Для чего нужна аэс: Почему нужна атомная энергетика? | Атомная энергия 2.0

Почему нужна атомная энергетика? | Атомная энергия 2.0

Сравнительная статистика видов генерации электроэнергии

Показатель		ТЭС			АЭС	ГЭС	ВЭС	СЭС
		уголь	нефть	газ	уран	гидро	ветер	солнце
Относительная стоимость электроэнергии		2,8	2,3	2,3	2,2	1,0	4,9	10
Продолжительность надежного энергоснабжения, лет		270	45	60	55 (3300*)	неограниченно долго
Занимаемая площадь (отчуждение земли), км2/1000 МВт		2,4	0,87	1,5	0,63	270	170	100
Уровень смертности** (человек/тераватт-час)		100	36	4	0,09	1,4	0,15	0,44
Выбросы углекислого газа при производстве 1 кВТ-час****		1290	990	1234	30	410	75	279
Годовые выбросы*** станции 1000 МВт, тыс. тонн	оксидов серы	140	98	0,013	0	0	0	0
	оксидов азота	21	22	12	0	0	0	0

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

Развитие человеческого потенциала

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

Чистый воздух и атмосфера

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

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

Минимальное воздействие на экологическую среду

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

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

• минимизация и компактизация,
• уменьшение радиоактивности,
• переработка и рециклинг,
• транспортирование,
• мониторинг,
• захоронение,
• и многими другими.

Развитие науки, экономики и рост других отраслей

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

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

Базовая генерация для стабильной энергосети

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

Огромная энергоемкость и сохранение биоразнообразия

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

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

Повторное использование топлива

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

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

“Атомная энергетика никогда не была просто реакторами, кипятящими воду для вращения турбин”, — считает главный редактор и создатель научного портала “Атомная энергия 2.0” Павел Яковлев, — “Это наиболее широкий, объемный и фундаментальный путь развития человеческого социума и его интеллектуального потенциала, ставящий перед ним самые сложные, интересные и нужные задачи, включая последовательное освоение космоса, вкупе с обязательным надежным обеспечением максимальной экологической и эксплуатационной безопасности”.

Принцип работы атомной электростанции. Справка

Атомная электростанция (АЭС) – комплекс технических сооружений, предназначенных для выработки электрической энергии путем использования энергии, выделяемой при контролируемой ядерной реакции.

В качестве распространенного топлива для атомных электростанций применяется уран. Реакция деления осуществляется в основном блоке атомной электростанции – ядерном реакторе.

Существует несколько типов ядерных реакторов. Наибольшее распространение получили тpи основных типа pеактоpов, различающихся, главным обpазом, топливом, теплоносителем, пpименяемым для поддержания нужной темпеpатуры активной зоны, и замедлителем, используемым для снижения скоpости нейтpонов, выделяющихся в пpоцессе pаспада и необходимых для поддеpжания цепной pеакции.

Сpеди них пеpвый и наиболее pаспpостpаненный тип – это pеактоp на обогащенном уpане, в котоpом и теплоносителем, и замедлителем является обычная, или «легкая», вода (легководный реактор). Существуют две основные pазновидности легководного реактора: pеактоp, в котоpом паp, вpащающий туpбины, обpазуется непосpедственно в активной зоне (кипящий реактор, в России – РБМК — реактор большой мощности, канальный), и pеактоp, в котоpом паp обpазуется во внешнем, или втоpом, контуpе, связанном с пеpвым контуpом теплообменниками и паpогенеpатоpами (водо водяной энергетический реактор – ВВЭР).

Втоpой тип pеактоpа – газоохлаждаемый pеактоp (с гpафитовым замедлителем).

Тpетий тип pеактоpа, – это реактоp, в котоpом и теплоносителем, и замедлителем является тяжелая вода, а топливом природный уран.

Существует также реактор на быстрых нейтронах (БН).

Реактор смонтирован в стальном корпусе, рассчитанном на высокое давление – до 1,6 х 107 Па, или 160 атмосфер.
Основными частями ВВЭР-1000 являются:

1. Активная зона, где находится ядерное топливо, протекает цепная реакция деления ядер и выделяется энергия.
2. Отражатель нейтронов, окружающий активную зону.
3. Теплоноситель.
4. Система управления защиты (СУЗ).
5. Радиационная защита.

