Principen för driften av ett kärnkraftverk. Referens

Kärnkraftverk

Kärnkraftverk (NPP)- ett komplex av tekniska strukturer utformade för att generera elektrisk energi genom att använda den energi som frigörs under en kontrollerad kärnreaktion.

Under andra hälften av 40-talet, även innan arbetet med att skapa den första atombomben (dess test, som bekant, ägde rum den 29 augusti 1949), började sovjetiska vetenskapsmän att utveckla de första projekten för de fredliga användning av atomenergi, vars allmänna inriktning omedelbart blev elektrisk kraftindustri.

År 1948, på förslag av I.V. Kurchatov och i enlighet med partiets och regeringens uppgift började det första arbetet med den praktiska tillämpningen av atomenergi för att generera elektricitet

I maj 1950, nära byn Obninskoye, Kaluga-regionen, började arbetet med att bygga världens första kärnkraftverk.

Världens första kärnkraftverk med en kapacitet på 5 MW lanserades den 27 juni 1954 i Sovjetunionen, i staden Obninsk, som ligger i Kaluga-regionen. 1958 togs den första etappen av det sibiriska kärnkraftverket med en kapacitet på 100 MW i drift (den totala designkapaciteten är 600 MW). Samma år började byggandet av det industriella kärnkraftverket i Beloyarsk, och den 26 april 1964 gav generatorn för det första steget ström till konsumenterna. I september 1964 togs enhet 1 av Novovoronezh NPP i drift med en kapacitet på 210 MW. Den andra enheten med en kapacitet på 350 MW togs i drift i december 1969. 1973 togs kärnkraftverket i Leningrad i drift.

Utanför Sovjetunionen togs det första industriella kärnkraftverket med en kapacitet på 46 MW i drift i Calder Hall (Storbritannien) 1956. Ett år senare togs ett 60 MW kärnkraftverk i drift i Shippingport (USA) ).

De världsledande inom produktion av kärnkraft är: USA (788,6 miljarder kWh/år), Frankrike (426,8 miljarder kWh/år), Japan (273,8 miljarder kWh/år), Tyskland (158,4 miljarder kWh/år) och Ryssland (154,7 miljarder kWh/år).

I början av 2004 fanns det 441 kärnkraftsreaktorer i drift i världen, ryska TVEL OJSC levererar bränsle till 75 av dem.

Det största kärnkraftverket i Europa är kärnkraftverket Zaporozhye nära staden Energodar (Zaporozhye-regionen, Ukraina), vars konstruktion började 1980 och i mitten av 2008 är 6 kärnreaktorer i drift med en total kapacitet på 6 GigaWatt.

Det största kärnkraftverket i världen, Kashiwazaki-Kariwa i termer av installerad kapacitet (från och med 2008), ligger i den japanska staden Kashiwazaki, Niigata Prefecture - det finns fem kokvattenreaktorer (BWR) och två avancerade kokande kärnreaktorer (ABWR) i drift, vars totala kapacitet är 8.212 GigaWatt.

Klassificering

Efter typ av reaktor

Kärnkraftverk klassificeras enligt de reaktorer som är installerade på dem:

Termiska neutronreaktorer som använder speciella moderatorer för att öka sannolikheten för absorption av en neutron av kärnorna i bränsleatomer

lättvattenreaktorer

tungvattenreaktorer

Reaktorer på snabba neutroner

Subkritiska reaktorer som använder externa neutronkällor

Fusionsreaktorer

Efter typ av energi som frigörs

Beroende på vilken typ av energi som tillförs kan kärnkraftverk delas in i:

Kärnkraftverk (NPP) konstruerade enbart för att generera el

Kärnkraftverk (NPP) som genererar både el och värme

Alla kärnkraftverk i Ryssland har dock kraftvärmeverk som är utformade för att värma nätverksvatten.

Funktionsprincip

Figuren visar ett diagram över driften av ett kärnkraftverk med en dubbelkrets vattenkyld kraftreaktor. Den energi som frigörs i reaktorhärden överförs till det primära kylmediet. Därefter kommer kylvätskan in i värmeväxlaren (ånggeneratorn), där den värmer det sekundära kretsvattnet till en kokning. Den resulterande ångan kommer in i turbinerna som roterar de elektriska generatorerna. Vid turbinernas utlopp kommer ångan in i kondensorn, där den kyls av en stor mängd vatten som kommer från reservoaren.

Tryckkompensatorn är en ganska komplex och skrymmande design, som tjänar till att utjämna tryckfluktuationer i kretsen under reaktordrift, som uppstår på grund av kylvätskans termiska expansion. Trycket i den första kretsen kan nå upp till 160 atmosfärer (VVER-1000).

Förutom vatten kan smält natrium eller gas även användas som kylmedel i olika reaktorer. Användningen av natrium gör det möjligt att förenkla utformningen av reaktorhärdskalet (till skillnad från vattenkretsen överstiger inte trycket i natriumkretsen atmosfärstrycket), för att bli av med tryckkompensatorn, men skapar sina egna svårigheter i samband med den ökade kemiska aktiviteten hos denna metall.

Det totala antalet kretsar kan variera för olika reaktorer, diagrammet i figuren är för reaktorer av VVER-typ (Public Water Power Reactor). Reaktorer av RBMK-typ (High Power Channel Type Reactor) använder en vattenkrets, och BN-reaktorer (Fast Neutron Reactor) använder två natrium- och en vattenkrets.

Om det inte går att använda en stor mängd vatten för att kondensera ångan, kan vattnet istället för att använda en behållare kylas i speciella kyltorn (kyltorn), som på grund av sin storlek vanligtvis är den mest synliga delen av ett kärnkraftverk.

Fördelar och nackdelar

Fördelar med kärnkraftverk:

Inga skadliga utsläpp;

Utsläppen av radioaktiva ämnen är flera gånger mindre än kol el. stationer med liknande kapacitet (aska från koleldade termiska kraftverk innehåller en procentandel uran och torium som är tillräcklig för deras lönsamma utvinning);

En liten mängd bränsle som används och möjligheten till återanvändning efter bearbetning;

Hög effekt: 1000-1600 MW per enhet;

Låg energikostnad, särskilt värme.

Nackdelar med kärnkraftverk:

Bestrålat bränsle är farligt och kräver komplexa och dyra upparbetnings- och lagringsåtgärder;

Drift med variabel effekt är oönskad för termiska neutronreaktorer;

Konsekvenserna av en eventuell incident är extremt allvarliga, även om sannolikheten är ganska låg;

Stora kapitalinvesteringar, både specifika, per 1 MW installerad kapacitet för enheter med en kapacitet på mindre än 700-800 MW, och generella, nödvändiga för byggandet av stationen, dess infrastruktur, såväl som i händelse av eventuell likvidation.

Säkerhet för kärnkraftverk

Rostekhnadzor övervakar säkerheten för ryska kärnkraftverk.

Kärnsäkerhet regleras av följande dokument:

Allmänna bestämmelser för att säkerställa säkerheten vid kärnkraftverk. OPB-88/97 (PNAE G-01-011-97)

Kärnsäkerhetsregler för reaktorinstallationer vid kärnkraftverk. NBY RU AS-89 (PNAE G - 1 - 024 - 90)

Strålsäkerheten regleras av följande dokument:

Sanitära regler för kärnkraftverk. SP AS-99

Grundläggande regler för att säkerställa strålsäkerhet. OSPORB-02

framtidsutsikter

Trots dessa brister verkar kärnkraften vara den mest lovande. Alternativa sätt att få energi, på grund av energin från tidvatten, vind, solen, geotermiska källor etc. det här ögonblicket kännetecknas av en låg nivå av producerad energi och dess låga koncentration. Dessutom medför dessa typer av energiproduktion sina egna risker för miljön och turismen (”smutsig” produktion av solceller, faran med vindkraftsparker för fåglar och förändringar i vågdynamik.

Akademikern Anatolij Aleksandrov: "Kärnenergi i stor skala kommer att vara den största välsignelsen för mänskligheten och kommer att lösa ett antal akuta problem."

För närvarande utvecklas internationella projekt för nya generationens kärnreaktorer, såsom GT-MGR, som kommer att förbättra säkerheten och öka effektiviteten i kärnkraftverken.

Ryssland har börjat bygga världens första flytande kärnkraftverk, som kommer att lösa problemet med energibrist i avlägsna kustområden i landet. [källa?]

USA och Japan utvecklar minikärnkraftverk med en kapacitet på cirka 10-20 MW i syfte att leverera värme och el till enskilda industrier, bostadskomplex och i framtiden enskilda hus. Med en minskning av installationens kapacitet ökar den förväntade omfattningen av produktionen. Små reaktorer (se t.ex. Hyperion NPP) skapas med hjälp av säkra tekniker som kraftigt minskar risken för läckage av kärnmaterial.

Vätgasproduktion

Den amerikanska regeringen har antagit Atomic Hydrogen Initiative. Arbete pågår (tillsammans med Sydkorea) för att skapa en ny generation kärnreaktorer som kan producera väte i stora mängder. INEEL (Idaho National Engineering Environmental Laboratory) förutspår att nästa generations kärnkraftverk kommer att producera väte motsvarande 750 000 liter bensin dagligen.

