиации. В активной зоне реактора размещается 163 шестигранные18 тепловыделяющие сборки, каждая из которых состоит из 312 твэловКак делают ядерное топливо для Белорусской АЭС // Атомная энергия 2.0
«>19. На крышке реактора размещены приводы системы управления и защиты — в частности, поглощающих стержней, которые объединены в пучки и вводятся в активную зону реактора.
Реакторы ВВЭР работают по двухконтурной схеме. Через реактор циркулирует обычная вода, очищенная от примесей. Проходя через активную зону и омывая твэлы, она нагревается до 320 °C, и, чтобы она оставалась в жидком состоянии, ее приходится держать под давлением 160 атмосфер. Нагретая вода попадает в парогенератор, где отдает тепло воде второго контура, и затем снова закачивается в реактор. Вода второго контура превращается в парогенераторе в пар, который вращает турбину электрогенератора.
Кроме поглощающих стержней для контроля реактивности в реакторах ВВЭР используется борное регулирование. Борная кислота, которая выступает в качестве жидкого поглотителя нейтронов, подается в циркулирующую через активную зону воду первого контура. Ее концентрация изменяется в ходе работы реактора в зависимости от требований к реактивности. В начале работы у реактора большой запас реактивности, и, чтобы его компенсировать, требуется большая концентрация борной кислоты, а по мере выгорания топлива размножающие способности реактора ухудшаются, и борную кислоту постепенно выводят из раствора.
Топливом для реактора БН-600 служит диоксид урана, обогащенный по урану-235 до 17–26%. Это гораздо более высокое обогащение, чем в топливе для тепловых реакторов (менее 5%). В активной зоне реактора БН-600 размещены 369 ТВС с твэлами с высокообогащенным оксидом урана; в зоне воспроизводства — 378 сборок из обедненного (отвального) урана с содержанием урана-235 ниже природного уровня.
30
Гибридная активная зона реактора БН-800 будет включать в себя ТВС с таблеточным высокообогащенным урановым топливом, ТВС с таблеточным MOX-топливом и ТВС с виброуплотненным MOX-топливом (то есть в виде порошка диоксида плутония и урана, набитого в твэлы и уплотненного с помощью вибрации). Васильев Б. А. Цели и задачи разработок активных зон реакторов БН // Всероссийская научно-техническая конференция «Нейтронно-технические проблемы атомной энергетики». Обнинск, 2019
«>31 Высокообогащенное урановое топливо предполагается использовать только на первом этапе работы реактора, затем его полностью заменят на MOX-топливо.
Часто задаваемые вопросы AKKUYU NÜKLEER A.Ş.
Часто задаваемые вопросы
Сколько энергии выделяет ядерное топливо?
Из одного килограмма ядерного топлива, используемого на атомной электростанции, можно получить столько же энергии, сколько выделяется при сжигании двух железнодорожных вагонов угля (100 000 кг) или двух железнодорожных цистерн нефти (600 000 кг), поэтому генерация электроэнергии на основе ядерного топлива дешевле и эффективнее.
Как получают ядерное топливо?
Самый первый шаг в получении атомной энергии – это добыча урановой руды. В руде содержится менее 1% чистого урана. Поэтому руду перерабатывают и переходят к следующему шагу – обогащению урана для увеличения концентрации делящихся ядер урана-235 от 1% до 4%. Из обогащенного урана производятся урановые таблетки. Готовые таблетки помещают в металлическую трубку, которая называется тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ). И в виде нескольких десятков ТВЭЛов, соединенных вместе в тепловыделяющие сборки (ТВС) топливо попадет в ядерный реактор.
Что происходит в атомном реакторе?
Атомный реактор работает благодаря процессу, который называется делением ядра. После загрузки топлива в реакторе начинается процесс деления, в результате которого образуются продукты деления – нейтроны. Свободные нейтроны сталкиваются с ядрами других атомов урана и продолжают реакцию до тех пор, пока не закончится все топливо.
Поэтому реакция деления ядра атомов урана называется цепная реакция.
Что такое радиация?