Теплота в реакторе выделяется за счет цепной реакции деления ядерного топлива  под действием тепловых нейтронов. При этом образуются продукты деления ядер, среди которых есть и твердые вещества, и газы – ксенон, криптон. Продукты деления обладают очень высокой радиоактивностью, поэтому топливо (таблетки двуокиси урана) помещают в герметичные циркониевые трубки – ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы). Эти трубки объединяются по несколько штук рядом в единую тепловыделяющую сборку. Для управления и защиты ядерного реактора используются регулирующие стержни, которые можно перемещать по всей высоте активной зоны. Стержни изготавливаются из веществ, сильно поглощающих нейтроны – например, из бора или кадмия. При глубоком введении стержней цепная реакция становится невозможной, поскольку нейтроны сильно поглощаются и выводятся из зоны реакции. Перемещение стержней производится дистанционно с пульта управления. При небольшом перемещении стержней цепной процесс будет либо развиваться, либо затухать. Таким способом регулируется мощность реактора.

Схема станции – двухконтурная. Первый, радиоактивный, контур состоит из одного реактора ВВЭР 1000 и четырех циркуляционных петель охлаждения. Второй контур, нерадиоактивный, включает в себя парогенераторную и водопитательную установки и один турбоагрегат мощностью 1030 МВт. Теплоносителем первого контура является некипящая вода высокой чистоты под давлением в 16 МПа с добавлением раствора борной кислоты – сильного поглотителя нейтронов, что используется для регулирования мощности реактора.

Основные процессы, происходящие во время работы АЭС:

1. Главными циркуляционными насосами вода прокачивается через активную зону реактора, где она нагревается до температуры 320 градусов за счет тепла, выделяемого при ядерной реакции.
2. Нагретый теплоноситель отдает свою теплоту воде второго контура (рабочему телу), испаряя ее в парогенераторе.
3. Охлажденный теплоноситель вновь поступает в реактор.
4. Парогенератор выдает насыщенный пар под давлением 6,4 МПа, который подается к паровой турбине.
5. Турбина приводит в движение ротор электрогенератора.
6. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе и вновь подается в парогенератор конденсатным насосом. Для поддержания постоянного давления в контуре установлен паровой компенсатор объема.
7. Теплота конденсации пара отводится из конденсатора циркуляционной водой, которая подается питательным насосом из пруда охладителя.
8. И первый, и второй контур реактора герметичны. Это обеспечивает безопасность работы реактора для персонала и населения.

В случае невозможности использования большого количества воды для конденсации пара, вместо использования водохранилища, вода может охлаждаться в специальных охладительных башнях (градирнях).

Безопасность и экологичность работы реактора обеспечиваются жестким выполнением регламента (правил эксплуатации) и большим количеством контрольного оборудования. Все оно предназначено для продуманного и эффективного управления реактором.
Аварийная защита ядерного реактора – совокупность устройств, предназначенная для быстрого прекращения цепной ядерной реакции в активной зоне реактора.

Активная аварийная защита автоматически срабатывает при достижении одним из параметров ядерного реактора значения, которое может привести к аварии. В качестве таких параметров могут выступать: температура, давление и расход теплоносителя, уровень и скорость увеличения мощности.

Исполнительными элементами аварийной защиты являются, в большинстве случаев, стержни с веществом, хорошо поглощающим нейтроны (бором или кадмием). Иногда для остановки реактора жидкий поглотитель впрыскивают в контур теплоносителя.

Дополнительно к активной защите, многие современные проекты включают также элементы пассивной защиты. Например, современные варианты реакторов ВВЭР включают «Систему аварийного охлаждения активной зоны» (САОЗ) – специальные баки с борной кислотой, находящиеся над реактором. В случае максимальной проектной аварии (разрыва первого контура охлаждения реактора), содержимое этих баков самотеком оказываются внутри активной зоны реактора и цепная ядерная реакция гасится большим количеством борсодержащего вещества, хорошо поглощающего нейтроны.

