Atomelektrostacija jeb saīsināti AES ir tehnisku konstrukciju komplekss, kas paredzēts elektroenerģijas ražošanai, izmantojot kontrolētas kodolreakcijas laikā atbrīvoto enerģiju.

40. gadu otrajā pusē, pirms tika pabeigts darbs pie pirmās atombumbas radīšanas, kas tika pārbaudīta 1949. gada 29. augustā, padomju zinātnieki sāka izstrādāt pirmos projektus atomenerģijas izmantošanai miermīlīgiem nolūkiem. Projektu galvenā uzmanība tika pievērsta elektrībai.

1950. gada maijā netālu no Obninskoje ciema Kalugas apgabalā tika sākta pasaulē pirmās atomelektrostacijas celtniecība.

Pirmo reizi elektrība tika ražota, izmantojot kodolreaktoru, 1951. gada 20. decembrī Aidaho štatā ASV.

Lai pārbaudītu tā funkcionalitāti, ģenerators tika savienots ar četrām kvēlspuldzēm, bet es negaidīju, ka lampas iedegsies.

Kopš šī brīža cilvēce sāka izmantot kodolreaktora enerģiju elektroenerģijas ražošanai.

Pirmās atomelektrostacijas

Pasaulē pirmās atomelektrostacijas ar 5 MW jaudu celtniecība tika pabeigta 1954. gadā un 1954. gada 27. jūnijā tā tika uzsākta un sāka darboties.

1958. gadā tika nodota ekspluatācijā Sibīrijas atomelektrostacijas 1. kārta ar jaudu 100 MW.

1958. gadā sākās arī Belojarskas rūpnieciskās atomelektrostacijas celtniecība. 1964. gada 26. aprīlī 1. pakāpes ģenerators piegādāja strāvu patērētājiem.

1964. gada septembrī tika palaists Novovoroņežas AES 1. bloks ar jaudu 210 MW. Otrs bloks ar 350 MW jaudu tika palaists 1969. gada decembrī.

1973. gadā tika palaista Ļeņingradas atomelektrostacija.

Citās valstīs pirmā rūpnieciskā atomelektrostacija tika nodota ekspluatācijā 1956. gadā Kalderholā (Lielbritānija) ar jaudu 46 MW.

1957. gadā Shipingportā (ASV) sāka darboties 60 MW atomelektrostacija.

Pasaules līderi kodolenerģijas ražošanā ir:

1. ASV (788,6 miljardi kWh/gadā),
2. Francija (426,8 miljardi kWh/gadā),
3. Japāna (273,8 miljardi kWh/gadā),
4. Vācija (158,4 miljardi kWh/gadā),
5. Krievija (154,7 miljardi kWh/gadā).

AES klasifikācija

Atomelektrostacijas var klasificēt vairākos veidos:

Pēc reaktora veida

• Termiski neitronu reaktori, kas izmanto īpašus moderatorus, lai palielinātu neitronu absorbcijas iespējamību degvielas atomu kodolos
• Vieglā ūdens reaktori
• Smagā ūdens reaktori
• Ātrie reaktori
• Subkritiskie reaktori, kas izmanto ārējos neitronu avotus
• Kodolsintēzes reaktori

Pēc atbrīvotās enerģijas veida

1. Atomelektrostacijas (AES), kas paredzētas tikai elektroenerģijas ražošanai
2. Koģenerācijas kodolelektrostacijas (koģenerācijas stacijas), kas ražo gan elektroenerģiju, gan siltumenerģiju

Atomelektrostacijās, kas atrodas Krievijā, ir apkures iekārtas, tās ir nepieciešamas tīkla ūdens sildīšanai.

Atomelektrostacijās izmantotās degvielas veidi

Atomelektrostacijās iespējams izmantot vairākas vielas, pateicoties kurām iespējams ražot kodolelektrību, mūsdienu atomelektrostaciju degviela ir urāns, torijs un plutonijs.

Torija degvielu mūsdienās neizmanto atomelektrostacijās vairāku iemeslu dēļ.

Pirmkārt, to ir grūtāk pārveidot par degvielas elementiem, saīsināti degvielas elementi.

Degvielas stieņi ir metāla caurules, kas ievietotas kodolreaktorā. Iekšā

Degvielas elementi satur radioaktīvas vielas. Šīs caurules ir kodoldegvielas uzglabāšanas iekārtas.

Otrkārt, torija degvielas izmantošana prasa tās sarežģītu un dārgu apstrādi pēc izmantošanas atomelektrostacijās.

Plutonija degvielu neizmanto arī kodolenerģētikā, jo šai vielai ir ļoti sarežģīts ķīmiskais sastāvs, sistēma pilnīgai un drošai lietošanai vēl nav izstrādāta.

Urāna degviela

Galvenā viela, kas ražo enerģiju atomelektrostacijās, ir urāns. Mūsdienās urānu iegūst vairākos veidos:

• atklātās raktuves
• ieslēgts raktuvēs
• pazemes izskalošana, izmantojot raktuvju urbumus.

Pazemes izskalošanās, izmantojot raktuvju urbumus, notiek, pazemes akās ievietojot sērskābes šķīdumu, šķīdumu piesātina ar urānu un izsūknē atpakaļ.

Lielākās urāna rezerves pasaulē atrodas Austrālijā, Kazahstānā, Krievijā un Kanādā.

Bagātākās atradnes ir Kanādā, Zairā, Francijā un Čehijā. Šajās valstīs no tonnas rūdas iegūst līdz 22 kilogramiem urāna izejvielas.

Krievijā no vienas tonnas rūdas iegūst nedaudz vairāk par pusotru kilogramu urāna. Urāna ieguves vietas nav radioaktīvas.

Tīrā veidā šī viela cilvēkiem ir maz bīstama, daudz lielāka bīstamība ir radioaktīvā bezkrāsainā gāze radons, kas veidojas urāna dabiskās sabrukšanas laikā.

Urāna sagatavošana

Atomelektrostacijās urānu rūdas veidā neizmanto, rūda nereaģē. Lai izmantotu urānu atomelektrostacijās, izejviela tiek pārstrādāta pulverī - urāna oksīdā, un pēc tam tā kļūst par urāna degvielu.

Urāna pulveris tiek pārvērsts metāla “tabletēs” - to saspiež mazās glītās kolbās, kuras dienas laikā apdedzina temperatūrā virs 1500 grādiem pēc Celsija.

Šīs urāna granulas nonāk kodolreaktoros, kur sāk mijiedarboties savā starpā un galu galā nodrošina cilvēkus ar elektrību.

Vienā kodolreaktorā vienlaikus strādā aptuveni 10 miljoni urāna granulu.

Pirms urāna granulu ievietošanas reaktorā tās ievieto metāla caurulēs, kas izgatavotas no cirkonija sakausējumiem - degvielas elementiem; caurules ir savienotas viena ar otru saišķos un veido degvielas komplektus - degvielas komplektus.

Tieši degvielas komplektus sauc par atomelektrostacijas degvielu.

Kā notiek kodolspēkstacijas degvielas pārstrāde?

Pēc gada urāna izmantošanas kodolreaktoros tas ir jāaizstāj.

Degvielas elementus atdzesē vairākus gadus un nosūta smalcināšanai un šķīdināšanai.

Ķīmiskās ekstrakcijas rezultātā izdalās urāns un plutonijs, ko izmanto atkārtoti un izmanto svaigas kodoldegvielas ražošanai.

Urāna un plutonija sabrukšanas produktus izmanto jonizējošā starojuma avotu ražošanai, tos izmanto medicīnā un rūpniecībā.

Viss, kas paliek pēc šīm manipulācijām, tiek nosūtīts uz krāsni apkurei, no šīs masas tiek izgatavots stikls, šāds stikls tiek uzglabāts īpašās uzglabāšanas telpās.

Stikls nav izgatavots no atliekām masveida lietošanai, stikls tiek izmantots radioaktīvo vielu uzglabāšanai.

No stikla ir grūti iegūt radioaktīvo elementu paliekas, kas var kaitēt videi. Nesen ir parādījies jauns radioaktīvo atkritumu apglabāšanas veids.

Ātri kodolreaktori vai ātro neitronu reaktori, kas darbojas ar pārstrādātiem kodoldegvielas atlikumiem.

Pēc zinātnieku domām, kodoldegvielas atliekas, kas šobrīd tiek glabātas glabātavās, spēj nodrošināt degvielu ātro neitronu reaktoriem 200 gadus.

Turklāt jauni ātrie reaktori var darboties ar urāna degvielu, kas izgatavota no urāna 238; šī viela netiek izmantota tradicionālajās atomelektrostacijās, jo Mūsdienu atomelektrostacijām ir vieglāk pārstrādāt 235 un 233 urānu, no kura dabā palicis maz.

Tādējādi jaunie reaktori ir iespēja izmantot milzīgas 238 urāna atradnes, kas līdz šim nav izmantotas.

Atomelektrostaciju darbības princips

Atomelektrostacijas darbības princips, kura pamatā ir divkontūru spiediena ūdens reaktors (VVER).

Reaktora aktīvā atbrīvotā enerģija tiek pārnesta uz primāro dzesēšanas šķidrumu.

Pie turbīnu izejas tvaiks nonāk kondensatorā, kur to atdzesē liels ūdens daudzums, kas nāk no rezervuāra.

