Πυρηνικοί αντιδραστήρες σε πυρηνικούς σταθμούς και. Ιστορία και είδη πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής. Τι είναι στοιχείο καυσίμου και TVS

Η ενέργεια είναι ένα από τα πιο παγκόσμια προβλήματα της ανθρωπότητας. Η πολιτική υποδομή, η βιομηχανία, οι στρατιωτικές δυνάμεις απαιτούν τεράστιες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας και ένας τόνος ορυκτών διατίθεται ετησίως για την παραγωγή της. Το πρόβλημα είναι ότι αυτοί οι πόροι δεν είναι ατελείωτοι, και τώρα, ενώ η κατάσταση είναι λίγο-πολύ σταθερή, πρέπει να σκεφτείτε το μέλλον. Τεράστιες ελπίδες είχαν στηριχθεί στην εναλλακτική, καθαρή ηλεκτρική ενέργεια, ωστόσο, όπως δείχνει η πρακτική, το τελικό αποτέλεσμα απέχει πολύ από το επιθυμητό. Το κόστος των σταθμών ηλιακής ή αιολικής ενέργειας είναι τεράστιο και η ποσότητα ενέργειας ελάχιστη. Και γι' αυτό πλέον οι πυρηνικοί σταθμοί θεωρούνται η πιο ελπιδοφόρα επιλογή για περαιτέρω ανάπτυξη.

Ιστορικό NPP

Οι πρώτες ιδέες σχετικά με τη χρήση του ατόμου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας εμφανίστηκαν στην ΕΣΣΔ γύρω στη δεκαετία του '40 του ΧΧ αιώνα, σχεδόν 10 χρόνια πριν από τη δημιουργία των δικών τους όπλων μαζικής καταστροφής σε αυτή τη βάση. Το 1948 αναπτύχθηκε η αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού και ταυτόχρονα αποδείχθηκε για πρώτη φορά στον κόσμο να τροφοδοτεί συσκευές από ατομική ενέργεια. Το 1950, οι Ηνωμένες Πολιτείες ολοκλήρωσαν την κατασκευή ενός μικρού πυρηνικού αντιδραστήρα, ο οποίος εκείνη την εποχή θα μπορούσε να θεωρηθεί ο μοναδικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής αυτού του τύπου στον πλανήτη. Είναι αλήθεια ότι ήταν πειραματικό και παρήγαγε μόνο 800 watt ισχύος. Ταυτόχρονα, τίθενται τα θεμέλια στην ΕΣΣΔ για τον πρώτο ολοκληρωμένο πυρηνικό σταθμό στον κόσμο, αν και μετά την έναρξη λειτουργίας του, δεν παρήγαγε ακόμη ηλεκτρική ενέργεια σε βιομηχανική κλίμακα. Αυτός ο αντιδραστήρας χρησιμοποιήθηκε περισσότερο για να βελτιώσει την τεχνολογία.

Από εκείνη τη στιγμή άρχισε η μαζική κατασκευή πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής σε όλο τον κόσμο. Εκτός από τους παραδοσιακούς ηγέτες αυτής της «φυλής», τις ΗΠΑ και την ΕΣΣΔ, εμφανίστηκαν οι πρώτοι αντιδραστήρες σε:

• 1956 - Μεγάλη Βρετανία.
• 1959 - Γαλλία.
• 1961 - Γερμανία.
• 1962 - Καναδάς.
• 1964 - Σουηδία.
• 1966 - Ιαπωνία.

Ο αριθμός των πυρηνικών σταθμών που κατασκευάζονταν αυξανόταν συνεχώς, μέχρι την καταστροφή του Τσερνομπίλ, μετά την οποία η κατασκευή άρχισε να παγώνει και σταδιακά πολλές χώρες άρχισαν να εγκαταλείπουν την πυρηνική ενέργεια. Αυτή τη στιγμή, νέοι τέτοιοι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής εμφανίζονται κυρίως στη Ρωσία και την Κίνα. Ορισμένες χώρες που προηγουμένως σχεδίαζαν να στραφούν σε άλλο είδος ενέργειας επιστρέφουν σταδιακά στο πρόγραμμα και στο εγγύς μέλλον είναι πιθανό ένα ακόμη άλμα στην κατασκευή πυρηνικών σταθμών. Αυτό είναι ένα υποχρεωτικό στάδιο στην ανάπτυξη της ανθρωπότητας, τουλάχιστον μέχρι να βρεθούν άλλες αποτελεσματικές επιλογές για την παραγωγή ενέργειας.

Χαρακτηριστικά της πυρηνικής ενέργειας

Το πιο σημαντικό πλεονέκτημα είναι η παραγωγή τεράστιας ποσότητας ενέργειας με ελάχιστη κατανάλωση καυσίμου και ουσιαστικά χωρίς ρύπανση. Η αρχή της λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα σε έναν πυρηνικό σταθμό βασίζεται σε μια απλή ατμομηχανή και χρησιμοποιεί το νερό ως κύριο στοιχείο (χωρίς να υπολογίζεται το ίδιο το καύσιμο), επομένως, από την άποψη της οικολογίας, η βλάβη είναι ελάχιστη. Ο πιθανός κίνδυνος αυτού του τύπου σταθμών παραγωγής ενέργειας είναι πολύ υπερβολικός. Τα αίτια της καταστροφής του Τσερνομπίλ δεν έχουν ακόμη εξακριβωθεί με αξιοπιστία (περισσότερα για αυτό παρακάτω), και επιπλέον, όλες οι πληροφορίες που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια της έρευνας κατέστησαν δυνατό τον εκσυγχρονισμό των υπαρχόντων σταθμών, αποκλείοντας ακόμη και απίθανες επιλογές για εκπομπές ακτινοβολίας. Οι περιβαλλοντολόγοι λένε μερικές φορές ότι τέτοιοι σταθμοί είναι μια ισχυρή πηγή θερμικής ρύπανσης, αλλά αυτό δεν είναι επίσης απολύτως αλήθεια. Πράγματι, ζεστό νερό από το δεύτερο κύκλωμα εισέρχεται στις δεξαμενές, αλλά τις περισσότερες φορές χρησιμοποιούνται οι τεχνητές εκδόσεις τους, που έχουν δημιουργηθεί ειδικά για αυτό, και σε άλλες περιπτώσεις, το μερίδιο μιας τέτοιας αύξησης της θερμοκρασίας δεν μπορεί να συγκριθεί με τη ρύπανση από άλλες πηγές ενέργειας.

Πρόβλημα καυσίμου

Το καύσιμο - ουράνιο-235 - παίζει σημαντικό ρόλο στη δημοτικότητα των πυρηνικών σταθμών. Απαιτείται πολύ λιγότερο από κάθε άλλο τύπο με ταυτόχρονη τεράστια απελευθέρωση ενέργειας. Η αρχή της λειτουργίας ενός αντιδραστήρα πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής συνεπάγεται τη χρήση αυτού του καυσίμου με τη μορφή ειδικών "σφαιριδίων" τοποθετημένων σε ράβδους. Στην πραγματικότητα, η μόνη δυσκολία σε αυτή την περίπτωση είναι να δημιουργήσετε ακριβώς ένα τέτοιο σχήμα. Ωστόσο, πρόσφατα άρχισαν να εμφανίζονται πληροφορίες ότι τα σημερινά παγκόσμια αποθέματα επίσης δεν θα είναι αρκετά για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτό όμως προβλέπεται ήδη. Οι νεότεροι αντιδραστήρες τριών κυκλωμάτων λειτουργούν με ουράνιο-238, από το οποίο υπάρχει πολύ, και το πρόβλημα της έλλειψης καυσίμων θα εξαφανιστεί για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Η αρχή της λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού δύο κυκλωμάτων

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, βασίζεται σε μια συμβατική ατμομηχανή. Εν ολίγοις, η αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού είναι η θέρμανση του νερού από το πρωτεύον κύκλωμα, το οποίο με τη σειρά του θερμαίνει το νερό στο δευτερεύον κύκλωμα στην κατάσταση του ατμού. Προεξέχει μέσα στον στρόβιλο, περιστρέφοντας τα πτερύγια, με αποτέλεσμα η γεννήτρια να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Ο «απόβλητος» ατμός εισέρχεται στον συμπυκνωτή και μετατρέπεται ξανά σε νερό. Έτσι, προκύπτει ένας πρακτικά κλειστός κύκλος. Θεωρητικά, όλα αυτά θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ακόμα πιο εύκολα, χρησιμοποιώντας μόνο ένα κύκλωμα, αλλά αυτό είναι ήδη πραγματικά επικίνδυνο, καθώς το νερό σε αυτό, θεωρητικά, μπορεί να μολυνθεί, κάτι που αποκλείεται όταν χρησιμοποιείται ένα πρότυπο συστήματος για τους περισσότερους πυρηνικούς σταθμούς με δύο κύκλους νερού που απομονώνονται μεταξύ τους.

