Содержание
Атомные электростанции — как работает атомная станция, риски, опасность, эффективность, происшествия
Это те электростанции, которые используют ядерное топливо как основной источник энергии. Атомные электростанции отличаются высокой выдачей энергии, но крайне негативным влиянием на окружающую среду, во многом из-за побочным продуктам полураспада и возможности цепной реакции и неконтролируемого деления топлива, что может привести к катастрофе, подобной Чернобыльской.
Взрыв на атомной электростанции фактически означает, что местность на много километров вокруг будет непригодна для жизни почти никогда. На замену атомным электростанциям, использующим принцип деления ядер, могут прийти термоядерные электростанции, использующие синтез. Такой способ добычи энергии практически безопасен и не выдает побочных радиоактивных продуктов. Но пока до него далеко, нам приходится думать, как с минимальным риском пользоваться тем, что у нас есть — энергией атома.
Самое обсуждаемое по теме Атомные электростанции
Несмотря на всю эффективность ядерной энергетики, в какой-то момент западные страны начали от нее отказываться из экологических соображений.
В качестве альтернативы ей рассматривалась “зеленая энергетика”. Однако с наступлением энергетического кризиса мирный атом вновь стал актуальным. Но классические атомные станции имеют ряд недостатков. Прежде всего, они очень дорогие, а их строительство — это очень сложный и длительный процесс. Кроме того, не стоит забывать о других недостатках, из-за которых в мире стали от них отказываться — это опасность техногенной катастрофы, наличие ядерных отходов, выбросы тепловой энергии в водоемы и т.д. Очевидно, ядерная энергетика нуждается в новых технологиях, которые лишены этих недостатков. И такие технологии уже существуют — это малые модульные ядерные реакторы. Далее подробно рассмотрим что это такое и в чем заключаются их преимущества.
Читать далее
Атомные электростанции (АЭС) вырабатывают электрическую и тепловую энергию, являясь неотъемлемой частью повседневной жизни. Местом рождения первой в мире АЭС стал СССР: строительство началось в 1954 году, а спустя 68 лет в мире насчитывается 437 ядерных реакторов, расположенных в 32 странах.
Эти больше котлы бывают разных размеров и форм и могут работать на различных видах топлива, расщепляя атомы для нагрева воды и ее преобразования в пар, давление которого приводит в действие генераторы. Атомные электростанции считаются относительно безопасными для окружающей среды, так как не способствуют выбросам СО2 в атмосферу. Однако в 1986 году мир потрясла авария на Чернобыльской АЭС, а в 2011 году катастрофа настигла японскую станцию «Фукусима-1», тем самым доказав, что называть АЭС безопасными нельзя. Но стоит ли ждать чего-то подобного в будущем? Давайте разбираться!
Читать далее
Уран является редким и дорогим радиоактивным металлом, который окрашен в серебристый цвет. Раньше он использовался в качестве красящего вещества для изготовления керамики и цветного стекла. Однако, сегодня уран высоко ценится за способность его ядер к делению и выделению тепла — этот материал является основой атомной энергетики и атомного оружия. Существует мнение, что в будущем уран можно будет использовать для создания ракетных двигателей.
Получается, что этот радиоактивный химический элемент играет в науке и даже в жизни обычных людей очень большую роль — от него зависит не только добыча электроэнергии и уровень вооружения, но и способность людей в будущем посещать далекие планеты вроде Марса и так далее. Поэтому, давайте выясним, как добывается уран, сколько он стоит и другую интересную информацию.
Читать далее
На днях внимание всего мира было приковано к Запорожской АЭС в связи со случившимся на ней инцидентом. К счастью, тревога была ложной — пострадали лишь административные здания, а самой атомной электростанции ничего не угрожало. Однако у многих людей невольно возник вопрос, какую вообще угрозу несут атомные станции во время подобных чрезвычайных происшествий? Ведь в эпоху распространенного терроризма опасная ситуация может возникнуть не только на Украине, но и в любой другой точке мира. Конечно, любая АЭС — это объект, который охраняется особенно тщательно, но все мы прекрасно помним про теракты, произошедшие 11 сентября 2001 года в Нью-Йорке.
Чтобы было, если бы террористы, направили самолеты не на башни-близнецы, а атомную электростанцию? Неужели мы живем с постоянной потенциальной угрозой катастрофы, аналогичной Чернобылю или даже еще более масштабной? На самом деле нет. При проектировании таких опасных объектов, инженеры учитывали самые разные ситуации, в том числе теракты и боевые действия. Но, обо всем по порядку.