Forskning finansieras för att producera väte vid befintliga kärnkraftverk.

Termonukleär energi

Ännu mer intressant, om än en relativt avlägsen utsikt, är användningen av kärnfusionsenergi. Termonukleära reaktorer kommer enligt beräkningar att förbruka mindre bränsle per energienhet, och både detta bränsle (deuterium, litium, helium-3) och deras syntesprodukter är icke-radioaktiva och därför miljösäkra.

För närvarande, med deltagande av Ryssland i södra Frankrike, pågår byggandet av den internationella experimentella termonukleära reaktorn ITER.

NPP-konstruktion

Platsval

Ett av huvudkraven för att bedöma möjligheten att bygga ett kärnkraftverk är att säkerställa driftsäkerheten för den omgivande befolkningen, vilket regleras av strålsäkerhetsnormer. En av skyddsåtgärderna miljö- territorium och befolkning från skadliga effekter under NPP-drift är organisationen av en sanitär skyddszon runt den. När man väljer en NPP-byggarbetsplats, möjligheten att skapa en sanitär skyddszon definierad av en cirkel, vars centrum är NPP-ventilationsstapeln , bör beaktas. Invånare är förbjudna att bo i den sanitära skyddszonen. Särskild uppmärksamhet bör inriktas på studiet av vindregimer inom området för kärnkraftverksbyggande för att lokalisera kärnkraftverket på läsidan i förhållande till bosättningar. Baserat på möjligheten till nödläckage av aktiva vätskor, föredras platser med djupt stående grundvatten.

Vid val av plats för byggande av ett kärnkraftverk är teknisk vattenförsörjning av stor betydelse. Kärnkraftverket är en stor vattenanvändare. Vattenförbrukningen för kärnkraftverk är försumbar, och användningen av vatten är stor, det vill säga vattnet återförs mestadels till vattenförsörjningskällan. Kärnkraftverk, liksom alla industrianläggningar under uppförande, omfattas av miljökrav Vid val av plats för uppförande av ett kärnkraftverk ska följande krav följas:

mark som avsatts för byggande av kärnkraftverk är olämpliga eller olämpliga för jordbruksproduktion;

byggarbetsplatsen ligger nära reservoarer och floder, i kustområden som inte är översvämmade av översvämningsvatten;

marken på platsen tillåter konstruktion av byggnader och strukturer utan ytterligare kostsamma åtgärder;

grundvattennivån är under djupet av byggnadernas källare och underjordiska tekniska kommunikationer, och inga extra kostnader krävs för avvattning under byggandet av ett kärnkraftverk;

platsen har en relativt plan yta med en lutning som ger ytavvattning samtidigt som markarbeten hålls till ett minimum.

NPP-byggarbetsplatser är som regel inte tillåtna att placeras:

i aktiva karstzoner;

i områden med kraftiga (mass)skred och lerflöden;

i områden med möjlig inverkan av snölaviner;

i sumpiga och vattendränkta områden med ett konstant inflöde av tryckgrundvatten,

i områden med stora haverier till följd av gruvdrift;

i områden som är utsatta för katastrofala händelser som tsunamier etc.

i områden där mineraler förekommer;

För att avgöra möjligheten att bygga ett kärnkraftverk i de angivna områdena och för att jämföra alternativ när det gäller geologiska, topografiska och hydrometeorologiska förhållanden, vid platsvalet, utförs specifika undersökningar för varje övervägt alternativ för att placera en kraft. växt.

Teknikgeologiska undersökningar genomförs i två steg. I ett första skede samlas material in på tidigare genomförda undersökningar inom det aktuella området och kunskapsgraden om den föreslagna byggarbetsplatsen bestäms. I det andra skedet genomförs vid behov speciella tekniska och geologiska undersökningar med brunnsborrning och markprovtagning samt en spaningsgeologisk undersökning av platsen. Baserat på resultaten av kontorsbearbetning av insamlade data och ytterligare undersökningar, bör en teknisk-geologisk egenskap hos byggområdet erhållas, vilket bestämmer:

relief och geomorfologi av territoriet;

stratigrafi, tjocklek och litologisk sammansättning av primära och kvartära avlagringar, vanliga i området till ett djup av 50-100 m;

kvantiteten, arten, förekomstnivån och förutsättningarna för fördelningen av enskilda akviferer inom det totala djupet;

karaktären och intensiteten hos fysiska och geologiska processer och fenomen.

När man genomför tekniska och geologiska undersökningar på platsvalsstadiet samlas information in om tillgängligheten av lokala byggmaterial - utvecklade stenbrott och avlagringar av sten, sand, grus och andra byggmaterial. Under samma period bestäms möjligheterna att använda grundvatten för teknisk och hushållsvattenförsörjning. Vid utformning av kärnkraftverk, såväl som andra stora industrikomplex, utförs situationella konstruktionsplaner, översiktsplaner och allmänna planer för industriområdet för ett kärnkraftverk.

Rymdplanerande lösningar för byggnader

Målet med att designa kärnkraftverk är att skapa den mest rationella designen. De viktigaste kraven som kärnkraftverksbyggnader måste uppfylla:

bekvämlighet för genomförandet av den huvudsakliga tekniska processen som de är avsedda för (byggnadens funktionella ändamålsenlighet);

tillförlitlighet när den utsätts för miljön, styrka och hållbarhet (byggnadens tekniska genomförbarhet);

lönsamhet, men inte på bekostnad av hållbarheten (ekonomisk genomförbarhet).

estetik (arkitektonisk och konstnärlig ändamålsenlighet);

Utformningen av kärnkraftverket skapas av ett team av designers av olika specialiteter.

Byggnadsstrukturer av byggnader och strukturer

Sammansättningen av kärnkraftverket omfattar byggnader och strukturer för olika ändamål och följaktligen av olika utformningar. Detta är en byggnad med flera våningar och flera spann i huvudbyggnaden med massiva armerade betongkonstruktioner som omsluter den radioaktiva kretsen; fristående byggnader av hjälpsystem, till exempel kemisk vattenrening, dieselgenerator, kvävestation, vanligtvis gjorda i prefabricerade armerade betongstandardkonstruktioner; underjordiska kanaler och tunnlar, framkomliga och oframkomliga för placering av kabelflöden och kommunikationsrörledningar mellan system; förhöjda överfarter som förbinder huvudbyggnaden och hjälpbyggnader och strukturer, samt byggnaderna i den administrativa sanitära byggnaden. Den mest komplexa och ansvarsfulla byggnaden av ett kärnkraftverk är huvudbyggnaden, som är ett system av strukturer som i allmänhet bildas av rambyggnadsstrukturer och arrayer i reaktorutrymmet.

Funktioner hos ingenjörsutrustning

En egenskap hos kärnkraftverk, såväl som alla byggnader av kärnkraftsanläggningar, är närvaron av joniserande strålning under drift. Denna huvudsakliga särskiljande faktor måste beaktas vid utformningen. Den huvudsakliga strålningskällan vid kärnkraftverk är en kärnreaktor, i vilken klyvningsreaktionen av bränslekärnor sker. Denna reaktion åtföljs av alla kända typer av strålning.

Kärnbränslecykeln. Kärnkraft är en komplex industri som innefattar många industriella processer som tillsammans bildar bränslecykeln. Det finns olika typer av bränslecykler, beroende på typ av reaktor och hur slutskedet av cykeln fortskrider.

Typiskt består bränslecykeln av följande processer. Uranmalm bryts i gruvorna. Malmen krossas för att separera urandioxiden och det radioaktiva avfallet dumpas. Den resulterande uranoxiden (gul kaka) omvandlas till uranhexafluorid, en gasformig förening. För att öka koncentrationen av uran-235 anrikas uranhexafluorid vid isotopseparationsanläggningar. Det anrikade uranet omvandlas sedan tillbaka till fast urandioxid, av vilken bränslepellets tillverkas. Bränsleelement (bränslestavar) är sammansatta av pellets, som kombineras till enheter för införande i kärnan av en kärnreaktor i ett kärnkraftverk. Det använda bränslet som utvinns från reaktorn har en hög strålningsnivå och skickas efter kylning på kraftverkets territorium till en speciell lagringsanläggning. Det föreskriver också bortskaffande av avfall med en låg nivå av strålning som ackumuleras under drift och underhåll av stationen. Vid slutet av livslängden måste själva reaktorn tas ur drift (med sanering och omhändertagande av reaktorenheterna). Varje steg i bränslecykeln regleras på ett sådant sätt att människors säkerhet och miljön skyddas.

Kraftverk i Bulgarien Kärn kraftverk Inuti höljet når trycket 160 ... de kommer på allvar att konkurrera med vattenkraftverk, kraft och atom- kraftverk eftersom de är miljövänliga...

Kärnkraftverk- ett komplex av nödvändiga system, anordningar, utrustning och strukturer avsedda för produktion av elektrisk energi. Stationen använder uran-235 som bränsle. Närvaron av en kärnreaktor skiljer kärnkraftverk från andra kraftverk.