Η αρχή της λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού τριών κυκλωμάτων

Πρόκειται για πιο σύγχρονους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής που λειτουργούν με ουράνιο-238. Τα αποθέματά του αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 99% όλων των ραδιενεργών στοιχείων στον κόσμο (εξ ου και οι τεράστιες προοπτικές χρήσης). Η αρχή της λειτουργίας και του σχεδιασμού ενός πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής αυτού του τύπου συνίσταται στην παρουσία έως και τριών κυκλωμάτων και στην ενεργό χρήση υγρού νατρίου. Σε γενικές γραμμές, όλα παραμένουν περίπου ίδια, αλλά με μικρές προσθήκες. Στο πρώτο κύκλωμα, που θερμαίνεται απευθείας από τον αντιδραστήρα, αυτό το υγρό νάτριο κυκλοφορεί σε υψηλή θερμοκρασία. Ο δεύτερος κύκλος θερμαίνεται από τον πρώτο και χρησιμοποιεί επίσης το ίδιο υγρό, αλλά όχι τόσο καυτό. Και μόνο τότε, ήδη στο τρίτο κύκλωμα, χρησιμοποιείται νερό, το οποίο θερμαίνεται από το δεύτερο στην κατάσταση ατμού και περιστρέφει τον στρόβιλο. Το σύστημα αποδεικνύεται πιο περίπλοκο τεχνολογικά, αλλά ένας τέτοιος πυρηνικός σταθμός χρειάζεται να κατασκευαστεί μόνο μία φορά και μετά το μόνο που μένει είναι να απολαύσουμε τους καρπούς της εργασίας.

Τσερνομπίλ

Η αρχή λειτουργίας του πυρηνικού σταθμού του Τσερνομπίλ πιστεύεται ότι είναι η κύρια αιτία της καταστροφής. Επισήμως, υπάρχουν δύο εκδοχές για το τι συνέβη. Ένα προς ένα, το πρόβλημα προέκυψε από τις λάθος ενέργειες των χειριστών του αντιδραστήρα. Σύμφωνα με το δεύτερο - λόγω του ανεπιτυχούς σχεδιασμού του σταθμού παραγωγής ενέργειας. Ωστόσο, η αρχή λειτουργίας του πυρηνικού σταθμού του Τσερνομπίλ χρησιμοποιήθηκε και σε άλλα εργοστάσια αυτού του τύπου, τα οποία λειτουργούν κανονικά μέχρι σήμερα. Πιστεύεται ότι συνέβη μια αλυσίδα ατυχημάτων, η οποία είναι σχεδόν αδύνατο να επαναληφθεί. Αυτός είναι ένας μικρός σεισμός σε εκείνη την περιοχή, ένα πείραμα με έναν αντιδραστήρα, μικρά προβλήματα της ίδιας της δομής κ.ο.κ. Μαζί, αυτό προκάλεσε την έκρηξη. Ωστόσο, ο λόγος που προκάλεσε μια απότομη αύξηση της ισχύος του αντιδραστήρα ενώ δεν έπρεπε να το κάνει είναι ακόμα άγνωστος. Υπήρχε ακόμη και άποψη για πιθανή δολιοφθορά, αλλά δεν κατέστη δυνατό να αποδειχθεί τίποτα μέχρι σήμερα.

Φουκουσίμα

Αυτό είναι ένα άλλο παράδειγμα παγκόσμιας καταστροφής που αφορά πυρηνικό εργοστάσιο. Και σε αυτή την περίπτωση η αιτία ήταν μια αλυσίδα ατυχημάτων. Ο σταθμός προστατεύτηκε αξιόπιστα από σεισμούς και τσουνάμι, τα οποία δεν είναι ασυνήθιστα στις ιαπωνικές ακτές. Λίγοι θα μπορούσαν να φανταστούν ότι και τα δύο αυτά γεγονότα θα συνέβαιναν ταυτόχρονα. Η αρχή της λειτουργίας της γεννήτριας πυρηνικού σταθμού Fukushima προϋπέθετε τη χρήση εξωτερικών πηγών ενέργειας για τη διατήρηση της λειτουργικότητας ολόκληρου του συγκροτήματος ασφαλείας. Αυτό είναι ένα λογικό μέτρο, καθώς θα ήταν δύσκολο να ληφθεί ενέργεια από το ίδιο το εργοστάσιο κατά τη διάρκεια ενός ατυχήματος. Εξαιτίας του σεισμού και του τσουνάμι, όλες αυτές οι πηγές ήταν εκτός λειτουργίας, εξαιτίας των οποίων οι αντιδραστήρες έλιωσαν και σημειώθηκε καταστροφή. Πλέον λαμβάνονται μέτρα για την εξάλειψη των ζημιών. Σύμφωνα με τους ειδικούς, αυτό θα διαρκέσει άλλα 40 χρόνια.

Παρά την αποτελεσματικότητά της, η ατομική ενέργεια εξακολουθεί να είναι αρκετά δαπανηρή, επειδή οι αρχές λειτουργίας της γεννήτριας ατμού ενός πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής και των άλλων εξαρτημάτων της συνεπάγονται τεράστιο κόστος κατασκευής που πρέπει να αποζημιωθεί. Τώρα η ηλεκτρική ενέργεια από άνθρακα και πετρέλαιο εξακολουθεί να είναι φθηνότερη, αλλά αυτοί οι πόροι θα εξαντληθούν τις επόμενες δεκαετίες και τα επόμενα χρόνια η πυρηνική ενέργεια θα είναι φθηνότερη από οτιδήποτε άλλο. Αυτή τη στιγμή, η φιλική προς το περιβάλλον ηλεκτρική ενέργεια από εναλλακτικές πηγές ενέργειας (αιολικοί και ηλιακοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής) κοστίζει περίπου 20 φορές περισσότερο.

Πιστεύεται ότι η αρχή της λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών δεν επιτρέπει την γρήγορη κατασκευή τέτοιων σταθμών. Δεν είναι αλήθεια. Χρειάζονται περίπου 5 χρόνια για να κατασκευαστεί ένα μέσο κτίριο αυτού του τύπου.

Οι σταθμοί προστατεύονται καλά όχι μόνο από πιθανές εκπομπές ακτινοβολίας, αλλά και από τους περισσότερους εξωτερικούς παράγοντες. Για παράδειγμα, εάν οι τρομοκράτες επέλεγαν οποιοδήποτε πυρηνικό εργοστάσιο αντί για τους δίδυμους πύργους, θα μπορούσαν να προκαλέσουν ελάχιστη μόνο ζημιά στη γύρω υποδομή, η οποία δεν θα επηρέαζε σε καμία περίπτωση τη λειτουργία του αντιδραστήρα.

Αποτελέσματα

Η αρχή της λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής πρακτικά δεν διαφέρει από την αρχή λειτουργίας των περισσότερων άλλων παραδοσιακών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής. Η ενέργεια ατμού χρησιμοποιείται παντού. Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί χρησιμοποιούν την πίεση του ρέοντος νερού και ακόμη και εκείνα τα μοντέλα που λειτουργούν με ενέργεια από τον ήλιο χρησιμοποιούν επίσης ένα υγρό που θερμαίνεται μέχρι να βράσει και περιστρέφει τους στρόβιλους. Η μόνη εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα είναι οι ανεμογεννήτριες, στις οποίες τα πτερύγια περιστρέφονται λόγω της κίνησης των μαζών αέρα.

Για να κατανοήσετε την αρχή της λειτουργίας και τη δομή ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, πρέπει να κάνετε μια σύντομη εκδρομή στο παρελθόν. Ένας πυρηνικός αντιδραστήρας είναι ένα αιωνόβιο ενσαρκωμένο, αν και όχι πλήρως, το όνειρο της ανθρωπότητας για μια ανεξάντλητη πηγή ενέργειας. Ο αρχαίος «πρόγονός» του είναι μια φωτιά από ξερά κλαδιά, που κάποτε φώτιζε και ζέσταινε τους θόλους του σπηλαίου, όπου οι μακρινοί μας πρόγονοι βρήκαν τη σωτηρία από το κρύο. Αργότερα, οι άνθρωποι κατέκτησαν τους υδρογονάνθρακες - άνθρακα, σχιστόλιθο, πετρέλαιο και φυσικό αέριο.