Радиация – излучение энергии в виде частиц или электромагнитных волн. Это природное явление, которое существует миллиарды лет. Все живые организмы постоянно испытывают на себе действие природного излучения. Разные виды излучения попадают на поверхность Земли из космоса и от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Находящийся в земной коре калий также содержит природный радиоактивный изотоп. Даже в тканях человеческого тела постоянно присутствуют радиоактивные элементы, и избавиться от них просто физически невозможно.
Оказывает ли АЭС радиационное воздействие на население?
Атомные станции не загрязняют природу. Радиационное воздействие АЭС на окружающую среду и население гораздо меньше по сравнению с электростанциями на нефти, угле и мазуте, которые выбрасывают вредные продукты сгорания в атмосферу.
Атомная электростанция – предприятие замкнутого технологического цикла. Это означает, что все сгорающее топливо остается внутри АЭС, а потом увозится в особо прочных контейнерах. От атомной стаций в атмосферу поступает только чистая вода.
Как работает АЭС?
Принцип вырабатывания электроэнергии на АЭС похож на обычную тепловую электростанцию. Ядерный реактор при помощи энергии, полученной при делении урана, нагревает воду 1 контура, которая поступает в парогенератор, где происходит ее теплообмен с водой 2 контура. Пар 2 контура из парогенератора поступает в турбину, которая приводит в движение генератор. Электрогенератор вырабатывает электроэнергию, которая по линиям электропередач поступает к потребителям.
В чем преимущества атомной энергетики?
1. Огромная энергоемкость используемого топлива (см. Сколько энергии выделяет ядерное топливо?)
2. Возможность повторного использования топлива (после регенерации).
3. Ядерная энергетика не способствует созданию «парникового эффекта». Ежегодно атомные станции в Европе позволяют избежать эмиссии 700 миллионов тонн СО2, а в Японии — 270 миллионов тонн СO2.
4. Стоимость электричества, произведенного на АЭС, ниже, чем на большинстве электростанций иных типов.
Где еще применяется атомная энергия?
Атомная энергия успешно используется в космической технике, авиастроении, глубоководных аппаратах, на ледоколах. В мире используется около 160 различных изотопов – атомов одного и того же химического элемента, близкого по своим физико-химическим свойствам, но имеющим разную атомную массу. С помощью изотопов выполнено огромное число исследований в самых разнообразных направлениях биологии и биохимии. Одно из направлений включает работы по изучению динамики и путей перемещения популяций в биосфере и отдельных особей внутри данной популяции. Радиоактивные изотопы широко применяются в промышленности для автоматизации производственных процессов и контроля за ними, в аналитической химии, производстве строительных материалов, для повышения чувствительности химического анализа, контроля утечек нефтепродуктов, в медицине для диагностики и лечения ряда заболеваний,
Наибольшее применение изотопы нашли в химии для изучения механизма химических реакций, процессов горения, катализа, синтеза химических соединений, в спектрометрии.
В медицине с помощью изотопов были раскрыты механизмы развития (патогенез) ряда заболеваний. Изотопы также используются в медицинских установках для облучения, рентгеновских установках, гамма-дефектоскопах.
В сельском хозяйстве изотопы широко используются для определения физических свойств почвы и запасов в ней элементов пищи растений, для изучения взаимодействия почвы и удобрений, процессов усвоения растениями питательных элементов из минеральных туков, поступления в растения минеральной пищи через листья и других вопросов почвоведения и агрохимии.
Достаточно ли АЭС безопасна?
Современные АЭС оснащены надежной многослойной системой безопасности. Она похожа по структуре на матрешку. Первая – сама топливная таблетка, внутри которой находится уран. Таблетки находятся в металлических ТВЭЛах. Следующий защитный барьер – корпус реактора. И, наконец, снаружи находится бетонная герметичная оболочка (контайнмент). Конструкция контейнмента позволяет выдерживать все виды внешних воздействий: землетрясения, смерчи, ураганы, пыльные бури, воздушные ударные волны и даже падение самолета.