Читать далее
Чтобы обеспечить людей необходимым для комфортной жизни электричеством, во всем мире работают тысячи электростанций. Они бывают разные: одни вырабатывают энергию за счет воды, другие преобразовывают в электрический ток энергию солнца, ветра и так далее. Но самыми эффективными считаются атомные электростанции, которые не вредят природе выбросами парниковых газов. Но есть один минус — в каждой атомной электростанции хранится огромное количество отработавшего ядерного топлива, которое должно быть максимально изолировано от окружающей среды. Чтобы радиоактивные вещества не навредили природе, людям и животным, используются охладители, вентиляция и другая сложная техника, которая тоже нуждается в некотором количестве энергии.
В случае обесточивания атомной электростанции может возникнуть множество проблем. Так, по крайней мере, говорят некоторые эксперты.
Читать далее
В первой половине мая 2021 года зарубежные издания рассказали о том, что на Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС) снова начались ядерные реакции. Активность была обнаружена под защитным саркофагом, который был построен прямо над топливными массами, проникшими в глубины станции после всемирно известной аварии. После публикации этой новости некоторые люди взволновались — неужели катастрофа может повториться и распространить радиоактивное облако за тысячи километров от места происшествия? Российские ученые ответили на опубликованный материал тем, что сенсация раздута на пустом месте и никакой опасности нет. Но ядерные реакции в глубинах разрушенной электростанции все же происходят и с этим нужно что-то делать. В общем, на данный момент люди в безопасности, однако следующие поколения могут столкнуться с большими проблемами. Рассказываем, что произошло и что нас ждет в будущем.
Читать далее
Ровно 35 лет назад, в ночь на 26 апреля 1986 года, на Чернобыльской атомной электростанции произошел взрыв. Это была самая смертоносная ядерная авария в истории человечества, которая унесла жизни более 4000 человек. Около 50 жертв погибли непосредственно от аварии, а все остальные — вследствие осложнений, которые возникли из-за облучения радиацией. Долгое время среди людей ходили слухи, что подвергшиеся радиации люди в будущем не смогут родить здоровых детей. Из-за этого многие ликвидаторы атомной станции не решались заводить семью, то есть авария сильно повлияла на их судьбу и испортила многие планы. На протяжении долгих лет ученые следили за состоянием здоровья переживших аварию людей и их детей, так что сейчас они уже вполне могут дать ответ на вопрос — есть ли у потомков сотрудников ЧАЭС мутации? Давайте узнаем, как они искали ответ и к какому выводу пришли в итоге.
Читать далее
Несколько дней назад президент Белоруссии Александр Лукашенко поучаствовал в церемонии торжественного ввода в эксплуатацию новой атомной электростанции, которая должна очень сильно помочь в обеспечении республики электроэнергией.
Как говорится, ”не прошло и …”, как работу станции пришлось экстренно останавливать. Виной тому оказался взрыв оборудования, которое в том числе отвечает за безопасность работы объекта. Проблема не могла остаться без внимания, ведь у нас еще свежи в памяти Чернобыль и Фукусима, оставившие свой мрачный след не только в прошлом, но и в будущем. Одно то, что станция находится в самом центре Европы, откуда рукой подать до многих крупных столиц, включая Москву, уже заставляет насторожиться и мысленно попросить руководство БелАЭС не запускать ее заново. Давайте разберемся, что там произошло и настолько это опасно для окружающих.
Читать далее
В мире существует огромное количество компаний, которые занимаются разработкой различных роботов. Но самых удивительных роботов создает американская компания Boston Dynamics. В сентябре 2019 года она выпустила в продажу робота Spot, который очень похож на собаку. Благодаря своим четырем конечностям, он способен проходить даже через самые кривые тропинки и не упасть.
А наличие большого количества датчиков делает робота очень полезным в выполнении исследовательских работ. Недавно британские ученые взяли робота Spot и приехали в город Чернобыль. В нем практически никто не живет, потому что в 1986 году там произошла авария на атомной электростанции. До сих пор в некоторых районах города и его окрестностях можно подвергнуться воздействию смертельно опасной радиации. Как вы думаете, чем занялся робот Spot в настолько опасной территории?
Читать далее
Слышали про атомные электростанции? Звучит круто и они дают нам очень многое, но теперь появился новый тип этих источников энергии. Только представьте себе: безумное количество энергии, которое можно доставить куда угодно и при этом с минимальными затратами. Не надо тянуть провода или готовить инфраструктуру и специальные подстанции. Просто энергия придет сама. Еще Тесла хотел передавать энергию без проводов на огромные расстояния, но тогда до этого так и не дошло. Теперь пришло время чего-то нового — того, чего нет в мире.