Ακολούθησε μια θυελλώδης, αλλά βραχύβια εποχή ατμού, ακολουθούμενη από μια ακόμη πιο φανταστική εποχή ηλεκτρισμού. Οι πόλεις γέμισαν φως και τα εργαστήρια γέμισαν με το βρυχηθμό μηχανών που δεν είχαν δει μέχρι τότε, που κινούνταν από ηλεκτρικούς κινητήρες. Τότε φάνηκε ότι η πρόοδος είχε φτάσει στο αποκορύφωμά της.

Όλα άλλαξαν στα τέλη του 19ου αιώνα, όταν ο Γάλλος χημικός Antoine Henri Becquerel ανακάλυψε κατά λάθος ότι τα άλατα ουρανίου είναι ραδιενεργά. Δύο χρόνια αργότερα, οι συμπατριώτες του Pierre Curie και η σύζυγός του Maria Sklodowska-Curie πήραν ράδιο και πολώνιο από αυτούς και το επίπεδο της ραδιενέργειας τους ήταν εκατομμύρια φορές υψηλότερο από εκείνο του θορίου και του ουρανίου.

Τη σκυτάλη πήρε ο Ernest Rutherford, ο οποίος μελέτησε λεπτομερώς τη φύση των ραδιενεργών ακτίνων. Έτσι ξεκίνησε η εποχή του ατόμου, που γέννησε το αγαπημένο του παιδί - τον ατομικό αντιδραστήρα.

Πρώτος πυρηνικός αντιδραστήρας

Το «Firstborn» είναι από τις ΗΠΑ. Τον Δεκέμβριο του 1942, ο αντιδραστήρας έδωσε το πρώτο ρεύμα, το οποίο πήρε το όνομα του δημιουργού του - ενός από τους μεγαλύτερους φυσικούς του αιώνα, του Ε. Φέρμι. Τρία χρόνια αργότερα, η πυρηνική εγκατάσταση ZEEP ήρθε στη ζωή στον Καναδά. Το "Bronze" πήγε στον πρώτο σοβιετικό αντιδραστήρα F-1, που εκτοξεύτηκε στα τέλη του 1946. Ο IV Kurchatov έγινε επικεφαλής του εγχώριου πυρηνικού έργου. Περισσότερες από 400 μονάδες πυρηνικής ενέργειας λειτουργούν με επιτυχία στον κόσμο σήμερα.

Τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων

Ο κύριος σκοπός τους είναι να υποστηρίξουν μια ελεγχόμενη πυρηνική αντίδραση που παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Μερικοί αντιδραστήρες παράγουν ισότοπα. Με λίγα λόγια, είναι συσκευές στα βάθη των οποίων κάποιες ουσίες μετατρέπονται σε άλλες με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμικής ενέργειας. Πρόκειται για ένα είδος «φούρνου», όπου αντί για παραδοσιακούς τύπους καυσίμων, «καίγονται» ισότοπα ουρανίου - U-235, U-238 και πλουτώνιο (Pu).

Σε αντίθεση, για παράδειγμα, με ένα αυτοκίνητο σχεδιασμένο για διάφορους τύπους βενζίνης, κάθε τύπος ραδιενεργού καυσίμου αντιστοιχεί στον δικό του τύπο αντιδραστήρα. Υπάρχουν δύο από αυτά - σε αργά (με U-235) και γρήγορα (με U-238 και Pu) νετρόνια. Οι περισσότεροι πυρηνικοί σταθμοί έχουν αργούς αντιδραστήρες νετρονίων. Εκτός από τους πυρηνικούς σταθμούς, οι εγκαταστάσεις «δουλεύουν» σε ερευνητικά κέντρα, σε πυρηνικά υποβρύχια κ.λπ.

Πώς λειτουργεί ο αντιδραστήρας

Όλοι οι αντιδραστήρες έχουν περίπου το ίδιο σχήμα. Η «καρδιά» του είναι μια ενεργή ζώνη. Μπορεί να συγκριθεί κατά προσέγγιση με την εστία μιας συνηθισμένης σόμπας. Μόνο αντί για καυσόξυλα υπάρχει πυρηνικό καύσιμο με τη μορφή στοιχείων καυσίμου με συντονιστή - TVELs. Η ενεργή ζώνη βρίσκεται μέσα σε ένα είδος κάψουλας - έναν ανακλαστήρα νετρονίων. Οι ράβδοι καυσίμου "πλένονται" από ψυκτικό υγρό - νερό. Δεδομένου ότι η «καρδιά» έχει πολύ υψηλό επίπεδο ραδιενέργειας, περιβάλλεται από αξιόπιστη ακτινοπροστασία.

Οι χειριστές ελέγχουν τη λειτουργία της μονάδας χρησιμοποιώντας δύο κρίσιμα συστήματα - έλεγχο αλυσιδωτής αντίδρασης και σύστημα τηλεχειρισμού. Εάν προκύψει μια μη φυσιολογική κατάσταση, ενεργοποιείται αμέσως η προστασία έκτακτης ανάγκης.

Πώς λειτουργεί ο αντιδραστήρας

Η ατομική «φλόγα» είναι αόρατη, αφού οι διεργασίες γίνονται σε επίπεδο πυρηνικής σχάσης. Κατά τη διάρκεια μιας αλυσιδωτής αντίδρασης, οι βαρείς πυρήνες αποσυντίθενται σε μικρότερα θραύσματα, τα οποία, όταν διεγείρονται, γίνονται πηγές νετρονίων και άλλων υποατομικών σωματιδίων. Όμως η διαδικασία δεν τελειώνει εκεί. Τα νετρόνια συνεχίζουν να «διασπώνται», με αποτέλεσμα την απελευθέρωση πολλής ενέργειας, δηλαδή αυτό που συμβαίνει για χάρη των οποίων κατασκευάζονται πυρηνικοί σταθμοί.

Το κύριο καθήκον του προσωπικού είναι να διατηρεί την αλυσιδωτή αντίδραση με τη βοήθεια ράβδων ελέγχου σε σταθερό, ρυθμιζόμενο επίπεδο. Αυτή είναι η κύρια διαφορά της από την ατομική βόμβα, όπου η διαδικασία της πυρηνικής αποσύνθεσης είναι ανεξέλεγκτη και εξελίσσεται γρήγορα, με τη μορφή ισχυρής έκρηξης.

Τι συνέβη στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ

Ένας από τους κύριους λόγους για την καταστροφή στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ τον Απρίλιο του 1986 ήταν η κατάφωρη παραβίαση των κανόνων επιχειρησιακής ασφάλειας κατά τη διάρκεια της τακτικής συντήρησης στην 4η μονάδα ισχύος. Στη συνέχεια αφαιρέθηκαν ταυτόχρονα 203 ράβδοι γραφίτη από τον πυρήνα αντί για 15 που επέτρεπαν οι κανονισμοί. Ως αποτέλεσμα, η ανεξέλεγκτη αλυσιδωτή αντίδραση που ξεκίνησε κατέληξε σε θερμική έκρηξη και πλήρη καταστροφή της μονάδας ισχύος.

Αντιδραστήρες νέας γενιάς

Την τελευταία δεκαετία, η Ρωσία έχει γίνει ένας από τους ηγέτες στην παγκόσμια βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας. Αυτή τη στιγμή, η κρατική εταιρεία «Rosatom» κατασκευάζει πυρηνικούς σταθμούς σε 12 χώρες, όπου κατασκευάζονται 34 μονάδες παραγωγής ενέργειας. Μια τόσο υψηλή ζήτηση είναι απόδειξη του υψηλού επιπέδου της σύγχρονης ρωσικής πυρηνικής τεχνολογίας. Ακολουθούν οι αντιδραστήρες της νέας 4ης γενιάς.

"Μπρεστ"

Ένα από αυτά είναι το Brest, το οποίο αναπτύσσεται στο πλαίσιο του έργου Breakthrough. Επί του παρόντος λειτουργούν συστήματα ανοιχτού κύκλου λειτουργούν με ουράνιο χαμηλού εμπλουτισμού, αφήνοντας μεγάλη ποσότητα αναλωμένου καυσίμου προς απόρριψη, η οποία είναι εξαιρετικά δαπανηρή. Το «Brest» είναι ένας γρήγορος αντιδραστήρας νετρονίων, ένας μοναδικός κλειστός κύκλος.