Det finns tre ömsesidiga omvandlingar av energiformer vid kärnkraftverk

Kärnkraft

går i värme

Värmeenergi

går in på mekanisk

mekanisk energi

omvandlas till elektrisk

1. Kärnenergi förvandlas till värme

Basen för stationen är reaktorn - en strukturellt allokerad volym där kärnbränsle laddas och där en kontrollerad kedjereaktion äger rum. Uran-235 är klyvbart med långsamma (termiska) neutroner. Som ett resultat frigörs en enorm mängd värme.

ÅNGGENERATOR

2. Termisk energi omvandlas till mekanisk

Värme avlägsnas från reaktorkärnan av ett kylmedel - en flytande eller gasformig substans som passerar genom dess volym. Denna termiska energi används för att producera vattenånga i en ånggenerator.

ELGENERATOR

3. Mekanisk energi omvandlas till elektrisk energi

Ångans mekaniska energi skickas till turbogeneratorn, där den omvandlas till elektrisk energi och går sedan till konsumenterna genom ledningarna.

Vad består ett kärnkraftverk av?

Ett kärnkraftverk är ett komplex av byggnader som rymmer teknisk utrustning. Huvudbyggnaden är huvudbyggnaden där reaktorhallen ligger. Den rymmer själva reaktorn, en kärnbränslebassäng, en tankningsmaskin (för bränsletankning), allt detta övervakas av operatörer från blockets kontrollpanel (BCR).

Huvudelementet i reaktorn är den aktiva zonen (1) . Den ligger i ett betongschakt. Obligatoriska komponenter i varje reaktor är kontroll- och skyddssystemet, som gör det möjligt att utföra det valda läget för den kontrollerade klyvningskedjereaktionen, såväl som nödskyddssystemet - för att snabbt stoppa reaktionen i händelse av nödsituation. Allt detta är monterat i huvudbyggnaden.

Det finns också en andra byggnad där turbinhallen (2) finns: ånggeneratorer, själva turbinen. Nästa längs den tekniska kedjan är kondensatorer och högspänningsledningar som går bortom stationsområdet.

På territoriet finns en byggnad för omlastning och lagring av använt kärnbränsle i speciella pooler. Dessutom är stationerna utrustade med element av ett cirkulerande kylsystem - kyltorn (3) (ett betongtorn som avsmalnar uppåt), en kyldamm (naturlig eller artificiellt skapad reservoar) och spraypooler.

Vad är kärnkraftverk?

Beroende på typ av reaktor kan kärnkraftverk ha 1, 2 eller 3 kylvätskedriftskretsar. I Ryssland är bypass kärnkraftverk med reaktorer av VVER-typ (tryckkyld kraftreaktor) mest använda.

NPP MED 1-LOOP REAKTORER

NPP MED 1-LOOP REAKTORER

Enkelkretsschemat används vid kärnkraftverk med reaktorer av RBMK-1000-typ. Reaktorn arbetar i ett block med två kondenserande turbiner och två generatorer. I det här fallet är själva den kokande reaktorn en ånggenerator, vilket gör det möjligt att använda ett enkelloopschema. Systemet med en slinga är relativt enkelt, men radioaktiviteten sträcker sig i detta fall till alla delar av blocket, vilket komplicerar det biologiska skyddet.

För närvarande finns det 4 kärnkraftverk med enslingreaktorer i drift i Ryssland

NPP MED 2-LOOP REAKTORER

NPP MED 2-LOOP REAKTORER

Dubbelkretsschemat används vid kärnkraftverk med vattenkylda reaktorer av VVER-typ. Tryckvatten tillförs reaktorhärden som värms upp. Energin från kylvätskan används i ånggeneratorn för att bilda mättad ånga. Den andra kretsen är icke-radioaktiv. Enheten består av en 1000 MW kondenserande turbin eller två 500 MW turbiner med tillhörande generatorer.

För närvarande har Ryssland 5 kärnkraftverk med dubbelloopreaktorer

NPP MED 3-LOOP REAKTORER

NPP MED 3-LOOP REAKTORER

Tre-loop-schemat används vid kärnkraftverk med snabba neutronreaktorer med en natriumkylvätska av BN-typ. För att utesluta kontakt av radioaktivt natrium med vatten, är en andra krets konstruerad med icke-radioaktivt natrium. Således visar sig kretsen vara trekrets.

1. Introduktion ……………………………………………………. Sida 1

2. Fysiska grunder för kärnenergi…………………P.2

3. En atoms kärna………………………………………………………… P.4

4. Radioaktivitet……………………………………………….P.4

5. Kärnreaktioner……………………………………………… Sida 4

6. Kärnklyvning……………………………………………………… Sida 4

7. Kärnkedjereaktioner………………………………………… Sida 5

8. Grunderna i teorin om reaktorer ………………………………………… Sida 5

9. Principer för styrning av reaktoreffekt……… Sida 6

10. Klassificering av reaktorer………………………………… Sida 7

11. Strukturscheman för reaktorer…………………………P.9

13. Utformning av NPP-utrustning……………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………

14. Schema för ett kärnkraftverk med tre slingor …………………………………P.16

15. Värmeväxlare av kärnkraftverk……………………………………… P.19

16. Turbomaskiner av kärnkraftverk……………………………………………… Sida 20

17. Hjälputrustning till kärnkraftverket……………………… Sid. 20

18. NPP-utrustningslayout………………………………… P.21

19. Säkerhetsfrågor vid kärnkraftverk………………… P.21

20. Mobila kärnkraftverk …………………………………………………P. 24

21. Använd litteratur……………………………………… Sida 26

Introduktion.

Status och framtidsutsikter för kärnkraftens utveckling.

Utvecklingen av industri, transporter, jordbruk och kommunal service kräver en kontinuerlig ökning av elproduktionen.

Den globala ökningen av energiförbrukningen växer för varje år.

Till exempel: 1952 var det 540 miljoner ton i konventionella enheter, och redan 1980 var det 3567 miljoner ton. på nästan 28 år har ökat med mer än 6,6 gånger. Samtidigt bör det noteras att reserverna av kärnbränsle är 22 gånger högre än reserverna av organiskt bränsle.

Vid den 5:e världsenergikonferensen uppskattades bränslereserverna enligt följande:

1. Kärnbränsle…………………………..520х106

2. Kol………………………………………………55,5x106

3. Olja………………………………………………0,37x106

4. Naturgas ………………………….0,22x106

5. Oljeskiffer…………………………………0,89x106

6. Tar…………………………………………..1,5x 106

7. Torv………………………………………. 0,37x10

Totalt 58,85x106

Vid den nuvarande energiförbrukningen kommer världens reserver enligt olika uppskattningar att ta slut om 100-400 år.

Enligt forskarnas prognoser kommer energiförbrukningen att skilja sig sju gånger från 1950 till 2050. Lagren av kärnbränsle kan tillgodose befolkningens energibehov under en mycket längre period.

Trots de rika naturresurserna i Ryssland, i fossila bränslen, såväl som vattenkraftresurserna i stora floder (1200 miljarder kWh) eller 137 miljoner kW. en timme redan i dag ägnade landets president särskild uppmärksamhet åt utvecklingen av kärnenergi. Med tanke på att kol, olja, gas, skiffer, torv är värdefulla råvaror för olika grenar av den kemiska industrin. Kol används för att producera koks för metallurgi. Därför är uppgiften att bevara organiska bränslereserver för vissa industrier. Sådana trender följs av världspraxis.

Med tanke på att kostnaden för energi som tas emot vid kärnkraftverk förväntas vara lägre än för kol och nära energikostnaden vid vattenkraftverk, blir det uppenbart att det är brådskande att öka byggandet av kärnkraftverk. Trots att kärnkraftverken bär ökad fara, (radioaktivitet vid olycka)

Allt de utvecklade länderna, både Europa och Amerika har nyligen aktivt byggt upp sin konstruktion, för att inte tala om användningen av atomenergi, både i civil och militär utrustning, dessa är kärnkraftsdrivna fartyg, ubåtar, hangarfartyg.

Både i civila och militära områden tillhörde och tillhör palmen Ryssland.

Att lösa problemet med direkt omvandling av energin från klyvningen av atomkärnan till elektrisk energi kommer avsevärt att minska kostnaden för genererad elektricitet.

Fysiska grunder för kärnenergi.

Alla ämnen i naturen är uppbyggda av små partiklar - molekyler som är i kontinuerlig rörelse. Kroppsvärme är resultatet av molekylers rörelse.

Tillståndet för fullständig vila av molekyler motsvarar absolut nolltemperatur.

Materiamolekyler är uppbyggda av atomer av ett eller flera kemiska element.

Molekyl är den minsta partikeln given substans. Om man delar upp molekylen av ett komplext ämne i dess beståndsdelar får man atomer av andra ämnen.

Atom- den minsta partikeln av ett givet kemiskt element. Den kan inte delas vidare kemiskt i ännu mindre partiklar, även om atomen också har en egen inre struktur och består av en positivt laddad kärna och ett negativt laddat elektronskal.

Antalet elektroner i skalet varierar från ett till hundra och ett. Det sista antalet elektroner har ett grundämne som kallas Mendelevium.