О чем это я? Ах да, плавучие атомные станции.
Читать далее
Российские атомщики открывают новую эпоху атомной энергетики
Идея замкнутого ядерного топливного цикла примерно такая же, как у переработки пластика. Вместо того чтобы делать новые полимеры из нефти и газа, можно и нужно собирать и перерабатывать старые.
Замкнув цикл, можно избавиться от ядерных ракет времён холодной войны. Можно пустить в дело обеднённый уран, который в виде едкого, ядовитого и горючего соединения хранится сейчас в стальных бочках. В 2020 году в России было больше миллиона тонн этого неприятного и мало на что годного вещества. А главное, отработавшее ядерное топливо можно использовать повторно.
Но как вторичный пластик годится не для всякой цели — из него, например, сложно делать упаковку для еды, — так и вторичное ядерное топливо требует особых приспособлений. Обычные атомные реакторы с этой задачей не справятся.
Урановая кухня: небезотходное производство
Современная атомная промышленность начинается с добычи урана.
В природных минералах его немного: на тысячу тонн руды — всего семь килограммов с нужным веществом. Всё остальное идёт в отвал. Из этих семи килограммов 99,3% составляет уран-238. В большинстве современных атомных реакторов этот изотоп — не самая нужная часть топлива. Большую часть энергии мы получаем от деления ядер второго, редкого изотопа — урана-235.
Семи десятых процента 235U слишком мало для обычного атомного реактора, поэтому прежде, чем использовать уран как топливо, его обогащают. Дело это долгое, энергозатратное и сложное. Заводы по обогащению урана — это длинные ряды центрифуг, в которых газообразный фторид урана раскручивают со скоростью в 10 раз выше скорости вращения турбины самолёта.
При перегрузке в сотню G молекулы распределяются в центрифуге немного неравномерно: в центре урана-235 оказывается чуть-чуть больше, чем по краям. Газ из центральной части забирают и отправляют в следующую установку, и так много раз. Даже сотням центрифуг едва удаётся поднять содержание 235U до 3-4%.
Впрочем, для работы в тепловом реакторе этого достаточно.
Но и в обогащённом уране далеко не весь изотоп 235 делится и даёт энергию. В современных реакторах сжигается около четырёх пятых урана-235, а одна пятая остаётся в отработавшем топливе — и с ней уже ничего не поделать: приходится обрабатывать и хранить вместе с продуктами деления.
Получается, что уран в тепловых реакторах используется очень неэффективно: только 1% уранового топлива выделяет тепло в активной зоне реактора. Если с такой эффективностью чистить овощи, то на кастрюлю супа понадобится целый грузовик картошки и моркови. Но есть технология, которая позволяет использовать весь природный уран. Её преимущества были понятны уже первым строителям атомных электростанций, но всерьёз за неё берутся только сейчас.
На стройплощадке реактора БРЕСТ-300 Фото: РИА Новости
Замкнутый круг
Почему, собственно, не использовать в ядерных реакторах весь уран-238? Дело в том, что он, в отличие от урана-235, не делится при бомбардировке тепловыми нейтронами.
Ядра 238U склонны просто захватывать нейтрон, летящий слишком медленно. А изотоп, который не делится, не выделяет тепло — не очень-то такой и нужен.
Зато уран-238 умеет превращаться в другой изотоп — 239Pu, который делится даже лучше 235U. Это превращение происходит и в тепловых реакторах, но плутония в них получается слишком мало. Больше плутония можно наработать, если бомбардировать уран-238 быстрыми нейтронами.
Быстрые vs. тепловые: два типа нейтронов
Разговоры о типах реакторов могут показаться странными: одни работают на тепловых нейтронах, другие — на быстрых. Как в анекдоте про крокодилов: один зелёный, другой налево. На самом деле всё логично, просто для ядерных физиков нет разницы между температурой и скоростью частицы. Нейтрон, который летит быстро, можно назвать горячим: у него большая энергия. Летящий медленнее нейтрон называется тепловым: у него энергия меньше.
Нейтроны, которые образуются при делении ядра, обладают большой энергией. Чтобы сделать их более пригодными для деления урана-235, в тепловых реакторах есть замедлитель — вещество, пролетая через которое нейтроны теряют энергию и на выходе становятся тепловыми. Замедлителем может быть графит, тяжёлая или обычная вода.