Σε αυτό, το αναλωθέν καύσιμο, μετά από κατάλληλη επεξεργασία σε έναν γρήγορο αντιδραστήρα νετρονίων, γίνεται ξανά καύσιμο πλήρους αξίας, το οποίο μπορεί να φορτωθεί ξανά στην ίδια εγκατάσταση.

Το "Brest" διακρίνεται από υψηλό επίπεδο ασφάλειας. Δεν θα «εκραγεί» ποτέ ακόμα και στο πιο σοβαρό ατύχημα, είναι πολύ οικονομικό και φιλικό προς το περιβάλλον, αφού επαναχρησιμοποιεί το «ανανεωμένο» ουράνιο του. Δεν μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή πλουτωνίου για όπλα, γεγονός που ανοίγει τις ευρύτερες προοπτικές για την εξαγωγή του.

VVER-1200

Ο VVER-1200 είναι ένας καινοτόμος αντιδραστήρας 3+ γενιάς με ισχύ 1150 MW. Λόγω των μοναδικών τεχνικών του δυνατοτήτων, διαθέτει σχεδόν απόλυτη ασφάλεια λειτουργίας. Ο αντιδραστήρας είναι άφθονα εξοπλισμένος με συστήματα παθητικής ασφάλειας που θα λειτουργούν ακόμη και αν δεν υπάρχει τροφοδοσία σε αυτόματη λειτουργία.

Ένα από αυτά είναι ένα σύστημα παθητικής αφαίρεσης θερμότητας, το οποίο ενεργοποιείται αυτόματα όταν ο αντιδραστήρας απενεργοποιηθεί πλήρως. Σε αυτή την περίπτωση, παρέχονται υδραυλικές δεξαμενές έκτακτης ανάγκης. Με μια ανώμαλη πτώση πίεσης στο πρωτεύον κύκλωμα, μεγάλη ποσότητα νερού που περιέχει βόριο τροφοδοτείται στον αντιδραστήρα, ο οποίος σβήνει την πυρηνική αντίδραση και απορροφά νετρόνια.

Μια άλλη τεχνογνωσία βρίσκεται στο κάτω μέρος του δοχείου - η παγίδα τήξης. Εάν, ωστόσο, ως αποτέλεσμα του ατυχήματος, ο πυρήνας «ρέει», η «παγίδα» δεν θα επιτρέψει στον περιορισμό να καταρρεύσει και να αποτρέψει την είσοδο ραδιενεργών προϊόντων στο έδαφος.

Η πρόταση για τη δημιουργία του αντιδραστήρα AM του μελλοντικού πυρηνικού σταθμού έγινε για πρώτη φορά στις 29 Νοεμβρίου 1949 σε μια συνάντηση του επιστημονικού ηγέτη του ατομικού έργου I.V. Kurchatov, διευθυντής του Ινστιτούτου Φυσικών Προβλημάτων A.P. Aleksandrov, διευθυντής του NIIKhimash N.A. Dollezhal και ο επιστημονικός γραμματέας του Επιστημονικού και Τεχνικού Συμβουλίου της βιομηχανίας B.S. Ποζντνιάκοφ. Η συνάντηση συνέστησε να συμπεριληφθεί στο σχέδιο Ε&Α του ΚΚΚ για το 1950 «ένα έργο αντιδραστήρα για εμπλουτισμένο ουράνιο με μικρές διαστάσεις μόνο για ηλεκτροπαραγωγικούς σκοπούς με συνολική ικανότητα απελευθέρωσης θερμότητας 300 μονάδων, αποτελεσματική ισχύ περίπου 50 μονάδων» με γραφίτη και ψυκτικό νερό . Ταυτόχρονα, δόθηκαν οδηγίες για την επείγουσα διενέργεια φυσικών υπολογισμών και πειραματικής έρευνας σε αυτόν τον αντιδραστήρα.

Αργότερα I.V. Kurchatov και A.P. Ο Zavenyagin εξήγησε την επιλογή του αντιδραστήρα AM για κατασκευή προτεραιότητας από το γεγονός ότι "μπορεί να είναι περισσότερο από ό,τι σε άλλες μονάδες, χρησιμοποιείται η εμπειρία της συνηθισμένης πρακτικής του λεβητοστασίου: η γενική σχετική απλότητα της μονάδας κάνει την κατασκευή ευκολότερη και φθηνότερη."

Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι επιλογές για τη χρήση αντιδραστήρων ισχύος συζητούνται σε διαφορετικά επίπεδα.

ΕΡΓΟ

Θεωρήθηκε σκόπιμο να ξεκινήσει με τη δημιουργία αντιδραστήρα για εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας πλοίου. Δικαιολογώντας τον σχεδιασμό αυτού του αντιδραστήρα και για "θεμελιώδη επιβεβαίωση ... της πρακτικής δυνατότητας μετατροπής της θερμότητας των πυρηνικών αντιδράσεων των πυρηνικών εγκαταστάσεων σε μηχανική και ηλεκτρική ενέργεια", αποφασίστηκε να κατασκευαστεί στο Obninsk, στην επικράτεια του Εργαστηρίου " Β», ένας πυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής με τρεις εγκαταστάσεις αντιδραστήρων, μεταξύ των οποίων και η εγκατάσταση ΑΜ, που έγινε ο αντιδραστήρας του Πρώτου NPP).

Με το διάταγμα του Υπουργικού Συμβουλίου της ΕΣΣΔ της 16ης Μαΐου 1950, η Ε&Α για την AM ανατέθηκε στο LIPAN (Ινστιτούτο IV Kurchatov), ​​NIIKhimmash, GSPI-11, VTI). Το 1950 - αρχές του 1951. αυτοί οι οργανισμοί πραγματοποίησαν προκαταρκτικούς υπολογισμούς (P.E. Nemirovsky, S.M. Feinberg, Yu.N. Zankov), προκαταρκτικές μελέτες κ.λπ., τότε όλες οι εργασίες σε αυτόν τον αντιδραστήρα έγιναν, με απόφαση του I.V. Kurchatov, μεταφέρθηκε στο Εργαστήριο "Β". Διορίστηκε επιστημονικός επόπτης, επικεφαλής σχεδιαστής - Ν.Α. Dollezhal.

Το έργο προέβλεπε τις ακόλουθες παραμέτρους αντιδραστήρα: θερμική ισχύς 30 χιλιάδων kW, ηλεκτρική ισχύς - 5 χιλιάδες kW, τύπος αντιδραστήρα - αντιδραστήρας θερμικού νετρονίου με συντονιστή γραφίτη και φυσική ψύξη νερού.

Μέχρι εκείνη τη στιγμή, η χώρα είχε ήδη εμπειρία στη δημιουργία αντιδραστήρων αυτού του τύπου (βιομηχανικοί αντιδραστήρες για την παραγωγή υλικού βόμβας), αλλά διέφεραν σημαντικά από τους αντιδραστήρες ισχύος, στους οποίους ανήκει ο αντιδραστήρας AM. Οι δυσκολίες συνδέθηκαν με την ανάγκη απόκτησης υψηλών θερμοκρασιών ψυκτικού στον αντιδραστήρα AM, από την οποία ακολούθησε ότι θα ήταν απαραίτητο να αναζητηθούν νέα υλικά και κράματα που θα μπορούσαν να αντέξουν αυτές τις θερμοκρασίες, ανθεκτικά στη διάβρωση, δεν απορροφούσαν νετρόνια σε μεγάλες ποσότητες. κλπ. αυτά τα προβλήματα ήταν εμφανή από την αρχή, το ερώτημα ήταν πόσο σύντομα και πόσο επιτυχώς θα μπορούσαν να ξεπεραστούν.

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΣΤΑΝΤ

Μέχρι τη στιγμή που το έργο ΑΜ παραδόθηκε στο Εργαστήριο Β, το έργο είχε καθοριστεί μόνο με γενικούς όρους. Υπήρχαν πολλά φυσικά, τεχνικά και τεχνολογικά προβλήματα που έπρεπε να επιλυθούν και ο αριθμός τους αυξήθηκε καθώς συνεχίζονταν οι εργασίες στον αντιδραστήρα.