Spiediena kompensators ir diezgan sarežģīta un apgrūtinoša struktūra, kas kalpo, lai izlīdzinātu spiediena svārstības ķēdē reaktora darbības laikā, kas rodas dzesēšanas šķidruma termiskās izplešanās dēļ. Spiediens 1. ķēdē var sasniegt līdz 160 atmosfērām (VVER-1000).

Papildus ūdenim kā dzesēšanas šķidrumu dažādos reaktoros var izmantot arī izkausētu nātriju vai gāzi.

Nātrija izmantošana ļauj vienkāršot reaktora aktīvās zonas korpusa konstrukciju (atšķirībā no ūdens kontūras spiediens nātrija kontūrā nepārsniedz atmosfēras spiedienu) un atbrīvoties no spiediena kompensatora, taču tas rada savas grūtības. saistīta ar šī metāla paaugstināto ķīmisko aktivitāti.

Kopējais ķēžu skaits dažādiem reaktoriem var atšķirties, diagramma attēlā ir parādīta VVER tipa reaktoriem (ūdens-ūdens enerģijas reaktors).

RBMK tipa reaktoros (High Power Channel Type Reactor) tiek izmantota viena ūdens ķēde, bet BN reaktoros (ātro neitronu reaktoros) tiek izmantotas divas nātrija un viena ūdens ķēdes.

Ja tvaika kondensācijai nav iespējams izmantot lielu ūdens daudzumu, rezervuāra vietā ūdeni var atdzesēt īpašos dzesēšanas torņos, kas savu izmēru dēļ parasti ir atomelektrostacijas redzamākā daļa.

Kodolreaktora struktūra

Kodolreaktorā tiek izmantots kodola skaldīšanas process, kurā smagais kodols sadalās divos mazākos fragmentos.

Šie fragmenti ir ļoti ierosinātā stāvoklī un izstaro neitronus, citas subatomiskas daļiņas un fotonus.

Neitroni var izraisīt jaunus skaldīšanas procesus, kā rezultātā tie tiek emitēti vairāk un tā tālāk.

Šāda nepārtraukta pašpietiekama šķelšanās sērija tiek saukta par ķēdes reakciju.

Tādējādi tiek atbrīvots liels daudzums enerģijas, kuras ražošana ir kodolspēkstaciju izmantošanas mērķis.

Kodolreaktora un atomelektrostacijas darbības princips ir tāds, ka aptuveni 85% no skaldīšanas enerģijas tiek atbrīvoti ļoti īsā laika periodā pēc reakcijas sākuma.

Pārējo daļu rada dalīšanās produktu radioaktīvā sabrukšana pēc tam, kad tie ir izstarojuši neitronus.

Radioaktīvā sabrukšana ir process, kurā atoms sasniedz stabilāku stāvokli. Tas turpinās pēc dalīšanas pabeigšanas.

Kodolreaktora pamatelementi

• Kodoldegviela: bagātināts urāns, urāna un plutonija izotopi. Visbiežāk izmantotais ir urāns 235;
• Dzesēšanas šķidrums reaktora darbības laikā radušās enerģijas noņemšanai: ūdens, šķidrais nātrijs utt.;
• Vadības stieņi;
• Neitronu moderators;
• Radiācijas aizsardzības apvalks.

Kodolreaktora darbības princips

Reaktora aktīvā atrodas degvielas elementi (degvielas elementi) - kodoldegviela.

Tie ir salikti kasetēs, kurās ir vairāki desmiti degvielas stieņu. Dzesēšanas šķidrums plūst pa kanāliem caur katru kaseti.

Degvielas stieņi regulē reaktora jaudu. Kodolreakcija iespējama tikai pie noteiktas (kritiskās) degvielas stieņa masas.

Katra stieņa masa atsevišķi ir zem kritiskās. Reakcija sākas, kad visi stieņi atrodas aktīvajā zonā. Ievietojot un noņemot degvielas stieņus, reakciju var kontrolēt.

Tātad, kad tiek pārsniegta kritiskā masa, radioaktīvie degvielas elementi izdala neitronus, kas saduras ar atomiem.

Tā rezultātā veidojas nestabils izotops, kas nekavējoties sadalās, atbrīvojot enerģiju gamma starojuma un siltuma veidā.

Daļiņu sadursme piešķir kinētisko enerģiju viena otrai, un sabrukšanas gadījumu skaits palielinās eksponenciāli.

Tā ir ķēdes reakcija – kodolreaktora darbības princips. Bez kontroles tas notiek zibens ātrumā, kas izraisa sprādzienu. Bet kodolreaktorā process tiek kontrolēts.

Tādējādi kodolā izdalās siltumenerģija, kas tiek pārnesta uz ūdeni, kas apmazgā šo zonu (primārā ķēde).

Šeit ūdens temperatūra ir 250-300 grādi. Pēc tam ūdens pārnes siltumu uz otro ķēdi un pēc tam uz turbīnas lāpstiņām, kas ģenerē enerģiju.

Kodolenerģijas pārvēršanu elektroenerģijā var shematiski attēlot:

• Urāna kodola iekšējā enerģija
• Sabrukušo kodolu fragmentu un atbrīvoto neitronu kinētiskā enerģija
• Ūdens un tvaika iekšējā enerģija
• Ūdens un tvaika kinētiskā enerģija
• Turbīnas un ģeneratora rotoru kinētiskā enerģija
• Elektroenerģija

Reaktora kodols sastāv no simtiem kasešu, kuras apvieno metāla apvalks. Šis apvalks spēlē arī neitronu atstarotāja lomu.

Starp kasetēm ievietoti vadības stieņi reakcijas ātruma regulēšanai un reaktora avārijas aizsardzības stieņi.

Kodol siltumapgādes stacija

Pirmie šādu staciju projekti tika izstrādāti tālajā 20. gadsimta 70. gados, taču 80. gadu beigās notikušo ekonomisko satricinājumu un asās sabiedrības pretestības dēļ neviens no tiem netika pilnībā īstenots.

Izņēmums ir nelielas jaudas Bilibino atomelektrostacija, kas piegādā siltumu un elektroenerģiju Bilibino ciemam Arktikā (10 tūkstoši iedzīvotāju) un vietējiem kalnrūpniecības uzņēmumiem, kā arī aizsardzības reaktoriem (tie ražo plutoniju):

• Sibīrijas atomelektrostacija, kas piegādā siltumu Severskai un Tomskai.
• ADE-2 reaktors Krasnojarskas kalnrūpniecības un ķīmijas kombinātā, kas kopš 1964. gada piegādā siltumenerģiju un elektroenerģiju Železnogorskas pilsētai.

Krīzes laikā tika sākta vairāku AST būvniecība, pamatojoties uz VVER-1000 līdzīgiem reaktoriem:

• Voroņeža AST
• Gorkijs AST
• Ivanovas AST (tikai plānots)

Šo AST būvniecība tika pārtraukta 80. gadu otrajā pusē vai 90. gadu sākumā.

2006. gadā koncerns Rosenergoatom plānoja būvēt peldošu atomelektrostaciju Arhangeļskai, Pevekai un citām polārām pilsētām, pamatojoties uz KLT-40 reaktoru, ko izmanto uz kodolledlaužiem.

Ir projekts bez uzraudzības atstātas atomelektrostacijas būvniecībai uz Elena reaktora bāzes un mobilās (pa dzelzceļu) Angstrem reaktora stacijas.

Atomelektrostaciju trūkumi un priekšrocības

Jebkuram inženierprojektam ir savas pozitīvās un negatīvās puses.

Atomelektrostaciju pozitīvie aspekti:

• Nav kaitīgu izmešu;
• Radioaktīvo vielu emisijas ir vairākas reizes mazākas nekā ogļu elektroenerģija. līdzīgas jaudas stacijas (ogļu pelnu termoelektrostacijas satur urāna un torija procentuālo daudzumu, kas ir pietiekams to rentablai ieguvei);
• Neliels izmantotās degvielas apjoms un iespēja to atkārtoti izmantot pēc apstrādes;
• Liela jauda: 1000-1600 MW uz vienu jaudas bloku;
• Zemas enerģijas, īpaši siltumenerģijas, izmaksas.

Atomelektrostaciju negatīvie aspekti:

• Apstarotā degviela ir bīstama un prasa sarežģītus un dārgus pārstrādes un uzglabāšanas pasākumus;
• Mainīgas jaudas darbība nav vēlama termiskajiem neitronu reaktoriem;
• Iespējamā incidenta sekas ir ārkārtīgi smagas, lai gan tā iespējamība ir diezgan zema;
• Lieli kapitālieguldījumi, gan specifiski, uz 1 MW uzstādītās jaudas agregātiem ar jaudu mazāku par 700-800 MW, gan vispārīgi, kas nepieciešami stacijas, tās infrastruktūras izbūvei, kā arī iespējamās likvidācijas gadījumā.

Zinātnes sasniegumi kodolenerģijas jomā

Protams, ir trūkumi un bažas, bet kodolenerģija šķiet visdaudzsološākā.

Alternatīvajām enerģijas iegūšanas metodēm plūdmaiņu, vēja, saules, ģeotermālo avotu uc enerģijas dēļ šobrīd nav augsts saņemtās enerģijas līmenis un zema tās koncentrācija.