Кроме энергии нейтронов и замедлителя, реакторы различаются по теплоносителю — веществу, которое омывает топливо и уносит с собой его тепло, чтобы получить пар для выработки электричества. В тепловых реакторах теплоносителем является обычная или тяжёлая вода. Иногда она же играет роль замедлителя; такие реакторы называются водо-водяными — по двойному назначению воды. В реакторах на быстрых нейтронах теплоносители — жидкие металлы или расплавы солей.
В России сейчас работают энергетические реакторы трёх типов: тепловые РБМК (реактор большой мощности канальный) и ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) и быстрые БН (реактор на быстрых нейтронах).
Итак, при бомбардировке медленными нейтронами уран-238 не делится.
Значит, построив реактор, в котором нейтроны не замедляются, можно использовать распространённый в природе уран-238 по полной. Он эффективно превращается в плутоний-239, который делится и может работать как топливо для теплового реактора. Получается, что мы загружаем в котёл неделящийся уран-238, а на выходе получаем делящийся плутоний.
Поэтому быстрые реакторы называют «бридерами», или наработчиками. Их часто сравнивают с печками, которые выдают больше дров, чем в них положили. А ещё в быстром реакторе можно до конца использовать недожжённый в тепловом реакторе уран-235 (ту самую пятую часть) и дожигать самые вредные изотопы, которые образуются при работе топлива. Получается безотходное производство.
Казалось бы, выгода очевидна, почему тогда в мире сейчас работает больше сотни АЭС с тепловыми реакторами и всего одна — с быстрыми? Потому, что быстрые реакторы очень сложны в обращении.
Проблема теплоносителя
Если мы хотим, чтобы нейтроны в реакторе не замедлялись, в качестве теплоносителя нужно использовать более экзотические вещества — например, жидкие металлы.
На эту роль в разное время пробовали ртуть и жидкий натрий, смесь свинца и висмута.
Эти материалы довольно капризны и требуют большой осторожности. Ртуть ядовита, а натрий горит на воздухе и взрывается в воде. Несмотря на это, эксперименты с ними ставили в разных странах: в США и СССР даже строили атомные реакторы для подводных лодок с жидкометаллическими теплоносителями.
На японской АЭС Мондзю реактор на быстрых нейтронах построили и запустили, но в 1995 году уронили в жидкий натрий трёхтонную трубу, что положило конец эксперименту. Во Франции опыты с жидким металлом пришлись на середину 1980-х и были свёрнуты под давлением общественности, напуганной Чернобылем.
В результате энергетические реакторы на быстрых нейтронах прижились только в России. Это БН-350 в Шевченко (ныне Актау, Казахстан; выведен из эксплуатации), БН 600 и БН-800 на Белоярской АЭС, все с жидким натрием, омывающим активную зону. Собираются строить и новый, более мощный натриевый реактор. Но это уже отработанная технология.
На очереди новый тип реактора — с жидким свинцом. Первым должен стать БРЕСТ.
Так будет выглядеть опытно-демонстрационный энергетический комплекс — с реактором БРЕСТ, заводом переработки облучённого топлива и модулем фабрикации тепловыделяющих элементов Фото: rosatom.ru
Операция Pb
У свинцового теплоносителя много преимуществ. Первое — он почти не замедляет нейтроны. Второе — свинец превращается в газ при огромной температуре, 1749 °C. Для сравнения: температура в активной зоне реактора — около тысячи градусов. Атомщики в целом благосклонно относятся к идее теплоносителя, который сложно вскипятить и из которого можно выделить водород: в 2011 году водород из воды, вскипев, взорвал реактор на Фукусимской АЭС.
Но главный плюс свинца — способность бороться с большинством видов радиации. Помните свинцовый фартук в рентгеновском кабинете? В случае аварии свинец как раз и послужит таким фартуком — или пробкой, которая застынет и навсегда похоронит радиоактивный материал.
Однако реакторов с жидким свинцом до сих пор не строили. Вероятно, сыграла роль его коррозионная активность: мало какие материалы могут долго соседствовать со свинцом. Строители нового реактора БРЕСТ заявляют, что решили эту проблему — научились контролировать содержание кислорода в свинцовом расплаве. Кислород создаёт на поверхности стали оксидную плёнку, устойчивую к действию свинца даже при высоких температурах, поэтому тот, кто управляет кислородом, управляет всеми материалами внутри активной зоны.
Перед тем как запустить БРЕСТ, в него зальют 10 тыс. тонн свинца (960 м3). В отсутствие ядерного топлива его будут подогревать специальные батареи. Свинец останется в активной зоне навсегда — ну, или до конца жизни реактора; его только будут периодически чистить от радиоактивных примесей.