Согласно «Правилам ядерной безопасности реакторных установок атомных станций», по крайней мере одна из предусмотренных систем остановки реактора должна выполнять функцию аварийной защиты (АЗ). Аварийная защита должна иметь не менее двух независимых групп рабочих органов. По сигналу АЗ рабочие органы АЗ должны приводиться в действие из любых рабочих или промежуточных положений.
Аппаратура АЗ должна состоять минимум  из двух независимых комплектов. 

Каждый комплект аппаратуры АЗ должен быть спроектирован таким образом, чтобы в диапазоне изменения плотности нейтронного потока от 7% до 120% номинального обеспечивалась защита:
1. По плотности нейтронного потока – не менее чем тремя независимыми каналами;
2. По скорости нарастания плотности нейтронного потока – не  менее чем тремя независимыми каналами.

Каждый комплект аппаратуры АЗ должен быть спроектирован таким образом, чтобы во всем диапазоне изменения технологических параметров, установленном в проекте реакторной установки (РУ), обеспечивалась аварийная защита не менее чем тремя независимыми каналами по каждому технологическому параметру, по которому  необходимо осуществлять защиту.

Управляющие команды каждого комплекта для исполнительных механизмов АЗ должны передаваться минимум по двум каналам. При выводе из работы одного канала в одном из комплектов аппаратуры АЗ без вывода данного комплекта из работы для этого канала должен автоматически формироваться аварийный сигнал.

Срабатывание аварийной защиты должно происходить как минимум в следующих случаях:
1. При  достижении уставки АЗ по плотности нейтронного потока.
2. При достижении уставки АЗ по скорости нарастания плотности нейтронного потока.
3. При исчезновении напряжения в  любом не выведенном из работы комплекте аппаратуры АЗ и шинах электропитания СУЗ.
4. При отказе  любых двух из трех каналов защиты по плотности нейтронного потока или по скорости нарастания нейтронного потока в любом не выведенном из работы комплекте аппаратуры АЗ.
5. При достижении уставок АЗ технологическими параметрами, по которым необходимо осуществлять защиту.
6. При инициировании срабатывания АЗ от ключа с блочного пункта управления (БПУ) или резервного пункта управления (РПУ).

Материал подготовлен интернет-редакцией www.rian.ru на основе информации РИА Новости и открытых источников

атомных электростанций | Ready.gov

Атомные электростанции используют тепло, выделяемое в результате ядерного деления в изолированной среде, для преобразования воды в пар, который приводит в действие генераторы для производства электроэнергии. Хотя строительство и эксплуатация этих объектов находится под пристальным наблюдением и регулируется Комиссией по ядерному регулированию (КЯР), возможны аварии. Авария может привести к опасным уровням радиации, которые могут повлиять на здоровье и безопасность населения, проживающего вблизи атомной электростанции.

Атомные электростанции работают в большинстве штатов страны и производят около 20 процентов электроэнергии страны. Почти 3 миллиона американцев живут в радиусе 10 миль от действующей атомной электростанции.

Перед аварийной ситуацией на атомной электростанции

Чтобы защитить себя, свою семью и свое имущество от последствий аварийной ситуации на атомной электростанции, вы можете сделать следующее:

• Соберите аварийный комплект с добавлением пластиковой пленки. , скотч и ножницы.
• Составьте семейный план действий в чрезвычайных ситуациях
• Получите общедоступные информационные материалы на случай чрезвычайной ситуации в энергетической компании, эксплуатирующей вашу местную атомную электростанцию, или в местном отделении аварийно-спасательных служб. Если вы живете в пределах 10 миль от электростанции, вы должны ежегодно получать материалы от энергетической компании или правительства вашего штата или местного самоуправления.

• Подпишитесь на экстренные обновления, если они доступны, от вашего местного агентства по управлению чрезвычайными ситуациями, чтобы получать своевременную и конкретную информацию для вашего региона.

Во время аварийной ситуации на атомной электростанции

Если в результате аварии на атомной электростанции в вашем районе произошел выброс радиации, местные власти активируют предупредительные сирены или используют другой утвержденный метод оповещения. Они также проинструктируют вас через Систему экстренного оповещения (EAS) на местных теле- и радиостанциях о том, как защитить себя.