Πρώτα απ 'όλα, αυτό αφορούσε τους φυσικούς υπολογισμούς του αντιδραστήρα, οι οποίοι έπρεπε να πραγματοποιηθούν χωρίς να υπάρχουν πολλά από τα απαραίτητα δεδομένα για αυτό. Στο Εργαστήριο «Β» μελετήθηκαν ορισμένα ερωτήματα της θεωρίας των αντιδραστήρων θερμικών νετρονίων από τον D.F. Zaretsky, και οι κύριοι υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν από την ομάδα M.E. Minashin στο τμήμα της Α.Κ. Κρασίν. ΜΟΥ. Ο Minashin ανησυχούσε ιδιαίτερα για την έλλειψη ακριβών τιμών πολλών σταθερών. Ήταν δύσκολο να οργανωθεί η μέτρησή τους επί τόπου. Με πρωτοβουλία του, μερικά από αυτά αναπληρώθηκαν σταδιακά κυρίως λόγω μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν από τη LIPAN και μερικά στο Εργαστήριο "Β", αλλά συνολικά ήταν αδύνατο να διασφαλιστεί η υψηλή ακρίβεια των υπολογισμένων παραμέτρων. Ως εκ τούτου, στα τέλη Φεβρουαρίου - αρχές Μαρτίου 1954, συναρμολογήθηκε η βάση AMF - η κρίσιμη συναρμολόγηση του αντιδραστήρα AM, η οποία επιβεβαίωσε την ικανοποιητική ποιότητα των υπολογισμών. Αν και το συγκρότημα δεν μπορούσε να αναπαράγει όλες τις συνθήκες ενός πραγματικού αντιδραστήρα, τα αποτελέσματα υποστήριξαν την ελπίδα για επιτυχία, αν και εξακολουθούσαν να υπάρχουν πολλές αμφιβολίες.

Σε αυτό το περίπτερο στις 3 Μαρτίου 1954, μια αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης ουρανίου πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά στο Obninsk.

Όμως, λαμβάνοντας υπόψη ότι τα πειραματικά δεδομένα βελτιώνονταν συνεχώς, η μέθοδος υπολογισμού βελτιώθηκε, μέχρι την εκτόξευση του αντιδραστήρα, η μελέτη του μεγέθους του αντιδραστήρα που φορτώνεται με καύσιμο, η συμπεριφορά του αντιδραστήρα σε μη τυποποιημένες λειτουργίες. υπολόγισε τις παραμέτρους των απορροφητικών ράβδων κ.λπ.

ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΚΑΥΣΙΜΟΥ

Ένα άλλο σημαντικό έργο - η δημιουργία στοιχείου καυσίμου (fuel element) - ολοκληρώθηκε έξοχα από τον V.A. Malykh και η ομάδα του Τεχνολογικού Τμήματος Εργαστηρίου «Β». Αρκετοί σχετικοί οργανισμοί ασχολήθηκαν με την ανάπτυξη του στοιχείου καυσίμου, αλλά μόνο η επιλογή που πρότεινε η V.A. Μικρό, έδειξε υψηλή απόδοση. Η αναζήτηση σχεδίου ολοκληρώθηκε στα τέλη του 1952 με την ανάπτυξη ενός νέου τύπου στοιχείου καυσίμου (με σύνθεση διασποράς κόκκων ουρανίου-μολυβδαινίου σε μήτρα μαγνησίου).

Αυτός ο τύπος στοιχείου καυσίμου κατέστησε δυνατή την απόρριψή τους κατά τις δοκιμές πριν από τον αντιδραστήρα (στο Εργαστήριο Β δημιουργήθηκαν ειδικές βάσεις για αυτό), κάτι που είναι πολύ σημαντικό για τη διασφάλιση της αξιόπιστης λειτουργίας του αντιδραστήρα. Η σταθερότητα του νέου στοιχείου καυσίμου στη ροή νετρονίων μελετήθηκε στο LIPAN στον αντιδραστήρα MR. Τα κανάλια εργασίας του αντιδραστήρα αναπτύχθηκαν στο NIIKhimmash.

Έτσι, για πρώτη φορά στη χώρα μας λύθηκε ίσως το πιο σημαντικό και πιο δύσκολο πρόβλημα της αναδυόμενης βιομηχανίας πυρηνικής ενέργειας - η δημιουργία στοιχείου καυσίμου.

ΚΤΙΡΙΟ

Το 1951, ταυτόχρονα με την έναρξη των ερευνητικών εργασιών στον αντιδραστήρα ΑΜ στο Εργαστήριο Β, ξεκίνησε η κατασκευή του κτιρίου του πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής στην επικράτειά του.

Επικεφαλής της κατασκευής ορίστηκε η Π.Ι. Ζαχάρωφ, αρχιμηχανικός της εγκατάστασης -.

Όπως D.I. Blokhintsev, «το κτίριο του πυρηνικού σταθμού στα πιο σημαντικά του μέρη είχε χοντρούς τοίχους από μονόλιθο από οπλισμένο σκυρόδεμα για να παρέχει βιολογική προστασία από την πυρηνική ακτινοβολία. Στους τοίχους τοποθετήθηκαν αγωγοί, αγωγοί καλωδίων, εξαερισμός κ.λπ. Είναι σαφές ότι οι τροποποιήσεις δεν ήταν δυνατές, και ως εκ τούτου, κατά τον σχεδιασμό του κτιρίου, όποτε ήταν δυνατόν, προβλέφθηκαν επιφυλάξεις για τις αναμενόμενες αλλαγές. Για την ανάπτυξη νέων τύπων εξοπλισμού και για την υλοποίηση ερευνητικών εργασιών, δόθηκαν επιστημονικές και τεχνικές αναθέσεις για "οργανισμούς τρίτων" - ινστιτούτα, γραφεία σχεδιασμού και επιχειρήσεις. Συχνά αυτές οι ίδιες οι εργασίες δεν μπορούσαν να ολοκληρωθούν και τελειοποιούνταν και συμπληρώνονταν καθώς προχωρούσε ο σχεδιασμός. Οι κύριες μηχανολογικές λύσεις ... αναπτύχθηκαν από την ομάδα σχεδιασμού με επικεφαλής τον Ν.Α. Dollezhal και ο στενότερος βοηθός του P.I. Aleschenkov ..."

Το στυλ εργασίας για την κατασκευή του πρώτου πυρηνικού σταθμού χαρακτηρίστηκε από γρήγορη λήψη αποφάσεων, ταχύτητα ανάπτυξης, συγκεκριμένο αναπτυγμένο βάθος αρχικών μελετών και μεθόδων οριστικοποίησης των τεχνικών λύσεων που υιοθετήθηκαν, ευρεία κάλυψη παραλλαγών και ασφαλιστικών περιοχών. Το πρώτο πυρηνικό εργοστάσιο κατασκευάστηκε σε τρία χρόνια.

ΑΡΧΗ

Στις αρχές του 1954 ξεκίνησαν οι δοκιμές και οι δοκιμές διαφόρων συστημάτων του σταθμού.

Στις 9 Μαΐου 1954 ξεκίνησε η φόρτωση του πυρήνα του αντιδραστήρα NPP με κανάλια καυσίμου στο Εργαστήριο Β. Με την εισαγωγή του 61ου καναλιού καυσίμου, έφτασε σε κρίσιμη κατάσταση, στις 19 ώρες 40 λεπτά. Μια αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης πυρήνων ουρανίου ξεκίνησε στον αντιδραστήρα. Πραγματοποιήθηκε η φυσική εκκίνηση του πυρηνικού σταθμού.

Υπενθυμίζοντας την εκκίνηση, έγραψε: «Σταδιακά, η ισχύς του αντιδραστήρα αυξήθηκε και τελικά, κάπου κοντά στο κτίριο του θερμοηλεκτρικού σταθμού, όπου τροφοδοτούνταν ατμός από τον αντιδραστήρα, είδαμε ένα πίδακα, με ένα ηχηρό σφύριγμα, να δραπετεύει από η βαλβίδα. Ένα λευκό σύννεφο συνηθισμένου ατμού, και, επιπλέον, όχι ακόμα αρκετά ζεστό για να περιστρέψει τον στρόβιλο, μας φαινόταν θαύμα: τελικά, αυτός είναι ο πρώτος ατμός που παράγεται με ατομική ενέργεια. Η εμφάνισή του ήταν αφορμή για αγκαλιές, συγχαρητήρια «με ελαφρύ ατμό» ακόμα και δάκρυα χαράς. Την χαρά μας μοιράστηκε ο I.V. Ο Kurchatov, ο οποίος συμμετείχε στο έργο εκείνες τις ημέρες. Μετά τη λήψη ατμού με πίεση 12 atm. και σε θερμοκρασία 260 ° C, κατέστη δυνατή η μελέτη όλων των μονάδων του πυρηνικού σταθμού σε συνθήκες κοντά στις σχεδιαστικές, και στις 26 Ιουνίου 1954, στη βραδινή βάρδια, στις 17:00. 45 λεπτά, η βαλβίδα παροχής ατμού στη γεννήτρια στροβίλου άνοιξε και άρχισε να παράγει ηλεκτρική ενέργεια από τον πυρηνικό λέβητα. Ο πρώτος πυρηνικός σταθμός στον κόσμο είναι υπό βιομηχανικό φορτίο».