Detta grundämne heter Mendelevium efter D.I. Mendeleev, som 1869 upptäckte den periodiska lagen, enligt vilken de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos alla element beror på atomvikten, och efter vissa perioder finns det element med liknande fysikalisk-kemiska egenskaper.

Kärnan i en atom.

En atoms kärna innehåller det mesta av dess massa. Elektronskalets massa är bara en bråkdel av en procent av en atoms massa. Atomkärnor är komplexa formationer som består av elementarpartiklar - protoner med positiv elektrisk laddning och partiklar utan elektrisk laddning - neutroner.

Positivt laddade partiklar - protoner och elektriskt neutrala partiklar - neutroner kallas gemensamt för nukleoner. Protoner och neutroner i en atoms kärna är förbundna med de så kallade kärnkrafterna.

Bindningsenergin hos en kärna är den mängd energi som krävs för att separera kärnan i enskilda nukleoner. Eftersom kärnkrafterna är miljontals gånger större än krafterna hos kemiska bindningar, följer det av detta att kärnan är en förening vars styrka omätligt överstiger styrkan hos atombindningen i en molekyl.

Vid syntesen av 1 kg helium från en väteatom frigörs en mängd värme som motsvarar värmemängden vid förbränning av 16 000 ton kol, medan klyvningen av 1 kg uran frigör en värmemängd som är lika med till den värme som frigörs vid förbränning av 2 700 ton kol.

Radioaktivitet.

Radioaktivitet är förmågan att spontant omvandla instabila isotoper av ett kemiskt element till isotoper av ett annat element åtföljt av utsläpp av alfa-, beta- och gammastrålar.

Omvandlingen av elementarpartiklar (neutroner, mesoner) kallas också ibland för radioaktivitet.

Kärnreaktioner.

Kärnreaktioner kallas transformationer av atomkärnor som ett resultat av deras interaktion med elementarpartiklar och med varandra.

I kemiska reaktioner omarrangeras atomernas yttre elektronskal, och energin för dessa reaktioner mäts i elektronvolt.

Vid kärnreaktioner omarrangeras en atoms kärna, och i många fall är resultatet av omarrangemanget omvandlingen av ett kemiskt element till ett annat. Energin i kärnreaktioner mäts i miljontals elektronvolt.

Kärnfission .

Upptäckten av klyvning av urankärnor, dess experimentella bekräftelse 1930 gjorde det möjligt att se de outtömliga tillämpningsmöjligheterna i olika områden nationalekonomi, inklusive energiproduktion vid byggande av kärnkraftsanläggningar.

Kedjereaktion.

En kärnkedjereaktion är reaktionen av klyvning av kärnorna i atomer av tunga element under inverkan av neutroner, i varje akt av vilken antalet neutroner ökar, vilket resulterar i att den självuppehållande fissionsprocessen ökar.

Kärnkedjereaktioner tillhör klassen exoterma, det vill säga åtföljda av frigöring av energi.

Grunderna i teorin om reaktorer.

En kärnkraftsreaktor är en enhet konstruerad för att producera värme från kärnbränsle genom en självförsörjande kontrollerad kedjereaktion, klyvning av atomerna i detta bränsle.

Under driften av en kärnreaktor, för att utesluta förekomsten av en kedjereaktion, används moderatorer för att artificiellt släcka reaktionen genom att automatiskt införa moderatorelement i reaktorn. För att upprätthålla reaktoreffekten på en konstant nivå är det nödvändigt att observera konstanstillståndet för medelhastigheten för kärnklyvning, den så kallade neutronmultiplikationsfaktorn.

En kärnreaktor kännetecknas av kritiska dimensioner av den aktiva zonen, vid vilken neutronmultiplikationsfaktorn är K=1. När man frågar sammansättningen av det kärnklyvbara materialet, byggmaterial, moderator och kylvätska, välj alternativet där K = ∞ har ett maxvärde.

Den effektiva multiplikationsfaktorn är förhållandet mellan antalet neutronproduktioner och antalet neutrondödsfall på grund av absorption och läckage.

En reaktor som använder en reflektor minskar härdens kritiska dimensioner, jämnar ut fördelningen av neutronflödet och ökar reaktorns specifika effekt, relaterad till 1 kg kärnbränsle som laddas in i reaktorn. Beräkning av dimensionerna för den aktiva zonen utförs med komplexa metoder.

Reaktorer kännetecknas av cykler och typer av reaktorer.

Bränslecykeln eller kärnbränslecykeln är en uppsättning av successiva bränsleomvandlingar i reaktorn, såväl som under bearbetningen av bestrålat bränsle efter det att det avlägsnats från reaktorn för att isolera sekundärt bränsle och oförbränt primärbränsle.

Bränslecykeln bestämmer typen av kärnreaktor: reaktor-konvektor;

bridreaktor; reaktorer på snabba, mellanliggande och termiska neutroner, en reaktor på fasta, flytande och gasformiga bränslen; homogena reaktorer och heterogena reaktorer och andra.

Principer för styrning av reaktoreffekt.

Kraftreaktorn måste fungera stabilt vid olika effektnivåer. Förändringar i nivån på värmeavgivningen i reaktorn bör ske tillräckligt snabbt, men smidigt, utan hopp i kraftaccelerationen.

Styrsystemet är utformat för att kompensera för förändringar i K-faktorn (reaktivitet) som uppstår från förändringar i läget, inklusive start och stopp. För att göra detta, under drift, införs grafitstavar i kärnan vid behov, vars material starkt absorberar termiska neutroner. För att minska respektive öka effekten tas de angivna stavarna bort eller införs, varigenom koefficienten K justeras. Stavarna används både reglerande och kompenserande och i allmänhet kan de kallas styrande eller skyddande.

Klassificering av reaktorer.

Kärnreaktorer kan klassificeras enligt olika kriterier:

1) Efter överenskommelse

2) Enligt energinivån hos neutroner som orsakar de flesta klyvningar av bränslekärnor;

3) Efter typen av neutronmoderator

4) Efter typ och tillstånd av aggregation av kylvätskan;

5) På grundval av reproduktion av kärnbränsle;

6) Enligt principen om att placera kärnbränsle i moderatorn,

7) Enligt tillståndet för aggregation av kärnbränsle.

Reaktorer konstruerade för att generera elektrisk eller termisk energi kallas kraftreaktorer, såväl som teknologiska och dubbla ändamål.

Enligt energinivån är reaktorer uppdelade: på termiska neutroner, på snabba neutroner, på mellanliggande neutroner.

Efter typ av neutronmoderatorer: vatten, tungt vatten, grafit, organiskt, beryllium.

Efter typ av kylvätska: vatten, tungt vatten, flytande metall, organisk, gas.

Enligt principen om reproduktion av kärnbränsle:

Reaktorer på en ren klyvbar isotop. Med reproduktion av kärnbränsle (regenerativt) med utökad reproduktion (uppfödningsreaktorer).

Enligt principen om kärnbränsle: heterogen och homogen

Enligt principen om tillståndet för aggregering av det delande materialet:

I form av en fast kropp, mindre ofta i form av vätska och gas.

Om vi ​​begränsar oss till huvuddragen, kan följande system för att bestämma reaktortyper föreslås

1. Reaktor med vatten som moderator och kylvätska med låg anrikat uran (WWR-Uno) eller tryckvattenreaktor (WWR).

2. Reaktor med tungt vatten som moderator och vanligt vatten som kylvätska på naturligt uran. Beteckning: tungvattenreaktor av naturligt uran (TVR-Up) eller tungvattenreaktor (HWR) Vid användning av tungt vatten och som

Kylvätskan kommer att vara (TTR)

3. En reaktor med grafit som moderator och vatten som kylvätska på svagt anrikat uran kommer att kallas en graffiti-vattenreaktor på svagt anrikat uran (GVR-Uno) eller en graffiti-vattenreaktor (GVR)

4. Reaktor med grafit som moderator och gas som kylvätska på naturligt uran (GGR-Up) eller graffitogasreaktor (GGR)

5. En reaktor med kokande vatten som moderator för kylvätskan kan betecknas VVKR, samma tungvattenreaktor - TTKR.

6. En reaktor med grafit som moderator och natrium som kylvätska kan betecknas GNR

7. En reaktor med en organisk moderator och ett kylmedel kan betecknas OOR

Huvudegenskaper hos kärnkraftverksreaktorer

Strukturschema för reaktorn.

De huvudsakliga strukturella komponenterna i en heterogen kärnreaktor är: en kropp; kärna, bestående av bränsleelement, moderator och kontroll- och skyddssystem; neutronreflektor; värmeavlägsnande system; termiskt skydd; biologiskt skydd; system för lastning och lossning av bränsleelement. Odlingsreaktorer har också en kärnbränsleuppfödningszon med eget värmeavledningssystem. I homogena reaktorer, istället för bränsleelement, finns det en reservoar med en lösning av salter eller en suspension av klyvbart kylmedel.