• Внимательно следуйте инструкциям EAS.
• Сведите к минимуму облучение, увеличив расстояние между вами и источником излучения. Это может быть эвакуация или оставление в помещении, чтобы свести к минимуму воздействие.
• Если вам приказано эвакуироваться, держите закрытыми окна и форточки автомобиля; использовать рециркуляционный воздух.
• Если вам рекомендовано оставаться в помещении, выключите кондиционер, вентиляторы, печь и другие воздухозаборники.
• Защитите себя, поместив тяжелый плотный материал между собой и источником излучения. Если возможно, спуститесь в подвал или другое подземное помещение.
• Держитесь подальше от зоны инцидента. Большинство излучений довольно быстро теряет свою силу.

После аварии на атомной электростанции

Ниже приведены рекомендации на период после аварии на атомной электростанции:

• Следите за обновлениями местных радио- или телевизионных станций, чтобы получать самую свежую информацию о чрезвычайных ситуациях.
• Общественные приюты управляются на местном уровне и функционируют в ответ на события. Если вам сказали эвакуироваться или вы считаете, что оставаться дома небезопасно, отправляйтесь в специально отведенный общественный приют. Чтобы найти ближайший открытый приют в вашем районе, отправьте сообщение SHELTER + ваш почтовый индекс на номер 43362 (4FEMA), например: приют 12345.
• Действуйте быстро, если вы вступили в контакт с опасным излучением или подверглись его воздействию.
• Следуйте инструкциям местных властей по обеззараживанию.
• Сменить одежду и обувь; сложить открытую одежду в полиэтиленовый пакет; запечатайте его и уберите подальше.
• Как можно скорее обратитесь за медицинской помощью при необычных симптомах, таких как тошнота.
• Помогите соседу, которому может потребоваться особая помощь — младенцам, пожилым людям и людям с ограниченными возможностями и функциональными потребностями может потребоваться дополнительная помощь.
• Возвращайтесь домой только тогда, когда власти скажут, что это безопасно.
• Храните продукты в закрытых контейнерах или в холодильнике.

Сопутствующий контент

• Руководство по планированию реагирования на ядерный взрыв (PDF)
• Американский Красный Крест (ссылка)
• Комиссия по ядерному регулированию (ссылка)
• Национальное управление ядерной безопасности Министерства энергетики (ссылка)

9012 Агентство по защите (ссылка)

Что такое ядерная энергия? Наука ядерной энергетики

Ядерная энергия — это форма энергии, высвобождаемой из ядра, сердцевины атомов, состоящей из протонов и нейтронов. Этот источник энергии может быть получен двумя способами: делением — когда ядра атомов расщепляются на несколько частей — или слиянием — когда ядра сливаются друг с другом.

В настоящее время ядерная энергия, используемая во всем мире для производства электроэнергии, осуществляется путем ядерного деления, в то время как технология получения электроэнергии путем синтеза находится на стадии НИОКР. В этой статье будет рассмотрено деление ядер. Чтобы узнать больше о ядерном синтезе, нажмите здесь.

Что такое деление ядер?

Деление ядер — это реакция, при которой ядро ​​атома расщепляется на два или более меньших ядра с выделением энергии.

Например, при попадании нейтрона ядро ​​атома урана-235 распадается на два меньших ядра, например, ядро ​​бария и ядро ​​криптона и два или три нейтрона. Эти дополнительные нейтроны будут сталкиваться с другими окружающими атомами урана-235, которые также будут расщепляться и генерировать дополнительные нейтроны в эффекте умножения, таким образом вызывая цепную реакцию за доли секунды.

Каждый раз, когда происходит реакция, происходит высвобождение энергии в виде тепла и излучения. Тепло может быть преобразовано в электричество на атомной электростанции, аналогично тому, как тепло от ископаемого топлива, такого как уголь, газ и нефть, используется для выработки электроэнергии.

Ядерное деление (Рисунок: А. Варгас/МАГАТЭ)

Как работает атомная электростанция?

Внутри атомных электростанций ядерные реакторы и их оборудование содержат и контролируют цепные реакции, чаще всего подпитываемые ураном-235, для производства тепла путем деления. Тепло нагревает охлаждающий агент реактора, обычно воду, для производства пара. Затем пар направляется на вращающиеся турбины, приводящие в действие электрический генератор для выработки электроэнергии с низким содержанием углерода.