«Στη Σοβιετική Ένωση, χάρη στις προσπάθειες επιστημόνων και μηχανικών, ολοκληρώθηκαν με επιτυχία οι εργασίες για το σχεδιασμό και την κατασκευή του πρώτου βιομηχανικού πυρηνικού σταθμού ισχύος 5.000 κιλοβάτ. Στις 27 Ιουνίου τέθηκε σε λειτουργία ο πυρηνικός σταθμός και έδωσε ρεύμα στη βιομηχανία και τη γεωργία των παρακείμενων περιοχών».

Ακόμη και πριν από την εκκίνηση, προετοιμάστηκε το πρώτο πρόγραμμα πειραματικών εργασιών στον αντιδραστήρα AM, και μέχρι το κλείσιμο του σταθμού, ήταν μια από τις κύριες βάσεις αντιδραστήρα όπου η φυσική έρευνα νετρονίων, η έρευνα στη φυσική στερεάς κατάστασης, η δοκιμή στοιχεία καυσίμου, EGC, παραγωγή ισοτόπων προϊόντων κ.λπ. Το NPP εκπαίδευσε τα πληρώματα των πρώτων πυρηνικών υποβρυχίων, το πυρηνικό παγοθραυστικό «Λένιν», το προσωπικό σοβιετικών και ξένων πυρηνικών σταθμών.

Η έναρξη λειτουργίας του NPP για το νεαρό προσωπικό του ινστιτούτου ήταν η πρώτη δοκιμασία της ετοιμότητάς τους να επιλύσουν νέα και πιο σύνθετα προβλήματα. Στους πρώτους μήνες εργασίας, προσαρμόστηκαν μεμονωμένες μονάδες και συστήματα, μελετήθηκαν λεπτομερώς τα φυσικά χαρακτηριστικά του αντιδραστήρα, οι θερμικές συνθήκες του εξοπλισμού και ολόκληρου του σταθμού, τροποποιήθηκαν και διορθώθηκαν διάφορες συσκευές. Τον Οκτώβριο του 1954, ο σταθμός έφτασε στη σχεδιαστική του ικανότητα.

«Λονδίνο, 1 Ιουλίου (TASS). Η ανακοίνωση της έναρξης του πρώτου βιομηχανικού πυρηνικού σταθμού στην ΕΣΣΔ σημειώνεται ευρέως στον βρετανικό Τύπο, ο ανταποκριτής της Μόσχας της Daily Worker γράφει ότι αυτό το ιστορικό γεγονός «είναι αμέτρητα μεγαλύτερη σημασία από τη ρίψη της πρώτης ατομικής βόμβας σε Χιροσίμα.

Παρίσι, 1 Ιουλίου (TASS). Ο ανταποκριτής του Agence France-Presse στο Λονδίνο αναφέρει ότι η έκθεση για την έναρξη στην ΕΣΣΔ του πρώτου βιομηχανικού σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στον κόσμο που λειτουργεί με ατομική ενέργεια συναντήθηκε με μεγάλο ενδιαφέρον στους κύκλους των ειδικών της ατομικής ενέργειας στο Λονδίνο. Η Αγγλία, συνεχίζει ο ανταποκριτής, κατασκευάζει πυρηνικό εργοστάσιο στο Calderhall. Πιστεύεται ότι θα μπορέσει να τεθεί σε υπηρεσία όχι νωρίτερα από 2,5 χρόνια ...

Σαγκάη, 1 Ιουλίου (TASS). Απαντώντας στη θέση σε λειτουργία ενός σοβιετικού πυρηνικού σταθμού, το ραδιόφωνο του Τόκιο εκπέμπει: οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Αγγλία σχεδιάζουν επίσης την κατασκευή πυρηνικών σταθμών, αλλά σχεδιάζουν να ολοκληρώσουν την κατασκευή τους το 1956-1957. Το γεγονός ότι η Σοβιετική Ένωση ήταν μπροστά από τη Βρετανία και την Αμερική στη χρήση της ατομικής ενέργειας για ειρηνικούς σκοπούς υποδηλώνει ότι οι Σοβιετικοί επιστήμονες έχουν κάνει μεγάλα βήματα στον τομέα της ατομικής ενέργειας. Ένας από τους εξαιρετικούς Ιάπωνες ειδικούς στον τομέα της πυρηνικής φυσικής, ο καθηγητής Yoshio Fujioka, σχολιάζοντας το μήνυμα για την έναρξη ενός πυρηνικού σταθμού στην ΕΣΣΔ, είπε ότι αυτή είναι η αρχή μιας «νέας εποχής».

Όλα είναι πολύ απλά. Το ουράνιο-235 αποσυντίθεται σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, ενώ απελευθερώνει τεράστια ποσότητα θερμικής ενέργειας, βράζει νερό, ο ατμός υπό πίεση περιστρέφει έναν στρόβιλο που περιστρέφει μια ηλεκτρική γεννήτρια που παράγει ηλεκτρική ενέργεια.

Η επιστήμη γνωρίζει τουλάχιστον έναν πυρηνικό αντιδραστήρα φυσικής προέλευσης. Βρίσκεται στο κοίτασμα ουρανίου Oklo στη Γκαμπόν. Είναι αλήθεια ότι έχει ήδη κρυώσει πριν από ενάμιση δισεκατομμύριο χρόνια.

Το Uranium-235 είναι ένα από τα ισότοπα του ουρανίου. Διαφέρει από το απλό ουράνιο στο ότι στον πυρήνα του λείπουν 3 νετρόνια, γεγονός που καθιστά τον πυρήνα λιγότερο σταθερό και αποσυντίθεται σε δύο μέρη όταν ένα νετρόνιο προσκρούει σε αυτόν με μεγάλη ταχύτητα. Σε αυτή την περίπτωση, εκπέμπονται άλλα 2-3 νετρόνια, τα οποία μπορούν να εισέλθουν σε έναν άλλο πυρήνα του Ουρανού-235 και να τον διασπάσουν. Και έτσι κατά μήκος της αλυσίδας. Αυτό ονομάζεται πυρηνική αντίδραση.

Ελεγχόμενη απόκριση

Εάν δεν ελέγχετε την πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση και πηγαίνει πολύ γρήγορα, θα έχετε μια πραγματική πυρηνική έκρηξη. Επομένως, η διαδικασία πρέπει να παρακολουθείται προσεκτικά και να μην αφήνεται το ουράνιο να διασπαστεί πολύ γρήγορα. Για αυτό, το πυρηνικό καύσιμο σε μεταλλικούς σωλήνες τοποθετείται σε έναν συντονιστή - μια ουσία που επιβραδύνει τα νετρόνια και μετατρέπει την κινητική τους ενέργεια σε θερμότητα.

Για τον έλεγχο του ρυθμού αντίδρασης, ράβδοι υλικού απορρόφησης νετρονίων βυθίζονται στον συντονιστή. Όταν αυτές οι ράβδοι ανασηκώνονται, πιάνουν λιγότερα νετρόνια και η αντίδραση είναι ταχύτερη. Εάν οι ράβδοι χαμηλώσουν, η αντίδραση θα επιβραδυνθεί ξανά.

Θέμα τεχνολογίας

Οι τεράστιοι σωλήνες στα πυρηνικά εργοστάσια στην πραγματικότητα δεν είναι καθόλου σωλήνες, αλλά οι πύργοι ψύξης είναι πύργοι για ταχεία ψύξη ατμού.

Τη στιγμή της αποσύνθεσης, ο πυρήνας χωρίζεται σε δύο μέρη, τα οποία διασκορπίζονται με ιλιγγιώδη ταχύτητα. Αλλά δεν πετούν μακριά - χτυπούν τα γειτονικά άτομα και η κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα.