Скептики и энтузиасты
Построив БРЕСТ и предприятия по переработке топлива вокруг него, российские атомщики собираются продемонстрировать замкнутый ядерный топливный цикл.
Из отработавшего топлива быстрого реактора будут делать новое топливо. В этом круговороте можно будет полностью использовать отработавшее ядерное топливо, запасы обеднённого урана, плутониевые боеголовки — всё, что сейчас лежит без дела.
Звучит здорово, но у проекта есть критики. Они указывают на то, как дорого стоят быстрые реакторы и технологии ресайклинга. Разработчики отвечают им своими доводами — получается такой пинг-понг из аргументов и возражений.
За.
Тепловые реакторы требуют обогащённого урана, а обогащение — это очень дорого. В замкнутом цикле потребуется меньше урана-235, а однажды от него и вовсе можно будет отказаться.
Против.
Выделять плутоний из отработавшего топлива очень сложно. Если свежие тепловыделяющие сборки можно трогать руками в перчатках, то с топливом из активной зоны нужно обращаться с помощью роботов-манипуляторов — за метровой толщины стеклом. Это может свести на нет все экономические выгоды!
Тепловыделяющая сборка — это пучок тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ).
Каждый ТВЭЛ представляет собой стержень, собранный из топливных таблеток — маленьких блоков ядерного топлива — и упакованный в металлическую оболочку.
За.
Радиохимический завод специально строят рядом с БРЕСТом: всё будет на одной площадке, извлечённое из реактора топливо не придётся никуда везти. К тому же в БРЕСТе будут дожигать опасные изотопы, а значит, можно будет сэкономить на защищённых хранилищах опасных радиоактивных отходов.
Мирные превращения
В реакторах на быстрых нейтронах уран-238 эффективно превращается в плутоний. Изотоп 239Pu используется в атомных бомбах, поэтому рядом с названием этого элемента мы привыкли видеть слово «оружейный». В натриевых БН-реакторах на Белоярской АЭС плутоний — действительно оружейного качества — нарабатывается во внешнем слое активной зоны (так называемом бланкете). Цепная реакция в этом слое не идёт — только превращение урана в плутоний.
Эта встроенная функция не делает быстрым реакторам рекламы, даже наоборот: из-за возможности наработки оружейного плутония в бланкете МАГАТЭ не может одобрить экспорт таких реакторов.
Виноват во всём натрий: именно из-за него БН-реакторам нужны бланкеты. А вот свинец действует на нейтроны иначе, поэтому в таком реакторе бланкетов нет — плутоний и так замечательно нарабатывается, но не в том виде, который могут использовать военные.
Реактор, который не умеет делать начинку для бомб, — это хорошо. Сейчас в мире действует множество международных соглашений, задача которых — обеспечить режим нераспространения ядерного оружия, чтобы те страны, у которых такого оружия нет, продолжали в том же духе. Свинцовый реактор на быстрых нейтронах поддерживает режим нераспространения сразу с двух сторон: он и не нарабатывает плутоний, и снижает необходимость в обогащении урана, который при желании тоже можно использовать не в мирных целях.
На стройплощадке БРЕСТа пока залит лишь бетонный «стакан» для будущей активной зоны, но реактор давно существует в виртуальной реальности. Инженеры Росатома создали компьютерную модель со всеми полутора сотнями топливных сборок, в каждой по сотне-другой тепловыделяющих элементов, в каждом по сотне топливных таблеток.
Компьютер позволяет моделировать ядерные реакции и другие процессы, идущие в сердце реактора.
Эта модель — одно из главных доказательств надёжности будущего БРЕСТа. Она позволяет жонглировать параметрами и режимами, проводить виртуальные испытания. Настоящие начнутся с пуском реактора в 2026 году. Ещё через два года топливо из активной зоны можно будет направить на переработку. Оболочки топливных стержней растворят, остатки урана-238 отделят от плутония, и последний пойдёт на новое топливо. Ну как новое? Ядерное топливо second hand.
Как электричество вырабатывается на атомной электростанции
Почти половина электричества в Швеции вырабатывается за счет атомной энергетики. Это означает, что почти каждая вторая лампочка питается от ядерной энергии! Несмотря на то, что завод в Барсебеке был выведен из эксплуатации, мы будем рады рассказать вам о процессе и других аспектах, связанных с эксплуатацией атомной электростанции.
Что такое энергия
Энергия — это движение или способность двигаться.
Следовательно, энергия не может быть ни создана, ни использована, а только преобразована в другие формы. Тем не менее, для простоты используются такие термины, как источник энергии, производство энергии и потребление энергии.
