 |
|
Схема АЭС, выполненной по одноконтурной схеме с водо-графитовым кипящим реактором (реактор РБМК-1000)
Какова физическая основа ядерной энергетики?
вопрос
Это реакция деления тяжелых ядер (в первую очередь _ урана и плутония) на два ядра-осколка под действием нейтронов. При этом тяжелое ядро распадается на два ионизированных (положительно заряженных) ядра-осколка сравнимой массы. Под действием силы кулоновского отталкивания они разлетаются, в итоге большая часть высвободившейся внутриядерной энергии переходит в кинетиче-
Как работает ядерный реактор?
Вопрос
При всем разнообразии конструкций ядерных реакторов все они имеют одинаковые по функциональному назначению элементы и технологические системы. Основным элементом реактора является активная зона - конструктивно выделенный объем, куда загружается ядерное топливо и где протекает управляемая цепная реакция. Уран-235, являющийся осно-
Схематическая картина цепной реакции деления урана-235 нейтронами. Для простоты предполагается, что во всех актах деления испускается одинаковое число нейтронов (три) и их потери отсутствуют (все они, в свою очередь, вызывают деление новых ядер урана). Из продуктов третьего поколения деления изображены только нейтроны.
Сто вопросов и ответов об атомной энергетике
Сто вопросов и ответов об атомной энергетике
| Как происходит управление и регулирование цепной реакции в реакторе? |
| Каким образом внутриядерная энергия, высвобождаемая в реакторе, преобразуется в электрическую? |
очень малая, соответствует температуре окружающей среды). Такие реакторы называются реакторами на тепловых нейтронах. Однако при применении в качестве замедлителя дешевой обычной воды цепная реакция в естественном уране не развивается - слишком велико поглощение нейтронов в ней. Поэтому в этом случае необходимо обогащение ядерного топлива
Вопрос
При протекании цепной реакции выделяется огромное количество тепла. Оно отводится из активной зоны теплоносителем - жидким или газообразным веществом, проходящим через ее объем. В реакторах на тепловых нейтронах в качестве теплоносителя чаще всего используется вода, в реакторах на быстрых
■*»
по урану-235 - с 0,71% в природном уране до 3,5-5%. Активные зоны реакторов на быстрых нейтронах лишены замедлителя, потому для достижения цепной реакции деления концентрация урана-235 (или плутония) в их ядерном топливе гораздо выше.
\
нейтронах - расплавы металлов (например, натрия в реакторе БН-600).
Одновременно тепловая энергия, запасенная теплоносителем, тем или иным способом используется для производства пара под давлением. Пар поступает на турбину, вращающую электрогенератор.
При захвате нейтрона ядром урана с последующим делением, помимо ядер-осколков (см. вопрос №1), испускаются новые (вторичные) нейтроны (обычно 2-3). Эти нейтроны могут разделить новые ядра урана и т.д. - происходит цепная ядерная реакция деления. Основой ее управляемости является регулирование количества нейтронов в активной зоне реактора. Для этого предусмотрено введение в активную зону регулирующих поглотителей - специальных материалов и веществ, способных интенсивно поглощать нейтроны без деления (чаще всего на основе бора). В большинстве современных энергетических реакторов это достигается сочетанием контролируемого изменения концентрации жидкого борсодержа-щего вещества (борной кислоты) в воде контура охлаждения и управляемого положения в активной зоне так называемых регулирующих
Вопрос
стержней на основе карбида бора (В4С). Комбинируя эти способы, можно добиться одного из трех режимов работы реактора: количество нейтронов в активной зоне увеличивается (цепная ядерная реакция развивается, мощность реактора возрастает), остается постоянным (стационарный режим), уменьшается (цепная ядерная реакция затухает, мощность реактора падает и в итоге он заглушается).
Кроме того, все реакторы имеют так называемую аварийную защиту, предназначенную для немедленного (аварийного) прекращения цепной ядерной реакции и остановки реактора. Ее физические принципы сходны с описанными выше, однако для ее механизмов свойственны существенно более высокие скорости j действия и значительная техническая автономия (в частности, по электропитанию)
Сто вопросов и ответов об атомной энергетике
Сто вопросов и ответов об атомной энергетике
|
г
| 5 Какие бывают реакторы и что означают их названия? |
| Может ли реактор на АЭС 6 взорваться, как атомная бомба? |
вопрос
Основа ядерных мощностей в мире - это энергетические реакторы, предназначенные для получения электроэнергии. Кроме того, существуют исследовательские реакторы, которые используются для проведения научных экспериментов и наработки радионуклид-ной продукции, а также реакторные судовые установки и реакторы специального назначения. Некоторые реакторы являются многоце-
|
| Сто вопросов и ответов об атомной энергетике |
левыми, т. е. одновременно выполняющими в управляемом режиме несколько функциональных задач (например, получение электроэнергии и опреснение воды, получение электроэнергии и теплоснабжение промышленности и ЖКХ).
Сокращения в названиях реакторов от
ражают их назначение, а также важнейшие
физико-технические и конструктивные осо
бенности. Так, аббревиатура
«ВВЭР-1000» означает «водо-
водяной энергетический реак
тор» (реактор электрической
8 * мощностью 1000 МВт, где
вода - и замедлитель, и теплоноситель). «РБМК-1000» -это «реактор большой мощ-
Реакторный зал Ленинградской АЭС с реактором РБМК-1000
!