Nepieciešamajiem enerģijas ražošanas veidiem ir individuāli riski videi un tūrismam, piemēram, fotoelementu ražošana, kas piesārņo vidi, vēja parku bīstamība putniem, viļņu dinamikas izmaiņas.

Zinātnieki izstrādā starptautiskus projektus jaunās paaudzes kodolreaktoriem, piemēram, GT-MGR, kas uzlabos drošību un paaugstinās atomelektrostaciju efektivitāti.

Krievija ir sākusi pasaulē pirmās peldošās atomelektrostacijas būvniecību, kas palīdz atrisināt enerģijas trūkuma problēmu attālos valsts piekrastes rajonos.

ASV un Japāna attīsta mini-atomelektrostacijas ar jaudu aptuveni 10-20 MW, lai nodrošinātu siltumu un elektroapgādi atsevišķām nozarēm, dzīvojamo māju kompleksiem un nākotnē - individuālajām mājām.

Rūpnīcas jaudas samazināšanās nozīmē ražošanas apjoma palielināšanos. Maza izmēra reaktori tiek radīti, izmantojot drošas tehnoloģijas, kas ievērojami samazina kodolnoplūdes iespēju.

Ūdeņraža ražošana

ASV valdība ir pieņēmusi Atomūdeņraža iniciatīvu. Kopā ar Dienvidkoreju notiek darbs pie jaunas paaudzes kodolreaktoru izveides, kas spēj ražot lielu daudzumu ūdeņraža.

INEEL (Aidaho Nacionālā inženierijas vides laboratorija) prognozē, ka viena nākamās paaudzes atomelektrostacijas vienība katru dienu saražos ūdeņradi, kas atbilst 750 000 litriem benzīna.

Tiek finansēti pētījumi par ūdeņraža ražošanas iespējamību esošajās atomelektrostacijās.

Kodolsintēzes enerģija

Vēl interesantāka, kaut arī salīdzinoši tāla, perspektīva ir kodolsintēzes enerģijas izmantošana.

Kodoltermoreaktori, pēc aprēķiniem, patērēs mazāk degvielas uz enerģijas vienību, un gan šī degviela (deitērijs, litijs, hēlijs-3), gan to sintēzes produkti nav radioaktīvi un līdz ar to videi nekaitīgi.

Pašlaik ar Krievijas līdzdalību Francijas dienvidos norisinās starptautiskā eksperimentālā kodoltermiskā reaktora ITER būvniecība.

Kas ir efektivitāte

Efektivitātes koeficients (COP) ir sistēmas vai ierīces efektivitātes raksturlielums saistībā ar enerģijas pārveidošanu vai pārvadi.

To nosaka lietderīgi izmantotās enerģijas attiecība pret kopējo sistēmas saņemto enerģijas daudzumu. Efektivitāte ir bezizmēra lielums, un to bieži mēra procentos.

Atomelektrostacijas efektivitāte

Augstākā efektivitāte (92-95%) ir hidroelektrostaciju priekšrocība. Tie saražo 14% no pasaules elektroenerģijas.

Tomēr šāda veida stacijas ir visprasīgākās attiecībā uz būvlaukumu un, kā liecina prakse, ir ļoti jutīgas pret ekspluatācijas noteikumu ievērošanu.

Sajano-Šušenskas HES notikumu piemērs parādīja, kādas traģiskas sekas var radīt darbības noteikumu neievērošana, cenšoties samazināt ekspluatācijas izmaksas.

Atomelektrostacijām ir augsta efektivitāte (80%). To īpatsvars pasaules elektroenerģijas ražošanā ir 22%.

Taču atomelektrostacijām ir jāpievērš pastiprināta uzmanība drošības jautājumam gan projektēšanas stadijā, gan būvniecības laikā, gan ekspluatācijas laikā.

Mazākā atkāpe no stingriem kodolspēkstaciju drošības noteikumiem ir saistīta ar letālām sekām visai cilvēcei.

Papildus tiešajām briesmām avārijas gadījumā atomelektrostaciju izmantošanu pavada drošības problēmas, kas saistītas ar lietotās kodoldegvielas apglabāšanu vai apglabāšanu.

Termoelektrostaciju efektivitāte nepārsniedz 34%, tās saražo līdz sešdesmit procentiem no pasaules elektroenerģijas.

Termoelektrostacijas papildus elektrībai ražo siltumenerģiju, ko karsta tvaika vai karstā ūdens veidā var nodot patērētājiem 20-25 kilometru attālumā. Šādas stacijas sauc CHP (Heat Electric Central).

TEC un koģenerācijas stacijas nav dārgas celt, taču, ja netiek veikti īpaši pasākumi, tām ir nelabvēlīga ietekme uz vidi.

Negatīvā ietekme uz vidi ir atkarīga no siltummezglos izmantotā kurināmā.

Kaitīgākie produkti ir ogļu un smago naftas produktu sadegšana, dabasgāze ir mazāk agresīva.

Termoelektrostacijas ir galvenie elektroenerģijas avoti Krievijā, ASV un lielākajā daļā Eiropas valstu.

Taču ir arī izņēmumi, piemēram, Norvēģijā elektroenerģiju ražo galvenokārt hidroelektrostacijas, bet Francijā 70% elektroenerģijas saražo atomelektrostacijas.

Pirmā elektrostacija pasaulē

Pati pirmā centrālā spēkstacija Pērlstrīta tika nodota ekspluatācijā 1882. gada 4. septembrī Ņujorkā.

Stacija tika uzbūvēta ar Edison Illuminating Company atbalstu, kuru vadīja Tomass Edisons.

Tajā tika uzstādīti vairāki Edison ģeneratori ar kopējo jaudu virs 500 kW.

Stacija piegādāja elektrību visai Ņujorkas teritorijai aptuveni 2,5 kvadrātkilometru platībā.

Stacija nodega līdz pamatiem 1890. gadā; izdzīvoja tikai viens dinamo, kas tagad atrodas Grīnfīldas ciema muzejā, Mičiganas štatā.

1882. gada 30. septembrī darbu sāka pirmā hidroelektrostacija Vulcan Street Viskonsīnā. Projekta autors bija G.D. Rodžerss, Appleton Paper & Pulp Company vadītājs.

Stacijā tika uzstādīts ģenerators ar aptuveni 12,5 kW jaudu. Bija pietiekami daudz elektrības, lai darbinātu Rodžersa māju un divas viņa papīrfabrikas.

Gloster Road spēkstacija. Braitona bija viena no pirmajām Lielbritānijas pilsētām, kurā tika nodrošināta nepārtraukta elektroapgāde.

1882. gadā Roberts Hamonds nodibināja Hammond Electric Light Company un 1882. gada 27. februārī atklāja Gloster Road spēkstaciju.

Stacija sastāvēja no suku dinamo, ar kuru darbināja sešpadsmit loka lampas.

1885. gadā Glosteras spēkstaciju iegādājās Brighton Electric Light Company. Vēlāk šajā teritorijā tika uzcelta jauna stacija, kas sastāvēja no trim suku dinamo ar 40 lampām.

Ziemas pils spēkstacija

1886. gadā vienā no Jaunās Ermitāžas pagalmiem tika uzcelta spēkstacija.

Elektrostacija bija lielākā visā Eiropā ne tikai būvniecības laikā, bet arī turpmākajos 15 gados.

Iepriekš Ziemas pils apgaismošanai izmantoja sveces, 1861. gadā sāka izmantot gāzes lampas. Tā kā elektriskajām lampām bija lielākas priekšrocības, tika uzsākta elektriskā apgaismojuma ieviešana.

Pirms ēka tika pilnībā pārveidota par elektrību, 1885. gada Ziemassvētku un Jaungada brīvdienās pils zāles tika apgaismotas ar lampām.

1885. gada 9. novembrī “elektrības rūpnīcas” būvniecības projektu apstiprināja imperators Aleksandrs III. Projekts ietvēra Ziemas pils, Ermitāžas ēku, pagalma un apkārtējās teritorijas elektrifikāciju trīs gadu laikā līdz 1888. gadam.

Bija nepieciešams novērst ēkas vibrācijas iespējamību no tvaika dzinēju darbības, elektrostacija atradās atsevišķā stikla un metāla paviljonā. Tas tika novietots Ermitāžas otrajā pagalmā, kopš tā laika saukts par "elektrisko".

Kā izskatījās stacija

Stacijas ēka aizņēma 630 m² platību un sastāvēja no mašīntelpas ar 6 katliem, 4 tvaika dzinējiem un 2 lokomotīvēm un telpas ar 36 elektriskajām dinamo. Kopējā jauda sasniedza 445 ZS.

Pirmās tika apgaismotas daļa priekšējo telpu:

• Priekškambaris
• Petrovska zāle
• Lielā feldmaršala zāle
• Bruņošanas zāle
• Jura zāle

Tika piedāvāti trīs apgaismojuma režīmi:

• pilna (svētku) ieslēgta piecas reizes gadā (4888 kvēlspuldzes un 10 Yablochkov sveces);
• darba – 230 kvēlspuldzes;
• dežūrs (nakts) - 304 kvēlspuldzes.
  Stacija gadā patērēja aptuveni 30 tūkstošus pudu (520 tonnas) ogļu.