Разница между энергией и мощностью
Энергия и мощность — это два термина, которые часто используются взаимозаменяемо, но это их определение: количество энергии в единицу времени, необходимое для выполнения задачи, измеряется как мощность.
Энергия = мощность x время
Энергия измеряется в джоулях (Дж), что соответствует ватт-секунде (Вт), а мощность выражается в ваттах (Вт). Чем больше энергии что-то использует, тем больше потребление энергии в секунду (минуту, час…). Пример: Лампочка мощностью 60 Вт потребляет 60 Дж в секунду.
Для электрической энергии (электроэнергии) используется единица киловатт-час (кВтч). 1 кВтч соответствует 3 600 000 джоулей.
Атомная энергетика в Швеции
Атомные электростанции в настоящее время производят 40% электроэнергии в стране.
Вместе с гидроэнергетикой и ветровой энергией ядерная энергетика способствует производству электроэнергии практически без выбросов.
В Швеции в 1970-х и 1980-х годах произошло крупномасштабное развитие ядерной энергетики. Оскарсхамн-1 находится в эксплуатации дольше всех и был сдан в эксплуатацию в 1972. «Форсмарк-3» — самый молодой реактор Швеции, он был введен в эксплуатацию в 1985 году. На сегодняшний день насчитывается восемь действующих реакторов в трех местах:
Подробнее об атомных электростанциях Швеции
Ядерный реактор
Image
Ядерное деление
Технология ядерной энергетики основана на выработке тепла путем расщепления атомов урана. Расщепление атомов, известное как деление. Попадание нейтрона в атом урана расщепляет атомное ядро и высвобождает новые нейтроны. Они, в свою очередь, могут расщепить другие атомы и вызвать цепную реакцию. При делении выделяется тепло, которое используется для выработки электроэнергии на атомной электростанции
Производство электроэнергии с помощью кипящего реактора
Атомную электростанцию можно сравнить с огромным водогрейным котлом.
Уран, который в данном случае является топливом, нагревает воду, превращая ее в пар, который сжимается и течет через турбины. Вращающийся вал турбины приводит в действие большой электрогенератор, который вырабатывает электроэнергию.
Принцип тот же, что и для электростанций, использующих другие виды топлива, такие как уголь, газ или нефть. Преимущество атомных электростанций заключается в том, что их производственные операции свободны от выбросов углерода. В целом воздействие на окружающую среду и климат практически отсутствует.
Изображение
1. При делении в реакторе выделяется тепло, которое используется для кипячения воды. Реактор можно сравнить с огромным водогрейным котлом, в котором 1000 литров воды закипают за одну секунду, образуя пар.
2. Пар направляется на турбины. Под высоким давлением пар ударяется о лопасти, установленные на валу турбины, что заставляет вал вращаться со скоростью 3000 оборотов в минуту.
3. Вал турбины, в свою очередь, соединен с генератором, производящим электричество. Электроэнергия передается от генератора к потребителям по линиям электропередач.
4. Пар от турбины всасывается в конденсатор, где он соединяется с холодной морской водой, которая по многочисленным трубным пучкам закачивается в конденсатор. Пар соприкасается с поверхностями труб, охлаждается и снова превращается в воду. Морская вода откачивается обратно в море, на 10–12°C горячее, чем при закачке.
5. Вода из конденсатора перекачивается обратно в реактор для повторного кипячения. Минимальной капле воды — одной молекуле воды — требуется около 10 минут, чтобы совершить полный цикл в процессе.
Таким образом, технологическая вода удерживается в замкнутом контуре, и теплоноситель морской воды никогда не контактирует с паром реактора.
Насосы и регулирующие стержни регулируют мощность
Существует два основных метода регулирования мощности реактора. Также можно использовать бор.
Главные циркуляционные насосы
Главные циркуляционные насосы устанавливаются внутри или снаружи корпуса реактора. Увеличение мощности насосов позволяет циркулировать в корпусе реактора большим объемам воды, тем самым увеличивая производительность реактора. Снижение мощности насосов уменьшает количество воды, циркулирующей через корпус реактора, что снижает производительность реактора. Это также верно, если насосы перестанут работать. Это означает, что шведские реакторы являются подкритическими, и поэтому их мощность не может привести к неконтролируемому расплавлению.
Стержни управления
Стержни управления содержат такие вещества, как бор, которые поглощают нейтроны для уменьшения деления ядер или его полной остановки. Результаты зависят от того, как долго управляющие стержни вставлены в активную зону реактора. В целях аварийного отключения реактора они вставляются полностью, чтобы немедленно остановить ядерное деление.
