Ydinvoimala: laite ja ympäristövaikutukset

Ydinvoimala: menneisyydestä nykyiseen

Ydinvoimalaitos on yritys, joka on yhdistelmä laitteita ja laitteita sähköenergian tuottamiseksi. Tämän asennuksen spesifisyys on lämmön saantimenetelmässä. Sähkön tuottamiseen tarvittava lämpötila syntyy atomien hajoamisen prosessissa.

Polttoaineen rooli ydinvoimaloissa suoritetaan useimmiten uraanilla, jonka massa on 235 (235U). Juuri siksi, että tämä radioaktiivinen elementti kykenee tukemaan ydinketjureaktiota, sitä käytetään ydinvoimaloissa ja sitä käytetään myös ydinaseissa.

Maat, joissa on eniten ydinvoimaloita

Maailman suurimmat ydinvoimalat

Nykyään 31 maassa on 192 ydinvoimalaa, jotka käyttävät 451 ydinvoimalaa, joiden kokonaiskapasiteetti on 394 GW. Valtaosa ydinvoimaloista sijaitsee Euroopassa, Pohjois-Amerikassa, Kaukoidässä Aasiassa ja entisen Neuvostoliiton alueella, kun taas Afrikassa on lähes yhtään, eikä Australiassa ja Oseaniassa ole lainkaan. Toiset 41 reaktoria eivät tuottaneet sähköä 1,5-20 vuoteen, joista 40 on Japanissa.

Viimeisten kymmenen vuoden aikana maailmassa on otettu käyttöön 47 voimayksikköä, joista lähes kaikki sijaitsevat joko Aasiassa (26 Kiinassa) tai Itä-Euroopassa. Kaksi kolmasosaa rakenteilla olevista reaktoreista on Kiinassa, Intiassa ja Venäjällä. Kiina on toteuttamassa kunnianhimoisinta ohjelmaa uusien ydinvoimaloiden rakentamiseksi. Noin kymmeniä maita ympäri maailmaa rakentaa ydinvoimaloita tai kehittää hankkeita niiden rakentamiseksi.

Yhdysvaltojen lisäksi ydinenergian alan edistyneimpien maiden luettelo sisältää:

• Ranska;
• Japani;
• Venäjä;
• Etelä-Korea.

Vuonna 2007 Venäjä alkoi rakentaa maailman ensimmäistä kelluvaa ydinvoimalaitosta, jonka avulla se pystyi ratkaisemaan energianpuutteen ongelman syrjäisillä rannikkoalueilla.^[12]. Rakentaminen viivästyi. Useiden arvioiden mukaan ensimmäinen kelluva ydinvoimala toimii vuosina 2018-2019.

Useat maat, mukaan lukien Yhdysvallat, Japani, Etelä-Korea, Venäjä, Argentiina, kehittävät noin 10–20 MW: n kapasiteettisia mini-ydinvoimaloita yksittäisten teollisuudenalojen, asuinrakennusten ja tulevaisuudessa yksittäisten talojen lämmön ja sähköntuotantoa varten. Oletetaan, että pienikokoiset reaktorit (ks. Esimerkiksi Hyperionin ydinvoimalaitos) voidaan luoda käyttämällä turvallisia tekniikoita, jotka vähentävät toistuvasti ydinmateriaalin vuotamisen mahdollisuutta^[13]. Yhden pienen CAREM25-reaktorin rakentaminen on käynnissä Argentiinassa. Ensimmäinen kokemus mini-ydinvoimalaitosten käytöstä sai Neuvostoliitto (Bilibinon ydinvoimala).

Ydinvoimalaitosten toiminnan periaate

Ydinvoimalaitoksen toiminnan periaate perustuu ydinvoimalan (joskus nimeltään atomi) reaktorin toimintaan - erityiseen bulkkisuunnitteluun, jossa atomien jakaminen tapahtuu energian vapauttamisen myötä.

Ydinreaktoreita on erilaisia:

1. PHWR: ää (joka tunnetaan myös nimellä "painevesireaktori") käytetään pääasiassa Kanadassa ja Intian kaupungeissa. Se perustuu veteen, jonka kaava on D2O. Se suorittaa sekä jäähdytysnesteen että neutronin moderaattorin tehtävän. Tehokkuus on lähes 29%;
2. VVER (vesijäähdytteinen reaktori). Tällä hetkellä WWER: iä käytetään vain IVY: ssä, erityisesti VVER-100-mallissa. Reaktorin hyötysuhde on 33%;
3. GCR, AGR (grafiitti vesi). Tällaisessa reaktorissa oleva neste toimii jäähdytysnesteenä. Tässä suunnittelussa neutronien moderaattori on grafiitti, täten nimi. Tehokkuus on noin 40%.

Laitteen periaatteen mukaan reaktorit jaetaan myös:

• PWR (paineistettu vesireaktori) - on suunniteltu siten, että tietyssä paineessa oleva vesi hidastaa reaktiota ja tuottaa lämpöä;
• BWR (suunniteltu siten, että höyry ja vesi ovat laitteen pääosassa ilman vesipiiriä);
• RBMK (kanavareaktori, jolla on erityisen suuri kapasiteetti);
• BN (järjestelmä toimii neutronien nopean vaihdon vuoksi).

Ydinvoimalaitoksen rakenne ja rakenne. Miten ydinvoimalaitos toimii?