Есть также система управления и защиты, которая способна управлять ядерной реакцией вплоть до ее полного прекращения. Кроме того, все станции оснащены несколькими поясами ограждений, контрольно-пропускными пунктами и прочими элементами физической защиты.
Почему Германия отказывается от атомной энергетики?
Германия приняла решение о постепенном отказе от атомной программы в 2001 году. Канцлер ФРГ Ангела Меркель, будучи лидером Христианско-демократического союза, перед своим избранием в 2005 году заняла позицию в поддержку Закона об отказе от атомной энергетики. На сегодняшний день, после закрытия 7 самых старых АЭС Германия начала импортировать электроэнергию из Франции и Чехии (78% энергии во Франции и 34% в Чехии вырабатываются на атомных станциях).
Может ли случиться повторение Фукусимы?
На атомных станциях, которые в настоящее время строит Россия, в том числе за рубежом, исключена возможность повторения аварии, произошедшей на АЭС «Фукусима».
На АЭС, спроектированных российскими специалистами, предусмотрена многоуровневая система защиты и инновационные элементы – так называемая ловушка расплава и система пассивного отвода тепла, позволяющая охладить реактор при обесточивании АЭС. Она присутствует на всех проектируемых Россией АЭС, в том числе на АЭС «Аккую». На АЭС «Фкукусима» эти уровни защиты отсутствовали.
Повлияет ли строительство АЭС на экологическую обстановку в регионе?
Атомная станция безопасна и экологически чиста со всех точек зрения. АЭС не будет угрожать сельхозяйственным культурам и водной среде. Никаких выбросов химических или других загрязняющих веществ от АЭС в окружающую среду и воду не происходит. Например, в России ежегодно проводят соревнования по рыбалке вблизи АЭС, после чего улов проверяют с помощью дозиметра, и результаты позволяют убедиться, что и рыба и вода ничем не отличаются от обычных водоемов (см. Экологическая безопасность)
Какая самая большая (мощная) АЭС на Земле?
Cамая крупная в Европе АЭС находится в Украине, это Запорожская АЭС..jpg)
Она имеет 6 реакторов ВВЭР-1000 суммарной мощностью 6000 МВт.
Могу ли я работать на АЭС?
Ядерная энергетика считается в мире одной из самых передовых отраслей по уровню используемых технологий, производственной культуре, качеству подготовки и квалификации персонала. Например, Россия в настоящее время обладает наиболее совершенными обогатительными технологиями в мире. Чтобы получить работу в атомной отрасли, необходимо закончить один из профильных ВУЗов. В России таким считается Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, который открыл свои двери для 50 турецких студентов в 2011-2012 учебном году.
АЭС «Аврора» | Крошечная атомная электростанция появится в Айдахо
- Инновационная атомная электростанция, работающая на малоотходном топливе, надеется запуститься к 2022–2025 гг.
- Создатель станции, Oklo, объединяет стартапы по всему миру, работающие над созданием более безопасных атомных электростанций меньшего размера.
- Но эксперты предполагают, что сроки Oklo нереалистичны, поскольку впереди годы процесса утверждения ядерного оружия.
Экспериментальный ядерный реактор в Айдахо может стать первым в своем роде в Соединенных Штатах: коммерческий реактор, вырабатывающий энергию с использованием топлива, которое уменьшает ядерные отходы . Небольшая электростанция может обеспечить электроэнергией около 1000 домов и может работать почти автономно в течение 20 лет.
Этот проект исходит от Oklo, которая утверждает, что ее реактор будет «первым в истории» для выработки энергии из ядерных отходов. Но Oklo — лишь одна из многих групп, работающих над тем, чтобы сделать локализованную и более безопасную ядерную энергетику мостом между нынешним энергетическим статус-кво и более углеродно-нейтральным будущим.
«Каждый сценарий, представленный Межправительственной группой экспертов по изменению климата для предотвращения нагревания планеты более чем на 1,5 градуса по Цельсию по сравнению с доиндустриальным уровнем, зависит от ядерной энергетики, обеспечивающей растущую долю нашего электричества», — объясняет экологический блог Grist.