Бор
Бор — элемент, притягивающий нейтроны. Изменяя количество бора в технологической воде, реактор можно увеличивать или уменьшать (расщепление ядер увеличивается или уменьшается).
Как электричество попадает к вам
Электроэнергия передается от атомных электростанций к обществу через передающую сеть, а также региональные и местные сети. Чем выше напряжение, тем дальше можно передавать электроэнергию без чрезмерных потерь энергии.
Передающая сеть
Передающая сеть принадлежит правительству и охватывает всю Швецию с севера на юг. Напряжение в ЛЭП 400 000 или 220 000 вольт. Сеть передачи проходит между основными электростанциями и трансформаторами, расположенными на открытом воздухе в сельской местности. Важна эксплуатационная надежность – если какая-то электростанция перестанет работать, всегда есть резервы на других электростанциях.
Региональная сеть
Когда электроэнергия достигает региона, где она будет использоваться, она передается в региональную сеть. Там трансформаторы используются для поэтапного понижения напряжения до 40 000–75 000 вольт, а затем электричество передается в промышленность и муниципалитеты.
Местная сеть
Чтобы охватить весь путь до уровня домохозяйства, используются местные сети. Здесь напряжение снижено до 4000–20 000 вольт. Линии электропередач можно увидеть в сельской местности, но в городах кабели обычно проложены под землей. Напряжение снижается до 230–400 вольт, прежде чем оно достигнет шведских домовладений.
Уран как топливо
Уран — один из элементов, из которых состоит Земля. Он встречается в природе в коренных породах и представлен тремя различными изотопами (различными формами одного и того же элемента): ураном-234, ураном-235 и ураном-238.
Уран-235 легче всего охлаждать, поэтому он используется в качестве ядерного топлива.
Уран — элемент, богатый энергией. Один килограмм урана содержит столько же энергии, сколько 90 тонн угля!
Производство ядерного топлива связано с большими трудозатратами. Уран сначала измельчается, а затем обрабатывается в несколько этапов, прежде чем будут созданы настоящие ядерные топливные элементы.
Опасен ли уран?
До того, как топливо будет использовано в реакторе, оно излучает очень низкий уровень радиации, и с ним можно обращаться без использования каких-либо специальных средств защиты. Однако после использования в реакторе он сильно радиоактивный.
Может ли топливо взорваться?
Уран в ядерном реакторе не может взорваться, потому что он содержит слишком мало делящегося материала — всего около 3% (попробуйте запустить двигатель автомобиля с одной ложкой бензина на литр воды, и вы поймете). С другой стороны, атомная бомба должна содержать почти 100% делящегося урана.
Из руды в окатыши
1. Уран дробленый
Урановая руда дробится в шахтах или открытых разработках над землей. В Швеции содержание урана слишком низкое, чтобы дробление могло окупиться. Следовательно, мы импортируем необходимый нам уран – примерно 1500 тонн в год. Урановая руда в основном дробится в Канаде и Австралии, а также в Намибии, ЮАР, Казахстане, Узбекистане и России.
Природный уран, предназначенный для шведских реакторов, импортируется из таких стран, как Австралия, Канада, Намибия и в некоторой степени из России. Шведские АЭС предъявляют экологические требования к поставщикам и производителям ядерного топлива. Дробление урана в шахтах часто полностью автоматизировано из-за высокого уровня радиации от радона в земле.
2. Желтый порошок
После дробления урановая руда транспортируется на завод по переработке урана, где ее измельчают в порошок. Содержание урана увеличивается с помощью различных процессов, и в результате получается концентрат урана в виде желтого порошка. Заводы по переработке урана часто располагаются недалеко от рудника.
3. Конверсия и обогащение урана
Урановый концентрат должен пройти дальнейшую обработку, прежде чем он сможет использоваться в качестве ядерного топлива. В процессе, известном как конверсия, он превращается в гексафторид урана — вещество, похожее на парафин.
Гексафторид урана нагревается и обогащается, что влечет за собой процесс увеличения содержания делящегося урана-235 примерно до 3%, как это требуется для ядерного топлива. Природный уран содержит всего 0,7% урана-235. Из пяти килограммов природного урана получается 1 килограмм обогащенного урана.
Уран обогащается в таких странах, как Франция и Нидерланды. Уран транспортируется из рудника морским, автомобильным или железнодорожным транспортом.