1:a typ(er) - en reaktor där grafit är moderator och reflektor för neutroner. Grafitblock (parallepiped av ett prisma med inre kanaler och bränsleelement placerade i dem bildar en aktiv zon, vanligtvis i form av en cylinder eller ett polyedriskt prisma. Kanaler i grafitblock löper längs hela den aktiva zonens höjd. Rör införs in i dessa kanaler för att rymma bränsleelement. Genom det ringformade gapet strömmar kylvätska mellan bränsleelementen och styrrören.Vatten, flytande metall eller gas kan användas som kylvätska.En del av härdens kanaler används för att placera stavarna på styr- och skyddssystemet. En neutronreflektor är placerad runt kärnan, också i form av en utläggning av grafitblock. Kanaler av bränsleelement passerar både genom kärnmurverket och genom reflektormurverket.

Under driften av reaktorn värms grafit till en temperatur vid vilken den kan oxidera. För att förhindra oxidation är grafitmurverket inneslutet i ett hermetiskt stålhölje fyllt med neutral gas (kväve, helium). Kanaler av bränsleelement kan placeras både vertikalt och horisontellt. Utanför stålhöljet placeras biologiskt skydd - specialbetong. Mellan höljet och betongen kan en kylkanal av betong anordnas genom vilken kylmediet (luft, vatten) cirkulerar. Vid användning av natrium som kylmedel täcks grafitblock med ett skyddande skal (till exempel från zirkonium). För att förhindra impregnering av grafit med natrium när det läcker från cirkulationskretsen. Automatiska drivningar av styrstavar tar emot en puls från joniseringskammare eller räknare av neutroner. I en joniseringskammare fylld med gas orsakar snabbladdade partiklar ett spänningsfall mellan elektroderna som en potentialskillnad appliceras på. Spänningsfallet i elektrodkretsen är proportionell mot förändringen i flödestätheten hos partiklar som joniserar gasen. Elektrodytorna på joniseringskammare belagda med bor absorberar neutroner, vilket orsakar ett flöde av alfapartiklar som också producerar jonisering. I sådana anordningar är förändringar i strömstyrkan i kretsen proportionella mot förändringen i neutronflödestätheten. Den svaga strömmen som genereras i joniseringskammarens krets förstärks av elektroniska eller andra förstärkare. Med en ökning av neutronflödet i reaktorn ökar strömmen i joniseringskammarens krets och den automatiska styrservomotorn sänker styrstaven in i kärnan till lämpligt djup. När neutronflödet i reaktorn minskar, minskar strömmen i joniseringskammarkretsen och styrstavarnas drivning höjer dem automatiskt till lämplig höjd.

Grafitvattenreaktorn, när den kyls av icke-kokande vatten, har en relativt låg utloppsvattentemperatur, vilket också orsakar relativt låga initiala parametrar för den genererade ångan och följaktligen låg verkningsgrad i anläggningen.

Vid överhettning av ånga i reaktorhärden kan anläggningens effektivitet ökas avsevärt. Användningen av gas eller flytande metaller i reaktorn enligt Schema 1 kommer också att göra det möjligt att erhålla högre ånggenereringsparametrar och följaktligen en högre anläggningseffektivitet. Graffitivatten, tryckvatten och graffiti flytande metallreaktorer kräver användning av anrikat uran.

Figur 1 visar schematiskt diagram över RBMK NPP.

1 Fig.1

1-Grafitblock

(Moderator)

2-kärnig reaktor

2. Tungvatten-gasreaktor 2 kan drivas på naturligt uran. Bränsleelementet i en sådan reaktor är nedsänkt i en stål- eller aluminiumtank fylld till en viss nivå med tungt vatten. Runt tanken finns en grafitreflektor - biologiskt skydd. Bränsleelementen har inre kanaler för passage av den värmeavlägsnande gasen. Tungvatten, som fungerar som moderator, värms också upp och kräver ett eget kylsystem. Detta görs genom att cirkulera tungt vatten med hjälp av en speciell pump och kyla det i en värmeväxlare med rinnande vatten. En sådan reaktor har en tillräckligt hög verkningsgrad och en relativt låg bränslekostnad för den genererade elektriciteten.

Eftersom bränslet är naturligt uran är den höga kostnaden för tungt vatten och värmeförlusten i samband med dess kylning dess nackdelar.

3. Figur c) visar en tryckvatten- eller tungvattenreaktor i vilken vatten eller tungt vatten fungerar som moderator och kylmedel (VVER).

4 Fig d) ger en uppfattning om designschemat för en reaktor av kokande typ. Denna typ gör det möjligt att producera dem med en mindre väggtjocklek, liksom deras positiva egenskap är möjligheten till självreglering.

5. uppfödningsreaktorn arbetar på snabba neutroner d.v.s. på anrikat uran. Dessa typer av reaktorer kräver högre biologiskt skydd och följaktligen användning av dyrare material.

6. homogen reaktor där, när naturligt uran används, endast tungt vatten kan fungera som moderator, medan vanligt vatten kan fungera som moderator vid anrikat uran. Här saknas kärnklyvning på snabba neutroner. Den relativt låga densiteten av uran och resonansabsorption kräver en högre grad av bränsleanrikning i klyvbara isotoper.

Alla reaktorkonstruktioner har både positiva och negativa aspekter, som alltid måste beaktas vid projektering, med hänsyn till kopplingen av konstruktion till specifika regionala förhållanden, baserat på möjligheten att leverera råvaror, risken för miljöföroreningar, vattenförsörjningskällor och grundvatten.

Vid konstruktion av kärnkraftverk används komplexa matematiska beräkningar, som, trots datorteknikens moderna analytiska kapacitet, inte kan garantera att alla parametrar är korrekta. Därför kontrolleras alla beräkningar på nytt genom experimentell verifiering.

Detta är särskilt viktigt när man kontrollerar de kritiska dimensionerna hos en naturlig uranreaktor. Om du bara litar på den teoretiska beräkningen kan du göra en allvarlig missräkning, som blir mycket dyr och svår att rätta till.

Periodisk tankning av kärnkraftverk kräver mycket noggrann förberedelse och utförs vanligtvis med reaktorn avstängd, eftersom ökad radioaktivitet kräver frånvaro av personal under lastning och lossning, trots att tankningsschemat sker i automatiskt läge med hjälp av speciella behållare som tillhandahåller inte bara automatiskt läge, utan även alla säkerhetskrav med konstant kylning.

Behållarna har tjocka blyskal som ger en acceptabel strålningsbakgrund.

NPP-utrustningskonstruktioner.

Graffiti-vattenreaktorer.

Graffiti-vattenreaktorn i NPP AN är den första reaktorn som skapats för produktion av el.

I den centrala delen av grafitmurverket, 4,6 m högt och 3 m i diameter, finns 157 vertikala hål med en diameter på 65 mm anordnade längs ett triangulärt galler med ett steg på 120 mm. De innehåller kanaler med TVE. Den aktiva zonen, i vilken kanaler med TVE finns, har en diameter på 1,6 meter och en höjd på 1,7 meter. Den är omgiven på alla sidor av en grafitreflektor 0,7 m tjock, grafitmurverket är inneslutet i ett stålhölje svetsat till den nedre stålplåten. Ovanifrån stängs murverket med en massiv gjutjärnsplatta genom vilken TVE-kanaler och styrsystem passerar. Stålhöljet är fyllt med en inert gas som skyddar grafiten från oxidation. Runt kroppen finns en ringformad vattenskyddstank med en vattenskiktstjocklek på 1m. Reaktorn är placerad i ett betongschakt med en väggtjocklek på 3 m, som fungerar som det yttre lagret av biologiskt skydd. Det finns 12 vertikala rör i vattenskölden, i vilka joniseringskammare är placerade i höjd med den aktiva zonen. Det finns 128 TVE-kanaler i den aktiva zonen. Utformningen av en sådan kanal visas i figur 2.

En cylindrisk kanal med en diameter på 65 mm är sammansatt av grafitbussningar med fem hål genom vilka rörformiga TVE passerar. Vatten sjunker genom det centrala röret uppifrån och ner och går tillbaka upp genom den 4 rörformiga TBE. Uranus ligger utanför dessa rör på en höjd av 1,7m. Värmeflödet av kanaler i den centrala delen av den aktiva zonen når 1,8 * 106 Kcal/m2 per timme.

24 kanaler är upptagna av styrstavar av borkarbid. Fyra stavar för automatisk styrning av reaktoreffekten är placerade längs härdens periferi. Arton manuella styrstavar är placerade i mitten av den aktiva zonen (6 st) längs periferin (12 st.) De tjänar till att kompensera för reaktivitetsmarginalen.

Det finns även nödstänger för en nödavstängning av reaktorn. Alla kanaler i stavarna kyls med vatten vid ett tryck av 5 atm. Och temperaturer från 30 till 60 grader. Den termiska effekten hos en sådan reaktor är 30 MW. Den totala belastningen av reaktorn är 550 kg uran innehållande 5 % uran 235, dvs mängden uran 235 som laddas i reaktorn är 27,5 kg. Uranförbrukningen per dag är cirka 30 gr.