У этих амбициозных новаторов есть несколько общих идей. Во-первых, ядерные реакторы гораздо меньшего размера — будь то относительно небольшие версии «полноразмерных» коммерческих реакторов или действительно локализованные небольшие реакторы, такие как у Окло, — по своей сути безопаснее. Представьте себе, что вы пытаетесь вытереть разлитое несколько капель газировки, а не целую двухлитровую бутылку. Также проще и дешевле построить защитную оболочку для небольших реакторов.
Во-вторых, многие из этих инновационных разработок хотят использовать в своих реакциях новый или другой формат ядерного топлива. Некоторые используют переработанные отходы, некоторые используют химические реакции, которые могут генерировать энергию, не достигая «критического» состояния, и, в частности, для небольших реакторов требуется много меньше топлива , что означает меньше токсичных отходов.
Планы Окло представляют собой комбинацию обоих.
Станция мощностью всего 1,5 мегаватта будет одной из самых маленьких из когда-либо построенных — даже на заре атомной энергетики. Самая маленькая требовательная атомная станция в мире производит 11 мегаватт, и даже новая российская плавучая электростанция производит более 30. Но невзрачная конструкция выглядит как дом с Т-образным каркасом, и ее было бы легко втиснуть в гораздо большее количество мест, чем действующие атомные станции.
В декабре Oklo получила разрешение на строительство своей новой АЭС «Аврора», которая является первым и единственным разрешением, когда-либо выданным в США атомной электростанции, использующей не легководный («водяной») реактор. Конкретная смесь топлива, которую они планируют использовать, для краткости называется HALEU: «Высокопробный низкообогащенный уран (HALEU) […] обещает обеспечить большую мощность на единицу объема, чем обычные реакторы, а его эффективность позволяет строить меньшие по размеру установки. размеры», Мощность объясняет .
«Это также обещает более длительный срок службы активной зоны и более высокую скорость выгорания ядерных отходов».
Однако на пути Окло стоят большие препятствия. Их запланированный график, который, по словам Гриста, должен открыться между 2022 и 2025 годами (после того, как только получили разрешение в декабре 2019 года), будет одним из самых коротких в истории ядерной энергетики США. Для первого в своем роде коммерческого реактора-размножителя на быстрых нейтронах HALEU это выглядит, по меньшей мере, оптимистично.
Но если Oklo сможет быстро пройти через процесс регулирования ядерной энергетики и создать прецедент для более безопасных реакторов с более короткими сроками утверждения, это может проложить путь к более быстрым ядерным инновациям — то, в чем, по мнению многих экспертов, мы отчаянно нуждаемся.
Источник: Grist
Кэролайн Делберт
Кэролайн Делберт — писатель, заядлый читатель и пишущий редактор в Pop Mech.
Она также энтузиаст практически всего. Ее любимые темы включают ядерную энергию, космологию, математику повседневных вещей и философию всего этого.
Сможет ли Китай построить самую маленькую в мире атомную электростанцию и отправить ее в Южно-Китайское море?
Китайские дноуглубительные суда предположительно видны в водах вокруг рифа Мисчиф на спорных островах Спратли в Южно-Китайском море на этом неподвижном изображении с видео, снятого самолетом-разведчиком P-8A Poseidon, предоставленным ВМС США 21 мая 2015 года.
ВМС США/Раздаточный материал через Reuters
Ведущий материковый исследовательский институт разрабатывает самую маленькую в мире атомную электростанцию, которая может поместиться в транспортном контейнере и может быть установлена на острове в спорном Южно-Китайском море в течение пяти лет.
Исследователи ведут интенсивную работу над устройством, получившим название hedianbao, или «переносной блок ядерных батарей».
Несмотря на то, что небольшой реактор со свинцовым охлаждением можно поместить в транспортный контейнер длиной около 6,1 м и высотой 2,6 м, он сможет генерировать 10 мегаватт тепла, которого при преобразовании в электричество будет достаточно для питания около 50 000 домохозяйств.
смотреть сейчас
Он также способен годами и даже десятилетиями работать без дозаправки, а ученые говорят, что из-за того, что он не производит ни пыли, ни дыма, даже на маленьком острове житель вряд ли заметит его существование.