Узнайте больше о различных типах ядерных энергетических реакторов на этой странице.

Реакторы с водой под давлением являются наиболее используемыми в мире. (Рисунок: A. Vargas/IAEA)

Добыча, обогащение и захоронение урана

Уран — это металл, который можно найти в горных породах по всему миру. У урана есть несколько встречающихся в природе изотопов, которые представляют собой формы элемента, различающиеся по массе и физическим свойствам, но с одинаковыми химическими свойствами. Уран имеет два первичных изотопа: уран-238 и уран-235. Уран-238 составляет большую часть урана в мире, но не может вызывать цепную реакцию деления, в то время как уран-235 можно использовать для производства энергии путем деления, но он составляет менее 1 процента мирового урана.

Чтобы повысить вероятность деления природного урана, необходимо увеличить количество урана-235 в данном образце с помощью процесса, называемого обогащением урана. После обогащения уран можно эффективно использовать в качестве ядерного топлива на электростанциях в течение трех-пяти лет, после чего он все еще остается радиоактивным и должен быть утилизирован в соответствии со строгими правилами защиты людей и окружающей среды. Отработавшее топливо, также называемое отработавшим топливом, также может быть переработано в другие виды топлива для использования в качестве нового топлива на специальных атомных электростанциях.

Что такое ядерный топливный цикл?

Ядерный топливный цикл представляет собой промышленный процесс, включающий различные этапы производства электроэнергии из урана в ядерных энергетических реакторах. Цикл начинается с добычи урана и заканчивается захоронением ядерных отходов.

Ядерные отходы

При эксплуатации атомных электростанций образуются отходы с различным уровнем радиоактивности. С ними обращаются по-разному в зависимости от их уровня радиоактивности и назначения. См. анимацию ниже, чтобы узнать больше об этой теме.

Обращение с радиоактивными отходами

Радиоактивные отходы составляют небольшую часть всех отходов. Это побочный продукт миллионов медицинских процедур каждый год, промышленных и сельскохозяйственных применений, в которых используется радиация и ядерные реакторы, производящие около 11 % мировой электроэнергии. Этот анимационный фильм объясняет, как обращаются с радиоактивными отходами, чтобы защитить людей и окружающую среду от радиации сейчас и в будущем.

Атомные электростанции следующего поколения, также называемые инновационными усовершенствованными реакторами, будут производить гораздо меньше ядерных отходов, чем сегодняшние реакторы. Ожидается, что они могут быть построены к 2030 г.

Атомная энергетика и изменение климата

Атомная энергетика является низкоуглеродным источником энергии, поскольку в отличие от угольных, нефтяных или газовых электростанций атомные электростанции практически не выделяют CO ₂ в процессе своей работы. Ядерные реакторы производят почти одну треть безуглеродной электроэнергии в мире и имеют решающее значение для достижения целей в области изменения климата.

Чтобы узнать больше об атомной энергетике и переходе на экологически чистую энергию, прочитайте этот выпуск Бюллетеня МАГАТЭ.

Какова роль МАГАТЭ?

• МАГАТЭ устанавливает и продвигает международные стандарты и рекомендации по безопасному и надежному использованию ядерной энергии для защиты людей и окружающей среды.
• МАГАТЭ поддерживает существующие и новые ядерные программы во всем мире, предоставляя техническую поддержку и управление знаниями. В рамках поэтапного подхода МАГАТЭ предоставляет технические знания и рекомендации странам, которые хотят разработать ядерно-энергетическую программу, а также тем, кто выводит свои из эксплуатации.
• Благодаря своей деятельности по гарантиям и проверке МАГАТЭ следит за тем, чтобы ядерные материалы и технологии не переключались с мирного использования.
• Миссии по обзору и консультационные услуги под руководством МАГАТЭ предоставляют рекомендации по деятельности, необходимой в течение всего срока службы ядерной энергии: от добычи урана до строительства, технического обслуживания и вывода из эксплуатации атомных электростанций и обращения с ядерными отходами.
  
  Для чего нужна аэс: Почему нужна атомная энергетика? | Атомная энергия 2.0