Tryckreaktor NPP (VVER)

Tryckvattenreaktorer har ett kärl som tål kylvätskans drifttryck (bild 3) Bränslepatroner med kärnbränsle laddas i reaktorhärden. Värmen som frigörs under klyvningen av kärnbränsle värmer vattnet i reaktorkärlet och bildar en svagt radioaktiv, mättad ånga som kommer in i sekundärkretsens ånggenerator. I ånggeneratorn avger svagt radioaktiv ånga värme till vatten och det bildas mättad icke-radioaktiv ånga som leds till ångturbinen. När värmen från radioaktiv ånga överförs till icke-radioaktivt vatten i sekundärkretsen, uppstår ytterligare (jämfört med RBMK) värmeförluster i ånggeneratorn, vilket minskar effektiviteten hos kärnkraftverk med VVER-reaktorer till 30 %.

Kärnkraftverk med snabba neutronreaktorer har ett tredimensionellt schema: i den första kretsen är kylvätskan radioaktivt natrium (eller kalium), i den andra - icke-radioaktivt natrium (eller kalium), i den tredje - icke-radioaktivt vatten värms upp i ånggeneratorn av värmen från icke-radioaktivt natrium i den andra kretsen. Icke-radioaktiv mättad ånga från den tredje kretsen kommer in i ångturbinen. Verkningsgraden för kärnkraftverk med snabba neutronreaktorer är cirka 35 %.

1 krets 2 krets

T.EX Fig.3

MCP 1 Schematiskt diagram

MCP1, MCP2 -

Huvudcirkulation

Pumpar av de första och kärnkraftverk. 1-metallhölje

Andra kretsar för MCP 2-reaktorerna; 2-aktiv zon;

3-vatten; 4-ånggenerator.

Diagrammet visar:

1. Kärnreaktor med primärt biologiskt skydd.

2. Sekundärt biologiskt skydd.

3. Turbin.

4. Generator.

5. Kondensator.

6. Cirkulationspumpar.

7. Regenerativ värmeväxlare.

8. Vattentank.

9. Ånggenerator.

10. Mellanvärmeväxlare.

T - step-up transformator.

TSN - extra transformator.

RU VN - högspänningsställverk (110 kV och högre).

RU SN - ställverk av egna behov.

jag; II; III– NPP-kretsar.

En anläggning där en kontrollerad kärnkedjereaktion äger rum kallas en kärnreaktor. 1 . Den är laddad med kärnbränsle, till exempel - uran-238. En kärnreaktor används för att värma kylvätskan och är i princip en panna.

Biologiskt skydd 2 fungerar som en isolator av reaktorn från det omgivande rymden så att kraftfulla neutronflöden, alfa, beta, gammastrålar och fissionsfragment inte tränger in i den. Biologiskt skydd är utformat för att skapa säkra arbetsförhållanden för servicepersonal.

Turbin 3 är utformad för att omvandla ångenergi till mekanisk rotationsenergi för rotorn på en elektrisk generator. Generator 4 genererar elektrisk energi, som matas till en step-up transformator T, där den omvandlas till de erforderliga värdena för vidare överföring till kraftledningar. En del av energin överförs också till TSN- nedtrappningstransformator för eget behov.

Avgasångan från turbinen kommer in i kondensorn. Kondensator 5 tjänar till att kyla ångan, som, kondenserande, sedan tillförs av en cirkulationspump 6 genom en regenerativ värmeväxlare 7 in i ånggeneratorn 9 . I den regenerativa växlaren kyls vattnet till sitt ursprungliga värde.

Det primära kylmediet som värms upp i reaktorn ( Na) avger värme i mellanvärmeväxlaren 10 sekundär kylvätska ( Na). Och det i sin tur avger värme till arbetskroppen ( H2O) i ånggeneratorn.

Cirkulationspumpar används för att flytta kylvätskan i kretskretsarna, samt för att tillföra kylvatten till kondensorn från tanken 8 .

Kärnkraftverk skiljer sig alltså i grunden från termiska kraftverk endast genom att arbetsvätskan i dem får värme i ånggeneratorn när kärnbränsle förbränns i en kärnreaktor, och inte organiskt bränsle i pannor, som är fallet vid värmekraftverk. .

NPP:s multislingsystem garanterar strålningssäkerhet och skapar bekvämlighet för underhåll av utrustning. Valet av antalet kretsar bestäms beroende på typen av reaktor och kylvätskans egenskaper, som kännetecknar dess lämplighet för användning som arbetsvätska i en turbin.

NPP värmeväxlare.

Kärnkraftverksvärmeväxlare har specifika designegenskaper och betydligt högre specifik värmebelastning jämfört med konventionella kraftverksvärmeväxlare. Att minska dimensionerna på värmeväxlarna i reaktoranläggningen gör det möjligt att minska storleken och vikten av den biologiska skölden, och följaktligen investeringen i byggandet av kärnkraftverk.

Värmeväxlare, genom vilka ett radioaktivt och korrosivt medium strömmar, är tillverkade av relativt dyrt rostfritt stål. För att rädda detta stål tenderar värmeytor, rörplåtar och värmeväxlarskal att tillverkas med minimala tjocklekar, vilket undviker överdrivna hållfasthetsmarginaler, men säkerställer den nödvändiga tillförlitligheten för deras långsiktiga drift.

Ånggeneratorsetet består av horisontella mättade ånggeneratorer med ett tryck på 32 och 231o C.

Vatten från reaktorn vid en temperatur av 275°C matas in i en vertikal uppsamlare med en diameter på 750 mm, från vilken det fördelas över rörbuntar, sedan kommer det in i kylkretsens cirkulationspump.

Rörbuntarna är nedsänkta i vattenvolymen i den sekundära kretsen, vattnet som fyller det ringformade utrymmet avdunstar, den resulterande ångan passerar genom ångseparatorerna och kommer sedan in i uppsamlingsångledningen till turbinen.

Värmeytan på ånggeneratorn är 1290 m2. Den består av två in-line-paket med 975 rör med en diameter på 21 mm och en väggtjocklek på 1,5 mm. Stigningen på rören i förpackningen är 36 mm. Rörpaketet har 5 vertikala korridorer som förbättrar den naturliga cirkulationen.

NPP turbomaskiner.

Kondenserande ångturbiner används vid drift, konstruktion och konstruktion av kärnkraftverk.

Vid kärnkraftverk med högtemperaturreaktorer används speciella typer av turbiner som arbetar på mättad eller lätt överhettad ånga.

Det finns speciella spår i turbinhuset för att fånga upp droppande fukt. Droppfuktavskiljare kan vara centrifugala och tröga. Passerar genom tvåvägsskruvens kanaler i ångflödet, droppar av fukt kastas av centrifugalkrafter på husets väggar och strömmar ner till dräneringshålet.

När ångflödet roteras 180° utvecklas även centrifugalkraft vid ingången till separatorns innerrör, vilket kastar ned fuktdroppar.

I separatorer av tröghetstyp sker separationen av droppfukt från flödet när flödet träffar bandgallret.

Hjälputrustning.

Hjälputrustning för NPP-gasfläktar, pumpar, beslag, mätinstrument har specifika egenskaper som bör ge högre tillförlitlighet och ge en längre livslängd utan underhåll. Säkerställa uteslutning av läckage av radioaktiv gas. Ökad motståndskraft mot korrosion. Tätningslösa designpumpar måste ge hög täthet.

Alla beslag är gjorda med en bälgskaftstätning.

All mätutrustning har också sina egna designegenskaper som ger högre noggrannhet och tillförlitlighet.

Layout av NPP-utrustning.

Grundläggande krav för utrustningslayout:

1. Enkelheten i det tekniska systemet med raka och korta rörledningar, vatten- och gasledningar. Kabelvägar

2. Bekvämlighet och lätt underhåll, enkel åtkomst till alla enheter.

3.Bra belysning.

4. Kompakt arrangemang av enheter

5. Ventilation ger snabb och spännande alla volymer i byggnaden.

6. Ökad fundamentstyvhet.

7. Mobila transportanordningar bör tillhandahållas för att säkerställa dekontaminering av lokalerna med deras utrustning och anordningar.

Säkerhetsfrågor vid kärnkraftverk.

Säkerhetsfrågor vid kärnkraftverk ägnas extremt stor uppmärksamhet. Säkerheten för kärnkraftverkets personal och befolkningen i de områden som gränsar till dess territorium säkerställs genom ett system av åtgärder som tillhandahålls för utformningen av kärnkraftverket och valet av en plats för dess konstruktion. Den högsta tillåtna radioaktiviteten hos vatten och graden av förorening av vattenförekomster regleras av "Sanitära regler för transport, lagring, redovisning och arbete med radioaktiva ämnen" som godkänts av Rysslands Chief Sanitary Inspector.

Dessa föreskrifter sätter tillfälliga gränser för acceptabla nivåer av strålning.

Systemet för biologisk säkerhet och dosimetrisk kontroll av kärnkraftverk, antaget för kärnkraftverk i Rysslands vetenskapsakademi, kontrolleras strikt av högre myndigheter.

De huvudsakliga källorna till radioaktiv förorening vid kärnkraftverk är vatten från reaktorns kylkrets och kväve som fyller grafitstapeln.