4. Маленькие черные таблетки
После обогащения гексафторида урана его охлаждают до возвращения в твердую форму и превращения в диоксид урана. Наконец, диоксид урана используется для производства ядерного топлива в виде небольших цилиндров, известных как таблетки. Ядерный энергетический реактор содержит примерно 15 миллионов гранул. Каждая гранула дает столько же энергии, сколько 800 литров дизельного топлива!
5. Производство топливных элементов
Таблетки укладываются в длинные трубы, которые связываются вместе в топливный элемент.
В Швеции топливные элементы производятся на заводе Westinghouse в Вестеросе.
Количество топливных элементов в реакторе зависит от типа и размера реактора. Например, Оскарсхамн 3 содержит 700 топливных элементов по сравнению с Барсебеком 2, который содержит 444 топливных элемента.
Дозаправка летом
Летом реакторы останавливаются на короткое время, так называемая ревизия. Это когда техническое обслуживание и улучшения осуществляются одновременно с добавлением нового топлива. Топливные элементы используются в реакторе около 5 лет, прежде чем их заменяют.
В кипящих реакторах каждое лето заменяется примерно пятая часть топлива. С точки зрения веса это соответствовало примерно 15 тоннам в год для Barsebäck 2, когда завод работал.
Как мы вырабатываем электроэнергию с помощью атомной энергии?
Ожидается, что ядерная генерация будет и впредь будет важной частью структуры производства электроэнергии в Великобритании по мере того, как мы приближаемся к чистому нулю.
Недавний план премьер-министра из 10 пунктов ясно показал, что атомная энергетика играет ключевую роль в 21 ст в. энергетическая смесь.
Что такое ядерная энергетика?
Атомные электростанции работают по тому же принципу, что и угольные и газовые электростанции.
Ядерный реактор приводится в действие расщеплением атомов, процессом, называемым делением, когда частица выстреливает в атом, который затем делится на два меньших атома и несколько дополнительных нейтронов. Некоторые из нейтронов, которые высвобождаются, затем попадают на другие атомы, заставляя их тоже делиться и высвобождая больше нейтронов. Это называется цепной реакцией, и весь процесс создает много тепла.
Вырабатываемое тепло отводится из реактора циркулирующей жидкостью, обычно водой. Затем это тепло можно использовать для производства пара, который приводит в действие турбины для производства электроэнергии.
Какая часть ядерной энергии в настоящее время подключена к сети Великобритании?
Великобритания фактически была первой страной, построившей коммерческую атомную электростанцию.
Колдер Холл был введен в эксплуатацию в 1956 году. Это были два небольших реактора двойного назначения мощностью 65 МВт.
С тех пор атомная энергетика расширилась, и теперь существует восемь действующих электростанций.
Если мы посмотрим на 2020 год, на атомную энергетику приходилось 17,2% всего производства электроэнергии в Великобритании, уступая только газу и ветру, эта цифра была относительно стабильной в течение последних 25 лет.
Каковы преимущества атомной энергетики?
Во-первых, атомная электростанция в некотором смысле является традиционным генератором, таким как уголь или газ. Это также обеспечивает жизненно важную инерцию системы. Это также «всегда включенный» источник питания, который не зависит от погоды, как ветер и солнце, и поэтому может обеспечивать питание 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.
Во-вторых, хотя мы полностью понимаем опасения по поводу вывода из эксплуатации действующих атомных станций, атомная энергия не содержит углерода и не увеличивает выбросы в атмосферу.
Это означает, что они могут поставлять большое количество электроэнергии без выбросов CO2.
Одним из преимуществ атомной электростанции является то, что она может работать 24 часа в сутки без дополнительного топлива. Несмотря на то, что они требуют серьезного обслуживания, некоторые атомные электростанции в настоящее время сертифицированы на 80 лет эксплуатации, что намного дольше, чем у газовых или угольных генераторов.
Каково будущее атомной энергетики?
По мере того, как мы, ESO, стремимся к нулевому выбросу углерода в 2025 году, а Великобритания стремится к нулевому выбросу углерода к 2050 году, структура производства электроэнергии будет меняться. В 2020 году наблюдался самый продолжительный период безугольной генерации, а также рекордное количество ветровой и солнечной энергии.
Премьер-министр обсудил роль атомной энергетики в своем недавнем плане из 10 пунктов, заявив, что правительство Великобритании будет «продвигать ядерную энергетику как источник экологически чистой энергии в рамках крупномасштабной ядерной энергетики и разрабатывать малые и усовершенствованные реакторы следующего поколения»
Sizewell C в настоящее время находится на стадии согласования с предлагаемым поколением 3,2 ГВт.