ности канальный электрической мощностью 1000 МВт», «БН» - «быстрый натриевый» (реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем). Иногда реакторы называются и по другим особенностям: например, ВВЭР часто называют реактором с водой под дав-
Нет. Разумеется, физический принцип действия атомной бомбы и ядерного реактора один и тот же - цепная реакция деления тяжелых ядер. Однако базовой физической общности совершенно недостаточно для заключений об общности и основных закономерностей анализируемых процессов.
Например, в космической ракете и турбореактивном самолете используется один и тот же базовый принцип движения - реактивный. Но из этого вовсе не следует, что на турбореактивном самолете, как и с помощью ракеты, можно достигнуть Луны. Помимо совершенно различных масштабов энерговооруженности
лением (по основному принципу теплосъема), а РБМК - водо-графитовым кипящим (вода -теплоноситель, графит - замедлитель, и вода превращается в пар непосредственно в активной зоне). У всех реакторов есть свои особенности, в том числе по применяемому топливу.
этих машин, есть и принципиальное препятствие: в двигателях самолета в качестве рабочего тела и окислителя используется воздух, в космическом пространстве отсутствующий.
Точно так же обстоит дело с атомной бомбой и ядерным реактором - при использовании одного и того же базового физического способа получения энергии (цепная реакция деления ядер расщепляющегося материала) существуют принципиальные различия в технической реализации этого способа и, как следствие, в закономерностях его протекания.
Главным из этих различий является соотношение между важнейшими временны-
Сто вопросов и ответов об атомной энергетике
 |
|
| Общий вид АЭС: Бапаковская (видны 4 блока) |
| ми параметрами работы бомбы и реактора. Бомба является «быстрым» устройством -в ней время полного выделения энергии многократно (примерно в 1000 раз) мало в сравнении со временем разрушения конструкции. Для реактора - «медленного» устройства - наблюдается обратная картина, и конструкция разрушается раньше полного энерговыделения для данного избытка делящегося матери- |
ала над критичностью (который, к слову говоря, реально всегда существенно меньше, чем в бомбе).
Поэтому ни в каких, даже чисто гипотетических по своей катастрофичности, сценариях развития реакторной аварии ничего похожего на взрыв ядерной бомбы, со всеми его чудовищными по масштабу поражающими факторами, принципиально не может произойти.
Что представляет собой 7вопросатомная электростанция?
 |
| Что такое «одноконтурная АЭС»? |
На АЭС происходит три взаимных преобразования форм энергии: ядерная энергия переходит в тепловую, тепловая - в механическую, механическая - в электрическую. Тепло, отбираемое теплоносителем (в современных АЭС теплоносителем чаще всего является вода) в активной зоне реактора, тем или иным способом используется для получения водяного пара, вращающего турбину электрогенерато-
ра в турбинном зале. Стан
ция (обычно она включает
всебянесколькореакторов, \
называемых энергоблоками) - это комплекс зданий, в которых размещено соответствующее технологическое оборудование. В главном корпусе находится реакторный зал.
Число контуров АЭС характеризует, во-первых, принцип теплосъема в активной зоне и, во-вторых, механизм образования рабочего тела (водяного пара), вращающего турбину электрогенератора.
На одноконтурных АЭС теплоноситель (вода), проходя через активную зону реактора,
Вопрос
частично там же превращается в пар. Такие реакторы называются кипящими, или реакторами на кипящей воде.
В современной атомной энергетике существуют две основные модификации кипящих реакторов. В одной из них паро-водяная смесь
Сто вопросов и ответов об атомной энергетике
Сто вопросов и ответов об атомной энергетике
 |
|
| If \v\* об| |
образуется при циркуляции воды сквозь активную зону, находящуюся в заполненном водой баке. Простейшим физическим аналогом такого реактора, по международной классификации обозначаемых как BWR (boiled water reactor), является обыкновенный кипятильник. На их долю приходится около 22% мировой ядерной электрогенерации, больше всего их в США и Японии. В СССР и России такие реакторы не строились ине строятся, однако обеспечивающие почти половину отечественной и около 3,5% мировой ядерной электрогенерации реакторы РБМК-1000 также принадлежат к типу кипящих одноконтурных. В них паро-водяная смесь образуется в содержащих ядерное топливо технологических каналах активной зоны, сформированной в виде сборной графитовой кладки.
Далее в специальных устройствах (сепараторы и осушители) пар отделяется от воды и подается на турбину, а затем, охладившись в конденсаторе, в виде воды возвращается в активную зону (контур замыкается). При этом рабочее давление в контуре, поддерживаемое циркуляционными насосами (в со-
временных реакторах - около 60 атмосфер), везде одинаково.
Главное преимущество одноконтурной схемы АЭС - относительная конструктивная простота. Однако ее серьезным недостатком является принципиальная невозможность локализации в малом технологическом объеме так называемой наведенной радиоактивности. Она образуется при нейтронной активации воды и паро-водяной смеси при их прохождении через активную зону реактора. Поскольку контур замыкается через турбину, конденсатор и циркуляционные насосы, что обуславливает значительную общую длину трубопроводов, возникает дополнительная проблема организации биологической защиты персонала от внешнего излучения этих конструктивных элементов. Поэтому считается, что радиационные риски на одноконтурных АЭС несколько выше, чем для других компоновочных схем, хотя и дозы облучения сотрудников, и выбросы радиоактивности во внешнюю среду для АЭС всех типов (включая и одноконтурные) во много разниже предельно-допустимых величин.
Схема АЭС, выполненной по одноконтурной схеме с водо-графитовым кипящим реактором (реактор РБМК-1000)
Линия электропередач
Электрогенератор Трансформатор
Барабан-сепаратор
ю
Сто вопросов и ответов об атомной энергетике
Сто вопросов и ответов об атомной энергетике 11
|
|
Ijbnpoc