Lielas termoelektrostacijas, atomelektrostacijas un hidroelektrostacijas Krievijā

Lielākās elektrostacijas Krievijā pēc federālajiem apgabaliem:

Centrālā:

• Kostromas štata rajona spēkstacija, kas darbojas ar mazutu;
• Rjazaņas stacija, kuras galvenā degviela ir ogles;
• Konakovskaya, kas var darboties ar gāzi un mazutu;

Urāls:

• Surgutskaya 1 un Surgutskaya 2. Stacijas, kas ir viena no lielākajām elektrostacijām Krievijas Federācijā. Viņi abi darbojas ar dabasgāzi;
• Reftinskaya, kas darbojas ar oglēm un ir viena no lielākajām elektrostacijām Urālos;
• Troitskaya, arī kurināma ar oglēm;
• Iriklinskaya, kuras galvenais degvielas avots ir mazuts;

Privoļžskis:

• Zainskas valsts rajona elektrostacija, kas darbojas ar mazutu;

Sibīrijas federālais apgabals:

• Nazarovas valsts rajona spēkstacija, kas patērē mazutu;

Dienvidu:

• Stavropolskaya, kas var darboties arī ar kombinēto degvielu gāzes un mazuta veidā;

Ziemeļrietumi:

• Kirishskaya ar mazutu.

Angaras-Jeņisejas kaskādes teritorijā esošo Krievijas spēkstaciju saraksts, kas ražo enerģiju, izmantojot ūdeni:

Jeņiseja:

• Sayano-Shushenskaya
• Krasnojarskas hidroelektrostacija;

Angara:

• Irkutska
• Bratskaja
• Ust-Ilimskaya.

Atomelektrostacijas Krievijā

Balakovas AES

Atrodas netālu no Balakovas pilsētas, Saratovas apgabalā, Saratovas ūdenskrātuves kreisajā krastā. Tas sastāv no četrām VVER-1000 vienībām, kas nodotas ekspluatācijā 1985., 1987., 1988. un 1993. gadā.

Belojarskas AES

Atrodas Zarečnijas pilsētā, Sverdlovskas apgabalā, tā ir otrā rūpnieciskā atomelektrostacija valstī (pēc Sibīrijas).

Stacijā tika uzbūvēti četri energobloki: divi ar termiskajiem neitronu reaktoriem un divi ar ātro neitronu reaktoriem.

Pašlaik darbojas 3. un 4. energobloks ar BN-600 un BN-800 reaktoriem ar elektrisko jaudu attiecīgi 600 MW un 880 MW.

BN-600 tika nodots ekspluatācijā 1980. gada aprīlī – pasaulē pirmais rūpnieciskā mēroga energobloks ar ātro neitronu reaktoru.

BN-800 tika nodots komerciālai ekspluatācijai 2016. gada novembrī. Tas ir arī pasaulē lielākais energobloks ar ātro neitronu reaktoru.

Bilibino AES

Atrodas netālu no Bilibino pilsētas, Čukotkas autonomajā apgabalā. Tas sastāv no četriem EGP-6 blokiem ar katras jaudu 12 MW, kas nodoti ekspluatācijā 1974. gadā (divas bloki), 1975. un 1976. gadā.

Rada elektrisko un siltumenerģiju.

Kaļiņinas AES

Tas atrodas Tveras apgabala ziemeļos, Udomļas ezera dienvidu krastā un netālu no tāda paša nosaukuma pilsētas.

Tas sastāv no četriem energoblokiem ar VVER-1000 tipa reaktoriem ar elektrisko jaudu 1000 MW, kas tika nodoti ekspluatācijā 1984., 1986., 2004. un 2011. gadā.

2006.gada 4.jūnijā tika parakstīts līgums par ceturtā energobloka būvniecību, kas tika nodots ekspluatācijā 2011.gadā.

Kolas AES

Atrodas netālu no pilsētas Polyarnye Zori, Murmanskas apgabalā, Imandras ezera krastā.

Tas sastāv no četrām VVER-440 vienībām, kas nodotas ekspluatācijā 1973., 1974., 1981. un 1984. gadā.
Stacijas jauda ir 1760 MW.

Kurskas AES

Viena no četrām lielākajām atomelektrostacijām Krievijā ar tādu pašu jaudu 4000 MW.

Atrodas netālu no Kurčatovas pilsētas, Kurskas apgabalā, Seimas upes krastā.

Tas sastāv no četrām RBMK-1000 vienībām, kas nodotas ekspluatācijā 1976., 1979., 1983. un 1985. gadā.

Stacijas jauda ir 4000 MW.

Ļeņingradas AES

Viena no četrām lielākajām atomelektrostacijām Krievijā ar tādu pašu jaudu 4000 MW.

Atrodas netālu no Sosnovy Bor pilsētas, Ļeņingradas apgabalā, Somu līča krastā.

Tas sastāv no četrām RBMK-1000 vienībām, kas nodotas ekspluatācijā 1973., 1975., 1979. un 1981. gadā.

Stacijas jauda ir 4 GW. 2007. gadā ražošanas apjoms sasniedza 24,635 miljardus kWh.

Novovoroņežas AES

Atrodas Voroņežas apgabalā netālu no Voroņežas pilsētas, Donas upes kreisajā krastā. Sastāv no divām VVER vienībām.

Tas apgādā Voroņežas reģionu ar 85% elektroenerģijas un 50% ar siltumenerģiju Novovoroņežas pilsētai.

Stacijas jauda (izņemot ) ir 1440 MW.

Rostovas AES

Atrodas Rostovas apgabalā netālu no Volgodonskas pilsētas. Pirmā energobloka elektriskā jauda ir 1000 MW, 2010. gadā tīklam tika pieslēgts otrais stacijas energobloks.

2001.-2010.gadā stacija tika saukta par Volgodonskas AES, līdz ar AES otrā energobloka iedarbināšanu staciju oficiāli pārdēvēja par Rostovas AES.

2008. gadā atomelektrostacija saražoja 8,12 miljardus kWh elektroenerģijas. Uzstādītās jaudas izmantošanas koeficients (IUR) bija 92,45%. Kopš darbības uzsākšanas (2001. gadā) tas ir saražojis vairāk nekā 60 miljardus kWh elektroenerģijas.

Smoļenskas AES

Atrodas netālu no Desnogorskas pilsētas, Smoļenskas apgabalā. Staciju veido trīs energobloki ar RBMK-1000 tipa reaktoriem, kas tika nodoti ekspluatācijā 1982., 1985. un 1990. gadā.

Katrā energoblokā ietilpst: viens reaktors ar siltuma jaudu 3200 MW un divi turboģeneratori ar elektrisko jaudu 500 MW katrs.

ASV atomelektrostacijas

Shippingport atomelektrostacija ar nominālo jaudu 60 MW tika atvērta 1958. gadā Pensilvānijā. Pēc 1965. gada visā ASV notika intensīva atomelektrostaciju celtniecība.

Lielākā daļa Amerikas atomelektrostaciju tika uzbūvētas 15 gados pēc 1965. gada, pirms pirmās nopietnās avārijas atomelektrostacijā uz planētas.

Ja avāriju Černobiļas atomelektrostacijā atceras kā pirmo avāriju, tad tas tā nav.

Avārijas cēlonis bija nelīdzenumi reaktora dzesēšanas sistēmā un daudzās apkalpojošā personāla kļūdas. Tā rezultātā kodoldegviela izkusa. Avārijas seku likvidēšanai bija nepieciešams aptuveni viens miljards dolāru, likvidācijas process ilga 14 gadus.

Pēc avārijas Amerikas Savienoto Valstu valdība pielāgoja drošības nosacījumus visu štata atomelektrostaciju darbībai.

Tas attiecīgi izraisīja būvniecības perioda turpināšanos un ievērojamu “mierīgā atoma” iekārtu cenas pieaugumu. Šādas izmaiņas palēnināja vispārējās rūpniecības attīstību ASV.

Divdesmitā gadsimta beigās ASV darbojās 104 reaktori. Mūsdienās ASV ieņem pirmo vietu uz zemes kodolreaktoru skaita ziņā.

Kopš 21. gadsimta sākuma Amerikā kopš 2013. gada ir slēgti četri reaktori, bet vēl četru reaktoru būvniecība ir sākta.

Faktiski šodien Amerikas Savienotajās Valstīs ir 100 reaktori, kas darbojas 62 atomelektrostacijās, kas ražo 20% no visas štatā esošās enerģijas.

Pēdējais ASV uzbūvētais reaktors tiešsaistē nonāca 1996. gadā Vatsbāras elektrostacijā.

ASV varas iestādes pieņēma jaunas enerģētikas politikas vadlīnijas 2001. gadā. Tas ietver kodolenerģijas attīstības vektoru, attīstot jaunus reaktoru veidus ar piemērotāku lietderības koeficientu un jaunas iespējas izmantotās kodoldegvielas pārstrādei.

Plānos līdz 2020. gadam bija paredzēts uzbūvēt vairākus desmitus jaunu kodolreaktoru ar kopējo jaudu 50 000 MW. Turklāt, lai panāktu esošo atomelektrostaciju jaudas pieaugumu par aptuveni 10 000 MW.

ASV ir līderis atomelektrostaciju skaita ziņā pasaulē

Pateicoties šīs programmas īstenošanai, 2013. gadā Amerikā tika sākta četru jaunu reaktoru būvniecība - divi no tiem Votlas atomelektrostacijā, bet pārējie divi VC Summer.