Aktiviteten hos luft som släpps ut i atmosfären bestäms av aktiviteten hos argon.

Vatten med långlivade torra rester av natrium, mangan, kalcium och andra komponenter testas strikt för tillåtna doser av aktivitet.

Den radioaktiva luften från bräddutrymmet späds ut i det allmänna ventilationssystemet tills aktiviteten sjunker till en acceptabel nivå.

Det emitterade radioaktiva vattnet bearbetas i en speciell verkstad, utsätts för åldring, utspädning och rening av föroreningar, inklusive avdunstning.

Utsläppt vatten från primärkretsen har låg aktivitet och innehåller kortlivade isotoper. Den är åldrad och utspädd. Exponeringstiden är 10-15 dagar. Under denna period minskar radioaktiviteten till en acceptabel nivå. dricker vatten och går ner i avloppet. I synnerhet i byggnaden av NPP vid Rysslands vetenskapsakademi finns det 28 ventilationssystem för att ventilera luft från ett rum till ett annat.

Särskild uppmärksamhet ägnas åt utrymmet ovanför reaktorn, varifrån radioaktiv gas kan tränga in i reaktorhallen. Luften mellan reaktorskalet och vattenskölden är inte ventilerad, eftersom den är mycket radioaktiv och dess utsläpp till atmosfären genom ett rör inte är tillåten, för att undvika miljöföroreningar.

Det finns ett system för dosimetrisk kontroll, både stationärt och individuellt. Dessutom tas luft ständigt från olika rum och testas för radioaktivitet i separata dosimetriska kontrolllaboratorier. All arbetande personal har fickfotokassetter och fickdosimetrar.

Vid reparation och underhåll av utrustning införs den reglerade arbetstiden för personalen. När de arbetar använder de: pneumosdräkter, gasmasker, handskar, skyddsglasögon och annan personlig skyddsutrustning.

Preliminär sanering av utrustning och platser för planerat arbete genomförs.

För att undvika avlägsnande av radioaktivitet på overaller anordnas särskilda läkartjänster.

När de lämnar radioaktivitetszonen tar personalen av sig skyddskläderna, duschar och byter om till rena kläder.

Begagnade kläder lämnas till en specialtvätt eller förstörs.

Brott mot de dosimetriska kontrollreglerna kan leda till irreparable konsekvenser.

Världshistorien för kärnkraftverksdrift känner till många exempel som ägde rum i länderna Kanada och USA. Frankrike, England. Jugoslavien. Händelserna i Tjernobylolyckan är fortfarande färska. Alla fall som ledde till en eller flera komplexa, och ofta allvarliga konsekvenser, var orsaken till vissa brister, ibland försumlighet eller åsidosättande av reglerna för drift av kärnkraftverk.

Litteratur.

1. Kärnkraftverk………………… A.A. Kanaev 1961

2. Nästan allt om kedjereaktorn………………………… L. Matveev 1990

3. Kärnkraft……………………………… A.P. Alexandrov 1978

4. Framtidens energi……………………………………… A I. Protsenko 1985

5. Elkraftindustrins ekonomi ………………………… Fomina 2005

Kärnkraftverk (NPP) - ett komplex av tekniska strukturer utformade för att generera elektrisk energi genom att använda den energi som frigörs under en kontrollerad kärnreaktion.

Uran används som ett vanligt bränsle för kärnkraftverk. Klyvningsreaktionen utförs i huvudenheten i ett kärnkraftverk - en kärnreaktor.

Reaktorn är monterad i ett stålhölje designat för högt tryck - upp till 1,6 x 107 Pa, eller 160 atmosfärer.
Huvuddelarna i VVER-1000 är:

1. Kärnan, där kärnbränslet finns, fortskrider en kedjereaktion av kärnklyvning och energi frigörs.
2. Neutronreflektor som omger kärnan.
3. Kylvätska.
4. Skyddskontrollsystem (CPS).
5. Strålskydd.

Värme i reaktorn frigörs på grund av kedjereaktionen av klyvning av kärnbränsle under inverkan av termiska neutroner. I det här fallet bildas kärnklyvningsprodukter, bland vilka det finns både fasta ämnen och gaser - xenon, krypton. Fissionsprodukter har en mycket hög radioaktivitet, så bränslet (urandioxidtabletter) placeras i förseglade zirkoniumrör - TVELs (bränsleelement). Dessa rör kombineras flera delar sida vid sida till en enda bränslepatron. För att styra och skydda en kärnreaktor används styrstavar som kan flyttas längs härdens hela höjd. Stavarna är gjorda av ämnen som starkt absorberar neutroner, som bor eller kadmium. Med den djupa introduktionen av stavarna blir kedjereaktionen omöjlig, eftersom neutronerna absorberas starkt och avlägsnas från reaktionszonen. Stängerna flyttas på distans från kontrollpanelen. Med en liten rörelse av stavarna kommer kedjeprocessen antingen att utvecklas eller förfalla. På så sätt regleras reaktorns effekt.

Schemat för stationen är tvåkretsar. Den första, radioaktiva, kretsen består av en VVER 1000-reaktor och fyra cirkulationskylslingor. Den andra kretsen, icke-radioaktiv, inkluderar enheter för ånggenerator och vattenförsörjning och en turbinenhet med en kapacitet på 1030 MW. Det primära kylmediet är högrent icke-kokande vatten vid ett tryck på 16 MPa med tillsats av en lösning av borsyra, en stark neutronabsorbator, som används för att kontrollera reaktorns kraft.

1. Huvudcirkulationspumparna pumpar vatten genom reaktorhärden, där det värms upp till en temperatur på 320 grader på grund av den värme som frigörs vid en kärnreaktion.
2. Det uppvärmda kylmediet avger sin värme till vattnet i sekundärkretsen (arbetsvätskan), förångar den i ånggeneratorn.
3. Den kylda kylvätskan kommer in i reaktorn igen.
4. Ånggeneratorn producerar mättad ånga vid ett tryck på 6,4 MPa, som matas till ångturbinen.
5. Turbinen driver den elektriska generatorns rotor.
6. Avgasångan kondenseras i kondensorn och matas tillbaka till ånggeneratorn av kondensatpumpen. För att upprätthålla ett konstant tryck i kretsen installeras en ångvolymkompensator.
7. Värmen från ångkondensationen avlägsnas från kondensorn med cirkulerande vatten, som tillförs av en matarpump från kyldammen.
8. Både den första och andra kretsen i reaktorn är förseglade. Detta säkerställer reaktorns säkerhet för personal och allmänhet.

Om det är omöjligt att använda en stor mängd vatten för ångkondensering, istället för att använda en behållare, kan vattnet kylas i speciella kyltorn (kyltorn).

Säkerheten och miljövänligheten för reaktordriften säkerställs genom strikt efterlevnad av bestämmelserna (driftsregler) och stor kvantitet kontrollutrustning. Allt är designat för tankeväckande och effektiv förvaltning reaktor.
Nödskydd av en kärnreaktor - en uppsättning enheter utformade för att snabbt stoppa en kärnkedjereaktion i reaktorhärden.

Aktivt nödskydd utlöses automatiskt när en av parametrarna för en kärnreaktor når ett värde som kan leda till en olycka. Sådana parametrar kan vara: temperatur, tryck och flödeshastighet för kylvätskan, nivå och hastighet av effektökning.

De verkställande delarna av nödskydd är i de flesta fall stavar med ett ämne som absorberar neutroner väl (bor eller kadmium). Ibland sprutas en vätskeavskiljare in i kylvätskeslingan för att stänga av reaktorn.

Förutom aktivt skydd, många moderna projekt inkluderar även inslag av passivt skydd. Till exempel inkluderar moderna versioner av VVER-reaktorer "Emergency Core Cooling System" (ECCS) - speciella tankar med borsyra placerade ovanför reaktorn. I händelse av en maximal konstruktionsolycka (brott av reaktorns primära kylkrets), är innehållet i dessa tankar genom gravitationen inuti reaktorhärden och kärnkedjereaktionen släcks av en stor mängd av ett borinnehållande ämne som absorberar neutroner bra.

Enligt "Nuclear Safety Rules for Reactor Installations of Nuclear Power Plants" måste minst ett av de tillhandahållna reaktoravstängningssystemen utföra nödskyddsfunktionen (EP). Nödskydd ska ha minst två oberoende grupper av arbetsorgan. Vid signal från AZ måste AZ:ns arbetskroppar manövreras från alla arbets- eller mellanlägen.
AZ-utrustningen måste bestå av minst två oberoende uppsättningar.

Varje uppsättning AZ-utrustning måste utformas på ett sådant sätt att, inom området för neutronflödestäthetens förändringar från 7 % till 120 % av det nominella värdet, tillhandahålls skydd för:
1. Enligt neutronflödets täthet - minst tre oberoende kanaler;
2. Enligt hastigheten för neutronflödestätheten ökar - med minst tre oberoende kanaler.

Varje uppsättning AZ-utrustning måste utformas på ett sådant sätt att nödskydd tillhandahålls av minst tre oberoende kanaler för varje processparameter för vilken skyddet är utformat i hela spektrumet av processparametrar som har fastställts i reaktoranläggningens (RP) design. nödvändig.