NPP-laite

Tyypillinen ydinvoimala koostuu lohkoista, joista kussakin on eri teknisiä laitteita. Näistä yksiköistä merkittävin on reaktorisali, jossa varmistetaan koko ydinvoimalan toimivuus. Se koostuu seuraavista laitteista:

• reaktori;
• altaan (se on varastoitu ydinpolttoaineeseen);
• polttoaineen kuormauskoneet;
• Ohjaushuone (ohjauspaneeli lohkoina, joiden avulla operaattorit voivat tarkkailla ydinfissio).

Tätä rakennusta seuraa sali. Se on varustettu höyrygeneraattoreilla ja se on pää turbiini. Välittömästi niiden takana ovat kondensaattorit sekä sähkön siirtolinjat, jotka ulottuvat alueen rajojen ulkopuolelle.

Muun muassa on olemassa yksikkö, jossa on uima-altaat käytetylle polttoaineelle ja erikoisyksiköt, jotka on suunniteltu jäähdytykseen (niitä kutsutaan jäähdytystorneiksi). Lisäksi jäähdytykseen käytetään ruiskutusaltaita ja luonnollisia säiliöitä.

Ydinvoimalaitosten toiminnan periaate

Kaikissa ydinvoimaloissa on poikkeuksetta kolme sähköenergian muuntamisvaihetta:

• ydinvoiman siirtyminen lämpöön;
• lämpö, ​​mekaaninen;
• mekaaninen, muunnettu sähköiseksi.

Uraani luopuu neutroneista, jolloin lämpö vapautuu suurina määrinä. Kuuma vesi reaktorista pumpataan pumppujen läpi höyrygeneraattorin kautta, jossa se antaa jonkin verran lämpöä ja palaa jälleen reaktoriin. Koska tämä vesi on korkeassa paineessa, se pysyy nestemäisessä tilassa (nykyisissä VVER-reaktoreissa noin 160 ilmakehää lämpötilassa ~ 330 ° C^[7]). Höyrygeneraattorissa tämä lämpö siirretään sekundaaripiirin veteen, joka on paljon alhaisemman paineen alaisena (puolet primaaripiirin paineesta ja vähemmän), joten se kiehuu. Tuloksena oleva höyry tulee höyryturbiiniin, joka pyörii generaattoria, ja sitten kondensaattoriin, jossa höyry jäähdytetään, se tiivistyy ja menee jälleen höyrygeneraattoriin. Lauhdutin jäähdytetään vedellä ulkoisesta avoimesta vesilähteestä (esimerkiksi jäähdytysaltaasta).

Sekä ensimmäinen että toinen piiri on suljettu, mikä vähentää säteilevuodon todennäköisyyttä. Primaaripiirirakenteiden mitat minimoidaan, mikä myös vähentää säteilysuhteita. Höyryturbiini ja lauhdutin eivät ole vuorovaikutuksessa primaaripiirin veden kanssa, mikä helpottaa korjauksia ja vähentää radioaktiivisen jätteen määrää aseman purkamisen aikana.

Ydinvoimalaitoksen suojamekanismit

Kaikki ydinvoimalat ovat välttämättä varustettuja integroiduilla turvajärjestelmillä, esimerkiksi:

• paikallistaminen - haitallisten aineiden leviämisen rajoittaminen onnettomuuden sattuessa, mikä johtaa säteilyn vapautumiseen;
• tarjoamalla - palvelee tietyn määrän energiaa järjestelmien vakaan toiminnan kannalta;
• johtajat - varmistavat, että kaikki suojajärjestelmät toimivat normaalisti.

Lisäksi reaktori voi kaatua hätätilanteessa. Tässä tapauksessa automaattinen suoja keskeyttää ketjureaktiot, jos reaktorin lämpötila nousee edelleen. Tämä toimenpide vaatii myöhemmin vakavia palautustöitä, jotta reaktori otetaan käyttöön uudelleen.

Kun vaarallinen onnettomuus tapahtui Tšernobylin ydinvoimalassa, jonka syy osoittautui epätäydelliseksi reaktorisuunnitteluksi, he alkoivat kiinnittää enemmän huomiota suojatoimenpiteisiin ja toteuttivat myös suunnittelutyötä reaktoreiden suuremman luotettavuuden varmistamiseksi.

XXI-luvun katastrofi ja sen seuraukset

"Fukushima-1"

Maaliskuussa 2011 Japanin koillisosaa iski maanjäristys, joka aiheutti tsunamin, joka lopulta vaurioitui neljästä Fukushima-1-ydinvoimalaitoksen kuudesta reaktorista.

Alle kaksi vuotta tragedian jälkeen virallisen kuolemantapauksen määrä ylitti 1500, kun taas 20 000 ihmistä on edelleen jäänyt huomiotta, ja 300 000 asukasta pakotettiin poistumaan kodeistaan.

Oli uhreja, jotka eivät pystyneet poistumaan paikasta valtavan säteilyannoksen vuoksi. Heille järjestettiin välitön evakuointi, joka kesti 2 päivää.

Kuitenkin vuosittain ydinvoimalaitosten onnettomuuksien ehkäisemisen menetelmät ja hätätilanteiden neutralointi paranevat - tiede etenee tasaisesti. Tulevaisuudesta tulee kuitenkin selkeästi vaihtoehtoisten tapojen kukkaistuminen sähköenergian tuottamiseksi - erityisesti on loogista odottaa jättiläismäisten orbitaalisten aurinkokennojen syntymistä seuraavien 10 vuoden aikana, mikä on melko saavutettavissa painottomissa olosuhteissa, sekä muita tekniikoita, kuten vallankumouksellisia energiateknologioita.