Šie četri reaktori ir jaunākā tipa - AP-1000, ko ražo Westinghouse.

Kodoldegviela ir materiāls, ko izmanto kodolreaktoros, lai veiktu kontrolētu ķēdes reakciju. Tas ir ārkārtīgi energoietilpīgs un cilvēkiem nedrošs, kas uzliek vairākus ierobežojumus tā lietošanai. Šodien mēs uzzināsim, kas ir kodolreaktoru degviela, kā tā tiek klasificēta un ražota un kur tā tiek izmantota.

Ķēdes reakcijas gaita

Kodola ķēdes reakcijas laikā kodols sadalās divās daļās, kuras sauc par dalīšanās fragmentiem. Tajā pašā laikā tiek atbrīvoti vairāki (2-3) neitroni, kas pēc tam izraisa nākamo kodolu sadalīšanos. Process notiek, kad neitrons ietriecas sākotnējās vielas kodolā. Sadalīšanās fragmentiem ir augsta kinētiskā enerģija. To kavēšanu vielā pavada milzīga siltuma daudzuma izdalīšanās.

Dalīšanās fragmentus kopā ar to sabrukšanas produktiem sauc par dalīšanās produktiem. Kodolus, kuriem ir jebkuras enerģijas neitroni, sauc par kodoldegvielu. Parasti tās ir vielas ar nepāra atomu skaitu. Dažus kodolus sadala tikai neitroni, kuru enerģija pārsniedz noteiktu sliekšņa vērtību. Pārsvarā tie ir elementi ar pāra atomu skaitu. Šādus kodolus sauc par izejvielu, jo brīdī, kad neitronu uztver sliekšņa kodols, veidojas degvielas kodoli. Uzliesmojošu materiālu un izejvielu kombināciju sauc par kodoldegvielu.

Klasifikācija

Kodoldegvielu iedala divās klasēs:

1. Dabīgais urāns. Tas satur skaldāmo urāna-235 kodolu un urāna-238 izejvielu, kas neitronu uztveršanas laikā spēj veidot plutoniju-239.
2. Sekundāra degviela, kas dabā nav sastopama. Tas cita starpā ietver plutoniju-239, ko iegūst no pirmā tipa degvielas, kā arī urānu-233, kas veidojas, neitronus uztverot torija-232 kodoliem.

No ķīmiskā sastāva viedokļa ir šādi kodoldegvielas veidi:

1. Metāls (ieskaitot sakausējumus);
2. oksīds (piemēram, UO 2);
3. Karbīds (piemēram, PuC 1-x);
4. Jaukti;
5. Nitrīds.

TVEL un TVS

Degviela kodolreaktoriem tiek izmantota mazu granulu veidā. Tie ir ievietoti hermētiski noslēgtos degvielas elementos (degvielas elementos), kas, savukārt, ir apvienoti vairākos simtos degvielas komplektu (FA). Kodoldegvielai ir izvirzītas augstas prasības attiecībā uz saderību ar degvielas stieņu apšuvumiem. Tam jābūt ar pietiekamu kušanas un iztvaikošanas temperatūru, labu siltumvadītspēju, un tas nedrīkst ievērojami palielināties neitronu apstarošanas rezultātā. Tiek ņemta vērā arī produkcijas izgatavojamība.

Pieteikums

Degviela nonāk kodolspēkstacijās un citās kodoliekārtās degvielas komplektu veidā. Tos var ielādēt reaktorā gan tā darbības laikā (izdegušo degvielas komplektu vietā), gan remonta kampaņas laikā. Pēdējā gadījumā degvielas komplektus nomaina lielās grupās. Šajā gadījumā tiek pilnībā nomainīta tikai trešā daļa degvielas. Visvairāk izdegušie mezgli tiek izkrauti no reaktora centrālās daļas, un to vietā tiek novietoti daļēji izdeguši mezgli, kas iepriekš atradās mazāk aktīvās zonās. Līdz ar to pēdējo vietā tiek uzstādīti jauni degvielas komplekti. Šī vienkāršā pārkārtošanas shēma tiek uzskatīta par tradicionālu, un tai ir vairākas priekšrocības, no kurām galvenā ir nodrošināt vienmērīgu enerģijas izlaišanu. Protams, šī ir shematiska diagramma, kas sniedz tikai vispārīgu priekšstatu par procesu.

Izvilkums

Pēc izlietotās kodoldegvielas izņemšanas no reaktora aktīvās zonas tā tiek nosūtīta uz dzesēšanas baseinu, kas parasti atrodas netālu. Fakts ir tāds, ka lietotās degvielas komplektos ir milzīgs daudzums urāna skaldīšanas fragmentu. Pēc izkraušanas no reaktora katrs degvielas stienis satur aptuveni 300 tūkstošus radioaktīvo vielu Kirī, izdalot 100 kW/stundā enerģijas. Sakarā ar to degviela pašizkarst un kļūst ļoti radioaktīva.

Tikko izkrautas degvielas temperatūra var sasniegt 300°C. Tāpēc tas tiek turēts 3-4 gadus zem ūdens slāņa, kura temperatūra tiek uzturēta noteiktajā diapazonā. Uzglabājot zem ūdens, degvielas radioaktivitāte un atlikušo emisiju jauda samazinās. Pēc aptuveni trim gadiem degvielas komplekta pašsasilšana sasniedz 50-60°C. Pēc tam degvielu izņem no baseiniem un nosūta pārstrādei vai iznīcināšanai.

Urāna metāls

Urāna metālu salīdzinoši reti izmanto kā degvielu kodolreaktoros. Kad viela sasniedz 660°C temperatūru, notiek fāzes pāreja, ko pavada izmaiņas tās struktūrā. Vienkārši sakot, urāna apjoms palielinās, kas var izraisīt degvielas stieņu iznīcināšanu. Ilgstošas ​​apstarošanas gadījumā 200-500°C temperatūrā viela tiek pakļauta starojuma augšanai. Šīs parādības būtība ir apstarotā urāna stieņa pagarināšanās 2-3 reizes.

Urāna metāla izmantošana temperatūrā virs 500°C ir sarežģīta tā uzbriešanas dēļ. Pēc kodola skaldīšanas veidojas divi fragmenti, kuru kopējais tilpums pārsniedz paša kodola tilpumu. Dažus dalīšanās fragmentus attēlo gāzes atomi (ksenons, kriptons utt.). Gāze uzkrājas urāna porās un veido iekšējo spiedienu, kas palielinās, paaugstinoties temperatūrai. Sakarā ar atomu tilpuma palielināšanos un gāzes spiediena palielināšanos kodoldegviela sāk uzbriest. Tādējādi tas attiecas uz relatīvajām tilpuma izmaiņām, kas saistītas ar kodola skaldīšanu.

Pietūkuma stiprums ir atkarīgs no degvielas stieņu temperatūras un izdegšanas. Palielinoties sadegšanai, palielinās skaldīšanas fragmentu skaits, un, palielinoties temperatūrai un sadegšanai, palielinās iekšējais gāzes spiediens. Ja degvielai ir augstākas mehāniskās īpašības, tad tā ir mazāk uzņēmīga pret uzbriest. Urāna metāls nav viens no šiem materiāliem. Tāpēc tās izmantošana par degvielu kodolreaktoros ierobežo sadegšanu, kas ir viena no šādas degvielas galvenajām īpašībām.

Urāna mehāniskās īpašības un tā starojuma izturība tiek uzlabota, leģējot materiālu. Šis process ietver alumīnija, molibdēna un citu metālu pievienošanu tam. Pateicoties dopinga piedevām, tiek samazināts sadalīšanās neitronu skaits, kas nepieciešams uztveršanai. Tāpēc šiem nolūkiem tiek izmantoti materiāli, kas vāji absorbē neitronus.

Ugunsizturīgi savienojumi

Daži ugunsizturīgi urāna savienojumi tiek uzskatīti par labu kodoldegvielu: karbīdi, oksīdi un intermetāliskie savienojumi. Visizplatītākais no tiem ir urāna dioksīds (keramika). Tā kušanas temperatūra ir 2800°C, un blīvums ir 10,2 g/cm3.

Tā kā šis materiāls nepakļaujas fāzu pārejām, tas ir mazāk jutīgs pret uzbriest nekā urāna sakausējumi. Pateicoties šai funkcijai, izdegšanas temperatūru var palielināt par vairākiem procentiem. Augstās temperatūrās keramika nesadarbojas ar niobija, cirkonija, nerūsējošā tērauda un citiem materiāliem. Tās galvenais trūkums ir zemā siltumvadītspēja - 4,5 kJ (m*K), kas ierobežo reaktora īpatnējo jaudu. Turklāt karstā keramika ir pakļauta plaisāšanai.

Plutonijs

Plutonijs tiek uzskatīts par metālu ar zemu kušanas temperatūru. Tas kūst 640°C temperatūrā. Slikto plastmasas īpašību dēļ to praktiski nav iespējams apstrādāt. Vielas toksicitāte sarežģī degvielas stieņu ražošanas tehnoloģiju. Kodolrūpniecība ir vairākkārt mēģinājusi izmantot plutoniju un tā savienojumus, taču tie nav bijuši veiksmīgi. Nav vēlams izmantot degvielu kodolspēkstacijām, kas satur plutoniju, jo paātrinājuma periods samazinās apmēram 2 reizes, kam standarta reaktora vadības sistēmas nav paredzētas.