Styrkommandona för varje uppsättning för AZ-ställdon måste överföras över minst två kanaler. När en kanal tas ur drift i en av AZ-utrustningsuppsättningarna utan att denna uppsättning tas ur drift, bör en larmsignal automatiskt genereras för denna kanal.

Utlösning av nödskydd bör ske åtminstone i följande fall:
1. När AZ-börvärdet nås i termer av neutronflödestäthet.
2. När AZ-börvärdet nås i termer av ökningshastigheten i neutronflödestätheten.
3. I händelse av ett strömavbrott i någon uppsättning AZ-utrustning och CPS-strömförsörjningsbussar som inte har tagits ur drift.
4. Vid fel på någon av två av de tre skyddskanalerna vad gäller neutronflödestätheten eller när det gäller hastigheten för neutronflödesökningen i någon uppsättning AZ-utrustning som inte har tagits ur drift.
5. När AZ-inställningarna nås av de tekniska parametrarna, enligt vilka det är nödvändigt att utföra skydd.
6. När du initierar driften av A-Ö från nyckeln från blockkontrollpunkten (BCR) eller reservkontrollpunkten (RCP).

Materialet utarbetades av onlineredaktörerna www.rian.ru baserat på information från RIA Novosti och öppna källor

I mitten av 1900-talet arbetade mänsklighetens bästa hjärnor hårt med två uppgifter samtidigt: på skapandet av en atombomb, och även på hur atomens energi kunde användas för fredliga syften. Så den första i världen dök upp. Vad är principen för drift av kärnkraftverk? Och var i världen finns de största av dessa kraftverk?

Kärnenergins historia och egenskaper

"Energi är huvudet på allt" - så kan det välkända ordspråket parafraseras med tanke på 2000-talets objektiva realiteter. Med varje ny sväng tekniska framsteg mänskligheten behöver mer och mer av det. Idag används energin från den "fredliga atomen" aktivt i ekonomin och produktionen, och inte bara inom energisektorn.

El producerad vid så kallade kärnkraftverk (vars funktionsprincip är mycket enkel till sin natur) används i stor utsträckning inom industri, rymdutforskning, medicin och jordbruk.

Kärnenergi är en gren av tung industri som utvinner värme och elektricitet från atomens kinetiska energi.

När uppstod de första kärnkraftverken? Sovjetiska forskare studerade principen för driften av sådana kraftverk redan på 40-talet. Förresten, parallellt uppfann de också den första atombomben. Således var atomen både "fredlig" och dödlig på samma gång.

1948 föreslog I. V. Kurchatov att den sovjetiska regeringen skulle börja utföra direkt arbete med utvinning av atomenergi. Två år senare, i Sovjetunionen (i staden Obninsk, Kaluga-regionen), började byggandet av det allra första kärnkraftverket på planeten.

Funktionsprincipen för alla är liknande, och det är inte alls svårt att förstå det. Detta kommer att diskuteras vidare.

NPP: funktionsprincip (foto och beskrivning)

Kärnan i allt arbete är en kraftfull reaktion som uppstår när kärnan i en atom delar sig. Uran-235 eller plutoniumatomer är oftast involverade i denna process. Atomernas kärna delar neutronen som kommer in i dem utifrån. I det här fallet produceras nya neutroner, liksom fissionsfragment, som har en enorm kinetisk energi. Det är denna energi som är den huvudsakliga och nyckelprodukten av verksamheten i alla kärnkraftverk.

Så kan man beskriva principen för driften av en kärnkraftverksreaktor. På nästa bild kan du se hur det ser ut från insidan.

Det finns tre huvudtyper av kärnreaktorer:

• högeffektkanalreaktor (förkortad som RBMK);
• tryckvattenreaktor (VVER);
• snabb neutronreaktor (FN).

Separat är det värt att beskriva principen för drift av kärnkraftverk som helhet. Hur det fungerar kommer att diskuteras i nästa artikel.

Principen för drift av kärnkraftverk (diagram)

Fungerar under vissa förhållanden och i strikt specificerade lägen. Utöver (en eller flera) innefattar strukturen av ett kärnkraftverk andra system, specialanläggningar och högt kvalificerad personal. Vad är principen för drift av kärnkraftverk? Kortfattat kan det beskrivas på följande sätt.

Huvudelementet i ett kärnkraftverk är en kärnreaktor, där alla huvudprocesser äger rum. Vi skrev om vad som händer i reaktorn i föregående avsnitt. (som regel är det oftast uran) i form av små svarta tabletter matas in i denna enorma kittel.

Den energi som frigörs under reaktionerna som sker i en kärnreaktor omvandlas till värme och överförs till kylvätskan (vanligtvis vatten). Det bör noteras att kylvätskan i denna process får en viss stråldos.

Vidare överförs värmen från kylvätskan till vanligt vatten (genom speciella enheter - värmeväxlare), vilket kokar som ett resultat. Den resulterande vattenångan driver turbinen. En generator är kopplad till den senare, som genererar elektrisk energi.

Enligt principen för driften av ett kärnkraftverk är detta alltså samma värmekraftverk. Den enda skillnaden är hur ångan genereras.

Kärnkraftens geografi

De fem bästa länderna när det gäller kärnenergiproduktion är följande:

1. Frankrike.
2. Japan.
3. Ryssland.
4. Sydkorea.

Samtidigt producerar USA, som genererar cirka 864 miljarder kWh per år, upp till 20 % av planetens hela el.

Det finns 31 stater i världen som driver kärnkraftverk. Av alla kontinenter på planeten är bara två (Antarktis och Australien) helt fria från kärnenergi.

Idag finns det 388 kärnreaktorer i drift i världen. Det är sant att 45 av dem inte har genererat el på ett och ett halvt år. De flesta kärnreaktorerna finns i Japan och USA. Deras fullständiga geografi presenteras på följande karta. Grön indikerar länder med giltig kärnreaktorer, deras totala antal i ett visst tillstånd anges också.

Utvecklingen av kärnenergi i olika länder

Generellt sett finns det från och med 2014 en generell nedgång i utvecklingen av kärnkraft. Ledarna i byggandet av nya kärnreaktorer är tre länder: Ryssland, Indien och Kina. Dessutom planerar ett antal stater som inte har kärnkraftverk att bygga dem inom en snar framtid. Dessa inkluderar Kazakstan, Mongoliet, Indonesien, Saudiarabien och flera nordafrikanska länder.

Å andra sidan har ett antal stater tagit en kurs mot en gradvis minskning av antalet kärnkraftverk. Dessa inkluderar Tyskland, Belgien och Schweiz. Och i vissa länder (Italien, Österrike, Danmark, Uruguay) är kärnkraft förbjuden på lagstiftande nivå.

Kärnkraftens huvudproblem

Med utvecklingen av kärnkraft är förknippad med en betydande ekologiska problem. Detta är den så kallade miljön. Så, enligt många experter, avger kärnkraftverk mer värme än samma kraft värmekraftverk. Särskilt farligt är termisk förorening av vatten, vilket stör livet för biologiska organismer och leder till döden för många fiskarter.

Ett annat akut problem i samband med kärnkraft berör kärnsäkerheten i allmänhet. För första gången tänkte mänskligheten på allvar över detta problem efter Tjernobyl-katastrofen 1986. Principen för driften av kärnkraftverket i Tjernobyl skiljde sig inte mycket från andra kärnkraftverk. Detta räddade henne dock inte från en stor och allvarlig olycka, som fick mycket allvarliga konsekvenser för hela Östeuropa.

Dessutom är faran med kärnenergi inte begränsad till möjliga industriolyckor. Så det uppstår stora problem med bortskaffandet av kärnavfall.

Fördelar med kärnkraft

Ändå nämner anhängare av utvecklingen av kärnenergi också de uppenbara fördelarna med driften av kärnkraftverk. Således publicerade i synnerhet World Nuclear Association nyligen sin rapport med mycket intressanta data. Enligt honom är antalet dödsoffer i samband med produktionen av en gigawatt el vid kärnkraftverk 43 gånger mindre än vid traditionella värmekraftverk.

Det finns andra lika viktiga fördelar. Nämligen:

• låg kostnad för elproduktion;
• miljömässig renhet av kärnenergi (med undantag för endast termisk förorening av vatten);
• avsaknaden av en strikt geografisk hänvisning av kärnkraftverk till stora bränslekällor.

Istället för en slutsats

1950 byggdes världens första kärnkraftverk. Principen för drift av kärnkraftverk är klyvning av en atom med hjälp av en neutron. Som ett resultat av denna process frigörs en enorm mängd energi.

Det verkar som om kärnenergi är en exceptionell välsignelse för mänskligheten. Men historien har visat motsatsen. I synnerhet två stora tragedier – olyckan vid det sovjetiska kärnkraftverket i Tjernobyl 1986 och olyckan vid det japanska kraftverket Fukushima-1 2011 – visade på faran med den "fredliga" atomen. Och många länder i världen började idag tänka på att delvis eller till och med helt förkasta kärnenergi.