Στη συνέχεια, το νερό θερμαίνεται με αυτή τη θερμότητα, μετατρέποντάς το σε ατμό, ο ατμός γυρίζει τον στρόβιλο και ο στρόβιλος γυρίζει τη γεννήτρια, η οποία παράγει ηλεκτρική ενέργεια, όπως ακριβώς σε μια συμβατική θερμοηλεκτρική μονάδα που λειτουργεί με άνθρακα.

Είναι αστείο, αλλά όλη αυτή η πυρηνική φυσική, τα ισότοπα ουρανίου, οι πυρηνικές αλυσιδωτές αντιδράσεις - όλα για να βράσουν το νερό.

Για καθαριότητα

Η πυρηνική ενέργεια χρησιμοποιείται όχι μόνο σε πυρηνικούς σταθμούς. Υπάρχουν πυρηνικά πλοία και υποβρύχια. Στη δεκαετία του '50, ακόμη και ατομικά αυτοκίνητα, αεροπλάνα και τρένα αναπτύχθηκαν.

Ως αποτέλεσμα της λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, παράγονται ραδιενεργά απόβλητα. Μερικά από αυτά μπορούν να ανακυκλωθούν για περαιτέρω χρήση, μερικά πρέπει να φυλάσσονται σε ειδικούς χώρους αποθήκευσης ώστε να μην βλάπτουν τον άνθρωπο και το περιβάλλον.

Παρόλα αυτά, η πυρηνική ενέργεια είναι πλέον μία από τις πιο φιλικές προς το περιβάλλον. Οι πυρηνικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής δεν εκπέμπουν εκπομπές στην ατμόσφαιρα, απαιτούν πολύ λίγα καύσιμα, καταλαμβάνουν λίγο χώρο και είναι πολύ ασφαλείς όταν χρησιμοποιούνται σωστά.

Αλλά μετά το ατύχημα στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ, πολλές χώρες ανέστειλαν την ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας. Αν και, για παράδειγμα, στη Γαλλία, σχεδόν το 80 τοις εκατό της ενέργειας παράγεται από πυρηνικούς σταθμούς.

Στη δεκαετία του 2000, λόγω της υψηλής τιμής του πετρελαίου, όλοι θυμήθηκαν την πυρηνική ενέργεια. Υπάρχουν εξελίξεις για συμπαγείς πυρηνικούς σταθμούς που είναι ασφαλείς, μπορούν να διαρκέσουν για δεκαετίες και δεν απαιτούν συντήρηση.

Ένας πυρηνικός σταθμός είναι μια επιχείρηση που είναι μια συλλογή εξοπλισμού και εγκαταστάσεων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ιδιαιτερότητα αυτής της εγκατάστασης έγκειται στη μέθοδο παραγωγής θερμότητας. Η θερμοκρασία που απαιτείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας εμφανίζεται κατά τη διάσπαση των ατόμων.

Τις περισσότερες φορές, ο ρόλος του καυσίμου για τους πυρηνικούς σταθμούς παίζεται από το ουράνιο με μαζικό αριθμό 235 (235U). Ακριβώς επειδή αυτό το ραδιενεργό στοιχείο είναι ικανό να υποστηρίξει μια πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση, χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και χρησιμοποιείται επίσης σε πυρηνικά όπλα.

Χώρες με τον μεγαλύτερο αριθμό πυρηνικών σταθμών

Σήμερα λειτουργούν 192 πυρηνικοί σταθμοί σε 31 χώρες του κόσμου, οι οποίοι χρησιμοποιούν 451 πυρηνικούς αντιδραστήρες συνολικής ισχύος 394 GW. Η συντριπτική πλειονότητα των πυρηνικών σταθμών βρίσκεται στις χώρες της Ευρώπης, της Βόρειας Αμερικής, της Άπω Ανατολής Ασίας και στο έδαφος της πρώην ΕΣΣΔ, ενώ στην Αφρική δεν υπάρχει σχεδόν κανένας και στην Αυστραλία και την Ωκεανία δεν υπάρχουν καθόλου. Άλλοι 41 αντιδραστήρες δεν παράγουν ηλεκτρική ενέργεια για 1,5 έως 20 χρόνια, 40 από τους οποίους βρίσκονται στην Ιαπωνία.

Τα τελευταία 10 χρόνια, 47 μονάδες ισχύος έχουν τεθεί σε λειτουργία στον κόσμο, σχεδόν όλες βρίσκονται είτε στην Ασία (26 στην Κίνα) είτε στην Ανατολική Ευρώπη. Τα δύο τρίτα των υπό κατασκευή αντιδραστήρων βρίσκονται στην Κίνα, την Ινδία και τη Ρωσία. Η ΛΔΚ εφαρμόζει το πιο φιλόδοξο πρόγραμμα για την κατασκευή νέων πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής και περίπου δώδεκα ακόμη χώρες σε όλο τον κόσμο κατασκευάζουν πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής ή αναπτύσσουν έργα για την κατασκευή τους.

Εκτός από τις Ηνωμένες Πολιτείες, η λίστα με τις πιο προηγμένες χώρες στον τομέα της πυρηνικής ενέργειας περιλαμβάνει:

• Γαλλία;
• Ιαπωνία;
• Ρωσία;
• Νότια Κορέα.

Το 2007, η Ρωσία ξεκίνησε την κατασκευή του πρώτου πλωτού πυρηνικού σταθμού στον κόσμο, λύνοντας το πρόβλημα της έλλειψης ενέργειας στις απομακρυσμένες παράκτιες περιοχές της χώρας. Η κατασκευή αντιμετώπισε καθυστερήσεις. Σύμφωνα με διάφορες εκτιμήσεις, ο πρώτος πλωτός πυρηνικός σταθμός θα ξεκινήσει τη λειτουργία του το 2019-2019.

Αρκετές χώρες, συμπεριλαμβανομένων των ΗΠΑ, της Ιαπωνίας, της Νότιας Κορέας, της Ρωσίας, της Αργεντινής, αναπτύσσουν μικρούς πυρηνικούς σταθμούς ισχύος περίπου 10-20 MW για σκοπούς παροχής θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας μεμονωμένων βιομηχανιών, συγκροτημάτων κατοικιών και, το μέλλον, μεμονωμένα σπίτια. Υποτίθεται ότι μικρού μεγέθους αντιδραστήρες (βλ., για παράδειγμα, Hyperion NPP) μπορούν να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας ασφαλείς τεχνολογίες που μειώνουν σημαντικά την πιθανότητα διαρροής πυρηνικού υλικού. Ένας μικρός αντιδραστήρας CAREM25 βρίσκεται υπό κατασκευή στην Αργεντινή. Η πρώτη εμπειρία χρήσης mini-NPP αποκτήθηκε από την ΕΣΣΔ (Bilibino NPP).

Η αρχή της λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού

Η αρχή της λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού βασίζεται στη δράση ενός πυρηνικού (μερικές φορές αποκαλούμενου ατομικού) αντιδραστήρα - μιας ειδικής ογκομετρικής δομής στην οποία λαμβάνει χώρα η αντίδραση της σχάσης των ατόμων με την απελευθέρωση ενέργειας.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων:

1. PHWR (ονομάζεται επίσης «αντιδραστήρας βαρέος νερού υπό πίεση» - «πυρηνικός αντιδραστήρας βαρέος νερού»), που χρησιμοποιείται κυρίως στον Καναδά και σε πόλεις της Ινδίας. Βασίζεται στο νερό, ο τύπος του οποίου είναι D2O. Εκτελεί τη λειτουργία τόσο του ψυκτικού όσο και του συντονιστή νετρονίων. Η απόδοση είναι κοντά στο 29%.
2. VVER (αντιδραστήρας ισχύος υπό πίεση νερού). Επί του παρόντος, τα VVER λειτουργούν μόνο στο CIS, ιδίως στο μοντέλο VVER-100. Ο αντιδραστήρας έχει απόδοση 33%.
3. GCR, AGR (γραφίτης-νερό). Το υγρό που περιέχεται σε έναν τέτοιο αντιδραστήρα δρα ως ψυκτικό. Σε αυτό το σχέδιο, ο συντονιστής νετρονίων είναι γραφίτης, εξ ου και το όνομα. Η απόδοση είναι περίπου 40%.