Kodoldegvielas ražošanai parasti izmanto plutonija dioksīdu, plutonija sakausējumus ar minerālvielām un plutonija karbīdu un urāna karbīdu maisījumu. Dispersijas degvielai, kurā urāna un plutonija savienojumu daļiņas ir ievietotas molibdēna, alumīnija, nerūsējošā tērauda un citu metālu metāla matricā, ir augstas mehāniskās īpašības un siltumvadītspēja. Izkliedētās degvielas starojuma pretestība un siltumvadītspēja ir atkarīga no matricas materiāla. Piemēram, pirmajā atomelektrostacijā izkliedētā degviela sastāvēja no urāna sakausējuma daļiņām ar 9% molibdēna, kuras bija piepildītas ar molibdēnu.

Kas attiecas uz torija degvielu, to mūsdienās neizmanto, jo ir grūtības degvielas stieņu ražošanā un apstrādē.

Ražošana

Ievērojami apjomi kodoldegvielas galvenās izejvielas - urāna - koncentrēti vairākās valstīs: Krievijā, ASV, Francijā, Kanādā un Dienvidāfrikā. Tās atradnes parasti atrodas netālu no zelta un vara, tāpēc visi šie materiāli tiek iegūti vienlaikus.

Ieguvē strādājošo cilvēku veselība ir ļoti apdraudēta. Fakts ir tāds, ka urāns ir toksisks materiāls, un tā ieguves laikā izdalītās gāzes var izraisīt vēzi. Un tas neskatoties uz to, ka rūda satur ne vairāk kā 1% šīs vielas.

Kvīts

Kodoldegvielas ražošana no urāna rūdas ietver šādus posmus:

1. Hidrometalurģiskā apstrāde. Ietver izskalošanos, drupināšanu un ekstrakciju vai sorbcijas reģenerāciju. Hidrometalurģiskās apstrādes rezultāts ir attīrīta oksiurāna oksīda, nātrija diuranāta vai amonija diuranāta suspensija.
2. Vielas pārvēršana no oksīda par tetrafluorīdu vai heksafluorīdu, ko izmanto urāna-235 bagātināšanai.
3. Vielas bagātināšana ar centrifugēšanu vai gāzes termisko difūziju.
4. Bagātināta materiāla pārvēršana dioksīdā, no kura tiek ražotas degvielas stieņa “granulas”.

Reģenerācija

Kodolreaktora darbības laikā degvielu nevar pilnībā izdegt, tāpēc tiek reproducēti brīvie izotopi. Šajā sakarā lietotās degvielas stieņus atkārtoti izmanto reģenerācijai.

Šodien šī problēma tiek atrisināta, izmantojot Purex procesu, kas sastāv no šādiem posmiem:

1. Degvielas stieņu sagriešana divās daļās un izšķīdināšana slāpekļskābē;
2. Šķīduma attīrīšana no skaldīšanas produktiem un čaumalu daļām;
3. Urāna un plutonija tīru savienojumu izolēšana.

Pēc tam iegūtais plutonija dioksīds tiek izmantots jaunu serdeņu ražošanai, bet urāns tiek izmantots bagātināšanai vai arī serdeņu ražošanai. Kodoldegvielas pārstrāde ir sarežģīts un dārgs process. Tā izmaksām ir būtiska ietekme uz atomelektrostaciju izmantošanas ekonomisko iespējamību. To pašu var teikt par reģenerācijai nederīgu kodoldegvielas atkritumu apglabāšanu.

Atomelektrostacija (AES) ir tehnisku konstrukciju komplekss, kas paredzēts elektroenerģijas ražošanai, izmantojot kontrolētas kodolreakcijas laikā atbrīvoto enerģiju.

Urāns tiek izmantots kā parastā degviela atomelektrostacijās. Sadalīšanās reakcija tiek veikta kodolspēkstacijas galvenajā blokā - kodolreaktorā.

Reaktors ir uzstādīts tērauda korpusā, kas paredzēts augstam spiedienam - līdz 1,6 x 107 Pa jeb 160 atmosfērām.
Galvenās VVER-1000 daļas ir:

1. Aktīvā zona, kurā atrodas kodoldegviela, notiek kodola skaldīšanas ķēdes reakcija un tiek atbrīvota enerģija.
2. Neitronu reflektors, kas ieskauj serdi.
3. Dzesēšanas šķidrums.
4. Aizsardzības kontroles sistēma (CPS).
5. Radiācijas aizsardzība.

Siltums reaktorā izdalās kodoldegvielas sadalīšanās ķēdes reakcijas rezultātā termisko neitronu ietekmē. Šajā gadījumā veidojas kodola skaldīšanas produkti, starp kuriem ir gan cietas vielas, gan gāzes - ksenons, kriptons. Sadalīšanās produktiem ir ļoti augsta radioaktivitāte, tāpēc degvielu (urāna dioksīda granulas) ievieto noslēgtās cirkonija caurulēs - degvielas stieņos (degvielas elementos). Šīs caurules ir apvienotas vairākos gabalos blakus vienā degvielas komplektā. Kodolreaktora vadīšanai un aizsardzībai tiek izmantoti vadības stieņi, kurus var pārvietot pa visu kodola augstumu. Stieņi ir izgatavoti no vielām, kas spēcīgi absorbē neitronus – piemēram, bora vai kadmija. Kad stieņi tiek ievietoti dziļi, ķēdes reakcija kļūst neiespējama, jo neitroni tiek spēcīgi absorbēti un izņemti no reakcijas zonas. Stieņi tiek pārvietoti attālināti no vadības paneļa. Ar nelielu stieņu kustību ķēdes process vai nu attīstīsies, vai izbalēs. Tādā veidā tiek regulēta reaktora jauda.

Stacijas izkārtojums ir divkontūrs. Pirmā, radioaktīvā, ķēde sastāv no viena VVER 1000 reaktora un četrām cirkulācijas dzesēšanas cilpām. Otrā ķēde, kas nav radioaktīvā, ietver tvaika ģeneratoru un ūdens padeves bloku un vienu turbīnas bloku ar jaudu 1030 MW. Primārais dzesēšanas šķidrums ir augstas tīrības pakāpes neverdošs ūdens ar 16 MPa spiedienu, pievienojot borskābes šķīdumu, spēcīgu neitronu absorbētāju, ko izmanto reaktora jaudas regulēšanai.

1. Galvenie cirkulācijas sūkņi sūknē ūdeni caur reaktora serdi, kur kodolreakcijas laikā radītā siltuma dēļ tas tiek uzkarsēts līdz 320 grādu temperatūrai.
2. Uzkarsētais dzesēšanas šķidrums nodod savu siltumu sekundārā kontūra ūdenim (darba šķidrumam), iztvaicējot to tvaika ģeneratorā.
3. Atdzesētais dzesēšanas šķidrums atkārtoti nonāk reaktorā.
4. Tvaika ģenerators ražo piesātinātu tvaiku ar spiedienu 6,4 MPa, kas tiek piegādāts tvaika turbīnai.
5. Turbīna darbina elektriskā ģeneratora rotoru.
6. Izplūdes tvaiks tiek kondensēts kondensatorā un atkal tiek piegādāts tvaika ģeneratoram ar kondensāta sūkņa palīdzību. Lai uzturētu pastāvīgu spiedienu ķēdē, ir uzstādīts tvaika tilpuma kompensators.
7. Tvaika kondensācijas siltumu no kondensatora noņem cirkulējošs ūdens, ko piegādā padeves sūknis no dzesētāja dīķa.
8. Gan pirmā, gan otrā reaktora ķēde ir noslēgta. Tas nodrošina reaktora drošību personālam un sabiedrībai.

Ja tvaika kondensācijai nav iespējams izmantot lielu ūdens daudzumu, rezervuāra vietā ūdeni var atdzesēt īpašos dzesēšanas torņos (dzesēšanas torņos).

Reaktora darbības drošību un videi draudzīgumu nodrošina stingra noteikumu (ekspluatācijas noteikumu) ievērošana un liels vadības iekārtu daudzums. Tas viss ir paredzēts pārdomātai un efektīvai reaktora vadībai.
Kodolreaktora avārijas aizsardzība ir ierīču komplekts, kas paredzēts, lai ātri apturētu kodolenerģijas ķēdes reakciju reaktora aktīvajā zonā.

Aktīvā avārijas aizsardzība tiek automātiski iedarbināta, kad kāds no kodolreaktora parametriem sasniedz vērtību, kas var izraisīt avāriju. Šādi parametri var ietvert: temperatūru, spiedienu un dzesēšanas šķidruma plūsmu, jaudas pieauguma līmeni un ātrumu.

Avārijas aizsardzības izpildelementi vairumā gadījumu ir stieņi ar vielu, kas labi absorbē neitronus (boru vai kadmiju). Dažreiz, lai izslēgtu reaktoru, dzesēšanas šķidruma cilpā tiek ievadīts šķidruma absorbētājs.