Исследование частично финансируется Народно-освободительной армией.
Исследователи из Института технологии безопасности ядерной энергии Китайской академии наук, национального исследовательского института в Хэфэй, провинция Аньхой, надеются отправить первый блок в течение пяти лет.
Другие материалы South China Morning Post :
Китайские производители атомных электростанций ищут новые рынки сбыта вдоль древнего Шелкового пути в Азию, Европу, Африку и Ближний Восток
Нехватка технических специалистов в Китае «угрожает безопасности атомных станций»
океан: китайские военные надеются использовать волновые фермы для питания радаров на отдаленных островах, пока споры в Южно-Китайском море кипят
«Часть нашего финансирования поступила от военных, но мы надеемся — и это наша конечная цель — что технология в конечном итоге принесет пользу гражданским пользователям », — сказал профессор Хуан Цюньин, ученый-ядерщик, участвовавший в исследовании.
Китайские исследователи признают, что их технология аналогична компактному тепловому реактору со свинцовым охлаждением, который использовался ВМС бывшего Советского Союза на своих атомных подводных лодках в 1970-х годах.
Тем не менее, Китай, вероятно, будет первой страной, использующей такие военные технологии на суше.
Хотя эти «детские» реакторы могли бы производить большое количество электроэнергии и опреснять огромные запасы морской воды для использования в качестве пресной, они также вызвали серьезные экологические проблемы.
Если с одним из них случится катастрофа, радиоактивные отходы затронут не только близлежащие страны, но и распространятся по всему миру через сильные морские течения региона.
Этот тип реактора часто называют быстрым реактором, так как он использует высокоскоростные нейтроны для расщепления атомов топлива. Реактор на быстрых нейтронах имеет ряд существенных преимуществ перед обычными реакторами. Быстрые нейроны могут расщеплять атомы почти всех расщепляющихся материалов, включая отходы, оставшиеся после традиционных тепловых электростанций, что значительно повышает эффективность использования топлива.
Кроме того, жидкий металл на основе свинца, который реактор использует в качестве системы охлаждения, не закипает, пока не достигнет температуры 1400 градусов по Цельсию, что делает реактор более безопасным, чем любой из существующих тепловых реакторов, находящихся в коммерческой эксплуатации сегодня.
Однако Хуанг сказал, что убедить людей в том, что технология безопасна, по-прежнему будет непросто. Он добавил, что отсутствие осведомленности общественности о новой технологии может помешать ее широкому применению.
Реактор со свинцовым теплоносителем является частью усилий Китая по разработке реакторов нового поколения для его быстрорастущего сектора ядерной энергетики. Другие технологические подходы, такие как реакторы на расплаве солей и высокотемпературные реакторы с газовым охлаждением, также быстро развиваются благодаря щедрому государственному финансированию.
Китай также рассматривает возможность строительства небольших плавучих электростанций с использованием традиционных технологий для выработки электроэнергии для островов Южно-Китайского моря.
Исследователь морской среды из Океанического университета Китая в Циндао, провинция Шаньдун, предупредил, что неизбежный сброс горячей радиоактивной воды с атомной электростанции в океан может изменить экологическую систему всего региона вокруг острова.
«Многие рыбы и морские существа не смогут справиться с резким изменением окружающей среды, вызванным массовым опреснением и повышением температуры моря, вызванным ядерным реактором», — сказал исследователь, отказавшийся назвать свое имя.
«Если бы ядерная катастрофа произошла в Южно-Китайском море, она не оказала бы немедленного воздействия на людей, живущих на материке, из-за большого расстояния», — сказал исследователь.
«Но радиоактивные отходы попадут в тела рыб и других морских существ и, вероятно, окажутся на наших обеденных столах. Морские течения также могут унести отходы к дальним берегам», — сказала она.
Прежде чем размещать любую атомную электростанцию на отдаленном острове в Южно-Китайском море, китайское правительство должно учитывать не только ее политические, военные или экономические выгоды, но и проводить всесторонние научные оценки ее потенциального воздействия на окружающую среду, сказал исследователь.