Σύμφωνα με την αρχή της συσκευής, οι αντιδραστήρες χωρίζονται επίσης σε:

• PWR (αντιδραστήρας υπό πίεση νερού) - έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε το νερό υπό μια ορισμένη πίεση να επιβραδύνει τις αντιδράσεις και να παρέχει θερμότητα.
• BWR (σχεδιασμένο με τέτοιο τρόπο ώστε ο ατμός και το νερό να βρίσκονται στο κύριο μέρος της συσκευής χωρίς κύκλωμα νερού).
• RBMK (αντιδραστήρας καναλιού με ιδιαίτερα υψηλή ισχύ).
• BN (το σύστημα λειτουργεί με γρήγορη ανταλλαγή νετρονίων).

Η συσκευή και η δομή ενός πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής. Πώς λειτουργεί ένας πυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής;

Ένας τυπικός πυρηνικός σταθμός αποτελείται από μπλοκ, καθένα από τα οποία περιέχει διάφορες τεχνικές συσκευές. Η πιο σημαντική από αυτές τις μονάδες είναι ένα συγκρότημα με αίθουσα αντιδραστήρα, που διασφαλίζει τη λειτουργικότητα ολόκληρου του πυρηνικού σταθμού. Αποτελείται από τις ακόλουθες συσκευές:

• αντιδραστήρας;
• πισίνα (σε αυτήν αποθηκεύεται το πυρηνικό καύσιμο).
• οχήματα χειρισμού καυσίμων·
• MCR (πίνακας ελέγχου σε μπλοκ, με τη βοήθεια του οι χειριστές μπορούν να παρατηρήσουν τη διαδικασία της πυρηνικής σχάσης).

Αυτό το κτίριο ακολουθείται από μια αίθουσα. Είναι εξοπλισμένο με γεννήτριες ατμού και τον κύριο στρόβιλο. Αμέσως πίσω τους βρίσκονται πυκνωτές, καθώς και γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας που ξεπερνούν τα όρια της επικράτειας.

Μεταξύ άλλων, υπάρχει ένα μπλοκ με πισίνες για αναλωμένα καύσιμα και ειδικά μπλοκ σχεδιασμένα για ψύξη (ονομάζονται πύργοι ψύξης). Επιπλέον, για ψύξη χρησιμοποιούνται πισίνες ψεκασμού και φυσικές δεξαμενές.

Η αρχή της λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού

Σε όλους τους πυρηνικούς σταθμούς, χωρίς εξαίρεση, υπάρχουν 3 στάδια μετατροπής ηλεκτρικής ενέργειας:

• πυρηνική με μετάβαση σε θερμική.
• θερμικό, μετατρέπεται σε μηχανικό.
• μηχανικό, μετατράπηκε σε ηλεκτρικό.

Το ουράνιο εκπέμπει νετρόνια, με αποτέλεσμα να απελευθερώνονται τεράστιες ποσότητες θερμότητας. Το ζεστό νερό από τον αντιδραστήρα αντλείται μέσω μιας γεννήτριας ατμού, όπου εκπέμπει μέρος της θερμότητας και επιστρέφει στον αντιδραστήρα. Δεδομένου ότι αυτό το νερό βρίσκεται υπό υψηλή πίεση, παραμένει σε υγρή κατάσταση (στους σύγχρονους αντιδραστήρες τύπου VVER υπάρχουν περίπου 160 ατμόσφαιρες σε θερμοκρασία ~ 330 ° C). Στη γεννήτρια ατμού, αυτή η θερμότητα μεταφέρεται στο νερό του δευτερεύοντος κυκλώματος, το οποίο βρίσκεται υπό πολύ χαμηλότερη πίεση (η μισή πίεση του πρωτεύοντος κυκλώματος ή λιγότερο), επομένως βράζει. Ο ατμός που προκύπτει τροφοδοτείται σε μια τουρμπίνα ατμού που περιστρέφει μια ηλεκτρική γεννήτρια και στη συνέχεια σε έναν συμπυκνωτή, όπου ο ατμός ψύχεται, συμπυκνώνεται και εισέρχεται ξανά στη γεννήτρια ατμού. Ο συμπυκνωτής ψύχεται με νερό από μια εξωτερική ανοιχτή πηγή νερού (για παράδειγμα, μια λίμνη ψύξης).

Τόσο το πρώτο όσο και το δεύτερο κύκλωμα είναι κλειστά, γεγονός που μειώνει την πιθανότητα διαρροής ακτινοβολίας. Οι διαστάσεις των δομών του πρωτεύοντος κυκλώματος ελαχιστοποιούνται, γεγονός που μειώνει επίσης τους κινδύνους ακτινοβολίας. Ο ατμοστρόβιλος και ο συμπυκνωτής δεν αλληλεπιδρούν με το νερό του πρωτεύοντος κυκλώματος, γεγονός που διευκολύνει τις επισκευές και μειώνει την ποσότητα ραδιενεργών αποβλήτων κατά την αποσυναρμολόγηση της εγκατάστασης.

Μηχανισμοί προστασίας NPP

Όλοι οι πυρηνικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής είναι υποχρεωτικά εξοπλισμένοι με ολοκληρωμένα συστήματα ασφαλείας, για παράδειγμα:

• εντοπισμός - περιορισμός της εξάπλωσης επιβλαβών ουσιών σε περίπτωση ατυχήματος που είχε ως αποτέλεσμα την έκλυση ακτινοβολίας.
• παροχή - παροχή ορισμένης ποσότητας ενέργειας για τη σταθερή λειτουργία των συστημάτων.
• ελεγκτές - χρησιμεύουν για τη διασφάλιση της κανονικής λειτουργίας όλων των συστημάτων προστασίας.

Επιπλέον, ο αντιδραστήρας μπορεί να σταματήσει απότομα σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Σε αυτή την περίπτωση, η αυτόματη προστασία θα διακόψει τις αλυσιδωτές αντιδράσεις εάν η θερμοκρασία στον αντιδραστήρα συνεχίσει να αυξάνεται. Αυτό το μέτρο θα απαιτήσει στη συνέχεια σοβαρές εργασίες αποκατάστασης για την επαναφορά του αντιδραστήρα σε λειτουργία.

Μετά από ένα επικίνδυνο ατύχημα στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ, η αιτία του οποίου ήταν ο ατελής σχεδιασμός του αντιδραστήρα, δόθηκε μεγαλύτερη προσοχή στα προστατευτικά μέτρα, καθώς και εργασίες σχεδιασμού για να εξασφαλιστεί μεγαλύτερη αξιοπιστία των αντιδραστήρων.

Η καταστροφή του 21ου αιώνα και οι συνέπειές της

Τον Μάρτιο του 2011, η βορειοανατολική Ιαπωνία επλήγη από σεισμό που προκάλεσε τσουνάμι που τελικά κατέστρεψε 4 από τους 6 αντιδραστήρες στον πυρηνικό σταθμό Fukushima 1.

Λιγότερο από δύο χρόνια μετά την τραγωδία, ο επίσημος απολογισμός των νεκρών στην καταστροφή ξεπέρασε τους 1.500, ενώ 20.000 εξακολουθούν να αγνοούνται και άλλοι 300.000 αναγκάστηκαν να εγκαταλείψουν τα σπίτια τους.

Υπήρξαν και θύματα που δεν κατάφεραν να φύγουν από το σημείο λόγω της τεράστιας δόσης ακτινοβολίας. Για αυτούς οργανώθηκε άμεση εκκένωση, η οποία διήρκεσε 2 ημέρες.

Ωστόσο, κάθε χρόνο βελτιώνονται οι μέθοδοι πρόληψης ατυχημάτων σε πυρηνικούς σταθμούς, καθώς και εξουδετέρωσης καταστάσεων έκτακτης ανάγκης - η επιστήμη προχωρά σταθερά. Ωστόσο, το μέλλον θα είναι ξεκάθαρα η εποχή της ακμής των εναλλακτικών μεθόδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας - ειδικότερα, είναι λογικό να περιμένουμε την εμφάνιση στα επόμενα 10 χρόνια γιγάντιων τροχιακών ηλιακών κυψελών, κάτι που είναι αρκετά εφικτό σε μηδενική βαρύτητα, καθώς και άλλα, συμπεριλαμβανομένων επαναστατικών τεχνολογιών στον τομέα της ενέργειας.

Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις - αφήστε τις στα σχόλια κάτω από το άρθρο. Εμείς ή οι επισκέπτες μας θα χαρούμε να τους απαντήσουμε.