Papildus aktīvajai aizsardzībai daudzi mūsdienu modeļi ietver arī pasīvās aizsardzības elementus. Piemēram, mūsdienu VVER reaktoru versijās ir iekļauta “Avārijas kodola dzesēšanas sistēma” (ECCS) - īpašas tvertnes ar borskābi, kas atrodas virs reaktora. Maksimālas projektēšanas avārijas gadījumā (reaktora pirmās dzesēšanas kontūras plīsums) šo tvertņu saturs gravitācijas ietekmē nonāk reaktora aktīvās zonas iekšpusē un kodola ķēdes reakciju dzēš liels daudzums boru saturošas vielas. , kas labi absorbē neitronus.

Atbilstoši “Atomelektrostaciju reaktoru iekārtu kodoldrošības noteikumiem” vismaz vienai no nodrošinātajām reaktoru apturēšanas sistēmām ir jāpilda avārijas aizsardzības (EP) funkcija. Avārijas aizsardzībai jābūt vismaz divām neatkarīgām darba elementu grupām. Pēc AZ signāla AZ darba daļas jāaktivizē no jebkuras darba vai starppozīcijas.
AZ aprīkojumam jāsastāv vismaz no diviem neatkarīgiem komplektiem.

Katrs AZ aprīkojuma komplekts jāprojektē tā, lai tiktu nodrošināta aizsardzība neitronu plūsmas blīvuma izmaiņu diapazonā no 7% līdz 120% no nominālā:
1. Pēc neitronu plūsmas blīvuma - ne mazāk kā trīs neatkarīgi kanāli;
2. Pēc neitronu plūsmas blīvuma pieauguma ātruma - ne mazāk kā trīs neatkarīgi kanāli.

Katrs avārijas aizsardzības iekārtu komplekts jāprojektē tā, lai visā reaktora stacijas (RP) projektā noteiktajā tehnoloģisko parametru izmaiņu diapazonā avārijas aizsardzību nodrošinātu vismaz trīs neatkarīgi kanāli katram tehnoloģiskajam parametram. kuriem nepieciešama aizsardzība.

Katra komplekta vadības komandas AZ izpildmehānismiem ir jāpārraida pa vismaz diviem kanāliem. Ja viens kanāls vienā no AZ aprīkojuma komplektiem tiek izslēgts no darbības, neizslēdzot šo komplektu, šim kanālam automātiski jāģenerē trauksmes signāls.

Avārijas aizsardzība ir jāiedarbina vismaz šādos gadījumos:
1. Sasniedzot neitronu plūsmas blīvuma AZ iestatījumu.
2. Sasniedzot neitronu plūsmas blīvuma pieauguma ātruma AZ iestatījumu.
3. Ja spriegums pazūd jebkurā avārijas aizsardzības aprīkojuma komplektā un CPS barošanas kopnēs, kas nav izņemtas no ekspluatācijas.
4. Jebkuru divu no trim neitronu plūsmas blīvuma vai neitronu plūsmas pieauguma ātruma aizsardzības kanālu atteices gadījumā jebkurā AZ iekārtu komplektā, kas nav izņemts no darbības.
5. Kad tehnoloģiskie parametri, kuriem jāveic aizsardzība, ir sasniegti AZ iestatījumi.
6. Iedarbinot AZ no atslēgas no bloka kontroles punkta (BCP) vai rezerves kontroles punkta (RCP).

Materiālu sagatavoja www.rian.ru tiešsaistes redaktori, pamatojoties uz informāciju no RIA Novosti un atklātajiem avotiem

Kodoldegvielas izmantošanai reaktoros enerģijas ražošanai ir vairākas pazīmes, kas saistītas ar fizikālajām īpašībām un notiekošo procesu raksturu. Šīs pazīmes nosaka kodolenerģijas specifiku, tehnoloģiju prasības, īpašos darbības apstākļus, ekonomiskos rādītājus un ietekmi uz vidi.

Pirmkārt, mēs atzīmējam kodoldegvielas augsto siltumspēju. Piemēram, oglekļa sadegšanas (oksidācijas) laikā reakcijā C + O 2 → CO 2 katrai mijiedarbībai izdalās 4 eV enerģijas, un iegūtais oglekļa monoksīds izraisa siltumnīcas efektu ar globālām sekām uz planētu. Viena kodoldegvielas atoma skaldīšana atbrīvo aptuveni 200 MeV enerģijas. Enerģijas izdalīšanās šajos divos procesos atšķiras par 50 miljoniem reižu. Masas vienības izteiksmē enerģijas izlaidumi atšķiras par 2,5 miljoniem.

Augsts kaloriju saturs izraisa krasu kodoldegvielas masas un fiziskā apjoma samazināšanos, kas nepieciešama noteikta enerģijas daudzuma ražošanai. Tādējādi izejvielu (urāna koncentrāta) un gatavās kodoldegvielas uzglabāšana un transportēšana prasa salīdzinoši zemas izmaksas. Tā sekas ir atomelektrostaciju izvietojuma neatkarība no kurināmā ražošanas un ražošanas apgabaliem, kas būtiski ietekmē ražošanas spēku ekonomiski izdevīgas atrašanās vietas izvēli. Var teikt, ka kodoldegvielas izmantošana var labot dabas “netaisnību” ārkārtīgi nevienmērīgajā energoresursu ģeogrāfiskajā sadalījumā. Tiek novērstas grūtības, kas saistītas ar degvielas piegādes un piegādes sezonālajiem klimatiskajiem apstākļiem, kas pastāvīgi rodas austrumos un Tālajos Ziemeļos. Kodoldegvielas augstā energointensitāte nosaka salīdzinoši mazo darbinieku skaitu, kas iesaistīti degvielas ieguvē, ražošanā un nogādāšanā patērētājam uz saražotās enerģijas vienību, salīdzinot ar organiskās degvielas ieguvi un transportēšanu, kas galu galā nodrošina augstu darba ražīgumu kodolenerģijas jomā. enerģiju.

Svarīga kodoldegvielas iezīme ir tās pilnīgas sadegšanas neiespējamība. Lai noteiktu laiku darbinātu reaktoru ar noteiktu jaudu, degvielas slodzei jābūt virs kritiskās masas. Šis pārsniegums nodrošina reaktivitātes rezervi, kas nepieciešama noteiktam vai aprēķinātam degvielas daudzumam, kas atdalīts uz tilpuma vai masas vienību, t.i. lai sasniegtu noteiktu izdegšanas dziļumu. Pēc šī izdeguma sasniegšanas, kad reaktivitātes rezerve ir izsmelta, izlietotā degviela ir jāaizstāj ar jaunu. Izkrautā degviela satur ievērojamu daudzumu skaldāmo un auglīgo materiālu, un pēc attīrīšanas no skaldīšanas produktiem to var atgriezt degvielas ciklā. No tā izriet, ka kodoldegvielai ir atkārtoti jācirkulē caur reaktoriem un kodolrūpniecības uzņēmumiem: radioķīmiskajām rūpnīcām un rūpnīcām degvielas stieņu ražošanai un degvielas komplekti(TVS). Pārstrādājot (atkārtoti izmantojot) urānu un plutoniju, tiek ievērojami samazināta nepieciešamība pēc dabiskā urāna un degvielas bagātināšanas jaudas. Ņemiet vērā, ka kodolspēkstacijas ar 1 GW elektrisko jaudu degvielas ciklā pārstrādājamās kodoldegvielas daudzums ir 20-30 tonnas gadā VVER-1000 un aptuveni 50 tonnas gadā RBMK-1000.

Prasība pastāvīgi saturēt lielu degvielas masu reaktora aktīvā, kas paredzēta ilgstošam darbības periodam, lai nodrošinātu noteiktu sadegšanu, rada ievērojamas vienreizējas izmaksas, maksājot par pirmo degvielas iekraušanu un nākamajām iekraušanai sagatavotajām partijām. Tā ir ļoti būtiska un principiāla atšķirība kodoldegvielas izmantošanas nosacījumos elektrostacijās salīdzinājumā ar organisko kurināmo.

Radioaktīvo skaldīšanas produktu uzkrāšanās degvielā to turpmākās sabrukšanas laikā pēc ķēdes reakcijas izbeigšanās izraisa atlikušā siltuma izdalīšanos, kas laika gaitā samazinās aptuveni saskaņā ar jaudas likumu:

N(t) = 0,07N[t -0,2 – (t+ ) -0,2 ], (2,1)

Kur N- reaktora jauda pirms izslēgšanas, N(t) ir siltuma izdalīšanas jauda pēc reaktora izslēgšanas,  ir laiks, kad reaktors darbojas ar jaudu N uz pieturu, t- laiks pēc apstāšanās. No izteiksmes (2.1) izriet, ka uzreiz pēc izslēgšanas siltuma izdalīšanās kodolā ir 7% no nominālās jaudas. Atlikušās enerģijas izdalīšanās, dzesēšanas šķidruma un reaktora aktīvās zonas elementu darbība, nepieciešamība ņemt vērā hipotētiskas avārijas situācijas izvirza īpašas prasības atomelektrostaciju projektēšanai, celtniecībai un darbībai, reaktora aizsardzības un vadības sistēmām. Šīm prasībām nav analogu siltumenerģētikā, izmantojot fosilo kurināmo. Atomelektrostaciju drošības prasību apmierināšana rada kapitāla izmaksu pieaugumu 1,5-2 reizes, salīdzinot ar tradicionālajām termoelektrostacijām.

2.2. Izdegšana ir enerģijas ražošanas rādītājs

kodoldegviela

Jebkuras degvielas enerģētiskā īpašība ir tās siltumspēja, t.i. siltuma izdalīšanās uz masas vienību. Kodoldegvielas enerģētiskā īpašība ir specifiska enerģijas ražošana - siltumenerģija, kas var izdalīties uz kodoldegvielas masas vienību ar noteiktu izotopu sastāvu visā uzturēšanās laikā reaktorā. Specifiskās enerģijas ražošana kodoldegvielu (B) parasti mēra megavatdienās uz tonnu (MW dienā/t) vai megavatdienās uz kilogramu (MW dienā/kg).

Siltumenerģijas izdalīšanās reaktorā ir kodola skaldīšanas rezultāts, un to var izteikt kā kodolu skaitu vai sadalītās degvielas masu, kas dalīta ar to kopējo skaitu. Šī izdegšanas masas vienība ( sadegšanas dziļums 1) to var izteikt procentos, kg/t, g/kg utt. Vērtība B 1 apzīmē arī degvielas stieņos uzkrāto skaldīšanas produktu daudzumu. Īpatnējā enerģijas ražošana un kodoldegvielas sadedzināšana ir līdzvērtīgi daudzumi ar dažādiem izmēriem. Tie ir vissvarīgākie parametri, kas raksturo kodoldegvielas izmantošanu reaktoros. Degšanas dziļumam ir liela ietekme uz ne tikai atomelektrostaciju, bet arī visa degvielas cikla tehniskos un ekonomiskos rādītājus.

Noteiksim attiecības starp B un B 1 urāna dioksīdam - mūsdienu spēka reaktoru degvielai. Urāna kodolu skaits gramā urāna dioksīda ir vienāds ar Avogadro skaitli, kas dalīts ar molekulmasu: 6,022·10 23 /270 = 2,32·10 21 1/g. Viena skaldīšanas notikuma laikā izdalītā enerģija ir 3,2·10 -11 J. 1 MW·dienā (8,64·10 10 J) nepieciešamais skaldīšanas skaits ir 2,7·10 21 . Tādējādi, lai iegūtu enerģiju 1 MW dienā, ir jānodrošina 1,16 g urāna dioksīda sadalīšanās. Apzīmējot šo daudzumu ar k, pierakstīsim attiecības starp enerģijas un masas sadegšanas vienībām:

B 1 = k V. (2.2)

Ja tonnā urāna dioksīda atdala 1% urāna atomu (2,32 10 25), tad enerģijas ieguve būs 2,32 10 25 / 2,7 10 21 = 8593 MW diennaktī/t. 1% smago atomu izdegšana urāna dioksīdam atbilst 2,44·10 20 divīzijām/cm 3 .

Ja ņemam vērā tikai urāna svaru, tad k= 1,05. Šajā gadījumā 1% sadegšana atbilst urāna enerģijas ražošanai 9520 MW dienā/t. Turpmākajos aprēķinos, kas saistīti ar termiskajiem neitronu reaktoriem, mēs ņemsim k= 1,05. Tomēr sadegšanas dziļums pilnībā nenosaka skaldāmo nuklīdu patēriņu reaktora aktīvajā zonā. Paralēli kodola skaldīšanai notiek radiācijas uztveršanas reakcija un skaldāmo nuklīdu pārvēršanās par neskaldāmajiem. 235 U iespējamība notvert neitronu bez skaldīšanas un radīt 236 U izotopu ir aptuveni 0,15. Tas nozīmē skaldāmā izotopa zudumu bez enerģijas atbrīvošanas. 239 Pu transformācijai neskaldošajā izotopā 240 Pu radiācijas uztveršanas rezultātā ir 0,26 varbūtība. Radiācijas uztveršanas klātbūtne, kas konkurē ar skaldīšanas procesu, izraisa neefektīvu skaldāmo nuklīdu patēriņa pieaugumu. Termiskajos neitronu reaktoros, ražojot 1 MW dienā siltumenerģiju, tiek patērēti nevis 1,05 g, bet 1,2-1,22 g 235 U, tajā skaitā 0,15-0,17 g bez enerģijas izdalīšanas, bet ar 1% sadegšanu, urāna enerģijas ražošana. ir 8300 MW dienā/t. Tas viss tiek ņemts vērā, aprēķinot kodolu un nosakot nepieciešamo degvielas bagātināšanu ar skaldāmo izotopu.

Kodolreaktora kodols (A.Z.ENR)- šī ir tā tilpuma daļa, kurā strukturāli tiek organizēti apstākļi, lai īstenotu nepārtrauktu pašpietiekamu kodoldegvielas skaldīšanas ķēdes reakciju un līdzsvarotu tajā radītā siltuma atdalīšanu tās turpmākai izmantošanai.

Pārdomājot šīs definīcijas nozīmi attiecībā uz termiskā kodolreaktora serdi, var saprast, ka šāda aktīvās zonas pamatsastāvdaļas ir kodoldegviela, moderators, dzesēšanas šķidrums un citi strukturālie materiāli.Pēdējie ir objektīvi nepieciešami, jo kodolreaktorā degviela un moderators aktīvās zonas un pašas aktīvās zonas zonā ir stingri jānostiprina reaktorā, ja iespējams, veidojot demontējamu tehnoloģisko vienību.

Ar kodoldegvielu parasti saprot visu kodolā esošo skaldāmo nuklīdu kopumu. Lielākā daļa atomelektrostacijās izmantoto termisko kodolreaktoru darbības sākumposmā darbojas ar tīru urāna degvielu, taču kampaņas laikā tie atražo ievērojamu daudzumu sekundārās kodoldegvielas - plutonija-239, kas uzreiz pēc tā veidošanās tiek iekļauts neitronu pavairošanas process reaktorā . Tāpēc degviela šādos kodolreaktoros jebkurā patvaļīgā kampaņas brīdī ir jāuzskata par trīs skaldāmo komponentu kombināciju: 235 U, 238 U un 239 Pu. Urānu-235 un plutoniju-239 sadala jebkuras enerģijas neitroni reaktora spektrā, un 238 U, kā jau minēts, sadalās tikai ar neitroniem, kas ātri pārsniedz slieksni (ar E > 1,1 MeV).

Urāna kodoldegvielas galvenā īpašība ir tās sākotnējā bagātināšana (x), kas nozīmē urāna-235 kodolu īpatsvaru (vai procentuālo daļu) starp visiem urāna kodoliem. Un tā kā vairāk nekā 99,99% urāna sastāv no diviem izotopiem - 235 U un 238 U, bagātināšanas vērtība ir:
x = N 5 /N U = N 5 / (N 5 + N 8) (4.1.1.)
Dabiskā urāna metāls satur aptuveni 0,71% 235 U kodolu, un vairāk nekā 99,28% ir 238 U. Citi urāna izotopi (233 U, 234 U, 236 U un 237 U) dabiskajā urānā ir sastopami tik mazos daudzumos, ka tie var nebūt jāņem vērā.

Atomelektrostaciju reaktoros izmanto urānu, kas bagātināts līdz 1,8 ÷ 5,2%, jūras transporta atomelektrostaciju reaktoros sākotnējā kodoldegvielas bagātināšana ir 20 ÷ 45%. Zemas bagātināšanas degvielas izmantošana atomelektrostacijās tiek skaidrota ar ekonomiskiem apsvērumiem: bagātinātās degvielas ražošanas tehnoloģija ir sarežģīta, energoietilpīga, tai nepieciešama sarežģīta un apjomīga iekārta, tāpēc tā ir dārga tehnoloģija.

Urāna metāls ir termiski nestabils, pakļauts alotropiskām pārvērtībām relatīvi zemās temperatūrās un ķīmiski nestabils, un tāpēc nav pieņemams kā degviela enerģijas reaktoriem. Tāpēc urānu reaktoros izmanto nevis tīrā metāliskā veidā, bet gan ķīmisku (vai metalurģisku) savienojumu veidā ar citiem ķīmiskiem elementiem. Šos savienojumus sauc degviela kompozīcijas.

Visizplatītākie degvielas sastāvi reaktoru tehnoloģijā ir:
UO 2, U 3 O 8, UC, UC 2, UN, U 3 Si, (UAl 3) Si, UBe 13.

Citu(-us) degvielas sastāva ķīmisko elementu(-us) sauc degvielas šķīdinātājs. Pirmajos divos no uzskaitītajiem degvielas sastāviem atšķaidītājs ir skābeklis, otrajās - ogleklis, nākamajos attiecīgi slāpeklis, silīcijs, alumīnijs ar silīciju un berilijs.
Pamatprasības šķīdinātājam ir tādas pašas kā moderatoram reaktorā: tam jābūt ar augstu mikrosekciju elastīgai izkliedei un, iespējams, zemākai mikrosekcijai termisko un rezonējošo neitronu absorbcijai.

Visizplatītākais degvielas sastāvs kodolenerģijas reaktoros ir urāna dioksīds(UO 2), un tā atšķaidītājs – skābeklis – pilnībā atbilst visām minētajām prasībām .

Diokīda kušanas temperatūra (2800 o C) un tā augstā termiskā stabilitāte ļauj jums iegūt paaugstināta temperatūra degviela ar pieļaujamo darba temperatūru līdz 2200 o C.